Atomelmélet

Dalton messze legnagyobb hatású munkája a kémiában az atomelmélete volt. Az arra irányuló kísérletek, hogy pontosan nyomon kövessük, hogyan dolgozta ki Dalton ezt az elméletet, hiábavalónak bizonyultak; még Dalton saját visszaemlékezései is hiányosak a témával kapcsolatban. A parciális nyomások elméletét arra az elképzelésre alapozta, hogy a gázkeverékben csak a hasonló atomok taszítják egymást, míg a nem hasonló atomok látszólag közömbösen reagálnak egymásra. Ez a felfogás megmagyarázta, hogy egy keverékben az egyes gázok miért viselkednek egymástól függetlenül. Bár később bebizonyosodott, hogy ez a nézet téves, mégis hasznos célt szolgált, mivel lehetővé tette számára annak az elképzelésnek a felszámolását, amelyet számos korábbi atomista – a görög filozófustól Démokritoszig és a 18. századi matematikustól és csillagásztól Ruggero Giuseppe Boscovichig – vallott, miszerint mindenfajta anyag atomjai egyformák. Dalton azt állította, hogy a különböző elemek atomjai méretben és tömegben különböznek egymástól, és valóban ez az állítás az atomelméletének kardinális jellemzője. Érvelése, miszerint minden elemnek megvan a maga fajta atomja, ellentmondásos volt azok számára, akik úgy vélték, hogy ennyi különböző alapvető részecske megléte lerombolná a természet egyszerűségét, de Dalton elutasította ellenvetéseiket, mint fantáziátlanságot. Ehelyett inkább az egyes különböző atomfajták relatív tömegének meghatározására összpontosított, amit – állítása szerint – csak úgy lehetett elérni, ha figyelembe vesszük az egyes elemek különböző kémiai vegyületekben jelen lévő atomjainak számát. Bár Dalton már több éve tanított kémiát, tényleges kutatásokat még nem végzett ezen a területen.

A Manchester Irodalmi és Filozófiai Társaság előtt 1803. október 21-én felolvasott emlékiratában azt állította: “A testek végső részecskéinek relatív súlyának vizsgálata, amennyire tudom, teljesen új téma; az utóbbi időben figyelemre méltó sikerrel folytattam ezt a kutatást”. Leírta a különböző elemek, köztük a hidrogén, az oxigén, a szén és a nitrogén tömegének mérésére szolgáló módszerét aszerint, ahogyan azok egymás rögzített tömegével kombinálódnak. Ahhoz, hogy az ilyen mérések értelmesek legyenek, az elemeknek rögzített arányban kellett kombinálódniuk. Dalton természetesnek vette a rögzített arányokat, figyelmen kívül hagyva a Joseph-Louis Proust és Claude-Louis Berthollet francia kémikusok között éppen erről a felvetésről folyó korabeli vitát. Dalton mérései, bármennyire is nyersek voltak, lehetővé tették számára, hogy megfogalmazza a többszörös arányok törvényét: Amikor két elem egynél több vegyületet alkot, az egyik elem tömegei, amelyek a másik elem meghatározott tömegével egyesülnek, kis egész számok arányában vannak. Így, ha az elemeket A-nak és B-nek tekintjük, természetesen különböző kombinációk keletkeznek közöttük az A:B = x:y vagy x:2y vagy 2x:y stb. tömegarányoknak megfelelően. A különböző tömegű atomi építőelemek kombinálásával különböző vegyületek jöttek létre. Ahogy Jöns Jacob Berzelius svéd kémikus írta Daltonnak: “A többszörös arányok törvénye az atomelmélet nélkül rejtély”. És Dalton megadta ennek az elméletnek az alapját.

A probléma azonban továbbra is az volt, hogy az arányok ismerete nem volt elegendő az egyes vegyületekben lévő elemi atomok tényleges számának meghatározásához. A metánról például kiderült, hogy kétszer annyi hidrogént tartalmaz, mint az etilén. Dalton a “legnagyobb egyszerűség” szabályát követve, nevezetesen, hogy az AB a legvalószínűbb kombináció, amelyre a szorosan elhelyezkedő gömbök geometriájában talált érdemi igazolást, a metánt egy szén- és két hidrogénatom, az etilént pedig egy szén- és egy hidrogénatom kombinációjához rendelte. Ma már tudjuk, hogy ez téves, mivel a metánmolekulát kémiailag CH4-nek, az etilénmolekulát pedig C2H4-nek jelölik. Ennek ellenére Dalton atomelmélete győzedelmeskedett a gyengeségei felett, mert az alapvető érvelése helyes volt. Dalton elméletének hibáinak leküzdése azonban fokozatos folyamat volt, és csak 1858-ban fejeződött be, miután Stanislao Cannizzaro olasz kémikus rámutatott Amadeo Avogadro hipotézisének hasznosságára a molekulatömegek meghatározásában. Azóta a kémikusok kimutatták, hogy a daltoni atomizmus elmélete kulcsfontosságú tényező a területük további fejlődésének hátterében. Különösen a szerves kémia fejlődött gyorsan, miután Dalton elmélete elfogadottá vált. Dalton atomelméletével érdemelte ki a “kémia atyja” titulust.”