ОТЕЦ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ
Джон Дальтон (John Dalton) – английский физик и химик, метеоролог, естествоиспытатель и создатель химического атомизма.
Джон Дальтон родился, 6 сентября 1766 г. в английской деревушке Иглсфилд в бедной семье. Будучи сыном ткача, он только в 15 лет начал обучаться вместе со своим старшим братом Джонатаном в квакерской школе близлежащего города Кендал.
К 1790 году Дальтон более-менее определился с будущей специальностью, выбирая между правом и медициной, однако его планы были встречены без энтузиазма —родители были категорически против обучения в английских университетах. Дальтону пришлось остаться в Кендале до весны 1793 года, после чего он перебрался в Манчестер, где познакомился с Джоном Гаухом (Gough), слепым философом-эрудитом, который в неформальной обстановке передал ему большую часть своих научных познаний.
Он проложил себе путь в науку благодаря постоянному самообразованию, упорным и систематическим трудом. Дальтон был развитым молодым человеком. С 1787г. он стал писать научные работы по математике, оптике, астрономии, географии. Дальтона началась с наблюдений над воздухом. В течение последующих 57 лет он вёл метеорологический дневник, в котором записал более 200 000 наблюдений. Во время ежегодных поездок по Озерному краю Дальтон поднимался на вершины Скиддо и Хелвеллин, чтобы измерить атмосферное давление и взять пробы воздуха.
В 1793 г. его приглашают преподавателем математики и естественных наук в колледже Манчестера. Манчестер становится его постоянным местом жительства. Он оставался на этой должности до 1800 года, когда ухудшившееся финансовое положение колледжа вынудило его уйти; он начал заниматься частным преподаванием математики и естественных наук.
С научными докладами он выступал в Лондоне, Бирмингеме, Глазго.
В 1816 г. Дальтон был избран членом Французской академии наук, председателем Манчестерского литературно-философского общества, а в 1822 г. – членом Лондонского королевского общества. В 1832 г. Оксфордский университет присудил ему степень доктора права.
Работы Дальтона имели исключительно важное значение для развития химических знаний. Ему удалось объединить лучшие черты атомистических представлений Юнгиуса, Бойля, Ньютона и Ломоносова с новыми химическими воззрениями, представляемыми Лавуазье. Так возникла новая атомистическая теория, на основе которой были впоследствии математически описаны химические превращения.
Изучая свойства газовых смесей, Дальтон открыл закон парциальных давлений газов (1801), зависимость растворения газов от их парциального давления (1803), исследовал зависимость испарения жидкостей от давления, температуры и других факторов. В 1802г. независимо от Ж.Гей-Люссака и Ж.Шарля, он установил, что при постоянном давлении при одинаковом повышении температуры все газы расширяются одинаково. Дальтону принадлежат основополагающие работы по химической атомистике. Он впервые научно обосновал представления древних атомистов.
Приняв гипотезу о различной величине атомов газов, окруженных тепловой оболочкой, Дальтон объяснил такие физические явления, как расширение газов при нагревании, характер диффузии газов, зависимость их давления от внешних условий. От физической атомистики он перешел в 1803 г. к созданию химической атомистики. Основными положениями химической атомистики Дальтона были следующие:
Материя состоит из мельчайших частиц — неделимых атомов, которые не создаются и не разрушаются.
Все атомы одного элемента одинаковы по величине и имеют одинаковую массу (вес).
Атомы различных элементов обладают различной массой и размерами.
Сложные частицы («сложный атом») состоят из определенного числа входящих в это вещество различных атомов.
Масса сложной частицы определяется суммой масс составляющих ее атомов элементов.
Положив в основу своей атомистической теории представление об относительном атомном весе (массе), Дальтон ввел в химию количественную характеристику атомов и тем самым окончательно доказал их материальность. Атомная масса стала в дальнейшем одной из основных характеристик веществ.
В 1803 г. Дальтон составил первую таблицу относительных атомных и молекулярных масс веществ. За единицу он принял атомную массу водороде. В этой таблице впервые были установлены относительные массы водорода, кислорода, азота, углерода, аммиака, оксидов серы, азота и других веществ.
Заслуга Дальтона в развитии химии огромна: он наметил верный путь количественного определения состава веществ, предложил систему знаков дли «простых» и «сложных» атомов. Дальтон проводил работы, направленные на уточнение отдельных положений и разъяснение сущности атомистической теории.
В 1794г. Дальтон описал дефект зрения (дальтонизм), которым страдал сам. Половину своей жизни Дальтон даже не подозревал, что с его зрением что-то не так. Он занимался оптикой и химией, но обнаружил свой дефект благодаря увлечению ботаникой. То, что он не мог отличить голубой цветок от розового, он объяснял путаницей в классификации цветов, а не недостатками его собственного зрения. Он заметил, что цветок, который днём, при свете солнца, был небесно-голубым (точнее, того цвета, что он считал небесно-голубым), при свете свечи выглядел тёмно-красным. Он обратился к окружающим, но никто такого странного преобразования не видел, за исключением его родного брата. Таким образом Дальтон догадался, что с его зрением что-то не так и что проблема эта наследуема. Описав эту болезнь на собственном примере, Дальтон обратил на нее внимание людей, до того момента не осознававших у себя ее наличия. Несмотря на то, что объяснение Дальтона подвергли сомнению ещё при его жизни, тщательность исследований им собственной болезни была настолько беспрецедентной, что термин «дальтонизм» прочно закрепился за этим недугом.
В 1800 году Дальтон стал секретарем Манчестерского литературно-философского общества, после чего он представил ряд докладов под общим названием «Опыты», посвященных определению состава газовых смесей, давления пара различных веществ при разных температурах в вакууме и на воздухе, испарению жидкостей, термическому расширению газов. Четыре таких статьи были напечатаны в «Докладах» Общества в 1802 году.
Ещё до создания своей атомистической концепции Дальтон был широко известен в научных кругах. В 1804 году ему предложили читать курс лекций по натуральной философии в Королевском институте (Лондон), где он затем читал другой курс в 1809—1810 гг. Некоторые современники Дальтона ставили под сомнение его способность интересно и красиво излагать материал. Джон Дальтон обладал грубоватым, тихим, невыразительным голосом, помимо этого ученый слишком сложно объяснял даже самые простые вещи.
Дальтон высказал мысль, что частицы газов отталкиваются друг от друга с одинаковой силой независимо от их природы и на этой основе экспериментально доказал закон парциальных давлений. Он сделал вывод: "Все газы объединяют свои усилия, чтобы противодействовать давлению атмосферы или иному давлению, которое может на них действовать”.
Дальтон сформулировал закон растворимости газов в жидкостях: "Если некоторое количество воды, свободной от воздуха, взбалтывается со смесью двух или более газов, то вода поглотит такое же количество каждого газа, как если бы он присутствовал отдельно при той же плотности".
Механизм смешивания газов Дальтон объяснял тем, что частицы (атомы) разных газов имеют неодинаковые размеры. В процессе смешивания мелкие атомы как бы "проваливаются" между крупными. Исходя из этого, Дальтон считал, что число частиц разных газов в равных объёмах неодинаково.
Идея о существовании атомов различной массы привела Дальтона к открытию фактов соединения атомов в кратных отношениях: количественные отношения элементов, образующих несколько соединений, выражаются отношением целых чисел.
Принципиальным разногласием между Дальтоном и Г.Дэви был вопрос о делимости атома. Дальтон не соглашался с Дэви, который принимал делимость атомов.
Дальтон ввёл в химию понятие об атомном весе. Для определения атомных весов он принял за единицу вес атома водорода. Он впервые употребил для обозначения химических элементов специальные символы. Его знаки были впоследствии заменены химическими знаками Я.Берцелиуса. Сущность своей атомной теории Дальтон изложил в книге "Новая система химической философии".
На лекциях Дальтон пользовался как наглядным пособием моделями атомов в виде деревянных кубиков, окрашенных в различные цвета. В центре куба - ядро атома, от которого расходятся лучи, изображающие тепловую атмосферу атома. Плотность её уменьшается с расстоянием от ядра. На основании такой грубой модели Дальтон установил, что число частиц в определённом объёме газа пропорционально массе газа в этом объёме. Отсюда следует, что плотность газа, отнесённая к плотности наиболее лёгкого газа (водорода) при постоянных условиях, представляет собой относительную массу атомов.
Приняв гипотезу о различной величине атомов газов, окруженных тепловой оболочкой, Дальтон объяснил такие физические явления, как расширение газов при нагревании, характер диффузии газов, зависимость их давления от внешних условий.
Различие в величине атомов газов привело Дальтона к необходимости допустить и различную их массу. Так от физической атомистики он в 1803г. перешёл к химической атомистике.
Основными положениями химической атомистики Дальтона были:
материя состоит из мельчайших частиц - неделимых атомов, которые не создаются и не разрушаются; все атомы одного элемента одинаковы по величине и имеют одинаковую массу; атомы различных элементов обладают различной массой и размерами; сложные частицы состоят из определенного числа входящих в это вещество различных атомов; масса сложной частицы определяется суммой масс составляющих её атомов элементов.
Положив в основу своей атомистической теории представление об относительном атомном весе, Дальтон ввёл в химию количественную характеристику атомов и тем самым окончательно доказал их материальность. Атомная масса стала в дальнейшем одной из основных характеристик вещества. Вместе с тем, представления о разных размерах атомов различных веществ и зачастую неправильное определение состава соединений нередко приводило Дальтона к неверному определению масс исследуемых веществ.
Дальтон занимался всю жизнь метеорологическими наблюдениями, обработка которых позволила открыть газовые законы. С величайшей тщательностью он делал ежедневные записи и зарегистрировал более 200 тысяч наблюдений. Последнюю запись он сделал за несколько часов до смерти.
С атомистики началась новая эпоха в химии. Именно Джон Дальтон
считается отцом современной химии. Берцелиус с полным правом назвал работы Дальтона важнейшей вехой в становлении химической науки.
В 1810, сэр Гемфри Дэви предложил ему выставить свою кандидатуру на выборы в члены Королевского Общества, однако Дальтон отказался, по-видимому из-за денежных затруднений. В 1822 году он оказался кандидатом, сам не зная об этом, и после выборов заплатил положенный взнос. За шесть лет до этого события он стал членом-корреспондентом Французской Академии наук, а в 1830 году был избран одним из восьми иностранных членов академии (на место Дэви).
В 1832 году Дальтон был удостоен самого высокого отличия Оксфордского университета: ему присудили степень доктора юридических наук. Из естествоиспытателей того времени такой чести был удостоен только Фарадей.
Дальтон никогда не был женат, имел мало друзей. Четверть века он прожил в доме своего друга, преподобного Р. В. Джонса и его жены на улице Георга в Манчестере. Обычное течение его дня, состоявшего из лабораторной и преподавательской работы, нарушалось лишь ежегодными экскурсиями в Озёрный край или редкими визитами в Лондон. В 1822 он совершил короткую поездку в Париж, где встречался с различными местными учёными. Также несколько ранее он посетил ряд научных съездов Британской Ассоциации в Йорке, Оксфорде, Дублине и Бристоле. В 1833 правительство графа Грея назначило ему жалование в 150 фунтов, в 1836 году оно возросло до 300.
Дальтон происходил из семьи квакеров, одной из самых строгих протестантских сект. Он жил размеренной жизнью, его день никогда не менялся: соседи с точностью до минуты узнавали время, когда он утром выходил записывать показания термометра и барометра. Его рабочий день заканчивался в девять часов вечера, он ужинал и, закурив трубку, сидел в кругу семьи, изредка бросая краткие реплики.
Каждый четверг он шёл не на работу, а на лужайку для игры в шары. Здесь, к удивлению окружающих, он утрачивал размеренные манеры, возбуждённо жестикулировал и с энтузиазмом бросал шары. Этот день заканчивался несколькими умеренными пари, чаем и неизменной трубкой. По воскресеньям, надев квакерские бриджи до колен, серые чулки и башмаки с пряжками, он дважды посещал публичные богослужения.
Дальтон почти ничего не читал и часто хвастал, что может на спине унести всю свою библиотеку и что даже из этих книг он не прочёл и половины. Биограф писал о нём: "Как у всех самоучек, в нём было меньше развито желание знать то, что сделали другие, чем твердая уверенность в правильности найденного им самим".
На современников он производил неприятное впечатление: "Его вид иманеры были отталкивающими... голос у него был резкий и сварливый, а походка жёсткая и неуклюжая".
В 1817 г. члены Манчестерского философского общества избрали его своим президентом, а к концу жизни он был признан повсюду. Д. Дальтон прожил в Манчестере до конца своих дней. В 1837 году Дальтон пережил легкий инфаркт, однако уже в 1838 следующий удар вызвал у него нарушение речи; впрочем, это не помешало ученому продолжить свои изыскания. В мае 1844 он пережил ещё один удар, а 26 июля дрожащей рукой сделал последнюю запись в своем метеорологическом журнале. 27 июля Дальтон был найден мертвым в своей квартире в Манчестере.
Джон Дальтон был похоронен на Ардвикском кладбище Манчестера. Сейчас на месте кладбища располагается игровая площадка.
В Манчестере Дальтону при жизни был поставлен памятник. В день его похорон в городе были приспущены флаги. Склонив голову, Англия провожала в последний путь великого Джона Дальтона.
Здание студенческого общежития Университета Манчестера носит имя Дальтона. Университетом учреждены различные гранты имени Дальтона: два по химии, два по математике, а также Дальтоновская премия по естественной истории. Существует также Медаль Дальтона, периодически выдаваемая Манчестерским литературно-философским обществом (в общей сложности выдано всего 12 медалей). На Луне есть кратер, названый в его честь.
Большая часть работ Джона Дальтона была уничтожена в результате бомбардировки Манчестера 24 декабря 1940 года. Айзек Азимов по этому поводу писал: «На войне умирают не только живые».
Несмотря на внутренние противоречия, лежащие в самом сердце концепции Дальтона, некоторые её принципы дожили до наших дней, хотя и с небольшими оговорками. Скажем, атомы действительно не могут быть разделены на части, созданы или уничтожены, однако это справедливо лишь для химических реакций. Дальтон также не знал о существовании изотопов химических элементов, свойства которых порой отличны от «классических». Несмотря на все эти недочеты, теория Дальтона (химическая атомитика) повлияла на будущее развитие химии не меньше кислородной теории Лавуазье.
Рассказывают, что ...
Как говорил И.В. Гёте, смелые мысли подобны передовым шашкам в игре - они гибнут, но обеспечивают победу.
Атомная теория Дальтона не была простым повторением древнегреческой атомистики. В новой теории число различных типов атомов хотя и велико - много десятков (сегодня известно 109 различных атомов), но всё же не бесконечно, как у Демокрита. Дальтон нашёл много фактов, убедивших учёных в том, что атомы - это неделимые частицы ограниченного числа наипростейших веществ - химических элементов. Все остальные вещества состоят из тесно связанных больших и малых групп атомов - молекул.
- Когда одного ученика Дальтона попросили рассказать об атомах, он ответил: «Атом - это деревянные брусочки, изобретённые доктором Дальтоном». Дальтон использовал брусочки в качестве моделей при выводе стехиометрических законов.
*Дальтон часто работал со старыми и неточными приборами, даже когда были доступны более совершенные. Сэр Гэмфри Дэви называл его «грубым экспериментатором», всегда находившим нужные ему факты, причём чаще беря их из головы, чем из реальных условий опыта. С другой стороны, историки, непосредственно занимавшиеся Дальтоном, повторили ряд экспериментов учёного и говорили, наоборот, о его мастерстве.
В предисловии ко второй части первого тома «Нового курса», Дальтон пишет, что использование чужих экспериментальных данных так часто вводило его в заблуждение, что в своей книге он решил писать только о тех вещах, которые мог лично проверить.
Впрочем, такая «независимость» вылилась в недоверие даже к общепризнанным вещам. Например, Дальтон критиковал и, похоже, так до конца и не принял газовый закон Гей-Люссака. Учёный придерживался нетрадиционных взглядов на природу хлора даже после установления его состава Г. Дэви; номенклатуру Й. Я. Берцелиуса он категорически отвергал, несмотря на то, что многие считали её гораздо проще и удобней громоздкой системы дальтоновских символов.
