John Dalton, nato a Eaglesfield nel 1766 da una modesta famiglia quacchera, è annoverato tra i padri della chimica moderna insieme a Lavoisier e Proust. Il suo lavoro pionieristico ha notevolmente avanzato la comprensione in diversi campi di ricerca.
Sebbene avesse ricevuto una scarsa istruzione, la sua mente acuta e il suo naturale senso di curiosità compensarono questa mancanza. All’età di soli 12 anni, John Dalton si unì al fratello maggiore nella gestione di una scuola quacchera locale, dove lavorò come insegnante per oltre un decennio.
La sua formazione fu influenzata dal meteorologo e orticoltore Elihu Robinson, con un interesse per la matematica e la scienza, e da John Gough, uno studioso cieco di classici e filosofo naturale e sperimentale che ispirò a Dalton un interesse per la meteorologia durato per tutta la vita. Grazie a Gough, Dalton ottenne un posto come tutor al Manchester College.
Come molti scienziati dei secoli scorsi, Dalton indirizzò i suoi studi non solo nell’ambito della chimica, formulando la Legge delle proporzioni multiple, nota come legge di Dalton, e la teoria atomica che porta il suo nome, ma si interessò anche del comportamento dei gas e sviluppò una teoria per spiegare la deficienza della visione dei colori, di cui soffriva egli stesso.
John Dalton era un ricercatore entusiasta che lavorava fino a tardi la maggior parte delle sere. Si occupò anche di meteorologia, tenendo un diario meteorologico giornaliero e producendo un resoconto dettagliato delle condizioni meteorologiche locali per oltre 57 anni, documentando anche gli avvistamenti dell’aurora boreale.
John Dalton e la teoria atomica
La teoria atomica di Dalton sviluppa un modello teorico per interpretare le evidenze sperimentali e costituisce la prima interpretazione organica della struttura della materia in termini atomico-molecolari. Presentò il primo modello atomico nel 1808.
Dalton partì dal presupposto che non si può “vedere” la struttura intima della materia, ma ipotizzando l’esistenza di corpuscoli elementari—gli atomi—si può spiegare il comportamento materiale assegnando loro determinate caratteristiche postulati.
I postulati della teoria atomica di Dalton sono:
- La materia è costituita da particelle piccolissime e indivisibili chiamate atomi.
- L’atomo rappresenta la più piccola particella di un elemento.
- Ogni elemento è costituito da atomi uguali per massa e dimensioni; elementi diversi sono costituiti da atomi diversi.
- Le reazioni chimiche avvengono tra atomi interi, che conservano la loro identità e si combinano in rapporti di numeri interi semplici per formare composti.
- La molecola è il più piccolo aggregato di atomi diversi.
Sebbene la teoria di Dalton abbia gettato le basi della chimica moderna, la sua applicazione ha mostrato dei limiti alla luce delle scoperte successive, come le reazioni nucleari, la scoperta degli isotopi e degli isobari, le combinazioni non sempre in rapporti semplici e l’esistenza degli allotropi come il carbonio in forme di diamante, grafite, fullerene, nanotubi di carbonio e grafene.
Legge delle proporzioni multiple
Nel 1803, John Dalton elaborò la Legge delle proporzioni multiple, un principio fondamentale della chimica che descrive la relazione tra le masse degli elementi che si combinano per formare composti diversi. Questa legge è una delle tre leggi ponderali della chimica, insieme alla Legge di conservazione della massa di Lavoisier e alla Legge delle proporzioni definite, nota come Legge di Proust.
La legge delle proporzioni multiple afferma che se due elementi si combinano per formare più di un composto, le masse di un elemento che si combinano con una massa fissa dell’altro elemento sono in un rapporto espresso da numeri interi piccoli. Sebbene principalmente applicabile ai composti semplici, questa legge aiuta a prevedere la composizione dei composti in base alle masse degli elementi costituenti.
Pressioni parziali
All’inizio del diciannovesimo secolo, le nuove tecniche sperimentali permisero a John Dalton di ampliare i suoi studi nel campo meteorologico, in particolare sulla capacità dell’aria di assorbire il vapore acqueo a diverse temperature.
Il suo lavoro successivo sulla costituzione, l’evaporazione e l’espansione termica dei gas portò alla derivazione della legge di Dalton sulle pressioni parziali. Alla fine di un articolo del 1803 sull’assorbimento dei gas da parte dei liquidi, Dalton pubblicò la prima tabella dei pesi atomici. Continuò a sviluppare la sua teoria attraverso lezioni alla Royal Society e, successivamente, nel suo libro “New System of Chemical Philosophy”.
Nelle sue ricerche sui gas, Dalton definì le pressioni parziali: in una miscela gassosa di gas che non reagiscono tra loro e che si comportano in modo ideale, la pressione totale è data dalla somma delle pressioni parziali dei singoli gas.
Daltonismo
Quando arrivò a Manchester, Dalton iniziò a rendersi conto di vedere il mondo in modo diverso rispetto alla maggior parte delle persone. Sviluppò una teoria per spiegare la deficienza della visione dei colori, oggi nota come daltonismo, di cui soffriva egli stesso.
Negli anni successivi, John Dalton condusse ampie ricerche sul tema, culminate nella pubblicazione del suo articolo del 1798, “Fatti straordinari relativi alla visione dei colori”. Dalton suggerì che il colore del fluido negli occhi, noto come umore vitreo, agisse come un filtro per certi colori nello spettro.
Analisi del DNA condotte nel 1995 e pubblicate sulla rivista Science, 150 anni dopo la sua morte, hanno rivelato che Dalton era privo del gene per il recettore sensibile alla luce a lunghezza d’onda media, corrispondente al verde, e soffriva di deuteranopia, un tipo di daltonismo.
Aurora boreale
Nell’ambito dei suoi studi meteorologici, John Dalton era affascinato dall’aurora boreale. La sua ricerca sul fenomeno, insieme a quella dei suoi contemporanei, ha gettato le basi per la nostra attuale comprensione.
Il lavoro di Dalton è stato tra i primi ad applicare i principi dell’indagine scientifica a questa meraviglia della natura. Dopo anni di osservazione accurata, sospettò che l’aurora avesse un’origine elettrica o magnetica. Era così curioso delle origini dell’aurora boreale che iniziò a testare le sue teorie utilizzando approcci e strumenti scientifici.
Utilizzò il suo teodolite, uno strumento di rilevamento con un telescopio rotante, per misurare gli angoli e stimare correttamente la distanza dell’aurora dalla superficie terrestre, suggerendo che l’aurora si verificasse almeno a 60 miglia nell’atmosfera.
Dalton usò anche un ago a immersione, una specie di bussola che rivela angoli e movimenti dei campi magnetici, per testare la sua ipotesi sulle connessioni tra l’aurora e il campo magnetico terrestre. Quando apparve l’aurora, Dalton notò una leggera perturbazione nel suo strumento poiché l’ago si mosse. Utilizzò queste osservazioni per creare una teoria che sosteneva un’origine magnetica o elettrica per le luci dell’aurora boreale.