Atomová teorie

Daleko nejvlivnější Daltonovou prací v chemii byla jeho atomová teorie. Pokusy vystopovat, jak přesně Dalton tuto teorii vytvořil, se ukázaly jako marné; dokonce i Daltonovy vlastní vzpomínky na toto téma jsou neúplné. Svou teorii parciálních tlaků založil na myšlence, že ve směsi plynů se odpuzují pouze podobné atomy, zatímco nepodobné atomy na sebe reagují lhostejně. Tato koncepce vysvětlovala, proč se každý plyn ve směsi chová nezávisle. Ačkoli se později ukázalo, že tento názor je chybný, posloužil mu k užitečnému účelu, neboť mu umožnil zrušit myšlenku, kterou zastávalo mnoho předchozích atomistů od řeckého filozofa Démokrita až po matematika a astronoma 18. století Ruggera Giuseppe Boscoviche, že atomy všech druhů látek jsou si podobné. Dalton tvrdil, že atomy různých prvků se liší velikostí a hmotností, a toto tvrzení je skutečně kardinálním rysem jeho atomové teorie. Jeho tvrzení, že každý prvek má svůj vlastní druh atomu, bylo v rozporu s názorem těch, kteří se domnívali, že existence tolika různých základních částic by zničila jednoduchost přírody, ale Dalton jejich námitky odmítl jako smyšlené. Místo toho se zaměřil na určení relativních hmotností jednotlivých druhů atomů, čehož lze podle něj dosáhnout pouze na základě počtu atomů jednotlivých prvků přítomných v různých chemických sloučeninách. Přestože Dalton již několik let vyučoval chemii, skutečný výzkum v této oblasti ještě neprováděl.

V pamětech, které přečetl Manchesterské literární a filosofické společnosti 21. října 1803, tvrdil: „Zkoumání relativních hmotností konečných částic těles je, pokud je mi známo, zcela nový předmět; v poslední době jsem toto zkoumání prováděl s pozoruhodným úspěchem.“ Popsal svou metodu měření hmotností různých prvků, včetně vodíku, kyslíku, uhlíku a dusíku, podle toho, jak se vzájemně kombinují s pevnými hmotnostmi. Pokud měla mít taková měření smysl, musely se prvky kombinovat v pevných poměrech. Dalton považoval pevné poměry za samozřejmost a nebral ohled na soudobý spor mezi francouzskými chemiky Josephem-Louisem Proustem a Claudem-Louisem Bertholletem, který se týkal právě tohoto tvrzení. Daltonova měření, jakkoli byla hrubá, mu umožnila formulovat zákon vícenásobného poměru: Když dva prvky tvoří více než jednu sloučeninu, jsou hmotnosti jednoho prvku, které se spojí s pevnou hmotností druhého, v poměru malých celých čísel. Vezmeme-li tedy prvky jako A a B, vznikají mezi nimi přirozeně různé kombinace podle hmotnostních poměrů A:B = x:y nebo x:2y nebo 2x:y atd. Kombinací atomových stavebních prvků o různých hmotnostech vznikly různé sloučeniny. Jak napsal Daltonovi švédský chemik Jöns Jacob Berzelius: „Zákon násobných poměrů je bez atomové teorie záhadou.“ V tomto případě se však jednalo o záhadu. A Dalton poskytl základ této teorie.

.

Problémem však zůstávalo, že znalost poměrů nestačila k určení skutečného počtu atomů prvků v jednotlivých sloučeninách. Například bylo zjištěno, že metan obsahuje dvakrát více vodíku než etylen. Podle Daltonova pravidla „největší jednoduchosti“, totiž že AB je nejpravděpodobnější kombinace, pro kterou našel meritorní zdůvodnění v geometrii těsně zabalených koulí, přiřadil metanu kombinaci jednoho atomu uhlíku a dvou atomů vodíku a ethylenu kombinaci jednoho atomu uhlíku a jednoho atomu vodíku. To je, jak dnes víme, nesprávné, protože molekula metanu se chemicky symbolizuje jako CH4 a molekula ethylenu jako C2H4. Přesto Daltonova atomová teorie zvítězila nad svými slabinami, protože jeho základní argument byl správný. Překonání nedostatků Daltonovy teorie však bylo postupným procesem, který byl dokončen v roce 1858 až poté, co italský chemik Stanislao Cannizzaro poukázal na užitečnost hypotézy Amadea Avogadra při určování molekulových hmotností. Od té doby se ukázalo, že chemici považují teorii daltonského atomismu za klíčový faktor, který je základem dalšího pokroku v jejich oboru. Zejména organická chemie rychle pokročila, jakmile se Daltonova teorie prosadila. Daltonova atomová teorie mu vynesla přízvisko „otec chemie“

.