Juan Dalton

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químico británico y físico (1766-1844)

John Dalton FRS (5 o 6 de septiembre de 1766 – 27 de julio de 1844) fue un químico, físico y meteorólogo inglés. Es mejor conocido por introducir la teoría atómica en la química y por su investigación sobre el daltonismo, que tenía. El daltonismo se conoce como daltonismo en varios idiomas, y lleva su nombre.

Primeros años

Placa histórica que marca el lugar de nacimiento de John Dalton
Placa moderna marcando lugar de nacimiento de John Dalton

John Dalton nació en una familia cuáquera en Eaglesfield, cerca de Cockermouth, en Cumberland, Inglaterra. Su padre era tejedor. Recibió su primera educación de su padre y del cuáquero John Fletcher, quien dirigía una escuela privada en el pueblo cercano 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.

Carrera temprana

Cuando tenía 15 años, Dalton se unió a su hermano mayor Jonathan para dirigir una escuela cuáquera en Kendal, Westmorland, a unas 45 millas (72 km) de su casa. Alrededor de los 23 años, Dalton pudo haber considerado estudiar derecho o medicina, pero sus familiares no lo alentaron, tal vez porque, al ser disidente, no podía asistir a universidades inglesas. Adquirió mucho conocimiento científico de la instrucción informal de John Gough, un filósofo ciego que tenía talento para las ciencias y las artes. A los 27 años, fue nombrado profesor de matemáticas y filosofía natural en la "Manchester Academy" en Manchester, una academia disidente (el antecesor lineal, luego de una serie de cambios de ubicación, del Harris Manchester College, Oxford). Permaneció durante siete años cuando 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.

Trabajo científico

Meteorología

1793 copia de la primera publicación de Dalton, "Observaciones Meteorológicas y Ensayos"

Los primeros años de vida de Dalton estuvieron influenciados por un destacado cuáquero, Elihu Robinson, un meteorólogo competente y fabricante de instrumentos de Eaglesfield, Cumbria, que se interesó por los problemas de las matemáticas y la meteorología. Durante sus años en Kendal, Dalton aportó soluciones a problemas y respondió preguntas sobre varios temas en The Ladies' Diario y el Diario del caballero. En 1787, a los 21 años, comenzó su diario meteorológico en el que, durante los siguientes 57 años, anotó más de 200.000 observaciones. Redescubrió la teoría de la circulación atmosférica de George Hadley (ahora conocida como la celda de Hadley) en esta época. En 1793, la primera publicación de Dalton, Observaciones meteorológicas y ensayos, contenía las semillas de varios de sus descubrimientos posteriores pero, a pesar de la originalidad de su tratamiento, otros estudiosos les prestaron poca atención. Un segundo trabajo de Dalton, Elements of English Grammar (o Un nuevo sistema de instrucción gramatical: para el uso de escuelas y academias), se publicó en 1801.

Midiendo montañas

Después de dejar el Distrito de los Lagos, Dalton regresaba todos los años para pasar sus vacaciones estudiando meteorología, algo que implicaba mucho caminar por las colinas. Hasta la llegada de los aviones y los globos meteorológicos, la única forma de medir la temperatura y la humedad en altura era escalar una montaña. Dalton estimó la altura usando un barómetro. El Ordnance Survey no publicó mapas para el 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. 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 comprobar su trabajo. Otley publicó su información en su mapa de 1818. Otley se convirtió en asistente y amigo de Dalton.

Daltonismo

En 1794, poco después de su llegada a Manchester, Dalton fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester, la "Lit & Phil", y unas semanas más tarde comunicó su primer artículo sobre "Hechos extraordinarios relacionados con la visión de los colores", en el que postuló que la escasez en la percepción del color era causada por la decoloración del medio líquido de el globo ocular Como tanto él como su hermano eran daltónicos, reconoció que la afección debía ser hereditaria.

Aunque la teoría de Dalton fue posteriormente refutada, su investigación inicial sobre la deficiencia de la visión del color fue reconocida después de su vida. El examen de su globo ocular conservado en 1995 demostró que Dalton tenía deuteranopía, un tipo de daltonismo congénito rojo-verde en el que falta el gen de las fotopsinas (verdes) sensibles a longitudes de onda medias. Las personas con esta forma de daltonismo ven cada color como un mapa de azul, amarillo o gris, o, como escribió Dalton en su artículo seminal,

Esa parte de la imagen que otros llaman rojo, me parece poco más que un tono, o defecto de luz; después de eso el naranja, amarillo y verde parecen un color, que baja bastante uniformemente de un amarillo intenso a un amarillo raro, haciendo lo que debo llamar diferentes tonos de amarillo.

Leyes de los gases

En 1800, Dalton se convirtió en secretario de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester, y al año siguiente presentó una importante serie de conferencias, titulada "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; en la evaporación; y sobre la dilatación térmica de los gases. Los cuatro ensayos, presentados entre el 2 y el 30 de octubre de 1801, se publicaron en Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester en 1802.

El segundo ensayo comienza con el comentario,

Apenas puede haber una duda entretenida respetando la reducibilidad de todos los fluidos elásticos de cualquier tipo, en líquidos; y no debemos desesperar de hacerlo en bajas temperaturas y por fuertes presiones ejercidas sobre los gases sin mezcla.

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 las observaciones de la presión de vapor de seis líquidos diferentes, que la variación de la presión de vapor para todos líquidos es equivalente, para la misma variación de temperatura, contando a partir de vapor de cualquier presión dada.

En el cuarto ensayo comenta,

No veo razón suficiente por la que no podemos concluir, que todos los fluidos elásticos bajo la misma presión se expanden igualmente por calor, y que para cualquier expansión dada del mercurio, la correspondiente expansión del aire es proporcionalmente algo menos, cuanto más alta la temperatura.... Por lo tanto, parece que las leyes generales que respetan la cantidad absoluta y la naturaleza del calor tienen más probabilidades de derivarse 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" (leído como una conferencia el 21 de octubre de 1803, publicado por primera vez en 1805) contenía su ley de presiones parciales ahora conocida como la ley de Dalton.

Teoría atómica

Posiblemente, la más importante de todas las investigaciones de Dalton tiene que ver 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 comprende completamente. La teoría puede habérsele sugerido por investigaciones sobre etileno (gas oleofante) y metano (hidrógeno carburado) o por análisis de óxido nitroso (protóxido de azote ) y dióxido de nitrógeno (deutóxido de azote), ambos puntos de vista descansan en la autoridad de Thomas Thomson.

De 1814 a 1819, el químico irlandés William Higgins afirmó que Dalton había plagiado sus ideas, pero Higgins' la teoría no abordó la masa atómica relativa. La evidencia reciente sugiere que el desarrollo del pensamiento de Dalton puede haber sido influenciado por las ideas de otro químico irlandés, Bryan Higgins, quien era el 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. Con base en la evidencia, Dalton estaba al tanto de la teoría de Bryan y adoptó ideas y lenguaje muy similares, pero nunca reconoció la anticipación de Bryan de su modelo calórico. 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.

Un estudio de los cuadernos de laboratorio de Dalton, descubiertos en las salas de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester, concluyó que, lejos de que Dalton fuera llevado por su búsqueda de una explicación de la ley de las 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, forzado en él por el estudio de las propiedades físicas de la atmósfera y otros gases. Los primeros indicios publicados de esta idea se encuentran al final de su artículo "Sobre la absorción de gases por el agua y otros líquidos" ya mencionado. Allí dice:

¿Por qué el agua no admite su mayor parte de todo tipo de gas? Esta pregunta que he considerado debidamente, y aunque no soy capaz de satisfacerme completamente estoy casi convencido de que la circunstancia depende del peso y el número de las partículas últimas de los varios gases.

Luego propone pesos relativos para los átomos de unos pocos elementos, sin entrar en más detalles. Sin embargo, un estudio reciente de las entradas del cuaderno de laboratorio de Dalton concluye que desarrolló la teoría química atómica 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.

Los puntos principales de la teoría atómica de Dalton, tal como finalmente se desarrolló, son:

  1. Los elementos están hechos de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.
  2. Los átomos de un elemento dado son idénticos en tamaño, masa y otras propiedades; los átomos de diferentes elementos difieren en tamaño, masa y otras propiedades.
  3. Los átomos no pueden ser subdivididos, creados o destruidos.
  4. Los átomos de diferentes elementos se combinan en simples ratios de números enteros para formar compuestos químicos.
  5. En reacciones químicas, los átomos se combinan, separan o reorganizan.

En su primera discusión extensa publicada sobre la teoría atómica (1808), Dalton propuso una "regla de mayor simplicidad" adicional (y controvertida). Esta regla no se pudo confirmar de forma independiente, pero fue necesaria alguna suposición de este tipo para proponer fórmulas para unas pocas moléculas simples, de las que dependía el cálculo de los pesos atómicos. Esta regla dicta que si se sabe que los átomos de dos elementos diferentes forman un solo compuesto, como el hidrógeno y el oxígeno que forman agua o el hidrógeno y el nitrógeno que forman amoníaco, se supondrá que las moléculas de ese compuesto consisten en un átomo de cada elemento. Para los elementos que se combinaban en proporciones múltiples, como los entonces conocidos dos óxidos de carbono o los tres óxidos de nitrógeno, se suponía que sus combinaciones eran las más simples posibles. Por ejemplo, si se conocen dos combinaciones de este tipo, una debe consistir en un átomo de cada elemento y la otra debe consistir en un átomo de un elemento y dos átomos del otro.

Esto era simplemente una suposición, derivada de la fe en la simplicidad de la naturaleza. En ese entonces, los científicos no tenían evidencia disponible para deducir cuántos átomos de cada elemento se combinan para formar moléculas. Pero esta o alguna otra regla era absolutamente necesaria para cualquier teoría incipiente, ya que se necesitaba una fórmula molecular asumida 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 que el amoníaco era NH, muy diferente de nuestra comprensión moderna (H2O, NH3). Por otro lado, su regla de simplicidad lo llevó a proponer las fórmulas modernas correctas para los dos óxidos de carbono (CO y CO2). A pesar de la incertidumbre en el corazón de la teoría atómica de Dalton, los principios de la teoría sobrevivieron.

Pesos atómicos relativos

Varios átomos y moléculas como se describe en John Dalton Un nuevo sistema de filosofía química (1808).

Dalton publicó su primera tabla de pesos atómicos relativos que contenían seis elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo), en relación con el peso de un átomo de hidrógeno tomado convencionalmente como 1. Dado que estos eran solo pesos relativos, no tienen una unidad de peso unida a ellos. Dalton no dio ninguna indicación en este artículo de cómo había llegado a estos números, pero en su cuaderno de laboratorio, fechado el 6 de septiembre de 1803, 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 los químicos de la época.

La extensión de esta idea a las sustancias en general lo llevó necesariamente a la ley de las proporciones múltiples, y la comparación con el experimento confirmó brillantemente su deducción. 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 estar anticipada en las palabras:

Los elementos de oxígeno pueden combinarse con una determinada porción de gas nitroso o con dos veces esa porción, pero sin cantidad intermedia.

Pero hay razones para sospechar que esta oración puede haber sido agregada algún tiempo después de la lectura del artículo, que no se publicó hasta 1805.

Los compuestos se clasificaron como binarios, ternarios, cuaternarios, etc. (moléculas compuestas de dos, tres, cuatro, etc. átomos) en el Nuevo Sistema de Filosofía Química dependiendo del número de átomos que compuesto tenía en su forma empírica más simple.

Dalton planteó la hipótesis de que la estructura de los compuestos se puede representar en proporciones de números enteros. Entonces, un átomo del elemento X combinado con un átomo del elemento Y es un compuesto binario. Además, un átomo del elemento X combinado con dos átomos del elemento Y o viceversa, es 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 usó sus propios símbolos para representar visualmente la estructura atómica de los compuestos. Fueron representados en el Nuevo Sistema de Filosofía Química, donde enumeró 21 elementos y 17 moléculas simples.

Otras investigaciones

Dalton publicó artículos sobre temas tan diversos como la lluvia y 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.

Enfoque experimental

Como investigador, Dalton a menudo se contentaba con instrumentos toscos e inexactos, aunque se podían obtener mejores. Sir Humphry Davy lo describió como 'un experimentador muy tosco', que 'casi siempre encontraba los resultados que necesitaba, confiando en su cabeza más que en sus manos'. Por otro lado, los historiadores que han replicado 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 engañado tantas veces al dar por sentado los resultados de otros que decidió escribir " lo menos posible pero lo que puedo atestiguar por mi propia experiencia", pero esta independencia la llevaba tan lejos que a veces parecía falta de receptividad. Por lo tanto, desconfiaba, y probablemente nunca aceptó del todo, las conclusiones de Gay-Lussac en cuanto a los volúmenes combinados de los gases.

Tenía puntos de vista poco convencionales sobre el cloro. Incluso después de que Davy hubiera establecido su carácter elemental, persistió en usar los pesos atómicos que él mismo había adoptado, incluso cuando habían sido reemplazados por las determinaciones más precisas de otros químicos.

Él siempre se opuso a la notación química ideada por Jöns Jacob Berzelius, aunque la mayoría pensó que era mucho más simple y conveniente que su propio sistema engorroso de símbolos circulares.

Otras publicaciones

Para Rees's Cyclopædia, Dalton contribuyó con artículos sobre química y meteorología, pero los temas no se conocen.

Contribuyó con 117 Memorias de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester desde 1817 hasta su muerte en 1844 mientras era presidente de esa organización. De estos, los primeros son los más importantes. En uno de ellos, leído en 1814, explica los principios del análisis volumétrico, en el que fue uno de los primeros investigadores. En 1840, la Royal Society rechazó un artículo sobre fosfatos y arsenatos, a menudo considerado como un trabajo más débil, y estaba tan indignado que lo publicó él mismo. Tomó el mismo curso poco después 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 azúcar") contienen su descubrimiento, considerado por él como el segundo en importancia después de la teoría atómica, que ciertos anhidratos, cuando se disuelven en agua, no causan aumento en su volumen, siendo su inferencia que la sal entra en los poros del agua.

Vida pública

Incluso antes de que propusiera la teoría atómica, Dalton 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 entre 1809 y 1810 pronunció otra serie de conferencias allí. Algunos testigos informaron que carecía de las cualidades que hacen a un disertante atractivo, que era áspero y confuso en la voz, ineficaz en el tratamiento de su tema y singularmente deficiente en el lenguaje y el poder de la ilustración.

En 1810, Sir Humphry Davy le pidió que se ofreciera como candidato para la beca de la Royal Society, pero Dalton se negó, posiblemente por motivos económicos. En 1822 fue propuesto sin su conocimiento y, en la elección, pagó la tarifa habitual. Seis años antes había sido nombrado miembro correspondiente de la Académie des Sciences francesa, y en 1830 fue elegido como uno de sus ocho asociados extranjeros en lugar de Davy. En 1833, el gobierno de Earl Grey le otorgó una pensión de 150 libras esterlinas, que en 1836 aumentó a 300 libras esterlinas. Dalton fue elegido Miembro Honorario Extranjero de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 1834.

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.

Vida privada

Dalton en la vida posterior por Thomas Phillips, National Portrait Gallery, Londres (1835).

Dalton nunca se casó y solo tenía unos pocos amigos cercanos. Como cuáquero, vivió una vida personal modesta y sin pretensiones.

Durante los 26 años anteriores a su muerte, Dalton vivió en una habitación en la casa del reverendo W. Johns, un botánico publicado, y su esposa, en George Street, Manchester. Dalton y Johns murieron en el mismo año (1844).

La ronda diaria de trabajo de laboratorio y tutoría de Dalton en Manchester se vio interrumpida solo por excursiones anuales al Distrito de los Lagos y visitas ocasionales a Londres. En 1822 realizó una breve visita a París, donde conoció a muchos distinguidos hombres de ciencia residentes. Asistió a varias de las reuniones anteriores de la Asociación Británica en York, Oxford, Dublín y Bristol.

Invalidez y muerte

Dalton sufrió un derrame cerebral menor en 1837, y un segundo en 1838 lo dejó con una discapacidad del habla, aunque pudo realizar experimentos. En mayo de 1844 tuvo otro derrame cerebral; el 26 de julio registró con mano temblorosa su última observación meteorológica. El 27 de julio, en Manchester, Dalton se cayó de la cama y su asistente lo encontró sin vida.

A Dalton se le concedió un funeral cívico con todos los honores. Su cuerpo permaneció en estado en el Ayuntamiento de Manchester durante cuatro días y más de 40.000 personas desfilaron frente a su ataúd. El cortejo fúnebre incluyó a representantes de los principales organismos cívicos, comerciales y científicos de la ciudad. Fue enterrado en Manchester en el cementerio de Ardwick; el cementerio ahora es un campo de juego, pero se pueden encontrar imágenes de la tumba original en materiales publicados.

Legado

Busto de Dalton por Chantrey, 1854
Estatua de Dalton por Chantrey

Obras