John Dalton

John Dalton, um 1834

John Dalton, Zeichnung um 1879

Daltons Symbole (Tafel 4 in Teil 1 von A new system of chemical philosophy, 1808)

John Dalton (* 6. September 1766 in Eaglesfield, bei Cockermouth, Cumberland; † 27. Juli 1844 in Manchester) war ein englischer Naturforscher und Lehrer. Wegen seiner grundlegenden Untersuchungen zur Atomtheorie gilt er als einer der Wegbereiter der Chemie.

Leben und Wirken

Herkunft und Ausbildung

Dalton war ein Sohn des Webers Joseph Dalton (1733–1787) und dessen Frau Deborah Greenup (1724–1810). Seine älteren Geschwister waren Jonathan Dalton (1759–1834) und Mary Dalton (1764–1788). Seine Eltern waren Mitglieder der Society of Friends. Dalton besuchte zunächst die Quäkerschule im Weiler Pardshaw Hall. Im Alter von zehn Jahren trat er, um seinen Lebensunterhalt zu verdienen, in den Dienst von Elihu Robinson (1734–1809). 1778 gründete Dalton eine Schule – zunächst in einer Scheune in Eaglesfield und dann im Versammlungshaus der Quäker. Ab 1781 leitete er gemeinsam mit seinem Bruder Jonathan und seinem Cousin George Bewley eine Schule in Kendal.

Lehrer in Kendal (1781–1793)

Dalton beschäftigte sich anfangs, wie sein Lehrer Elihu Robinson, vornehmlich mit Meteorologie. Mit 21 Jahren führte er selbst meteorologische Studien durch und stellte für sich und andere Abnehmer wissenschaftliche Geräte wie Barometer und Thermometer her. Dalton befasste sich mit Luft, Wasser, Wind und Regen. Er hielt seit 1787 öffentliche Vorträge über Mechanik, Optik, Astronomie und Geographie. 1791 veröffentlichte er das Werk Meteorological observations and essays.

Von 1784 bis 1795 löste er in den Almanachen The Ladies’ diary: or Woman’s almanack und The Gentleman’s diary, or The mathematical repository gestellte mathematische Probleme und veröffentlichte darin eigene mathematische Aufgaben. Erstmals erschien sein Name dort 1783.

Manchester (ab 1793)

1793 bekam Dalton eine Anstellung in der Warrington Academy in Manchester als Lehrer für Mathematik und Naturwissenschaften.

Dalton beschrieb 1794 die, auch „Farbenblindheit“ genannte, Rot-Grün-Sehschwäche (Daltonismus), an der er selbst litt. Er trug einem seiner Freunde auf, nach seinem Tod eines seiner Augen zu sezieren, da er als Ursache für die merkwürdigen Farben, die er sah, eine blaue Flüssigkeit in seinem Auge vermutete.

Um 1800 gab er die Lehrstelle jedoch auf und begnügte sich mit Einnahmen aus dem Privatunterricht. Ab 1800 kam Dalton mit der Manchester Literary and Philosophical Society in Kontakt. Diese Gesellschaft ermöglichte ihm den Abdruck seiner meteorologischen Arbeiten und die Einrichtung eines eigenen Labors.

Mit Chemie, speziell mit der Zusammensetzung der Luft, begann sich Dalton erst um 1796 zu beschäftigen. Zunächst entwickelte er die Theorie, dass in einer Gasmischung jedes einzelne Gas unabhängig von den anderen Gasen einen eigenen Partialdruck bei jeder Temperatur besitzt (Dalton-Gesetz). Ferner stellte Dalton die Hypothese auf, dass die Dampfdrücke für alle Flüssigkeiten bei gleichen Temperaturabständen vom Siedepunkt gleich groß sind. Er fand je Grad Temperaturerhöhung eine konstante Ausdehnung der Gasmenge über der Flüssigkeit – für Wasser und Diethylether. Bei anderen Flüssigkeiten ist dies jedoch nicht die Regel.

In diesem Zusammenhang fand Dalton (unabhängig von Joseph Louis Gay-Lussac, nach dem das Gesetz meist benannt wird) das Gesetz der proportionalen Gasausdehnung von reinen Gasen (Sauerstoff und Stickstoff) bei Temperaturerhöhung (1801). Hier fand er den Proportionalitätsfaktor 1/266 ≈ 0,00376, genau wie Gay-Lussac (der korrekte Wert liegt bei etwa 1/273 ≈ 0,00365). Aufgrund dieser Beziehung verkleinert sich das Gasvolumen von Gasen bei tiefen Temperaturen. Dalton prägte den Begriff „Absoluter Nullpunkt“ eines Gases, also der Temperatur, bei der ein Gas flüssig oder fest vorliegen sollte.

Im folgenden Jahr untersuchte Dalton die Zusammensetzung der Luft und kam zu recht genauen Ergebnissen bezüglich des Sauerstoff- (21 %) und Stickstoffgehaltes (79 %).

Dalton beschäftigte sich dann mit Gasgemischen über einer lösenden Flüssigkeit. Sein Freund William Henry hatte gezeigt, dass die Löslichkeit eines Einzelgases proportional zum Druck des Einzelgases über der Flüssigkeit ist (Henrysches Gesetz). Nun nahm Dalton an, dass Gasteilchen mit unterschiedlicher Gewichtsbeschaffenheit auch Änderungen im Löslichkeitsverhalten zeigen. Die leichten Partikel (etwa Wasserstoff) eines Gasgemisches werden in einem Lösungsmittel weniger gut bei gleichem Druck gelöst als die schweren Teilchen (zum Beispiel Kohlendioxidteilchen). Aus den Messungen der Löslichkeit von Gasen bei gleichen Drucken und aus den von anderen Autoren bei Analysen gefundenen Gewichtsverhältnissen konnte Dalton eine Tabelle mit relativen Atommassen von Partikeln ableiten.

Am 21. Oktober 1803 las er vor der Manchester Literary and Philosophical Society seine Abhandlung On the absorption of gases by water and other liquids, die 1805 gedruckt erschien. Er setzte das relative Gewicht für Wasserstoff gleich 1. Für Kohlenstoff kam er auf 4,3, für Kohlenmonoxid auf 9,8, für Sauerstoff auf 5,5, für Stickstoff auf 4,2, für Wasser auf 6,5 und für Ethylalkohol auf 15,1. Wie er auf diese Werte kam, führte er nicht im Einzelnen aus. Später veränderte er aufgrund eigener Messungen die Angaben. Im Jahr 1810 kam er auf 5,4 für Kohlenstoff, 7 für Sauerstoff, 6 für Stickstoff. Die kleinsten Teilchen von Wasser, Ethanol und Kohlenmonoxid galten für Dalton noch als atomare, unteilbare Teilchen. Daltons Angaben waren noch weit von den korrekten Werten entfernt, und er gab teilweise falsche Summenformeln an (so für Salpetersäure). Ein Grund war nach Wilhelm Ostwald, dass er fremde Arbeiten und speziell nichtenglische Arbeiten ablehnte. Eine viel genauere Bestimmung der Atommasse gelang nach 1810 Jöns Jakob Berzelius.

Von vielen Stoffen war bekannt, dass sie sich in der Synthese eines neuen Stoffes nur in ganz bestimmten Gewichtsverhältnissen paaren können. Z. B. war aus Untersuchungen von Alexander von Humboldt und Gay-Lussac bekannt, dass Wasser aus 12,6 Gewichtsteilen Wasserstoff und 87,4 Gewichtsteilen Sauerstoff gebildet wird. Das ist fast genau das Verhältnis 1:7. Dalton nahm nun an, dass dies allgemein gilt, und erklärte es mithilfe des noch spekulativen Atombegriffs.

So kann sich beispielsweise ein Element A mit dem Element B zur Verbindung AB vereinigen. Es kann auch möglich sein, dass 2 Teile A mit 1 Teil B die Verbindung A₂B eingehen, auch drei Teile A könnten mit einem Teil B sich zu A₃B verbinden. Jedenfalls muss bei der Paarung immer ein ganzzahliges Vielfaches einer Komponente auftreten. Diese Hypothese wurde später zum Gesetz der multiplen Proportionen. Damit war ein weiteres Indiz für die Atom-Hypothese gefunden.

Die Atom-Hypothese wurde von Thomas Thomson und William Hyde Wollaston weiter gestützt. Sie stellten 1808 fest, dass im Bicarbonat genau doppelt soviel Kohlendioxid enthalten ist wie im Karbonat. Ferner konnte Thomson das Gesetz der multiplen Proportionen anhand der Salze der Oxalsäure stützen. Nach Dalton wurden später stöchiometrisch aufgebaute Verbindungen als Daltonide bezeichnet. Thomas Thomson nahm die Ideen von Dalton auf und verbreitete sie durch ein Lehrbuch, das auch im Ausland viel Beachtung fand.

Die richtige Unterscheidung zwischen Atom und Molekül erfolgte erst gegen 1860 durch Stanislao Cannizzaro, nachdem erkannt worden war, dass sich auch zwei gleiche Atome zu einem Molekül verbinden können (zum Beispiel zwei Wasserstoffatome zu einem Wasserstoffmolekül).

In London hielt Dalton vor der Royal Institution zahlreiche Vorträge. Ein Großteil seiner Manuskripte fiel dem Zweiten Weltkrieg zum Opfer (Manchester Blitz).

Zusammenfassung der wichtigen Arbeiten von John Dalton

• Forschungen über Wärmeausdehnung von Gasen und Ermittlung der Wärmeausdehnungskoeffizienten.
• 1805: Formulierung des Gesetzes der Partialdrücke, das Dalton-Gesetz, wonach der Gesamtdruck eines Gasgemisches gleich der Summe der Drucke der einzelnen Gase ist.
• Entwicklung von Dampfspannungstabellen aus Untersuchungen der Vorgänge Sieden, Verdampfen, Verdunsten.
• Meteorologische Beobachtungen ließen ihn schon 1787 die Vermutung aufstellen, dass Regen durch einen Temperaturabfall in der Atmosphäre entsteht. Damit widersprach er der herrschenden Meinung, dass Druckunterschiede der oberen Atmosphäre für Niederschläge verantwortlich sind.
• Entdeckung des Gesetzes der multiplen Proportionen (1808): „Bilden zwei Elemente miteinander mehrere Verbindungen, so stehen die Massenverhältnisse, mit denen die Elemente in diesen Verbindungen auftreten, zueinander im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.“
• Aufstellung einer Tabelle der Atommasse. Diese waren eine Vorlage für die spätere Aufstellung des Periodensystems der Elemente.
• Entwicklung einer ersten chemischen Zeichensprache für Atome und Moleküle, die sich jedoch nicht durchsetzte, da die Zeichensprache von Jöns Berzelius mehr Zuspruch erfuhr.

Zur Atomtheorie

Seine bedeutendste Veröffentlichung dürfte sein ab 1808 gedrucktes Werk A new system of chemical philosophy sein. Darin legte er seine Atomhypothese dar, die das Atom als kleinste Einheit der Materie definiert. Er stellte darin die Hypothese auf, dass es so viele verschiedene Atome wie Elemente gibt: „Elemente bestehen aus für das jeweilige Element charakteristischen, in sich gleichen und unteilbaren Teilchen, den Atomen“. Dalton stellte fest (und das war der markanteste Unterschied zum demokritschen Atommodell), dass die Atome sich durch ihre Masse unterscheiden. Nach Dalton können Atome miteinander vereinigt (Synthese) oder vereinigte Atome wieder voneinander getrennt (Analyse) werden.

Durch seine Überlegungen konnten das Gesetz der konstanten Proportionen (Joseph-Louis Proust, 1794), sein Gesetz der multiplen Proportionen und das Gesetz der äquivalenten Proportionen (Richter, 1791) erklärt werden.

Dalton stellte das erste wissenschaftlich fundierte Atommodell auf. Es lässt sich in vier Kernaussagen zusammenfassen:

1. Jeder Stoff besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren kugelförmigen Teilchen, den Atomen.
2. Alle Atome eines bestimmten Elements haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen und in ihrer Masse.
3. Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden.
4. Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe nur neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verbunden.

Ehrungen

Dalton war ab dem 25. April 1794 Mitglied der Manchester Literary and Philosophical Society und von 1816 bis 1844 deren Präsident. 1816 wurde er zum korrespondierenden Mitglied der Académie des sciences in Paris gewählt. Am 7. März 1822 wurde Dalton als Mitglied („Fellow“) in die Royal Society gewählt, die ihm 1826, als einem der ersten beiden Wissenschaftler, die Royal Medal verlieh. 1834 wurde er in die American Academy of Arts and Sciences gewählt. Am 20. April 1835 wurde er Ehrenmitglied („Honorary Fellow“) der Royal Society of Edinburgh. Seit 1820 war er auswärtiges Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften und seit 1827 korrespondierendes Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften.

Die atomare Masseneinheit „u“ wird Dalton zu Ehren auch als „Dalton“ bezeichnet. Ein Dalton (Da) entspricht in etwa der Masse eines Wasserstoffatoms (1,66·10⁻²⁷ kg).

Der Mondkrater Dalton und der Asteroid (12292) Dalton sind nach ihm benannt.

Seit 1998 verleiht die European Geosciences Union für herausragende Forschungsleistungen auf dem Gebiet der Hydrologie die John Dalton Medal.

Schriften (Auswahl)

Bücher

• Meteorological observations and essays. T. Ostell, London 1793 (Digitalisat).
  • 2. Auflage, Baldwin and Cradock, London 1834 (Digitalisat, Digitalisat).
• Elements of English grammar: or a new system of grammatical institution. Manchester 1801.
  • 2. Auflage, London 1803.
• A new system of chemical philosophy. 2 Bände, Manchester 1808–1827 (Band 1, Teil 1, Band 1, Teil 2, Band 2, Teil 1).
  • 2. Auflage, London 1842 (Band 1, Teil 1).
  • Ein neues System des chemischen Theiles der Naturwissenschaft. 2 Bände, Julius Eduard Hitzig, Berlin 1812–1813 (Band 1, Band 2) – übersetzt von Friedrich Karl Wolff (1766–1845).

Zeitschriftenbeiträge

• Extraordinary facts relating to the vision of colours: with observations. In: Memoirs and Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, Teil 1, London 1798, S. 28–45 (Digitalisat) – Über Farbenblindheit.
• New theory of the constitution of mixed aeriform fluids and particularly of the atmosphere. In: Journal of natural philosophy, chemistry and the arts. Band 5, London 1801, S. 241–244 (Digitalisat).
• Experiments and observations to determine whether the quantity of rain and dew is equal to the quantity of water carried off by the rivers and raised by evaporation; with an enquiry into the origin of springs. In: Memoirs and Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, Teil 2, London 1802, S. 346–372 (Digitalisat).
• Experimental essays. On the constitution of mixed gases; On the force of steam or vapour from water and other liquids in different temperatures, both in a Torricellian vacuum and in air; On evaporation expansion of gases by heat. In: Memoirs and Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, Teil 2, London 1802, S. 535–602 (Digitalisat) – zum Sättigungsdampfdruck.
• Experimental enquiry into the proportion of the several gases or elastic fluids, constituting the atmosphere. In: Memoirs and Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. 2. Folge, Band 1, London 1805, S. 244–258 (Digitalisat).
  • In: The London, Edinburgh, and Dublin philosophical magazine and journal of science. Band 23, Nr. 92, London 1806, S. 349–356 (Digitalisat, doi:10.1080/14786440608562539).
• On the absorption of gases by water and other liquids. In: Memoirs and Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. 2. Folge, Band 1, London 1805, S. 271–287 (Digitalisat).
  • In: The London, Edinburgh, and Dublin philosophical magazine and journal of science. Band 24, Nr. 93, London 1806, S. 15–24 (Digitalisat, doi:10.1080/14786440608563325).
  • Über die Absorption der Gasarten durch Wasser und andere Flüssigkeiten. In: Die Grundlagen der Atomtheorie. Abhandlungen von J. Dalton und W. H. Wollaston (1803–1808) (= Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften Band 3). Wilhelm Engelmann, Leipzig 1889, S. 3–13 (Digitalisat).
• Observations on the barometer, thermometer and rain at Manchester, from 1794 to 1818 inclusive. In: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society. 2. Folge, Band 3, 1819, S. 483–509 (Digitalisat).
• Summary of the rain &c. at Geneva and at the elevated station of the pass of Great St. Bernard, for a series of years. In: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, 1831, S. 233–240 (Digitalisat).
• Experiments and observations to determine whether the quantity of rain and dew is equal to the quantity of water carried off by the rivers and raised by evaporation; with an enquiry into the origin of springs. In: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, 1831, S. 346–372 (Digitalisat).
• Experimental essays on the constitution of mixed gases; on the force of steam or vapour from water and other liquids in different temperatures, both in a Torricellian vacuum and in air; on evaporation expansion of gases by heat. In: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society. Band 5, 1831, S. 535–602 (Digitalisat).
• Observations on the barometer, thermometer, & rain at Manchester, from 1794 to 1840 inclusive. In: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society. 2. Folge, Band 6, 1842, S. 561–589 (Digitalisat).

Sonstige: The Ladies’ diary

• [Answer to Question 850.] In: The Ladies’ diary: or Woman’s almanack, for the year of the Lord 1787. Nr. 84, London 1787, S. 34 (Digitalisat).
• [Caoutchoue.] In: The Ladies’ diary: or Woman’s almanack, for the year of the Lord 1788. Nr. 85, London 1788, S. 25 (Digitalisat).
• [Sun shining on the fire.] In: The Ladies’ diary: or Woman’s almanack, for the year of the Lord 1788. Nr. 85, London 1788, S. 25 (Digitalisat).
• [Answer to Question 864.] In: The Ladies’ diary: or Woman’s almanack, for the year of the Lord 1788. Nr. 85, London 1788, S. 34 (Digitalisat).
• Question 884. In: The Ladies’ diary: or Woman’s almanack, for the year of the Lord 1788. Nr. 85, London 1788, S. 47 (Digitalisat).

Sonstige: The Gentleman’s diary

• Question 593. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1788. Nr. 48, London 1788, S. 48 (Digitalisat).
• [Answer to Question 906 .] In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1790. Nr. 50, London 1790, S. 44–46 (Digitalisat).
• Question 631. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1790. Nr. 50, London 1790, S. 48 (Digitalisat).
• Question 632. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1790. Nr. 50, London 1790, S. 48 (Digitalisat).
• Question 663. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1792. Nr. 52, London 1792, S. 48 (Digitalisat).
• Question 681. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1793. Nr. 53, London 1793, S. 48?
• Question 699. In: The Gentleman’s diary, or The mathematical repository; An almanack for the year of the Lord 1794. Nr. 54, London 1794, S. 48 (Digitalisat).

Literatur

• Memoirs of John Dalton. In: The North British Review. Band 27, 1857, S. 465–497 (Digitalisat).
• Claus Bernet: John Dalton. In: Biographisch-Bibliographisches Kirchenlexikon (BBKL). Band 31, Bautz, Nordhausen 2010, ISBN 978-3-88309-544-8, Sp. 309–332.
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Weblinks

Commons: John Dalton – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikiquote: John Dalton – Zitate (englisch)

• Literatur von und über John Dalton im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• John Dalton in der Notable Names Database (englisch)