John Dalton FRS ( 5 o 6 de septiembre de 1766 - 27 de julio de 1844) fue un químico, físico y meteorólogo inglés . [ 1 ] Introdujo la teoría atómica en la química . También investigó el daltonismo ; como resultado, el término general para los trastornos congénitos de daltonismo rojo-verde es daltonismo en varios idiomas. [a] [2]
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John Dalton nació el 5 o 6 de septiembre de 1766 en una familia cuáquera en Eaglesfield , cerca de Cockermouth , en Cumberland , Inglaterra. [3] [4] Su padre era tejedor. [5] Recibió su educación temprana de su padre y del cuáquero John Fletcher, quien dirigía una escuela privada en el cercano pueblo de Pardshaw Hall . La familia de Dalton era demasiado pobre para mantenerlo por mucho tiempo y comenzó a ganarse la vida, desde la edad de diez años, al servicio del rico cuáquero local Elihu Robinson. [6]
Cuando tenía 15 años, Dalton se unió a su hermano mayor Jonathan en la gestión de una escuela cuáquera en Kendal , Westmorland , a unas 45 millas (72 km) de su casa. Alrededor de los 23 años, Dalton puede haber considerado estudiar derecho o medicina, pero sus familiares no lo alentaron, tal vez porque al ser un disidente , se le prohibió asistir a las universidades inglesas. Adquirió mucho conocimiento científico de la instrucción informal de John Gough , un filósofo ciego que estaba dotado para las ciencias y las artes. A los 27 años, fue nombrado profesor de matemáticas y filosofía natural en la "Academia de Manchester" en Manchester , una academia disidente (el predecesor directo, después de una serie de cambios de ubicación, del Harris Manchester College, Oxford ). Permaneció durante siete años, hasta que el empeoramiento de la situación financiera de la universidad llevó a su renuncia. Dalton comenzó una nueva carrera como tutor privado en las mismas dos materias.
La vida temprana de Dalton estuvo influenciada por un destacado cuáquero, Elihu Robinson, [4] un competente meteorólogo y fabricante de instrumentos, de Eaglesfield, Cumberland , que lo interesó en problemas de matemáticas y meteorología. Durante sus años en Kendal, Dalton contribuyó con soluciones a problemas y respondió preguntas sobre varios temas en The Ladies' Diary y The Gentleman's Diary . En 1787, a la edad de 21 años, comenzó su diario meteorológico en el que, durante los siguientes 57 años, registró más de 200.000 observaciones. [7] [8] Redescubrió la teoría de la circulación atmosférica de George Hadley (ahora conocida como la célula de Hadley ) en esta época. [9] En 1793, la primera publicación de Dalton, Meteorological Observations and Essays , contenía las semillas de varios de sus descubrimientos posteriores, pero a pesar de la originalidad de su tratamiento, otros académicos les prestaron poca atención. Una segunda obra de Dalton, Elementos de gramática inglesa (o Un nuevo sistema de instrucción gramatical: para uso de escuelas y academias ), se publicó en 1801. [10]
Después de dejar el Distrito de los Lagos , Dalton regresó anualmente para pasar sus vacaciones estudiando meteorología, algo que implicaba caminar mucho por las colinas. Hasta la llegada de los aeroplanos y los globos meteorológicos , la única forma de realizar mediciones de temperatura y humedad en altitud era escalar una montaña. Dalton estimó la altura utilizando un barómetro . El Ordnance Survey no publicó mapas del Distrito de los Lagos hasta la década de 1860. Antes de eso, Dalton era una de las pocas autoridades en las alturas de las montañas de la región. [11] A menudo lo acompañaba Jonathan Otley, quien también hizo un estudio de las alturas de los picos locales, utilizando las cifras de Dalton como comparación para verificar su trabajo. Otley publicó su información en su mapa de 1818. Otley se convirtió en asistente y amigo de Dalton. [12]
En 1794, poco después de su llegada a Manchester, Dalton fue elegido miembro de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester , la "Lit & Phil", y unas semanas más tarde presentó su primer artículo sobre "Hechos extraordinarios relacionados con la visión de los colores", en el que postuló que la falta de percepción del color se debía a la decoloración del medio líquido del globo ocular. Como tanto él como su hermano eran daltónicos , reconoció que la condición debía ser hereditaria. [13]
Aunque la teoría de Dalton fue refutada más tarde, sus primeras investigaciones sobre la deficiencia en la visión del color fueron reconocidas después de su vida. [b] El examen de su globo ocular preservado en 1995 demostró que Dalton tenía deuteranopía , un tipo de daltonismo congénito rojo-verde en el que falta el gen de las fotopsinas sensibles a la longitud de onda media (verde). [13] Las personas con esta forma de daltonismo ven cada color como asignado a azul, amarillo o gris, o, como escribió Dalton en su artículo seminal, [15]
Esa parte de la imagen que otros llaman roja, a mí me parece poco más que una sombra o un defecto de luz; después de eso, el naranja, el amarillo y el verde parecen un solo color, que desciende de manera bastante uniforme desde un amarillo intenso a uno raro, formando lo que yo llamaría diferentes tonos de amarillo.
En 1800, Dalton se convirtió en secretario de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester y al año siguiente presentó una importante serie de conferencias tituladas "Ensayos experimentales" sobre la constitución de gases mixtos; la presión del vapor y otros vapores a diferentes temperaturas en el vacío y en el aire ; sobre la evaporación ; y sobre la expansión térmica de los gases. Los cuatro ensayos, presentados entre el 2 y el 30 de octubre de 1801, se publicaron en las Memorias de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester en 1802.
El segundo ensayo comienza con la observación: [16]
No puede haber ninguna duda respecto a la reducibilidad de todos los fluidos elásticos de cualquier tipo a líquidos; y no debemos desesperar de lograrlo aún más a bajas temperaturas y mediante fuertes presiones ejercidas sobre los gases no mezclados.
Después de describir experimentos para determinar la presión del vapor en varios puntos entre 0 y 100 °C (32 y 212 °F), Dalton concluyó, a partir de observaciones de la presión de vapor de seis líquidos diferentes, que la variación de la presión de vapor para todos los líquidos es equivalente, para la misma variación de temperatura, contando a partir del vapor de cualquier presión dada.
En el cuarto ensayo señala: [17]
No veo ninguna razón suficiente por la que no podamos concluir que todos los fluidos elásticos bajo la misma presión se expanden igualmente por el calor, y que para cualquier expansión dada del mercurio , la expansión correspondiente del aire es proporcionalmente algo menor cuanto más alta es la temperatura. ... Parece, por lo tanto, que es más probable que las leyes generales respecto de la cantidad absoluta y la naturaleza del calor se deriven de fluidos elásticos que de otras sustancias.
Enunció la ley de Gay-Lussac , publicada en 1802 por Joseph Louis Gay-Lussac (Gay-Lussac atribuyó el descubrimiento a un trabajo inédito de la década de 1780 de Jacques Charles ). En los dos o tres años posteriores a las conferencias, Dalton publicó varios artículos sobre temas similares. "Sobre la absorción de gases por el agua y otros líquidos" (leída como conferencia el 21 de octubre de 1803, publicada por primera vez en 1805) [18] contenía su ley de presiones parciales, ahora conocida como ley de Dalton .
Se podría decir que la más importante de todas las investigaciones de Dalton se relaciona con la teoría atómica en química. Si bien su nombre está inseparablemente asociado con esta teoría, el origen de la teoría atómica de Dalton no se entiende completamente. [19] [20] La teoría puede haberle sido sugerida ya sea por investigaciones sobre el etileno ( gas olefítico ) y el metano ( hidrógeno carburado ) o por análisis del óxido nitroso ( protóxido de ázoe ) y el dióxido de nitrógeno ( deutóxido de ázoe ), ambas opiniones basadas en la autoridad de Thomas Thomson . [21]
Entre 1814 y 1819, el químico irlandés William Higgins afirmó que Dalton había plagiado sus ideas, pero la teoría de Higgins no abordaba la masa atómica relativa. [22] [23] Evidencias recientes sugieren que el desarrollo del pensamiento de Dalton puede haber sido influenciado por las ideas de otro químico irlandés, Bryan Higgins , que era tío de William. Bryan creía que un átomo era una partícula central pesada rodeada por una atmósfera de calórico , la supuesta sustancia del calor en ese momento. El tamaño del átomo estaba determinado por el diámetro de la atmósfera calórica. Basándose en la evidencia, Dalton conocía la teoría de Bryan y adoptó ideas y un lenguaje muy similares, pero nunca reconoció la anticipación de Bryan de su modelo calórico. [24] [25] Sin embargo, la novedad esencial de la teoría atómica de Dalton es que proporcionó un método para calcular los pesos atómicos relativos de los elementos químicos, que proporciona los medios para la asignación de fórmulas moleculares para todas las sustancias químicas. Ni Bryan ni William Higgins hicieron esto, y la prioridad de Dalton para esa innovación crucial es indiscutible. [20]
Un estudio de los cuadernos de laboratorio de Dalton, descubiertos en las salas de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester [26] , concluyó que, lejos de que Dalton se dejara llevar por su búsqueda de una explicación de la ley de proporciones múltiples a la idea de que la combinación química consiste en la interacción de átomos de peso definido y característico, la idea de átomos surgió en su mente como un concepto puramente físico, impuesto en él por el estudio de las propiedades físicas de la atmósfera y otros gases. Las primeras indicaciones publicadas de esta idea se encuentran al final de su artículo "Sobre la absorción de gases por el agua y otros líquidos" [18] ya mencionado. Allí dice:
¿Por qué el agua no admite en su volumen la misma cantidad de gases de todos los tipos? He considerado debidamente esta cuestión y, aunque no puedo estar completamente seguro, estoy casi convencido de que la circunstancia depende del peso y del número de las partículas finales de los diversos gases.
A continuación propone pesos relativos para los átomos de algunos elementos, sin entrar en más detalles. Sin embargo, un estudio reciente de las anotaciones del cuaderno de laboratorio de Dalton concluye que desarrolló la teoría atómica química en 1803 para conciliar los datos analíticos de Henry Cavendish y Antoine Lavoisier sobre la composición del ácido nítrico, no para explicar la solubilidad de los gases en agua. [27]
Los puntos principales de la teoría atómica de Dalton, tal como finalmente se desarrolló, son:
En su primera discusión extensa publicada de la teoría atómica (1808), Dalton propuso una "regla de máxima simplicidad" adicional (y controvertida). Esta regla no podía confirmarse de forma independiente, pero era necesaria una suposición de ese tipo para proponer fórmulas para unas pocas moléculas simples, de las que dependía el cálculo de los pesos atómicos. Esta regla dictaba que si se sabía que los átomos de dos elementos diferentes formaban un solo compuesto, como el hidrógeno y el oxígeno que forman agua o el hidrógeno y el nitrógeno que forman amoníaco, se suponía que las moléculas de ese compuesto estaban formadas por un átomo de cada elemento. Para los elementos que se combinaban en proporciones múltiples, como los dos óxidos de carbono conocidos en ese momento o los tres óxidos de nitrógeno, se suponía que sus combinaciones eran las más simples posibles. Por ejemplo, si se conocen dos combinaciones de ese tipo, una debe estar formada por un átomo de cada elemento y la otra debe estar formada por un átomo de un elemento y dos átomos del otro. [28]
Se trataba de una simple suposición, derivada de la fe en la simplicidad de la naturaleza. En aquel momento, los científicos no disponían de pruebas para deducir cuántos átomos de cada elemento se combinan para formar moléculas. Pero esta regla o alguna otra similar era absolutamente necesaria para cualquier teoría incipiente, ya que se necesitaba una fórmula molecular supuesta para calcular los pesos atómicos relativos. La "regla de la mayor simplicidad" de Dalton le hizo suponer que la fórmula del agua era OH y la del amoniaco NH, muy diferentes de nuestra comprensión moderna (H 2 O, NH 3 ). Por otra parte, su regla de simplicidad le llevó a proponer las fórmulas modernas correctas para los dos óxidos de carbono (CO y CO 2 ). A pesar de la incertidumbre que había en el corazón de la teoría atómica de Dalton, los principios de la teoría sobrevivieron.
Dalton publicó su primera tabla de pesos atómicos relativos que contenía seis elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo), en relación con el peso de un átomo de hidrógeno, convencionalmente tomado como 1. [18] Dado que estos eran solo pesos relativos, no tienen una unidad de peso asociada a ellos. Dalton no proporcionó ninguna indicación en este artículo sobre cómo había llegado a estos números, pero en su cuaderno de laboratorio, fechado el 6 de septiembre de 1803, [29] hay una lista en la que establece los pesos relativos de los átomos de varios elementos, derivados del análisis de agua, amoníaco, dióxido de carbono , etc. por químicos de la época.
La extensión de esta idea a las sustancias en general lo condujo necesariamente a la ley de las proporciones múltiples , y la comparación con el experimento confirmó brillantemente su deducción. [30] En el artículo "Sobre la proporción de los diversos gases en la atmósfera", leído por él en noviembre de 1802, la ley de las proporciones múltiples parece anticiparse con las palabras:
Los elementos del oxígeno pueden combinarse con una determinada porción de gas nitroso o con el doble de esa porción, pero sin ninguna cantidad intermedia.
Pero hay motivos para sospechar que esta frase pudo haber sido añadida algún tiempo después de la lectura del artículo, que no se publicó hasta 1805. [31]
En el Nuevo Sistema de Filosofía Química los compuestos fueron clasificados como binarios, ternarios, cuaternarios, etc. (moléculas compuestas de dos, tres, cuatro, etc. átomos) dependiendo del número de átomos que tenía un compuesto en su forma más simple y empírica.
Dalton planteó la hipótesis de que la estructura de los compuestos se puede representar en proporciones de números enteros. Así, un átomo del elemento X que se combina con un átomo del elemento Y forma un compuesto binario. Además, un átomo del elemento X que se combina con dos átomos del elemento Y o viceversa forma un compuesto ternario. Muchos de los primeros compuestos enumerados en el Nuevo sistema de filosofía química corresponden a puntos de vista modernos, aunque muchos otros no.
Dalton utilizó sus propios símbolos para representar visualmente la estructura atómica de los compuestos. Los describió en el Nuevo sistema de filosofía química , donde enumeró 21 elementos y 17 moléculas simples.
Dalton publicó artículos sobre temas tan diversos como la lluvia, el rocío y el origen de los manantiales (hidrosfera); sobre el calor, el color del cielo, el vapor y la reflexión y refracción de la luz; y sobre los temas gramaticales de los verbos auxiliares y participios del idioma inglés.
Como investigador, Dalton se contentaba a menudo con instrumentos toscos e imprecisos , aunque se conseguían otros mejores. Sir Humphry Davy lo describió como "un experimentador muy burdo", que "casi siempre encontraba los resultados que necesitaba, confiando en su cabeza más que en sus manos". [32] Por otra parte, los historiadores que han reproducido algunos de sus experimentos cruciales han confirmado la habilidad y precisión de Dalton.
En el prefacio de la segunda parte del Volumen I de su Nuevo Sistema , dice que se había dejado engañar tantas veces al dar por sentados los resultados de otros que decidió escribir "lo menos posible, salvo lo que pueda atestiguar por mi propia experiencia", pero llevó esta independencia tan lejos que a veces parecía falta de receptividad. Por eso desconfiaba de las conclusiones de Gay-Lussac sobre los volúmenes de combinación de gases y probablemente nunca las aceptó del todo.
Tenía opiniones poco convencionales sobre el cloro . Incluso después de que Davy estableciera su carácter elemental, persistió en utilizar los pesos atómicos que él mismo había adoptado, incluso cuando habían sido reemplazados por las determinaciones más precisas de otros químicos.
Siempre se opuso a la notación química ideada por Jöns Jacob Berzelius , aunque la mayoría pensaba que era mucho más simple y conveniente que su propio y engorroso sistema de símbolos circulares.
Para la Cyclopædia de Rees, Dalton contribuyó con artículos sobre química y meteorología, pero se desconocen los temas.
Contribuyó con 117 Memorias de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester desde 1817 hasta su muerte en 1844 mientras era presidente de esa organización. De ellas, las primeras son las más importantes. En una de ellas, leída en 1814, explica los principios del análisis volumétrico , en el que fue uno de los primeros investigadores. En 1840, un artículo sobre fosfatos y arseniatos , a menudo considerado como un trabajo más débil, fue rechazado por la Royal Society , y se enfureció tanto que lo publicó él mismo. Poco después siguió el mismo camino con otros cuatro artículos, dos de los cuales ("Sobre la cantidad de ácidos , bases y sales en diferentes variedades de sales" y "Sobre un método nuevo y fácil de analizar el azúcar") contienen su descubrimiento, considerado por él como el segundo en importancia después de la teoría atómica, de que ciertos anhidratos , cuando se disuelven en agua, no provocan un aumento en su volumen, y su inferencia es que la sal entra en los poros del agua.
Incluso antes de haber propuesto la teoría atómica, Dalton ya había alcanzado una considerable reputación científica. En 1803, fue elegido para dar una serie de conferencias sobre filosofía natural en la Royal Institution de Londres, y pronunció otra serie de conferencias allí en 1809-1810. Algunos testigos informaron que carecía de las cualidades que hacen a un conferenciante atractivo, siendo áspero y confuso en la voz, ineficaz en el tratamiento de su tema y singularmente carente de lenguaje y poder de ilustración [ cita requerida ] .
En 1810, Sir Humphry Davy le pidió que se ofreciera como candidato a la beca de la Royal Society , pero Dalton declinó, posiblemente por razones financieras. En 1822 fue propuesto sin su conocimiento, y al ser elegido pagó la tarifa habitual [ cita requerida ] . Seis años antes había sido nombrado miembro correspondiente de la Academia de Ciencias francesa , y en 1830 fue elegido como uno de sus ocho asociados extranjeros en lugar de Davy [ cita requerida ] . En 1833, el gobierno de Earl Grey le confirió una pensión de £ 150, aumentada en 1836 a £ 300 (equivalentes a £ 17,981 y £ 35,672 en 2023, respectivamente) [ cita requerida ] . Dalton fue elegido Miembro Honorario Extranjero de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 1834. [ 33 ]
Un joven James Prescott Joule , quien más tarde estudió y publicó (1843) sobre la naturaleza del calor y su relación con el trabajo mecánico, fue alumno de Dalton en sus últimos años [ cita requerida ] .
Dalton nunca se casó y sólo tuvo unos pocos amigos cercanos. Como cuáquero, vivió una vida personal modesta y sin pretensiones. [3]
Durante los 26 años anteriores a su muerte, Dalton vivió en una habitación de la casa del reverendo W. Johns, un botánico publicado, y su esposa, en George Street, Manchester. Dalton y Johns murieron el mismo año (1844). [34]
La rutina diaria de Dalton en el laboratorio y en la docencia en Manchester se interrumpía únicamente con excursiones anuales al Distrito de los Lagos y visitas ocasionales a Londres. En 1822 realizó una breve visita a París, donde conoció a muchos científicos distinguidos. Asistió a varias de las primeras reuniones de la Asociación Británica en York , Oxford , Dublín y Bristol .
Dalton sufrió un derrame cerebral leve en 1837 y un segundo en 1838 que le dejó con problemas de habla, aunque siguió siendo capaz de realizar experimentos. En mayo de 1844 sufrió otro derrame cerebral; el 26 de julio, mientras su mano temblaba, registró su última observación meteorológica. El 27 de julio, en Manchester, Dalton se cayó de la cama y fue encontrado muerto por su asistente.
Dalton recibió un funeral cívico con todos los honores. Su cuerpo permaneció en el Ayuntamiento de Manchester durante cuatro días y más de 40.000 personas desfilaron ante su ataúd. La procesión fúnebre incluyó a representantes de los principales organismos cívicos, comerciales y científicos de la ciudad. [35] [36] Fue enterrado en el cementerio de Ardwick en Manchester ; el cementerio es ahora un campo de juego, pero se pueden encontrar fotografías de la tumba original en materiales publicados. [37] [38]
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