Министерство образования Украины

Мариупольский городской лицей

Реферат на тему:

Джон Дальтон

(1766 – 1844)

г. Мариуполь

Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 г. в семье деревенского ткача-квакера и пошел в школу только в 12 лет. Научное образование он получил самостоятельно, так как двери Оксфорда и Кембриджа тогда были открыты только для членов англиканской церкви, и уже к 15 годам достиг таких успехов, что получил место преподавателя математики в школе города Кендала. В 1793 году он становится преподавателем натуральной философии (так в английских колледжах называлась физика) и математики в колледже города Манчестера, где знаменитый социалист-утопист Роберт Оуэн вводит его в состав Манчестерского литературного и философского общества. Членом этого общества позднее был другой знаменитый манчестерец – Джоуль, а в XX в. на заседании этого общества Эрнст Резерфорд сделал доклад о своих опытах, приведших к открытию ядерной модели атома. Дальтон в 1800 г. становится секретарем общества, а с 1817 г. его председателем.

Наблюдая за атмосферными явлениями, Дальтон заинтересовался составом воздуха. Изучение состава и свойств воздуха привело его к открытию газовых законов:

Названный его именем, закон независимости парциальных давлений компонентов смеси (1801);

За несколько месяцев до Гей-Люссака, он установил закон теплового расширения газов (1802);

Закон растворимости газов в жидкостях (1803).

Эти законы стали важными вехами на пути создания теории состава газов – физической атомистики. Приняв гипотезу о различной величине атомов газов, окруженных тепловой оболочкой, Дальтон объяснил такие физические явления, как расширения газов при нагревании, характер диффузии газов, зависимость их давления от внешних условий. В 1803 году Дальтон, руководствуясь атомистической гипотезой, вывел закон кратных отношений и доказал его на примере углеводородных соединений – метана и этилена.

Различие в величине атомов газов привело Дальтона к необходимости допустить и различную их массу (вес). Так от физической атомистики он перешел в 1803 г. к созданию химической атомистики. Основными положениями химической атомистики Дальтона были следующие:

1. Материя состоит из мельчайших частиц – неделимых атомов, которые не создаются и не разрушаются.

2. Все атомы одного элемента одинаковы по величине и имеют одинаковую массу (вес).

3. Атомы различных элементов обладают различной массой и размерами.

4. Сложные частицы ("сложный атом") состоят из определенного числа входящих в это вещество различных атомов.

5. 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. Дальтон считал, что атомы различных элементов имеют неодинаковые размеры и массу. Ошибочно приняв, что в состав молекулы воды входит один атом кислорода, он неправильно определил атомные веса кислорода и азота. Но Дальтон первым составил таблицу атомных весов

В 1803 г. Дальтон составил первую таблицу относительных атомных и молекулярных масс веществ и ввел химическую символику, правда не совсем удачную и замененную в химии более удобной символикой Берцелиуса (1779 – 1848). За единицу он принял атомную массу водорода. 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 впервые сделал атомистику основой химических знаний и наметил верный путь количественного определения состава веществ.

Джон Дальтон также внес вклад в развитие медицины, впервые детально описав в 1794 году дефект зрения цветной слепоты (в дальнейшем получивший название дальтонизма), от которого страдал он и его брат.

Список использованной литературы:

1. "Курс истории физики", Москва, "Просвещение" 1982 г.

2. "Энциклопедический словарь юного химика", Москва, "Педагогика" 1990 г.

3. "Политехнический словарь", Москва, "Советская энциклопедия" 1989 г.

Джон Дальтон родился в небольшом поселении Иглсфилд в графстве Камберленд, в Англии, в семье бедного ткача Джозефа Дальтона и Деборы Гринап, происходившей из процветающей английской семьи квакеров – членов христианского движения, чья идеология шла в разрез с буквой Нового Завета.

В возрасте 15 лет, Джон помогает старшему брату Джонатану управлять делами в его частной квакерской школе в городке Кенда в графстве Камбрия.

С 1787 г. Джон ведёт дневник метеорологических наблюдений, и за всю свою дальнейшую жизнь, на протяжении более 57 лет, он запишет в нём около 20 000 погодных наблюдений.

Где-то около 1790 г. Дальтон строит планы на поступление на юридический или медицинский факультет института, но, поскольку он принадлежит к «сектантам» – к членам групп, противостоявших англиканской церкви – учиться в английских учебных заведениях ему запрещается.

Научная деятельность

В 1793 г. Дальтон переезжает в Манчестер, где получает пост учителя математики и натуральной философии в Новом колледже – сектантской академии, предоставляющей рабочие места религиозным нонконформистам с высшим образованием.

Все юношеские годы примером и образцом для подражания для Дальтона был Элайху Робинсон – выдающийся квакер, непогрешимый метеоролог, который и прививает мальчику интерес к математике и метеорологии.

В 1793 г. выходит в свет первая книга очерков Дальтона на метеорологические темы, основанная на его личных наблюдениях. Эта работа закладывает основы всех его дальнейших трудов.

В 1794 г. учёный пишет научную статью, озаглавленную «Необыкновенные факты касательно видения цветов» – одну из самых ранних своих работ на тему цветового восприятия человеческого глаза.

В 1800 г. Дальтон делает доклад, представляя публике свою статью «Экспериментальные заметки», речь в которых идёт об опытах с газами и изучении природы и химической составляющей воздуха относительно атмосферного давления.

В 1801 г. публикуется вторая книга, «Начальный курс английской грамматики». В этом же году учёный откроет «закон Дальтона» – эмпирический закон, полученный в результате работы с газами.

К 1803 г. его опыты с «давлением смеси идеальных газов» приводят к выведению «закона парциального давления», названного в честь учёного.

В начале 1800-х г.г. Дальтон формулирует теорию «теплового расширения» и «реакции нагрева и охлаждения в газах» с учётом расширения и сжатия воздуха.

В 1803 г. он пишет статью для Манчестерского литературного и философского общества, в которой представляет таблицу относительных атомных весов – одну из первых определений атомных весов в то время.

В 1808 г., в работе «Новая система философии химии», он делает дальнейшие разъяснения атомной теории и атомных весов, высказывая собственное видение того, как можно определить химические элементы, основываясь на их атомной массе.

В 1810 г. Дальтон издаёт приложение к своей книге «Новая система философии химии», в котором тщательно прорабатывает «атомную теорию строения вещества» и понятие «атомного веса».

Основные работы

В 1801 г. учёный выводит «закон Дальтона», также известный как «закон парциального давления Дальтона», который в наши дни широко применяется аквалангистами для измерения уровня давления на разных глубинах океана и его влияния на уровень потребления дыхательного газа и концентрации азота.

Он вводит термин «дальтонизм» для определения цветовой слепоты, получивший своё название от имени учёного. На эту тему Дальтон рассуждает в статье «Необыкновенные факты касательно видения цветов, с наблюдениями».

В вышедшем в свет в 1808 г. труде «Новая система философии химии», он разрабатывает «атомную теорию строения вещества» и становится первым учёным, составившим таблицу относительных атомных весов. Эта теория, заложившая основы для дальнейших исследований в данной области, актуальна и в наше время.

Награды и достижения

В 1794 г. Дальтона избирают членом Манчестерского литературного и философского общества. В 1800 г. учёный становится научным секретарём общества, а с 1817 г. возглавляет его.

Личная жизнь и наследие

Дальтон всю жизнь оставался холостяком, вёл скромную жизнь и общался лишь с несколькими друзьями, принадлежавшими к группе квакеров.

В 1837 г. учёный переносит сердечный удар, за которым, через несколько лет, последует ещё один, вследствие чего у него появляются проблемы с речью.

После третьего удара, настигшего Дальтона в возрасте 77 лет, он падает с кровати, а, некоторое время спустя, служанка, принесшая учёному чай, находит его мёртвым.

Похоронили Дальтона в Манчестерской ратуше.

В память о его научных достижениях, многие химики и биохимики пользуются внесистемной единицей измерения «дальтон», являющейся атомной единицей массы.

Когда Дальтон был ещё жив, в Манчестерской ратуше ему была воздвигнута большая статуя. Таким образом, он стал, пожалуй, единственным учёным, памятник которому был поставлен ещё при жизни.

Оценка по биографии

Новая функция! Средняя оценка, которую получила эта биография. Показать оценку

Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 года в бедной семье в северной английской деревушке Иглсфилд. С ранних лет ему приходилось помогать родителям содержать семью. В тринадцать лет он завершил обучение в местной школе и сам стал помощником учителя. Но жалованье было мизерным, и Джон отправился в поисках лучшей доли в Кендал.

Здесь осенью 1781 года он становится учителем математики. Комната, которую отвели ему в мужском пансионе при школе, была скромно обставлена, но и жизнь, полная лишений, не приучила его к расточительности. Более того, в новой комнате молодой учитель чувствовал себя, как во дворце. Ведь полки его ломились от книг. Теперь у Джона Дальтона были все возможности для расширения знаний, и он читал, читал, читал.

Одновременно с чтением Джон не забрасывал и своего любимого занятия - постоянных наблюдений за погодой. Первым делом он повесил на стену барометр.

Метеорологическими наблюдениями (обработка результатов которых и дала возможность открыть газовые законы) Дальтон занимался всю жизнь. С величайшей тщательностью он делал ежедневные записи и зарегистрировал более двухсот тысяч наблюдений. Последнюю запись он сделал за несколько часов до смерти.

Научные исследования Дальтон начал в 1787 года с наблюдений и экспериментального изучения воздуха. Он усиленно занимался и математикой, пользуясь богатой школьной библиотекой. Постепенно он стал самостоятельно разрабатывать новые математические задачи и решения, а вслед за тем написал и первые свои научные труды в этой области. Дальни, вечно ищущий знаний, очень скоро завоевал уважение не только своих коллег, но и граждан города Кендала. Уже через четыре года он стал директором школы. В это время он сблизился с доктором Чарлзом Хатоном, редактором нескольких журналов Королевской военной академии.

Рассчитанные на широкую публику, они нередко помещали на своих страницах статьи научного характера. Это объяснялось стремлением доктора популяризировать науку. Дальтон стал одним из постоянных авторов этих альманахов: в них были опубликованы многие его научные труды. За вклад в развитие математики и философии он получил несколько высоких наград. Имя Джона Дальтона было уже известно не только в Кендале. Он читает лекции и в Манчестере. А в 1793 году он переезжает туда и преподает в Новом колледже. Дальтону нравилась новая работа. Кроме занятий в колледже, он давал и частные уроки, в основном по математике.

Он привез с собой рукопись «Метеорологических наблюдений и этюдов», приведшую в восторг издателя Пенсвиля. Кроме описания барометра, термометра, гигрометра и других приборов и аппаратов и изложения результатов долголетних наблюдений, Дальтон мастерски анализировал в ней процессы образования облаков, испарения, распределения атмосферных осадков, утренние северные ветры и прочее. Рукопись тут же напечатали, и монография была встречена с большим интересом.

Через год после приезда в Манчестер Дальтон стал членом Литературного и философского общества. Он регулярно посещал все заседания, на которых члены Общества докладывали результаты своих исследований. В 1800 году его избрали секретарем, в мае 1808 года - вице-президентом, а с 1817 года и до конца жизни был президентом.

Осенью 1794 года он выступил с докладом о цветной слепоте. Дальтон установил, что среди его учеников некоторые вообще не могут различать цвета, а некоторые часто их путают. Они видели зеленый цвет красным, или наоборот, но были и такие, которые путали синий и желтый цвета.

Этот особый дефект зрения мы называем сегодня дальтонизмом. Всего Дальтон сделал в Обществе 119 докладов.

В 1799 году Дальтон покинул Новый колледж и стал не только самым дорогим, но и самым почитаемым частным учителем в Манчестере Время теперь принадлежало ему. Он преподавал в богатых семьях не более двух часов в день, а потом занимался наукой. Его внимание все больше привлекали газы и газовые смеси. Воздух ведь тоже является газовой смесью.

Результаты экспериментов получились интересными Давление данного газа, заключенного в сосуд с постоянным объемом, оставалось неизменным. Потом Дальтон вводил второй газ. У полученной смеси было более высокое давление, но оно равнялось сумме давлений двух газов.

Давление отдельного газа оставалось неизменным.

«Из моих опытов следует, что давление газовой смеси равно сумме давлений, которыми обладают газы, если они отдельно введены в этот сосуд при тех же условиях. Если давление отдельного газа в смеси назвать парциальным, тогда эту закономерность можно сформулировать так: давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, из которых она составлена, - писал Дальтон. - Отсюда можно сделать важные выводы! Ясно, что состояния газа в сосуде не зависит от присутствия других газов. Это, конечно, легко объяснить их корпускулярным строением.

Следовательно, корпускулы или атомы одного газа равномерно распределяются между атомами другого газа, но ведут себя так, как если бы другого газа в сосуде не было».

Продолжая исследования газов, Дальтон сделал еще несколько фундаментальных открытий - закон равномерного расширения газов при нагревании (1802), закон кратных отношений (1803), явление полимерии (на примере этилена и бутилена).

Но ученому не давали покоя атомы. Что, в сущности, о них известно?

Если атомы существуют, то тогда следовало бы объяснить все свойства веществ, все законы на основе атомной теории. Вот чего не хватает химии - подлинной теории строения вещества!

Увлеченный новой идеей, Дальтон занялся упорными исследованиями. Необходимо, прежде всего, получить ясное представление об атомах.

Каковы их характерные особенности? Отличаются ли атомы одного элемента от атомов другого? Нет ли какого-либо способа, несмотря на то что они ничтожно малы и невидимы невооруженным глазом, установить их вес, форму, размеры...

Несколько лет напряженного труда - и результаты не замедлили себя ждать. 6 сентября 1803 года Дальтон в своем лабораторном журнале записал первую таблицу атомных весов. Впервые он упомянул об атомной теории в докладе «Об абсорбции газов водой и другими жидкостями», прочитанном 21 октября 1803 года в Манчестерском литературном и философском обществе:

«Все существующие ранее теории корпускул сходятся на том, что это маленькие одинаковые шарики. Я же считаю, что атомы (мельчайшие неделимые частички) одного элемента одинаковы между собой, но отличаются от атомов других элементов. Если в настоящий момент об их размерах нельзя сказать ничего определенного, то об основном их физическом свойстве говорить можно: атомы имеют вес. В подтверждение этого разрешите зачитать и вторую мою работу: «Первая таблица относительных весов конечных частиц тел». Атом нельзя выделить и взвесить. Если принять, что атомы соединяются между собой в самых простых соотношениях, и анализировать сложные вещества, а после этого сравнить весовые проценты элементов с весовым процентом самого легкого из них, можно получить интересные величины. Эти данные показывают, во сколько раз атом одного элемента тяжелее атома самого легкого элемента. Обратите внимание на первую таблицу этих весов. Она перед вами. Самым легким элементом оказался водород. Это означает, что его атомный вес следовало бы условно принять за единицу...»

В декабре 1803 - мае 1804 годов Дальтон прочитал курс лекций об относительных атомных весах в Королевском институте в Лондоне. Атомную теорию Дальтон развил во второй своей книге - «Новая система химической философии», изданной в 1808 году. В ней он подчеркивает два положения: все химические реакции - результат соединения или деления атомов, все атомы разных элементов имеют разный вес.

В конце 1809 года Дальтон поехал в Лондон, где встретился и беседовал с крупнейшими учеными Англии, побывал в лабораториях, познакомился с их работой. Особенно часто он беседовал с Гемфри Дэви. Молодого исследователя переполняли идеи. Дальтон ознакомился с открытыми Дэви новыми элементами - калием и натрием.

Несмотря на исключительную скромность характера, известность ученого день ото дня росла. О нем говорили уже за пределами Англии. Атомная теория Дальтона заинтересовала ученых Европы. В 1816 году Дальтона избрали членом-корреспондентом Парижской академии наук. В следующем году - президентом Общества в Манчестере, а в 1818 году английское правительство назначило его научным экспертом в экспедиции сэра Джона Росса, который лично вручил назначение ученому.

Но Дальтон остался в Англии. Он предпочитал спокойную работу в кабинете, не желая разбрасываться и терять драгоценное время. Исследования по определению атомных весов продолжались. Все точнее становились полученные результаты. Приходили новые идеи, возникали интересные предположения, приходилось пересчитывать и исправлять результаты анализов многих ученых. Не только английские ученые, но и ученые Франции, Германии, Италии, Швеции, России внимательно следили за его достижениями.

В 1822 году Дальтон стал членом Королевского общества. Вскоре после этого он уехал во Францию. Научные круги Парижа оказали Дальтону радушный прием. Он присутствовал на нескольких заседаниях, прочитал ряд докладов, беседовал со многими учеными.

Большой научный труд Дальтона получил всеобщее признание. В 1826 году английское правительство наградило ученого золотым орденом за открытия в области химии и физики, и главным образом за создание атомной теории. Орден был вручен на торжественном заседании Лондонского королевского общества. С большой речью выступил сэр Гемфри Дэви. В следующие годы Дальтон был избран почетным членом Академии наук в Берлине, научного общества в Москве, Академии в Мюнхене.

Во Франции, чтобы засвидетельствовать признание достижений выдающихся ученых мира, Парижская академия наук избрала свой почетный совет. Он состоял из одиннадцати самых известных в Европе ученых. Английскую науку в нем представлял Гемфри Дэви. После его смерти это место занял Джон Дальтон. В 1831 году Дальтон получил приглашение из Йорка почтить своим присутствием учредительное собрание Британской ассоциации развития науки. 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.

И английское правительство вынуждено было заинтересоваться судьбой Дальтона. В 1833 году ему назначили пенсию Решение правительства было зачитано на торжественном заседании в Кембриджском университете.

Дальтон, несмотря на преклонный возраст, продолжал усиленно работать и выступать с докладами. Однако с приходом старости все чаще одолевали болезни, все труднее становилось работать 27 июля 1844 года Дальтон скончался.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

ДАЛЬТОН Джон (Dalton J.)
(6.IX.1766 - 27.VII.1844)

Джон Дальтон родился в бедной семье, обладал большой скромностью и необычайной жаждой знаний. Он не занимал никакой важной университетской должности, был простым учителем математики и физики в школе и колледже.

Дальтон открыл газовые законы физики, а в химии - закон кратных отношений, составил самую первую таблицу относительных атомных масс и создал первую систему химических знаков для простых и сложных веществ.

Джон Дальтон - английский химик и физик, член Лондонского королевского общества (с 1822 г.). Родился в Иглсфилде (Кумберленд). Образование получил самостоятельно.
В 1781-1793 гг. - учитель математики в школе в Кендале, с 1793 г. преподавал физику и математику в Новом колледже в Манчестере.

Основные научные исследования до 1800-1803 гг. относятся к физике, более поздние - к химии.
Проводил (с 1787 г.) метеорологические наблюдения, исследовал цвет неба, природу тепла, преломление и отражение света. В результате создал теорию испарения и смешения газов.
Описал (1794 г.) дефект зрения, названный дальтонизмом .

Открыл три закона , составивших сущность его физической атомистики газовых смесей: парциальных давлений газов (1801 г.), зависимости объема газов при постоянном давлении от температуры (1802 г., независимо от Ж. Л. Гей-Люссака) и зависимости растворимости газов от их парциальных давлений (1803 г.) Эти работы привели его к решению химической проблемы соотношения состава и строения веществ.

Выдвинул и обосновал (1803-1804 гг.) теорию атомного строения , или химическую атомистику, объяснившую эмпирический закон постоянства состава.
Теоретически предсказал и открыл (1803 г.) закон кратных отношений : если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа.

Составил (1803 г.) первую таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода.

Предложил (1804 г.) систему химических знаков для "простых" и "сложных" атомов.
Проводил (с 1808 г.) работы, направленные на уточнение отдельных положений и разъяснение сущности атомистической теории.

Член многих академий наук и научных обществ.

В тяжелых условиях протекала жизнь человека, которого часто называли «отцом современной химии».
Джон Дальтон родился в 1766 г. в небольшой английской деревушке в семье бедного ткача. Уже с ранних лет он был вынужден собственным трудом зарабатывать себе на пропитание. До 11 лет он учился в местной деревенской школе, а уже в 12-летнем возрасте сам стал в ней учителем.
Всеми своими знаниями он был обязан исключительно самообразованию. Переходя из школы в школу, он, обучая других, учился сам. Свободное от занятий в школе время он посвящает основательному изучению латинского языка, математики и естественных наук. В возрасте 27 лет Дальтон переезжает в крупный промышленный центр - город Манчестер. Шесть лет там преподает математику в небольшой средней школе, а когда школу переводят в другой город, он добывает себе средства для жизни частными уроками и чтением публичных лекций.
Незадолго до приезда Дальтона в Манчестере было организовано местными учеными литературное и философское общество. Дальтона избирают членом этого общества, и он принимает деятельное участие в его работе. В журнале Манчестерского университета были напечатаны главнейшие научные труды Дальтона.
Лишь на склоне лет скромный учитель получает всеобщее признание как ученый. В 1816 г. его избирают членом-корреспондентом Французской академии наук, в 1822 г. – членом Лондонского королевского общества. 26 июля 1844 г. Дальтон сделал последнюю запись в дневнике наблюдений за погодой, который он вел регулярно изо дня в день в течение 57 лет, а на следующий день скончался.
Главнейшая научная заслуга Дальтона – развитие атомно-молекулярного учения и определение атомных весов (масс).
Дальтон был не первым, кто пытался применить учение древних философов об атомах при объяснении химических явлений.
Из его предшественников наиболее последовательно развивал в химии атомное учение М.В.Ломоносов. Но в то время, когда Ломоносов разрабатывал свое учение, наука не располагала достаточным количеством фактов, на которые можно было бы опереться, чтобы довести начатое им дело до конца и полностью перестроить химию на основе атомных представлений. Как и многие другие открытия Ломоносова, его атомное учение не оценили современники, и оно было вскоре забыто.
В гораздо более благоприятную эпоху для их признания были опубликованы работы Дальтона. За 50-60 лет, разделяющих учение Дальтона от учения Ломоносова, химическая наука обогатилась громадным числом новых открытий. Прежде всего был открыт мир разнообразных газов, которые ранее рассматривались большинством ученых как видоизменения обыкновенного воздуха. Был установлен сложный состав воды и воздуха, которые во времена Ломоносова считались простыми веществами.
Количественные измерения, о которых горячо ратовал русский ученый, начали планомерно применяться в химии и принесли свои плоды: были твердо установлены и подтверждены многочисленными опытами законы сохранения массы веществ при химических реакциях и постоянства состава химических соединений.
Теория флогистона, господствовавшая при жизни Ломоносова, была опровергнута. В химии утвердилось понятие об элементах как о неразложимых далее субстанциях. Но громадное число отдельных фактов и открытые опытным путем законы оставались необъединенными и необъясненными. Каким образом связать между собой химические законы? Должна ли химия иметь дело с каждым из них в отдельности или же она может создать такую теорию, из которой сами собой вытекали бы химические законы? Само развитие химической науки диктовало необходимость разработки такой теории, с помощью которой можно было бы предсказывать явления, а не проводить наблюдения и опыты вслепую.
К началу XIX в. была полностью подготовлена почва для повторного введения в химию атомного учения и его успешной разработки.
С самого начала научной деятельности Дальтона его внимание было сосредоточено на физических и химических свойствах газов. После блестящих открытий в конце XVIII в. внимание ученых привлекали газы, как в наши дни внутриатомные превращения.
Начав с наблюдений над атмосферными явлениями, Дальтон вскоре перешел к опытам и наблюдениям, касающимся давления газов, расширения их при нагревании и растворимости в различных жидкостях.
Но Дальтон имел обыкновение не ограничиваться только исследованием внешней стороны явлений. Он придавал большое значение точным опытам и вместе с тем считал, что одним описанием фактов наука не может ограничиться. «Факты и опыты, касающиеся любого предмета, никогда не оцениваются в достаточной мере до тех пор, пока в руках какого-либо искусного наблюдателя они не лягут в основу теории, при помощи которой мы сможем предсказывать результаты и предвидеть последствия опытов, до этого момента еще не производившихся. Так, трудолюбивый экспериментатор наших дней в поисках закона тяготения счел бы, пожалуй, необходимым углубиться чуть ли не до центра земного шара, чтобы найти там изменение тяготения, если бы величественные рассуждения Ньютона не предсказали бы заранее искомые результаты и не избавили бы его от предприятия столь бесплодной и бесконечной работы».
Чтобы разработать теорию газов, нужно представить себе их внутреннее строение. Оно рисуется Дальтону следующим образом: «В моем воображении сосуд, наполненный какой-нибудь эластической жидкостью (так тогда называли газы), представляется мне наполненным чем-то вроде мелкой дроби».
Однако ученый не ограничился только тем, что составил себе ясное представление о строении газов, которое стало результатом его отвлеченных размышлений: он постарался сблизить и согласовать это воображаемое строение с многими фактами, в действительности наблюдаемыми у газов. Так, он нашел, что при одних и тех же температуре и давлении вода растворяет разные объемы разных газов. Дальтон объяснил это тем, что частички различных газов, наподобие мелких дробинок, проникают между частичками воды, растворяются в ней до тех пор, пока для них есть свободное место.
«Но почему же, – спрашивал он себя, – если это представление о газах верно, вода не растворяет все газы в одинаковой степени?» На этот вопрос Дальтон дал ответ, имеющий громадное значение для химии: «Я почти убежден, что это различие зависит от веса и числа самых мельчайших частичек, из которых состоят газы; одни из них, будучи самыми легкими и простыми, растворяются с трудом, другие же как раз тем легче растворяются, чем больше возрастают их сложность и вес». К этому ответу он присоединил еще одно положение, которое оказалось очень важным для дальнейшего развития химической науки: «Исследования над определением относительных весов мельчайших частичек тел, насколько мне известно, являются совершенно новой задачей. Мне удалось впервые произвести эти исследования и с совершенно неожиданным замечательным успехом. В этом сообщении я не могу входить в изложение приемов, на основании которых произведено исследование, но я зато могу сообщить теперь же результаты, по крайней мере те, которые, как кажется, подтверждаются моими опытами».
Дальтон прилагает к этому «таблицу относительных весов мельчайших частичек газообразных и других тел». Этот список представляет собой первый пример того, что мы теперь называем относительной атомной массой.
В дальнейшем ученый распространяет свою теорию на все вещества - не только газообразные, но и жидкие, и твердые. Он изложил ее в книге «Новая система химической философии», первый том которой был издан в 1808 г.
Дальтон предполагает, что каждое жидкое, твердое или газообразное вещество имеет зернистое строение. Но что же такое в точности обозначает выражение «зернистое строение»? Очевиднее всего то, что определенное вещество заполняет пространство так, как наполняют бочку яблоки, а не как наполняет форму студень. По этому предположению, если бы кто-нибудь мог рассмотреть небольшую часть какого-нибудь вещества, скажем, воды, при необычайно большом увеличении, то он увидел бы необозримую кучу чрезвычайно мелких частичек воды, собранных вместе не вплотную, а с промежутками. Таким образом, зернистое строение дало бы совершенно такую же картину, как дальтоновский сосуд, наполненный очень мелкой дробью.
Затем Дальтон предполагает, что каждое отдельное зерно какого-нибудь чистого вещества до мельчайших подробностей сходно со всяким другим зерном того же вещества, а также по весу и по всем другим свойствам. Он пишет: «Одинаковы ли между собой первичные частицы вещества, такого, как вода, т.е. имеют ли одинаковую форму, вес и т.д.? Из того, что известно, мы не имеем никакого основания предполагать различие в этих особенностях. Едва ли можно себе представить, каким образом совокупность неодинаковых частиц может быть повсюду столь одинаковой. Если бы некоторые частицы воды были бы тяжелее других и если бы часть жидкости по какому-либо случаю состояла главным образом из этих более тяжелых частиц, то следовало предположить, что это повлияло бы на удельный вес всей массы, но такого случая до сих пор неизвестно. Подобное же замечание можно сделать относительно других веществ. Поэтому мы можем заключить, что первичные частицы всех одинаковых тел совершенно одинаковы по виду, форме и т. д. Другими словами, каждая частица воды подобна любой другой частице воды; каждая частица водорода подобна любой частице водорода и т. д.».

«Мельчайшие первичные частицы вещества» Дальтон назвал атомами. Частицы простого вещества он назвал «простыми атомами», а частицы сложных веществ - «сложными атомами». Последние мы теперь называем молекулами. Сложные атомы (молекулы) состоят из простых атомов. Но простые атомы Дальтон считал неделимыми, их нельзя разрушить и их нельзя создать вновь; атом одного элемента не может превратиться в атом другого. «Химический анализ и синтез, – писал ученый, – идет не далее, чем до отделения атомов друг от друга и их воссоединения. Никакое новое создание и разрушение материи не может быть достигнуто химическим действием. Мы могли бы с таким же успехом попытаться внести в Солнечную систему новую планету или уничтожить одну из уже существующих, как и создать или уничтожить частицу водорода. Единственные изменения, которые мы можем произвести, состоят в отделении соединенных друг с другом атомов или в их присоединении друг к другу».
Поскольку атомы не уничтожаются и не возникают при химических реакциях, то становится понятным, почему масса веществ до реакции равна массе веществ после нее.
Положение о неразрушимости атомов продержалось в науке до начала XX в., когда были открыты так называемые ядерные превращения, при которых один элемент превращается в другой или другие.
Но во времена Дальтона ядерные превращения не были известны, и поэтому атомы им рассматривались как предел дробления материи. Итак, по Дальтону, все атомы одного и того же элемента далее неразложимы на более простые частицы, они абсолютно неразличимы между собой и, в частности, совершенно одинаковы по весу. Зато атомы различных химических элементов имеют различный вес.
Простые атомы Дальтон условно изображал в виде кружков, а сложные – как их соединение.
Теория Дальтона дает простое объяснение закону постоянства состава. Действительно, «сложные атомы» (молекулы) одного и того же вещества одинаковы, значит, они состоят из одного и того же числа одних и тех же простых атомов.
Если молекулу данного соединения образует определенное число атомов элемента, а каждый атом имеет свою определенную массу, то ясно, что массовый состав всего соединения должен быть строго определенным.
С помощью атомного учения Дальтону удалось не только просто объяснить уже известные законы химии, но и открыть новый закон, относящийся к количественному составу различных соединений, образованных одними и теми же элементами.
Во времена Дальтона уже было твердо установлено, что различные вещества могут иметь одинаковый качественный состав, т.е. состоять из одних и тех же элементов, но отличаться друг от друга по своему количественному составу.
Примером могут служить угарный СО и углекислый СО 2 газы. Они резко отличаются друг от друга по свойствам: углекислый газ почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, а угарный – немного легче; угарный газ горит на воздухе, а углекислый – не горит; углекислый газ вызывает помутнение известковой воды, а угарный газ не вызывает ее помутнения и т. д. Между тем и угарный, и углекислый газы состоят из одних и тех же элементов – углерода и кислорода. Но при одинаковом качественном составе эти два соединения углерода с кислородом отличаются своим количественным составом.
Еще Ломоносов предполагал, что молекулы сложных веществ (корпускулы, как он их называл) могут отличаться друг от друга не только тем, что они состоят из разных атомов, но и числом атомов. Однако факты, которые могли бы подтвердить это предположение, еще не были известны.
Закон, которому подчиняется количественный состав различных соединений, образованных одними и теми же элементами, непосредственно вытекает из атомного учения Дальтона.
Предположим, что имеется какое-либо соединение, молекулы которого состоят из одного атома А и одного атома В. Допустим, что к молекуле АВ будет присоединен еще один атом В. Тогда мы получим молекулу другого вещества АВ 2 .
Очевидно, что в этом новом соединении на одно и то же весовое количество элемента А будет приходиться вдвое большее количество элемента В, чем в соединении АВ. Мы можем предположить и возможность образования соединения АВ 3 и А 2 В 3 и т.д. Во всех этих соединениях весовые количества элемента В, приходящиеся на одно и то же количество элемента А, должны относиться между собою как простые и целые числа, потому что атомы не могут входить в соединения половинками, четвертушками, восьмушками и т. д. В этом и заключается суть предсказанного и подтвержденного на опыте закона Дальтона.
Действительно, в угарном газе на 3 весовые части углерода приходится 4 весовые части кислорода, а в углекислом газе на 3 весовые части углерода - 8 весовых частей кислорода, т.е. ровно
в 2 раза больше.
Другим примером, исследованным Дальтоном, может служить весовой состав некоторых кислородных соединений азота: в оксиде азота(I) N 2 O на 7 весовых частей азота приходится
4 весовые части кислорода, в оксиде азота(II) NO на 7 весовых частей азота приходится 8 весовых частей кислорода, а в оксиде азота(IV) NO 2 на 7 весовых частей азота – 16 весовых частей кислорода; 4 относится к 8 и 16, как 1:2:4.
Мы видим, что учение Дальтона с поразительной легкостью и простотой объясняет громадное число фактов. Нет ничего удивительного в том, что учение Дальтона прочно привилось в химии. Можно считать, что громадная часть успехов, достигнутых химией в XIX столетии, объясняется тем, что химики не ограничивались одним только накоплением все новых и новых опытных данных, а постоянно стремились их использовать в свете атомного учения. Этим путем удалось достигнуть удивительных успехов: для целого ряда весьма сложных по своему составу молекул химики смогли получить представление и о том, каким именно образом атомы связаны между собой в этой молекуле, а в отдельных случаях даже о том, как эти атомы расположены в пространстве.