Enrique Joven Alvarez Масса атомов. Дальтон

Наука. Величайшие теории Выпуск № 22, 2015 Еженедельное издание

Пер. с франц. - М.: Де Агостини, 2015.- 152 с.

© Enrique Joven Alvarez, 2012 (текст)

© RB A Collecionables S. A., 2014

© ООО «Де Агостини», 2014-2015

Иллюстрации предоставлены:

Age Fotostock: 35hd, 55, 79hg, 79hd, 111b, 143b; Archives RBA: 17, 27, 35hg, 45hg, 53, 77, 89, 106, 109, 11 lhd, 123, 126; Archives fédérales allemandes: 143hd; bibliothèque du Congrès des États-Unis: 42, 103; Bolckow: 11 lhg; British Museum, Londres: 58; Cockermouth Tourist Information Centre: 45hd; Simon Ledingham: 45b; The Manchester Literary and Philosophical Society: 98; musée d’Histoire de Berne: 143hg; Musée national de Stockholm: 51; National Portrait Gallery, Londres: 21; Marie-Lan Nguyen: 30; The Nobel Foundation: 134, 139; Mike Peel: 35b; Nick Smale: 79b; akg/Science Photo Library.

Сегодня, наверное, уже не осталось людей, которые никогда не слышали об атоме. Все мы в большей или меньшей степени знаем об этих частицах еще со школьной скамьи. Нам известно, что материя состоит из бесконечного множества крошечных частиц, которые, соединяясь, образуют более сложные структуры. Самые простые из них называются молекулами. Эти молекулы, в свою очередь, образуют еще более сложные структуры, и так далее, вплоть до знакомого нам макромира с его минералами, растениями и животными. Частью этого мира являемся мы сами - существа, наделенные разумом. Из атомов состоит абсолютно все. Мы даже думаем благодаря этим частицам.

Если бы мы ничего не знали об атомах и задались бы вопросом, из чего состоит материя и до какой степени ее можно разделить на составляющие, то оказались бы в затруднении. Частицы пыли, которые мы видим в воздухе невооруженным глазом,- это самые мелкие элементы материи? Или их тоже можно разделить? А как они соединяются? Какие механизмы обеспечивают это соединение? Все ли мельчайшие частицы одинаковы?

На эти и подобные вопросы искали ответы еще древнегреческие философы. Они призывали на помощь логику и в своих поисках дошли до того, что выработали атомистическое учение, согласно которому все в мире состоит из неделимых частиц, то есть деление возможно до определенной степени. Но эти неделимые частицы имеют слишком маленький размер, поэтому их нельзя увидеть невооруженным глазом. Таким образом, наглядно подтвердить атомистическое учение невозможно, и это было его главным подводным камнем.

Существовали и другие соблазнительные теории. Например, некоторые заявляли, что в основе окружающего нас мира лежат четыре основополагающие стихии - воздух, земля, вода и огонь. Это представление гораздо лучше соответствовало человеческим чувствам и ощущениям и потому продержалось около 15 веков. Философия превратилась в религию, а религия, в свою очередь, в догму, и лишь ценой огромных усилий человечеству удалось выбраться на свет. Благодаря астрономам и химикам наука наконец нашла свой путь. Мир не такой, каким мы его себе представляли. Наблюдения и лабораторные опыты все больше расшатывали существующие убеждения. Оказывается, человеку не под силу превращать свинец в золото и читать будущее по звездам.

Астрологи стали астрономами, алхимики - химиками и начали делать собственные выводы. Они выделили элементы, никак не связанные с четырьмя стихиями. Воду можно разделить на кислород и водород, воздух - это просто смесь газов, огонь - продукт горения, да и земля - тоже смесь разных элементов, которые можно отделить друг от друга. Всего было выделено 92 элемента. Каждое новое десятилетие несло удивительные открытия. Частицы материи не исчезают, а лишь меняют форму. Элементы соединяются всегда одним и тем же способом, и их соотношение в соединении измеряется целыми числами. Капризные газы оказались гораздо более предсказуемыми, чем предполагалось. Их температура, давление и объем были тесно связаны друг с другом. Казалось, все забыли об атомах...

По крайней мере, до появления в науке конца XVIII века англичанина Джона Дальтона. Поначалу этот скромный школьный учитель, не получивший университетского образования, не привлек к себе особого внимания. Известно, что он твердо придерживался религиозных убеждений, был невероятно дисциплинирован и отличался редкой способностью размышлять. Между уроками Дальтон погружался в изучение химии и вскоре оказался далеко впереди ученых своего времени. Он утверждал, что химическое поведение газов - и материи вообще - можно объяснить, если представить вещества в виде набора атомов, свойства которых, по его мнению, близки философским представлениям древних греков. Причем на этот раз атомная гипотеза нашла подтверждение в ходе опытов: химические реакции соединений и элементов, открытых Дальтоном, соответствовали ее постулатам. Окрыленный своими открытиями, Дальтон составил первую таблицу атомных весов (или масс). Он показал, что строение материи можно объяснить с помощью атомов, и это объяснение работает, причем очень хорошо. Такой подход позволял понять: несмотря на то что каждое вещество состоит из одинаковых атомов, свойства соединений меняются в зависимости от отношений атомных масс элементарных составных частей. Другими словами, благодаря теории Джона Дальтона химия была признана математически точной наукой. Английский ученый также утверждал, что атомы водорода - самые легкие из всех, которые можно обнаружить в соединении, и это помогло ему установить значение относительной атомной массы других известных элементов. Благодаря этому критерию - относительной атомной массе - Дальтону удалось, наконец, выстроить первую логичную классификацию отдельных элементов, известных в то время. Химические реакции полностью соответствовали этой новой атомной концепции: закон сохранения вещества, который Лавуазье предложил незадолго до этого, нашел теоретическое подкрепление; модель и практика соответствовали друг другу.

Атомная теория Дальтона встретила поддержку несмотря на настороженность и сопротивление некоторых ученых - как среди его современников, так и спустя столетие. Главной причиной неприятия был тот факт, что рассматриваемые элементы - то есть атомы - невидимы. (Хотя теория подкреплялась наблюдениями.) Для многих ученых эта теория, таким образом, оставалась не более чем гипотезой - безусловно, полезной, но ни в коем случае не окончательной.

До начала XX века не было возможным физически проверить существование атомов. «Физическая» проверка, с одной стороны, означала подтверждение реального существования частиц, а с другой - погружение в физику, которое позволило бы завершить путь, пройденный до этого момента учеными-химиками. Независимо от физических результатов - физика в итоге поколебала некоторые постулаты атомной теории Дальтона, в том числе его идею неделимости атомов - химические выводы не изменились. Определяющими стали открытие броуновского движения, радиоактивности и особенно - работы Эрнеста Резерфорда, который доказал существование атомного ядра и описал его природу. Благодаря этому атомному наваждению в начале XX века возникло уникальное поколение ученых - возможно, самое блестящее в истории науки. К сожалению, именно в результате их работы появилось и самое страшное изобретение в истории человечества - атомная бомба. Однако совершенно несправедливо ставить знак равенства между атомами и ядерными взрывами и еще более несправедливо связывать ядерные взрывы с именем человека, сформулировавшего предпосылки для появления атомной теории. Джон Дальтон никогда не помышлял об оружии.

1776 Ходит в школу квакеров в Пардшоухолле под руководством Джона Флетчера.

1779 После закрытия школы в Пардшоу-холле квакерская община открывает другую, в Иглсфилде, где Джон Дальтон сам становится учителем.

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер плотности потока водяного пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 дальтон, атомная единица массы = 1,66053000000133E-27 килограмм [кг]

Исходная величина

Преобразованная величина

килограмм грамм эксаграмм петаграмм тераграмм гигаграмм мегаграмм гектограмм декаграмм дециграмм сантиграмм миллиграмм микрограмм нанограмм пикограмм фемтограмм аттограмм дальтон, атомная единица массы килограмм-сила кв. сек./метр килофунт килофунт (kip) слаг фунт-сила кв. сек./фут фунт тройский фунт унция тройская унция метрическая унция короткая тонна длинная (английская) тонна пробирная тонна (США) пробирная тонна (брит.) тонна (метрическая) килотонна (метрическая) центнер (метрический) центнер американский центнер британский квартер (США) квартер (брит.) стоун (США) стоун (брит.) тонна пеннивейт скрупул карат гран гамма талант (Др. Израиль) мина (Др. Израиль) шекель (Др. Израиль) бекан (Др. Израиль) гера (Др. Израиль) талант (Др. Греция) мина (Др. Греция) тетрадрахма (Др. Греция) дидрахма (Др. Греция) драхма (Др. Греция) денарий (Др. Рим) асс (Др. Рим) кодрант (Др. Рим) лептон (Др. Рим) планковская масса атомная единица массы масса покоя электрона масса покоя мюона масса протона масса нейтрона масса дейтрона масса Земли масса Солнца берковец пуд Фунт лот золотник доля квинтал ливр

Подробнее о массе

Общие сведения

Масса - это свойство физических тел противостоять ускорению. Масса, в отличие от веса, не изменяется в зависимости от окружающей среды и не зависит от силы притяжения планеты, на которой находится это тело. Массу m определяют при помощи второго закона Ньютона, по формуле: F = m a , где F - это сила, а a - ускорение.

Масса и вес

В обиходе часто используется слово «вес», кода говорят о массе. В физике же вес, в отличие от массы - это сила, действующая на тело благодаря притяжению между телами и планетами. Вес также можно вычислить по второму закону Ньютона: P = m g , где m - это масса, а g - ускорение свободного падения. Это ускорение возникает благодаря силе притяжения планеты, вблизи которой находится тело, и его величина также зависит от этой силы. Ускорение свободного падение на Земле равно 9,80665 метра в секунду, а на Луне - примерно в шесть раз меньше - 1,63 метра в секунду. Так, тело массой в один килограмм весит 9,8 ньютона на Земле и 1,63 ньютона на Луне.

Гравитационная масса

Гравитационная масса показывает какая гравитационная сила действует на тело (пассивная масса) и с какой гравитационной силой тело действует на другие тела (активная масса). При увеличении активной гравитационной массы тела его сила притяжения также увеличивается. Именно эта сила управляет движением и расположением звезд, планет и других астрономических объектов во вселенной. Приливы и отливы также вызваны гравитационными силами Земли и Луны.

С увеличением пассивной гравитационной массы увеличивается и сила, с которой гравитационные поля других тел действуют на это тело.

Инертная масса

Инертная масса - это свойство тела противостоять движению. Именно вследствие того, что тело имеет массу, нужно прикладывать определенную силу, чтобы сдвинуть тело с места или изменить направление или скорость его движения. Чем больше инертная масса, тем большую силу нужно для этого приложить. Масса во втором законе Ньютона - именно инертная масса. По величине гравитационная и инертная массы равны.

Масса и теория относительности

Согласно теории относительности, гравитирующая масса изменяет кривизну пространственно-временного континуума. Чем больше такая масса тела, тем сильнее это искривление вокруг этого тела, поэтому вблизи тел большой массы, таких как звёзды, траектория световых лучей искривляется. этот эффект в астрономии носит название гравитационных линз. Наоборот, вдали от больших астрономических объектов (массивные звёзды или их скопления, называемые галактиками) движение световых лучей прямолинейно.

Основным постулатом теории относительности является постулат о конечности скорости распространения света. Из этого вытекает несколько любопытных следствий. Во-первых, можно представить себе существование объектов со столь большой массой, что вторая космическая скорость такого тела будет равна скорости света, т.е. никакая информация от этого объекта не сможет попасть во внешний мир. Такие космические объекты в общей теории относительности называют «чёрными дырами» и их существование было экспериментально доказано учёными. Во-вторых, при движение объекта с околосветовой скоростью его инертная масса настолько возрастает, что, локальное время внутри объекта замедляется по сравнению со временем. измеряемым стационарными часами на Земле. Этот парадокс известен как «парадокс близнецов»: один из них отправляется в космический полёт с околосветовой скоростью, другой остаётся на Земле. По возвращении из полёта через двадцать лет, выясняется, что космонавт-близнец биологически моложе своего брата!

Единицы

Килограмм

В системе СИ масса изменяется в килограммах. Килограмм определяется исходя из точного численного значения постоянной Планка h , равной 6,62607015×10⁻³⁴, выраженной в Дж с, что равно кг м² с⁻¹, причем секунда и метр определяются по точным значениям c и Δν Cs . Массу одного литра воды можно приближенно считать равной одному килограмму. Производные килограмма, грамм (1/1000 килограмма) и тонна (1000 килограммов) не являются единицами СИ, но широко используются.

Электронвольт

Электронвольт - единица для измерения энергии. Обычно ее используют в теории относительности, а энергию вычисляют по формуле E =mc ², где E - это энергия, m - масса, а c - скорость света. Согласно принципу эквивалентности массы и энергии, электронвольт - также и единица массы в системе естественных единиц, где c равна единице, а значит, масса равна энергии. В основном электронвольты используют в ядерной и атомной физике.

Атомная единица массы

Атомная единица массы (а. е. м. ) предназначена для масс молекул, атомов, и других частиц. Одна а. е. м. равна 1/12 массы атома нуклида углерода, ¹²C. Это примерно 1,66 × 10 ⁻²⁷ килограмма.

Слаг

Слаги используются в основном в британской имперской системе мер в Великобритании и некоторых других странах. Один слаг равен массе тела, которое движется с ускорением один фут в секунду за секунду, когда к нему приложена сила в один фунт-силу. Это примерно 14,59 килограмма.

Солнечная масса

Солнечная масса - мера массы, принятая в астрономии для измерения звезд, планет и галактик. Одна солнечная масса равна массе Солнца, то есть, 2 × 10³⁰ килограммов. Масса Земли примерно в 333 000 раза меньше.

Карат

В каратах измеряют массу драгоценных камней и металлов в ювелирном деле. Один карат равен 200 миллиграммам. Название и сама величина связаны с семенами рожкового дерева (по-английски: carob, произносится «кароб»). Один карат раньше был равен весу семечка этого дерева, и покупатели носили с собой свои семена, чтобы проверить, не обманули ли их продавцы драгоценных металлов и камней. Вес золотой монеты в Древнем Риме равнялся 24 семечкам рожкового дерева, и поэтому караты стали применяться для обозначения количества золота в сплаве. 24 карата - чистое золото, 12 каратов - сплав наполовину из золота, и так далее.

Гран

Гран использовался как мера веса во многих странах до эпохи Возрождения. Он основывался на весе зерен, в основном ячменя, и других популярных в то время культур. Один гран равен около 65 миллиграммам. Это немного больше четверти карата. Пока караты не получили широкого распространения, в ювелирном деле использовались граны. Эта мера веса используется и по сей день для измерения массы пороха, пуль, стрел, а также золотой фольги в стоматологии.

Другие единицы массы

В странах, где не принята метрическая система, используют меры массы британской имперской системы. Например, в Великобритании, США и Канаде широко применяются фунты, стоуны и унции. Один фунт равен 453,6 грамма. Стоуны используются в основном только для измерения массы тела человека. Один стоун - это примерно 6,35 килограмма или ровно 14 фунтов. Унции в основном используют в кулинарных рецептах, особенно для продуктов в маленьких порциях. Одна унция это 1/16 фунта, или приблизительно 28,35 грамма. В Канаде, которая формально перешла на метрическую систему в 1970-х годах, многие продукты продаются в упаковке, рассчитанной на округленные британские единицы, например, один фунт или 14 жидких унций, однако на них указан вес или объем в метрических единицах. По-английски такую систему называют «мягкой метрической» (англ. soft metric ), в отличие от «жесткой метрической» системы (англ. hard metric ), в которой на упаковке указывают округленный вес в метрических единицах. На этом снимке показаны «мягкие метрические» упаковки продуктов питания с указанием веса только в метрических единицах и объема как в метрических, так и в имперских единицах.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Преобразовать килодальтон в дальтон (кДа в Да):

1. Выберите нужную категорию из списка, в данном случае "Масса / Вес".
2. Введите величину для перевода. Основные арифметические операции, такие как сложение (+), вычитание (-), умножение (*, x), деление (/, :, ÷), экспоненту (^), скобки и π (число пи), уже поддерживаются на настоящий момент.
3. Из списка выберите единицу измерения переводимой величины, в данном случае "килодальтон [кДа]".
4. И, наконец, выберите единицу измерения, в которую вы хотите перевести величину, в данном случае "дальтон [Да]".
5. После отображения результата операции и всякий раз, когда это уместно, появляется опция округления результата до определенного количества знаков после запятой.

С помощью этого калькулятора можно ввести значение для конвертации вместе с исходной единицей измерения, например, "793 килодальтон". При этом можно использовать либо полное название единицы измерения, либо ее аббревиатуруНапример, "килодальтон" или "кДа". После ввода единицы измерения, которую требуется преобразовать, калькулятор определяет ее категорию, в данном случае "Масса / Вес". После этого он преобразует введенное значение во все соответствующие единицы измерения, которые ему известны. В списке результатов вы, несомненно, найдете нужное вам преобразованное значение. Как вариант, преобразуемое значение можно ввести следующим образом: "12 кДа в Да " или "41 кДа сколько Да " или "69 килодальтон -> дальтон " или "12 кДа = Да " или "84 килодальтон в Да " или "69 кДа в дальтон " или "44 килодальтон сколько дальтон ". В этом случае калькулятор также сразу поймет, в какую единицу измерения нужно преобразовать исходное значение. Независимо от того, какой из этих вариантов используется, исключается необходимость сложного поиска нужного значения в длинных списках выбора с бесчисленными категориями и бесчисленным количеством поддерживаемых единиц измерения. Все это за нас делает калькулятор, который справляется со своей задачей за доли секунды.

Кроме того, калькулятор позволяет использовать математические формулы. В результате, во внимание принимаются не только числа, такие как "(13 * 60) кДа". Можно даже использовать несколько единиц измерения непосредственно в поле конверсии. Например, такое сочетание может выглядеть следующим образом: "793 килодальтон + 2379 дальтон" или "9mm x 53cm x 30dm = ? cm^3". Объединенные таким образом единицы измерения, естественно, должны соответствовать друг другу и иметь смысл в заданной комбинации.

Если поставить флажок рядом с опцией "Числа в научной записи", то ответ будет представлен в виде экспоненциальной функции. Например, 2,073 599 981 130 2× 1025 . В этой форме представление числа разделяется на экспоненту, здесь 25, и фактическое число, здесь 2,073 599 981 130 2. В устройствах, которые обладают ограниченными возможностями отображения чисел (например, карманные калькуляторы), также используется способ записи чисел 2,073 599 981 130 2E+25. В частности, он упрощает просмотр очень больших и очень маленьких чисел. Если в этой ячейке не установлен флажок, то результат отображается с использованием обычного способа записи чисел. В приведенном выше примере он будет выглядеть следующим образом: 20 735 999 811 302 000 000 000 000. Независимо от представления результата, максимальная точность этого калькулятора равна 14 знакам после запятой. Такой точности должно хватить для большинства целей.

• Колледж Харриса Манчестера [d]

Молодые годы

Джон Дальтон родился в семье квакеров города Иглсфилд, графство Камберленд . Будучи сыном ткача, только в 15 лет он начал обучаться вместе со своим старшим братом Джонатаном в квакерской школе близлежащего города Кендал. К 1790 году Дальтон более-менее определился с будущей специальностью, выбирая между правом и медициной, однако его планы были встречены без энтузиазма - родители-диссентеры были категорически против обучения в английских университетах. Дальтону пришлось остаться в Кендале до весны 1793 года, после чего он перебрался в Манчестер , где познакомился с Джоном Гоухом, слепым философом-эрудитом, который в неформальной обстановке передал ему большую часть своих научных познаний. Это позволило Дальтону получить место преподавателя математики и естественных наук в «Новом Колледже», диссентской академии Манчестера. Он оставался на этой должности до 1800 года, когда ухудшившееся финансовое положение колледжа вынудило его уйти; он начал заниматься частным преподаванием математики и естественных наук.

В молодые годы Дальтон близко общался с известным иглсфилдским протестантом Элиху Робинсоном, профессиональным метеорологом и инженером. Робинсон привил Дальтону интерес к различным проблемам математики и метеорологии. В течение своей жизни в Кендале Дальтон собрал решения рассматривавшихся им проблем в книге «Дневники леди и джентльменов», а в 1787 году начал вести собственный метеорологический дневник, в котором за 57 лет зафиксировал более 200,000 наблюдений В этот же период Дальтон заново разработал теорию циркуляции атмосферы, ранее предложенную Джорджем Хедли (George Hadley). Первая публикация ученого называлась «Метеорологические наблюдения и опыты», в ней содержались зародыши идей многих его будущих открытий. Однако несмотря на всю оригинальность его подхода, научное сообщество не обратило особого внимания на труды Дальтона. Вторую крупную свою работу Дальтон посвящает языку, в печать она вышла под названием «Особенности английской грамматики» (1801).

Цветовая слепота

Половину своей жизни Дальтон даже не подозревал, что с его зрением что-то не так. Он занимался оптикой и химией, но обнаружил свой дефект благодаря увлечению ботаникой. То, что он не мог отличить голубой цветок от розового, он объяснял путаницей в классификации цветов, а не недостатками его собственного зрения. Он заметил, что цветок, который днём, при свете солнца, был небесно-голубым (точнее, того цвета, что он считал небесно-голубым), при свете свечи выглядел тёмно-красным. Он обратился к окружающим, но никто такого странного преобразования не видел, за исключением его родного брата. Таким образом Дальтон догадался, что с его зрением что-то не так и что проблема эта наследуема . В 1794 году сразу после прибытия в Манчестер, Дальтон был избран членом Манчестерского литературно-философского общества («Лит&Фил») и несколько недель спустя выпустил в свет статью под названием «Необычные случаи цветовосприятия», где объяснял узость цветоощущения некоторых людей обесцвечиванием жидкого вещества глаза. Описав эту болезнь на собственном примере, Дальтон обратил на неё внимание людей, до того момента не осознававших у себя её наличия. Несмотря на то, что объяснение Дальтона подвергли сомнению ещё при его жизни, тщательность исследований им собственной болезни была настолько беспрецедентной, что термин «дальтонизм » прочно закрепился за этим недугом. В 1995 году были проведены исследования сохранившегося глаза Джона Дальтона, в ходе которых выяснилось, что он страдал формой дальтонизма - дейтеранопией . В этом случае глаз не улавливает свет средних длин волн (в более распространенном варианте болезни - дейтераномалии , глаз просто искажает изображение из-за неправильного цвета пигмента соответствующего участка сетчатки). Кроме фиолетового и голубого цветов он мог нормально распознавать только один - жёлтый, и так писал об этом:

После этой работы Дальтона последовал десяток новых, посвященных самым различным темам: цвету неба, причинам возникновения источников пресной воды, отражению и преломлению света, а также причастиям в английском языке.

Разработка атомистической концепции

В 1800 году Дальтон стал секретарем Манчестерского литературно-философского общества, после чего он представил ряд докладов под общим названием «Опыты», посвященных определению состава газовых смесей, давления пара различных веществ при разных температурах в вакууме и на воздухе, испарению жидкостей, термическому расширению газов. Четыре таких статьи были напечатаны в «Докладах» Общества в 1802 году. Особо примечательно вступление ко второй работе Дальтона:

После описания экспериментов по установлению давления водяного пара при различных температурах в интервале от 0 до 100 °C, Дальтон переходит к обсуждению давления пара шести других жидкостей и делает вывод о том, что изменение давления пара эквивалентно для всех веществ при одинаковом изменении температуры.

В четвёртом своем труде Дальтон пишет:

Газовые законы

Жозеф Луи Гей-Люссак

Таким образом, Дальтон подтвердил закон Гей-Люссака , опубликованный в 1802 году. В течение двух-трех лет после прочтения его статей, Дальтон опубликовал ряд работ посвященных схожим темам, например поглощению газов водой и другими жидкостями (1803); в это же время им был постулирован закон парциальных давлений, известный как закон Дальтона.

Наиболее важными из всех работ Дальтона считаются работы, связанные с атомистической концепцией в химии, - с ней его имя связано самым непосредственным образом. Предполагается (Томасом Томсоном), что эта теория была разработана либо в ходе исследований поведения этилена и метана при различных условиях, либо в ходе анализа диоксида и монооксида азота.

Изучение лабораторных записей Дальтона, обнаруженных в архивах «Лит&Фил» , говорит о том, что по ходу поиска объяснения закона кратных отношений учёный все ближе подходил к рассмотрению химического взаимодействия как элементарного акта сочетания атомов определенных масс. Мысль об атомах постепенно росла и крепла в его голове, подкрепляясь экспериментальными фактами, полученными при исследовании атмосферы. Первые слова, увидевшие свет начала этой идеи можно найти в самом конце его статьи, посвященной абсорбции газов (написана 21 октября 1803, опубликована в 1805). Дальтон пишет:

Определение атомных весов

Перечень химических знаков отдельных элементов и их атомных весов, составленный Джоном Дальтоном в 1808 году. Некоторые из символов, использовавшихся в ту пору для обозначения химических элементов, восходят к эпохе алхимии. Данный перечень нельзя рассматривать как «Периодическую таблицу», поскольку он не содержит повторяющихся (периодических) групп элементов. Некоторые из веществ не являются химическими элементами, например, известь (поз.8 слева). Дальтон рассчитал атомный вес каждого вещества по отношению к водороду, как самому лёгкому, закончив свой список ртутью, которой ошибочно был присвоен атомный вес больше, чем у свинца (поз.6 справа)

Для визуализации своей теории Дальтон использовал собственную систему символов, также представленную в «Новом курсе химической философии». Продолжая исследования, Дальтон через некоторое время опубликовал таблицу относительных атомных весов шести элементов - водорода, кислорода, азота, углерода, серы, фосфора, приняв массу водорода равной 1. Заметим, что Дальтон не дал описания способа, которым он определил относительные веса, но в его записях от 6 сентября 1803 года мы находим таблицу расчета этих параметров на основе данных различных химиков по анализу воды, аммиака, диоксида углерода и других веществ.

Столкнувшись с проблемой расчета относительного диаметра атомов (из которых, как считал учёный, состоят все газы), Дальтон использовал результаты химических экспериментов. Предполагая, что любое химическое превращение всегда происходит по наиболее простому пути, Дальтон приходит к выводу - химическая реакция возможна лишь между частицами различных весов. С этого момента концепция Дальтона перестает быть простым отражением идей Демокрита. Распространение этой теории на вещества привело исследователя к закону кратных отношений, а эксперимент идеально подтвердил его вывод . Стоит отметить, закон кратных отношений был предугадан Дальтоном в докладе, посвященном описанию содержания различных газов в атмосфере, прочтенном в ноябре 1802 года: «Кислород может соединяться с определенным количеством азота, или уже с удвоенным таким же, но не может быть какого-либо промежуточного значения количества вещества». Существует мнение, что это предложение было добавлено некоторое время спустя после прочтения доклада, однако опубликовано лишь в 1805 году.

В работе «Новый курс химической философии» все вещества были разбиты Дальтоном на двойные, тройные, четверные и т. п. (в зависимости от количества атомов в молекуле). Фактически, он предложил классифицировать структуры соединений по общему количеству атомов - один атом элемента X, соединяясь с одним атомом элемента Y, дает двойное соединение. Если же один атом элемента X соединяется с двумя Y (или наоборот), то такое соединение будет тройным.

Основные положения теории Дальтона

1. Химические элементы состоят из маленьких частиц, называемых атомами (принцип дискретности (прерывности строения) вещества)
2. Атомы нельзя создать заново, разделить на более мелкие частицы, уничтожить путём каких-либо химических превращений (или превратить друг в друга). Любая химическая реакция просто изменяет порядок группировки атомов (атомы не возникают и не исчезают при химических реакциях - закон сохранения массы ; см. Атомизм)
3. Атомы любого [одного] элемента идентичны и отличны от всех других, причем характерной чертой в данном случае является их [одинаковая] относительная атомная масса
4. Атомы различных элементов имеют различный вес (массу)
5. Атомы различных элементов могут соединяться в химических реакциях, образуя химические соединения, причем каждое соединение всегда имеет одинаковое [простое, целочисленное ] соотношение атомов в своем составе
6. Относительные веса (массы) взаимодействующих элементов непосредственно связаны с весами (массами) самих атомов, как это показывает закон постоянства состава

Дальтон также предложил «правило наибольшей простоты », которое, правда, впоследствии не получило независимых подтверждений: когда атомы соединяются только в одном соотношении, это говорит об образовании ими двойного соединения (сложных двух-(много-)атомных молекулярных соединений).

Зрелые годы

Джеймc Прескотт Джоуль

Свою теорию Дальтон показал Т.Томсону, который вкратце обрисовал её в третьем издании своего «Курса химии» (1807), а затем уже сам учёный продолжил её изложение в первой части первого тома «Нового курса химической философии» (1808). Вторая часть была издана в 1810 году, а вот первая часть второго тома не выходила в свет до 1827 года - развитие химической теории пошло намного дальше, оставшийся неопубликованным материал был интересен уже очень узкой даже для научной среды аудитории. Вторая часть второго тома так и не вышла в свет.

В 1817 году Дальтон стал президентом «Лит&Фил», каковым и оставался до своей смерти, сделав 116 докладов, из которых наиболее примечательны самые ранние. В одном из них, сделанном в 1814 году, он объясняет принципы объемного анализа, в котором был одним из первопроходцев. В 1840 году его работа, посвященная фосфатам и арсенатам (часто называемая одной из наиболее слабых), была признана Королевским Обществом недостойной публикации, в результате Дальтону пришлось делать это самому. Такая же участь постигла ещё четыре его статьи, две из которых («О количестве кислот, щелочей и солей в различных солях», «О новом и простом методе анализа сахара») содержали открытие, которые сам Дальтон считал вторым по важности после атомистической концепции. Определенные безводные соли при растворении не вызывают увеличения объёма раствора, соответственно, как писал учёный, они занимают некие «поры» в структуре воды.

В память о трудах Дальтона химики, биохимики и молекулярные биологи часто используют термин «дальтон» (или сокращенно Da) для обозначения атомной единицы массы (эквивалентной 1/12 массы 12 С), хотя такое название официально не было принято Международным бюро мер и весов . Также в честь ученого названа улица, соединяющая Динсгейт и площадь Альберта в центре Манчестера.

Одно из зданий на территории университета города Манчестера носит имя Джона Дальтона. В нём располагется Технологический факультет и проходит большая часть лекций по естественнонаучным предметам. На выходе из здания установлена статуя Дальтона, перемещенная сюда из Лондона (работа Вильяма Тида, 1855, до 1966 сояла на пл. Пиккадили).

Здание студенческого общежития Университета Манчестера также носит имя Дальтона. Университетом учреждены различные гранты имени Дальтона: два по химии, два по математике, а также Дальтоновская премия по естественной истории. Существует также Медаль Дальтона, периодически выдаваемая Манчестерским литературно-философским обществом (в общей сложности выдано всего 12 медалей).

На Луне есть кратер , названный в его честь.

Большая часть работ Джона Дальтона была уничтожена в результате бомбардировки Манчестера 24 декабря 1940 года. Айзек Азимов по этому поводу писал: «На войне умирают не только живые».

См. также

• Атомная единица массы (дальтон)
• Минимум Дальтона - период низкой солнечной активности

Примечания

1. идентификатор BNF : платформа открытых данных - 2011.
2. SNAC - 2010.
3. Find a Grave - 1995. - ed. size: 165000000
4. Encyclopædia Britannica
5. https://www.biography.com/people/john-dalton-9265201
6. И. Я. Миттова, А. М. Самойлов. История химии с древнейших времен до конца XX века: Учебное пособие. В 2 т. - Долгопрудный: «Интеллект», 2009. - Т. 1. - С. 343. - ISBN 978-5-91559-077-8 .

Сформулирован этот закон так: общее давление смесей газов, не реагирующих друг с другом, равно сумме пар­циальных давлении составных частей (компонентов).

P = p 1 + p 2 + p 3 + ….. + p n (14)

где Р - общее давление смеси газов; p 1 , p 2 , p 3 , …., p n – парциальные давления компонентов смеси.

Парциальным давлением называется давление, оказы­ваемое каждым компонентом газовой смеси, если предста­вить этот компонент занимающим объем, равный объему смеси при той же температуре. Иными словами, парциаль­ным давлением называется та часть общего давления га­зовой смеси, которая обусловлена данным газом.

Из закона Дальтона следует, что при наличии смеси газов п в уравнении (12) представляет собой сумму числа молей всех компонентов, образующих данную смесь, а Р- общее давление смеси, занимающей при температу­ре Т объем V.

Зависимость между парциальными давлениями и общим выражается уравнениями:

;
;
(15а) ,

где n 1 , n 2 , n 3 - число молей компонента 1, 2, 3, соответ­ственно, в смеси газов.

Отношения
называются мольными долями данного компонента.

Если мольную долю обозначить через N, то парциальное давление любого i-го компонента смеси (где i = 1,2,3,...) будет равно:

(15б) .

Таким образом, парциальное давление каждого компо­нента смеси равно произведению его мольной доли па общее давление газовой смеси.

Помимо парциального давления у газовых смесей раз­личают парциальный объем каждого из газов v 1 , v 2 , v 3 и т. д.

Парциальным называют объем, который занимал бы отдельный идеальный газ, входящий в состав идеальной смеси газов, если бы при том же количестве, он имел давление и температуру смеси.

Сумма парциальных объемов всех компонентов газовой смеси равна общему объему смеси

V = v 1 , + v 2 + v 3 + ... + v n (16) .

Отношение
и т. д. называется объемной долей первого, второго и т.д. компонентов газовой смеси. Для идеальных газов мольная доля равна объемной доле. Следовательно, парциальное давление каждого ком­понента смеси равно также произведению его объемной доли на общее давление смеси.

;
; p i = r i P (17).

Парциальное давление обычно находят из величины общего давления с учетом состава газовой смеси. Состав газовой смеси выражают в весовых процентах, объемных процентах и в мольных процентах.

Объемным процентом называется объемная доля, уве­личенная в 100 раз (число единиц объема данного газа, содержащегося в 100 единицах объема смеси)

;

Мольным процентом q называется мольная доля, уве­личенная в 100 раз.

;

Весовой процент данного газа - число единиц массы его, содержащихся в 100 единицах массы газовой смеси.

;

где m 1 , m 2 – массы отдельных компонентой газовой смеси; m – общая масса смеси.

Для перехода от объемных процентов к весовым, что бывает необходимым в практических расчетах, пользуют­ся формулой:

(18) ,

где r i (%) - объемное процентное содержание i -г o компонен­та газовой смеси; M i -молекулярная масса этого газа; М ср - средняя молекулярная масса смеси газов, которую вычисляют по формуле

М ср = М 1 r 1 + M 2 r 2 + M 3 r 3 + ….. + M i r i (19)

где М 1 , M 2 , M 3 , M i - молекулярные мaccы отдельных газов.

Если состав газовой смеси выражен количеством масс отдельных компонентов, то среднюю молекулярную массу смеси можно выразить по формуле

(20) ,

где G 1 , G 2 , G 3 , G i – доли масс газов в смеси:
;
;
и т.д.

Пример 14. 5 л азота под давлением 2 атм, 2 л кислорода под давлением 2,5 атм и 3 л углекислою газа под давлением 5 атм перемешаны, причем объем, пре­доставленный смеси, равен 15 л. Вычислить, под каким давлением находятся смесь и парциальные давления каж­дого газа.

Азот, занимавший объем 5 л при давлении Р 1 = 2 атм, после смешения с другими газами распространился в объе­ме V 2 = 15 л. Парциальное давление азота р N 2 = Р 2 нахо­дим из закона Бойля-Мариотта (P 1 V 1 = P 2 V 2). Откуда

Парциальное давления кислорода и углекислого газа на­ходим аналогичным способом:

;

Общее давление смеси равно .

Пример 15. Смесь, состоящая из 2 молей водоро­да, некоторого количества молей кислорода и 1 моля азота при 20°С и давлении 4 атм, занимает объем 40 литров. Вычислить число молей кислорода в смеси и парциальные давления каждого из газов.

Из уравнения (12) Менделеева-Клапейрона находим общее число молей всех газов, составляющих смесь

;

Число молей кислорода в смеси равно

;

Парциальные давления каждого из газов вычисляем по уравнениям (15а):

;
;

Пример 16. Смесь газов имеет следующий объем­ный состав: водорода - 3%, двуокиси углерода - 11%, окиси углерода - 60%. Вычислить парциальные давления состав­ляющих смесь газов, если общее давление газовой смеси равно 1 атм. Определить массу 80 м 3 этом смеси при данном давлении и температуре 15ºС.

Парциальные давления отдельных газов в смеси можно вычислить, используя уравнение (17) p i = r i P :

Для определения массы газовой смеси вначале определя­ем ее среднюю молекулярную массу по формуле (19)

М ср = 20,03 + 440,11 + 280,26 + 280,60 = 28,98 .

Используя уравнение (13), находим

, откуда

Пример 17. Состав паров бензольных углеводоро­дов над поглотительным маслом в бензольных скрубберах, выраженный в единицах массы, характеризуется такими величинами: бензола C 6 H 6 - 73%, толуола С 6 Н 5 СН 3 - 21%, ксилола С 6 Н 4 (СН 3) 2 - 4%, триметилбензола С 6 Н 3 (СН 3) 3 - 2%. Вычислить содержание каждой составной части по объе­му и парциальные давления паров каждого вещества, если общее давление смеси равно 200 мм рт. ст.

Для вычисления содержания каждой составной части смеси паров по объему используем формулу (18)

.

Следовательно, необходимо знать М ср, которую можно вычислить из формулы (20):

.

;
;

;

Парциальные давления каждого компонента в смеси вычисляем, используя уравнение (17)

p бензола = 0,7678200 = 153,56 мм рт.ст. ; p толуола = 0,1875200 = 37,50 мм рт.ст. ;

p ксилола = 0,0310200 = 6,20 мм рт.ст. ; p триметилбензола = 0,0137200 = 2,74 мм рт.ст.