Atomteori

Daltons i särklass mest inflytelserika arbete inom kemin var hans atomteori. Försök att spåra exakt hur Dalton utvecklade denna teori har visat sig vara fruktlösa; till och med Daltons egna minnen i ämnet är ofullständiga. Han baserade sin teori om partialtryck på idén att endast likadana atomer i en gasblandning stöter bort varandra, medan olikartade atomer tycks reagera likgiltigt mot varandra. Denna konceptualisering förklarade varför varje gas i en blandning uppförde sig självständigt. Även om detta synsätt senare visade sig vara felaktigt tjänade det ett användbart syfte genom att det gjorde det möjligt för honom att avskaffa den föreställning som många tidigare atomister, från den grekiske filosofen Demokrit till 1700-talsmatematikern och astronomen Ruggero Giuseppe Boscovich, hade haft, nämligen att atomer i alla typer av materia är lika. Dalton hävdade att atomer av olika grundämnen varierar i storlek och massa, och detta påstående är faktiskt det viktigaste inslaget i hans atomteori. Hans argument att varje grundämne hade sin egen typ av atom var kontraintuitivt för dem som ansåg att så många olika grundläggande partiklar skulle förstöra naturens enkelhet, men Dalton avfärdade deras invändningar som fantasifulla. I stället koncentrerade han sig på att bestämma de relativa massorna för varje olika slags atom, en process som enligt honom endast kunde genomföras genom att ta hänsyn till antalet atomer av varje grundämne som finns i olika kemiska föreningar. Även om Dalton hade undervisat i kemi i flera år hade han ännu inte utfört någon egentlig forskning på området.

I en memoar som lästes upp för Manchester Literary and Philosophical Society den 21 oktober 1803 hävdade han: ”En undersökning av de relativa vikterna av de sista partiklarna i kroppar är ett ämne som, så vitt jag vet, är helt nytt; jag har nyligen bedrivit denna undersökning med anmärkningsvärd framgång.” Han beskrev sin metod för att mäta massorna av olika grundämnen, däribland väte, syre, kol och kväve, enligt det sätt på vilket de kombineras med fasta massor av varandra. För att sådana mätningar skulle vara meningsfulla måste grundämnena kombineras i fasta proportioner. Dalton tog de fasta proportionerna för givna och struntade i den samtida kontroversen mellan de franska kemisterna Joseph-Louis Proust och Claude-Louis Berthollet om just detta. Daltons mätningar, hur grova de än var, gjorde det möjligt för honom att formulera lagen om multipla proportioner: När två grundämnen bildar mer än en förening står massorna av det ena grundämnet som kombineras med en fast massa av det andra i ett förhållande av små hela tal. Om man alltså tar grundämnena A och B, uppstår olika kombinationer mellan dem naturligt enligt massförhållandena A:B = x:y eller x:2y eller 2x:y och så vidare. Olika föreningar bildades genom att kombinera atomära byggstenar med olika massa. Som den svenske kemisten Jöns Jacob Berzelius skrev till Dalton: ”Lagen om multipla proportioner är ett mysterium utan atomteorin”. Och Dalton tillhandahöll grunden för denna teori.

.

Problemet kvarstod dock att kunskapen om förhållandet var otillräcklig för att bestämma det faktiska antalet elementära atomer i varje förening. Det visade sig till exempel att metan innehöll dubbelt så mycket väte som etylen. Enligt Daltons regel om ”största enkelhet”, nämligen att AB är den mest sannolika kombinationen, för vilken han fann ett meriterande rättfärdigande i geometrin hos tätt packade sfärer, tilldelade han metan en kombination av en kol- och två väteatomer och etylen en kombination av en kol- och en väteatom. Vi vet nu att detta är felaktigt, eftersom metanmolekylen kemiskt symboliseras som CH4 och etylenmolekylen som C2H4. Trots detta triumferade Daltons atomteori över sina svagheter eftersom hans grundargument var korrekt. Att övervinna bristerna i Daltons teori var dock en gradvis process, som slutfördes 1858 först efter att den italienske kemisten Stanislao Cannizzaro påpekade nyttan av Amadeo Avogadros hypotes när det gällde att bestämma molekylmassorna. Sedan dess har kemister visat att teorin om Daltons atomism är en nyckelfaktor som ligger till grund för ytterligare framsteg inom deras område. Särskilt den organiska kemin gjorde snabba framsteg när Daltons teori blev accepterad. Daltons atomistiska teori gav honom smeknamnet ”kemins fader”.