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De 1844 – Fallece John Dalton

(Eaglesfield, Gran Bretaña, 1766 - Manchester, 1844) Químico y físico británico al que se debe la primera formulación moderna de la teoría atómica. Pese a...

27 de julio, 2017

Eduardo Ruiz-Healy

(Eaglesfield, Gran Bretaña, 1766 – Manchester, 1844) Químico y físico británico al que se debe la primera formulación moderna de la teoría atómica. Pese a recibir una educación precaria a causa de las penurias económicas, una inagotable curiosidad y afán de conocimientos le permitió completar su formación y obtener cierto prestigio con sus primeros trabajos científicos, que versaron sobre los gases y sobre una enfermedad visual que padeció, posteriormente llamada daltonismo.

Reconocido ya como científico y con una sólida posición académica, Dalton descubrió la llamada ley de las proporciones múltiples, que rige el peso de los elementos que intervienen en una reacción química, y propuso como interpretación de la misma toda una teoría sobre la constitución de la materia que retomaba el atomismo griego: es el llamado modelo atómico de Dalton, que, vigente a lo largo de todo el siglo XIX, posibilitaría importanes avances científicos.

Biografía

Miembro de una familia muy humilde, en su infancia ayudaba con su hermano a su padre en el trabajo del campo y en la pequeña tienda familiar donde tejían vestidos, mientras que su hermana Mary ayudaba a su madre en las tareas de la casa y vendía papel, tinta y plumas. Aunque su situación económica era bastante precaria, los hermanos recibieron cierta educación en la escuela cuáquera más cercana, a diferencia de otros niños de la misma condición.

El maestro de la escuela cuáquera de Pardshow Hall proporcionó a John Dalton una buena base y le transmitió el afán por la búsqueda incansable de nuevos conocimientos. Un cuáquero rico, Elihu Robinson, se convirtió en su mentor y en otra fuente de estímulo hacia las matemáticas y las ciencias (especialmente la meteorología). Con sólo doce años de edad, John Dalton abrió una escuela en su localidad natal, Eaglesfield. Aunque supo manejar los problemas con sus alumnos mayores que él, después de dos años se vio obligado a abandonar su proyecto debido al bajo salario, y tuvo que volver a las tareas del campo trabajando para un tío suyo.

En 1781 John Dalton se unió a su hermano como asistente de George Bewley en su escuela de Kendall. Cuando George Bewley se retiró, su hermano y él abrieron su propia escuela, donde ofrecían clases de inglés, latín, griego y francés, además de veintiún temas relacionados con las matemáticas y las ciencias. Su hermana se trasladó con ellos para ayudarles en la casa. A pesar de tener unos sesenta alumnos, a veces se veían obligados a trabajar en tareas auxiliares para mantenerse.

John Gough, el hijo ciego de un rico comerciante, se hizo amigo de John Dalton y se convirtió en su nuevo mentor. Le enseñó lenguas, matemáticas y óptica, además de compartir con Dalton su biblioteca. El interés de Dalton se extendió hacia la neumática, la astronomía y la geografía, y en 1787 comenzó a obtener ingresos extraordinarios impartiendo conferencias. También se dirigió a un museo cercano con una oferta para vender los once volúmenes clasificados de su colección botánica. Coleccionaba mariposas y estudiaba los caracoles, las garrapatas y los gusanos; también medía su ingesta de alimentos y la comparaba con los residuos producidos por el organismo. Al mismo tiempo preparaba su ingreso en la escuela de medicina, pero su familia lo desanimó por falta de dinero y de confianza en él.

A la edad de 26 años, Dalton descubrió que ni él ni su hermano eran capaces de distinguir los colores. Le regaló a su madre unas medias (que él creía azules) y ella le preguntó sorprendida por qué le había obsequiado con unas medias moradas, color que no era apropiado para una mujer cuáquera. Dos años después, en su primer artículo científico importante, Hechos extraordinarios relativos a la visión de los colores (1794), John Dalton proporcionaría una descripción científica sobre este fenómeno, que posteriormente se conocería con el nombre de daltonismo.

Un año antes, en 1793, Dalton había publicado su primer libro, Observaciones y ensayos meteorológicos, donde defendía la tesis de que el aire no es una combinación química, sino una mezcla meramente física de gases. Ese mismo año se trasladó a Manchester como tutor y profesor de física y matemáticas del New College de esta ciudad, fundado por los presbiterianos, y cuyo prestigio rivalizaba entonces con el de las universidades de Oxford y Cambridge. Inmediatamente se inscribió en la Biblioteca de Manchester y en la Sociedad Literaria y Filosófica, de la que llegaría a ser secretario y presidente.

Profesor e investigador

Aquellos dos trabajos científicos le habían proporcionado una cierta notoriedad, y, ya con una situación económica más holgada, pudo alternar la enseñanza con las investigaciones en el laboratorio. En 1802, en la memoria titulada Absorción de gases por el agua y otros líquidos, estableció su ley de las presiones parciales(Ley de Dalton), según la cual la presión de una mezcla gaseosa equivale a la suma de las presiones de cada componente. También estableció una relación entre la presión del vapor y la temperatura. Su interés en los gases se derivaba de su afición a los estudios meteorológicos: siempre llevaba consigo sus aparatos del tiempo allí donde fuese, realizando a lo largo de su vida más de doscientas mil observaciones que anotaba en su diario. Gracias a estas observaciones, su mente analítica pudo encontrar relaciones numéricas entre los datos.

En 1803 comenzó a formular su mayor contribución a la ciencia. Se encontraba estudiando la reacción del óxido nítrico con el oxígeno cuando descubrió que la reacción podía tener lugar con dos proporciones diferentes: a veces 1:1,7 y otras 1;3,4 (en peso). Ello llevó a Dalton a establecer la ley de las proporciones múltiples, según la cual, en una reacción química, los pesos de dos elementos siempre se combinan entre sí en proporciones de números enteros pequeños; buscando una interpretación a este fenómeno, comenzó a bosquejar los principios de su teoría atómica.

Los resultados fueron comunicados oralmente ese mismo año y publicados en 1808 en un libro que es su trabajo más famoso: Nuevo sistema de filosofía química. En él adoptó la noción de átomo y estableció los postulados de la teoría constitutiva de la materia que hoy conocemos como teoría atómica de Dalton; dibujó partículas individuales para ilustrar las reacciones químicas y publicó su primera lista de pesos atómicos y símbolos.

No todo el mundo aceptaba la nueva teoría; en 1810 publicó la segunda parte delNuevo sistema de filosofía química, proporcionando nuevas evidencias empíricas. La tercera parte vería la luz en 1827. Aunque fue miembro de la Real Sociedad desde 1822 y en 1825 recibió la medalla de esta sociedad científica por su trabajo en la teoría atómica, Dalton siempre se consideró a sí mismo como un docente, y se ganó la vida dando clases y conferencias hasta 1833, cuando fue premiado con una pensión civil anual.

El 27 de julio de 1844 falleció de un ataque al corazón. Según su deseo, tras su muerte se le practicó la autopsia para determinar la causa de lo que luego se llamaría daltonismo. La misma demostró que el daltonismo no es un problema del ojo, sino que estaba causado por alguna deficiencia del poder sensorial. Fue enterrado con honores de monarca, en un funeral seguido por más de cuatrocientas mil personas, contraviniendo los principios de los cuáqueros conforme a los que había vivido.

La teoría atómica de Dalton

El concepto de átomo se remonta a los debates entre los filósofos griegos desarrollados alrededor del siglo VI a.C. Una de las cuestiones que interesaba a estos pensadores era la naturaleza de la materia. Se preguntaban si era continua o discontinua, es decir: si fuese posible partir un pedazo de tiza tantas veces como se quisiera, ¿llegaría a obtenerse una partícula que ya no pudiera seguir dividiéndose o, por el contrario, este proceso podría seguir realizándose indefinidamente?

Un defensor del concepto de partícula última fue el filósofo Demócrito, quien llamó a tales partículas átomos. En griego, atomos significa “indivisible.” Tal debate sobre las partículas últimas nunca se resolvió; los filósofos griegos no se planteaban comprobar sus ideas con experimentos. Durante más de veinte siglos, el concepto de Demócrito quedó archivado como algo de interés secundario entre los científicos, hasta que la idea renació en la primera década del siglo XIX, de la mano de John Dalton.

John Dalton no se había propuesto formular una teoría sobre la constitución de la materia; llegó a ella como consecuencia de sus investigaciones sobre los gases, y su objetivo no era otro que explicar los descubrimientos efectuados en las mismas. En su memoria Absorción de gases por el agua y otros líquidos (1802), había establecido su conocida ley de las presiones parciales: la presión total ejercida por una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de sus componentes.

Una continuación natural de dichos estudios era investigar la composición de los mismos gases (y especialmente de los óxidos de nitrógeno, de los compuestos oxigenados del azufre y del carbono, del metano, etc.). Repetidas experiencias le conducirían a descubrir la ley de las proporciones múltiples: si en una reacción química se combinan dos o más elementos y se mantiene constante el peso de uno de ellos, el peso de los demás varía según relaciones simples expresables en múltiplos enteros. Dicho de otro modo, las sustancias siempre reaccionan con otras guardando una relación constante entre sus respectivos pesos; pueden combinarse en cantidades grandes o pequeñas, pero siempre se mantiene esa misma proporción.

Para explicar estas relaciones aritméticas, John Dalton supuso que todo elemento debía de estar formado por cantidades de materia concretas, las cuales hacían comprensible la existencia de múltiplos de aquéllas y explicaban que sólo unos valores determinados de sus pesos intervinieran en una reacción. Retomó así la teoría atómica de Demócrito, que consideraba la materia formada por partículas indivisibles. La existencia de espacios interatómicos, por otra parte, justificaba la compresibilidad de los gases, los cambios de estado y el fenómeno de la dilatación, hechos inexplicables si no se tenía en cuenta la discontinuidad de la materia.

El 21 de octubre de 1803, Dalton expuso por primera vez su teoría atómica en una conferencia que pronunció en Manchester, organizada por la Sociedad Literaria y Filosófica, ante un auditorio de siete personas. No es de extrañar la falta de público, porque Dalton no tenía fama de buen orador. Pero su teoría consiguió más divulgación al publicarla, en 1808, en la primera parte de su obraNuevo sistema de filosofía química.

La teoría atómica de Dalton establecía una serie de postulados fundamentales: los elementos están formados por átomos, partículas materiales minúsculas que no pueden crearse, destruirse ni dividirse; todos los átomos de un determinado elemento son idénticos, tanto en la masa como en sus demás propiedades; los átomos se combinan entre sí en proporciones simples, expresables en números enteros, para formar “átomos compuestos” (lo que hoy llamamos moléculas, concepto que sería introducido por Amadeo Avogadro); todos los “átomos compuestos” de una misma sustancia son idénticos, tanto en la masa como en sus demás propiedades.

La ley de las proporciones múltiples y la hipótesis atómica condujo al mismo Dalton al primer intento de confeccionar un instrumento de utilidad fundamental para la química: una tabla de masas atómicas, que apareció ya en la primera parte del Nuevo sistema de filosofía química. Dalton eligió el hidrógeno como patrón para la tabla de masas atómicas y dio al átomo de ese elemento una masa de 1. Naturalmente, podría haber elegido cualquier otro elemento y cualquier otro valor para su masa atómica, pero el hidrógeno era el más ligero de los elementos y el 1 es el número que permite establecer comparaciones con más facilidad.

La tabla que elaboró Dalton era incorrecta por dos motivos principales: en primer lugar, desconocía la relación correcta de combinación de los átomos en una reacción química, y en segundo lugar, el equipo utilizado en la época para determinar relaciones de masas no era muy preciso. Como resultado de ello, los valores establecidos resultaron notablemente inferiores a los reales. Con todo, su tabla fue un primer paso importante en la determinación de las masas atómicas, y apenas veinte años después, el químico sueco Jöns Jacob Berzelius fue ya capaz de establecer una lista de masas atómicas con valores muy similares a los actualmente aceptados.

Considerada como una de las bases de la ciencia moderna, la teoría atómica de Dalton se revelaría como una hipótesis extraordinariamente fecunda tanto para la química como para la física, y mantuvo su vigencia durante casi un siglo. Hubo que esperar al descubrimiento de las partículas subatómicas (que acabó con el dogma de la indivisibilidad del átomo) para ver cambios sustanciales en el modelo, reflejados en las sucesivamente perfeccionadas teorías atómicas deJoseph John Thomson, Ernest Rutherford y Niels Bohr, ya a principios del siglo XX.

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