Teoría atómica

El trabajo más influyente de Dalton en química fue, con diferencia, su teoría atómica. Los intentos de rastrear con precisión cómo Dalton desarrolló esta teoría han resultado inútiles; incluso los propios recuerdos de Dalton sobre el tema son incompletos. Basó su teoría de las presiones parciales en la idea de que sólo los átomos semejantes en una mezcla de gases se repelen entre sí, mientras que los átomos no semejantes parecen reaccionar indistintamente entre sí. Esta conceptualización explicaba por qué cada gas de una mezcla se comportaba de forma independiente. Aunque posteriormente se demostró que este punto de vista era erróneo, le sirvió para abolir la idea, sostenida por muchos atomistas anteriores, desde el filósofo griego Demócrito hasta el matemático y astrónomo del siglo XVIII Ruggero Giuseppe Boscovich, de que los átomos de todos los tipos de materia son iguales. Dalton afirmaba que los átomos de los distintos elementos varían en tamaño y masa, y de hecho esta afirmación es la característica cardinal de su teoría atómica. Su argumento de que cada elemento tenía su propio tipo de átomo era contrario a la intuición de quienes creían que tener tantas partículas fundamentales diferentes destruiría la simplicidad de la naturaleza, pero Dalton desestimó sus objeciones por considerarlas fantasiosas. En su lugar, se centró en determinar las masas relativas de cada tipo de átomo, un proceso que sólo podía llevarse a cabo, según él, considerando el número de átomos de cada elemento presentes en los diferentes compuestos químicos. Aunque Dalton había enseñado química durante varios años, aún no había realizado investigaciones reales en este campo.

En una memoria leída ante la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester el 21 de octubre de 1803, afirmó: «La investigación de los pesos relativos de las partículas finales de los cuerpos es un tema, hasta donde yo sé, completamente nuevo; últimamente he estado llevando a cabo esta investigación con notable éxito». Describió su método para medir las masas de varios elementos, entre ellos el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno, según la forma en que se combinaban con masas fijas de cada uno. Para que estas mediciones tuvieran sentido, los elementos debían combinarse en proporciones fijas. Dalton dio por sentadas las proporciones fijas, sin tener en cuenta la controversia contemporánea entre los químicos franceses Joseph-Louis Proust y Claude-Louis Berthollet sobre esa misma proposición. Las mediciones de Dalton, por rudimentarias que fueran, le permitieron formular la Ley de las Proporciones Múltiples: Cuando dos elementos forman más de un compuesto, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro están en una relación de números enteros pequeños. Así, tomando los elementos como A y B, se producen naturalmente diversas combinaciones entre ellos según las relaciones de masas A:B = x:y o x:2y o 2x:y, etc. Los diferentes compuestos se formaron combinando bloques atómicos de diferentes masas. Como escribió el químico sueco Jöns Jacob Berzelius a Dalton: «La ley de las proporciones múltiples es un misterio sin la teoría atómica». Y Dalton proporcionó la base de esta teoría.

Sin embargo, el problema seguía siendo que el conocimiento de las proporciones era insuficiente para determinar el número real de átomos elementales en cada compuesto. Por ejemplo, se descubrió que el metano contenía el doble de hidrógeno que el etileno. Siguiendo la regla de Dalton de la «mayor simplicidad», es decir, que AB es la combinación más probable para la que encontró una justificación meretriz en la geometría de las esferas cerradas, asignó al metano una combinación de un átomo de carbono y dos de hidrógeno y al etileno una combinación de un átomo de carbono y uno de hidrógeno. Ahora sabemos que esto es incorrecto, ya que la molécula de metano se simboliza químicamente como CH4 y la de etileno como C2H4. No obstante, la teoría atómica de Dalton triunfó sobre sus puntos débiles porque su argumento fundacional era correcto. Sin embargo, la superación de los defectos de la teoría de Dalton fue un proceso gradual, finalizado en 1858 sólo después de que el químico italiano Stanislao Cannizzaro señalara la utilidad de la hipótesis de Amadeo Avogadro para determinar las masas moleculares. Desde entonces, los químicos han demostrado que la teoría del atomismo daltoniano es un factor clave para los avances en su campo. La química orgánica, en particular, progresó rápidamente una vez que la teoría de Dalton fue aceptada. La teoría atómica de Dalton le valió el sobrenombre de «padre de la química».