Teoria atomica

Il lavoro di gran lunga più influente di Dalton in chimica fu la sua teoria atomica. I tentativi di tracciare precisamente come Dalton sviluppò questa teoria si sono dimostrati inutili; anche i ricordi di Dalton stesso sull’argomento sono incompleti. Egli basò la sua teoria delle pressioni parziali sull’idea che solo gli atomi simili in una miscela di gas si respingono a vicenda, mentre gli atomi diversi sembrano reagire indifferentemente l’uno verso l’altro. Questa concettualizzazione spiegava perché ogni gas in una miscela si comportava in modo indipendente. Anche se questo punto di vista è stato successivamente dimostrato essere errato, è servito un utile scopo nel permettergli di abolire l’idea, tenuta da molti atomisti precedenti dal filosofo greco Democrito al matematico e astronomo del XVIII secolo Ruggero Giuseppe Boscovich, che gli atomi di tutti i tipi di materia sono simili. Dalton sosteneva che gli atomi di elementi diversi variano in dimensione e massa, e infatti questa affermazione è la caratteristica cardine della sua teoria atomica. La sua argomentazione che ogni elemento aveva il suo tipo di atomo era controintuitiva per coloro che credevano che avere così tante particelle fondamentali diverse avrebbe distrutto la semplicità della natura, ma Dalton respinse le loro obiezioni come fantasiose. Invece, si concentrò sulla determinazione delle masse relative di ogni diverso tipo di atomo, un processo che poteva essere realizzato, sosteneva, solo considerando il numero di atomi di ogni elemento presente in diversi composti chimici. Anche se Dalton aveva insegnato chimica per diversi anni, non aveva ancora svolto una vera e propria ricerca in questo campo.

In una memoria letta alla Manchester Literary and Philosophical Society il 21 ottobre 1803, egli affermò: “Un’indagine sui pesi relativi delle particelle finali dei corpi è un soggetto, per quanto ne so, completamente nuovo; ultimamente ho portato avanti questa indagine con notevole successo”. Descrisse il suo metodo per misurare le masse di vari elementi, tra cui idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto, secondo il modo in cui si combinavano con masse fisse di ogni altro. Affinché tali misure fossero significative, gli elementi dovevano combinarsi in proporzioni fisse. Dalton dava per scontate le proporzioni fisse, ignorando la contemporanea controversia tra i chimici francesi Joseph-Louis Proust e Claude-Louis Berthollet su questa stessa proposta. Le misurazioni di Dalton, per quanto rozze, gli permisero di formulare la legge delle proporzioni multiple: Quando due elementi formano più di un composto, le masse di un elemento che si combinano con una massa fissa dell’altro sono in un rapporto di piccoli numeri interi. Così, prendendo gli elementi come A e B, varie combinazioni tra loro si verificano naturalmente secondo i rapporti di massa A:B = x:y o x:2y o 2x:y, e così via. Composti diversi si sono formati combinando elementi atomici di massa diversa. Come il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius scrisse a Dalton: “La legge delle proporzioni multiple è un mistero senza la teoria atomica”. E Dalton fornì le basi per questa teoria.

Il problema rimaneva, tuttavia, che la conoscenza dei rapporti era insufficiente per determinare il numero effettivo di atomi elementari in ogni composto. Per esempio, si è scoperto che il metano contiene il doppio di idrogeno rispetto all’etilene. Seguendo la regola di Dalton della “massima semplicità”, cioè che AB è la combinazione più probabile per la quale trovò una giustificazione meretrice nella geometria delle sfere ravvicinate, assegnò al metano una combinazione di un atomo di carbonio e due di idrogeno e all’etilene una combinazione di un atomo di carbonio e uno di idrogeno. Questo, ora sappiamo, non è corretto, perché la molecola di metano è simboleggiata chimicamente come CH4 e la molecola di etilene come C2H4. Tuttavia, la teoria atomica di Dalton ha trionfato sulle sue debolezze perché il suo argomento di base era corretto. Tuttavia, il superamento dei difetti della teoria di Dalton fu un processo graduale, finalizzato nel 1858 solo dopo che il chimico italiano Stanislao Cannizzaro fece notare l’utilità dell’ipotesi di Amadeo Avogadro nella determinazione delle masse molecolari. Da allora, i chimici hanno dimostrato che la teoria dell’atomismo daltoniano è un fattore chiave alla base di ulteriori progressi nel loro campo. La chimica organica in particolare progredì rapidamente una volta che la teoria di Dalton fu accettata. La teoria atomica di Dalton gli valse l’appellativo di “padre della chimica”.