จอห์น ดาลตัน บิดาแห่งทฤษฎีอะตอมทางเคมี

จอห์น ดาลตัน บิดาแห่งทฤษฎีอะตอมทางเคมี

โดยบัวอื่น


            จอห์น ดาลตัน (John Dalton) เป็นนักเคมีและฟิสิกส์ เกิดที่ Eaglesfield ใน Cumbria ประเทศอังกฤษ มีชื่อเสียงในวงการวิทยาศาสตร์จากการเป็นผู้ริเริ่ม ทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory) ค้นพบกฎความดันย่อย  และอธิบายสาเหตุตาบอดสี 

            ดาลตัน เกิดในฤดูหนาวที่ประเทศอังกฤษ เมื่อวันที่ 6 กันยายน ค.ศ. 1766 ที่เมืองคอกเกอร์เมาท์ ประเทศอังกฤษ (England) ในครอบครัวที่ยากจน บิดาของเขาชื่อโจเซฟ จอห์น จอห์น จอห์น ดาลตัน  (Joseph Dalton) มีอาชีพเป็นช่างทอผ้า ดาลตันเป็นเด็กน้อยที่เติบโตมาพร้อมกับความสนใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์มาตั้งแต่เด็กๆ เขามีความมุ่งมั่นว่าในวันข้างหน้าจะขอเป็นนักวิทยาศาสตร์ให้ได้


ภาพ John Dalton
ที่มา
www.chemistryland.com

            โรงเรียนแรกของดาลตันก็คือโรงเรียนของจอห์นเฟลทเชอร์ (John Fletcher) ซึ่งใช้โรงสวดที่ทำพิธีกรรมทางศาสนา เพราะฉะนั้นหากโรงสวดนี้ต้องใช้ในการประกอบพิธีกรรม การเรียนการสอนก็ต้องหยุดชะงักลง เมื่อโรงเรียนจะหยุด ดาลตัลไม่เคยคิดที่จะหยุดการเรียนรู้เพื่อไปวิ่งเล่นเช่นเด็กคนอื่นๆ เขามักจะใช้เวลาเพื่อหาความรู้เพิ่มเติมจากนอกห้องเรียนเสมอ แต่ไม่นานนัก ในปี ค.ศ. 1778 โรงเรียนแห่งนี้ก็ต้องหยุดลงอย่างถาวร จึงทำให้ดาลตันมีความคิดขึ้นมาว่า จะเปิดโรงเรียนขึ้นมาเสียเอง

            แม้จะเป็นเพียงเด็กที่อายุ 12 ปี แต่ดาลตันก็เชื่อว่าตนมีความรู้ที่พอจะเป็นครูสอนหนังสือได้แล้ว เขาประกาศรัสอนหนังสือโดยใช้โรงนาเป็นสถานที่เรียนโดยมีหมัดเด็ดคือ การให้กระดาษและหมึกที่เป็นของหากยากมากๆให้ฟรี โดยเก็บค่าเรียนเป็นรายคน คนละ 6 เพนนี (Penny) ต่อสัปดาห์ และผู้คนไม่ว่าจะเป็นเด็กเล็กหรือวัยรุ่นก็พากันมาเข้าเรียนกับดาลตัน กิจการถือว่าเป็นไปด้วยดี แต่ต่อมาไม่นาน ชาวบ้านต้องการใช้สถานที่ของโรงเรียนเพื่อประกอบพิธีทางศาสนา โรงเรียนของดาลตันจึงต้องปิดตัวลง ดาลตันจึงนำเงินที่เก็บสะสมเพื่อเปิดร้านขายหนังสือ และออกวารสาร
            พอดาลตันอายุ 15 ปี เขาก็ได้กลับมาทำงานเป็นครูอีกครั้งหนึ่ง เมื่อเข้าหุ้นกับพี่ชายชื่อ Jonathanที่เปิดโรงเรียนอยู่แล้วที่เมืองเคนดอล

            ดาลตัน มีความสนใจวิทยาศาสตร์นแขนงอุตุนิยมวิทยา (Meteorology) เป็นพิเศษ เข้าถึงกับสร้างเครื่องมือในวัดสภาพความเปลี่ยนแปลงของดินฟ้าอากาศ เพื่อช่วยในการทดลองครั้งนี้ ได้แก่ บารอริเตอร์ (Barometer) ที่ใช้สำหรับวัดความดันอากาศ เทอร์มอมิเตอร์ (Thermometer1) ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิ และไฮโกรมิเตอร์ (Hygrometer) ใช้สำหรับวัดความชื้นในอากาศ ข้อมูลทั้งหมดที่ดาลตันเพียรจดบันทึกอย่างละเอียดอยู่ทุกวันเป็นเวลา 57 ปีจนเสียชีวิต ก็ได้นำออกาตีพิมพ์เผยแพร่ เป็นหนังสือที่ชื่อว่า " Meteorological Observations and Essays "


ภาพ  Meteorological observations and essaysBy John Dalton
ที่มา orpheus.ucsd.edu

            ในปี ค.ศ. 1792 จอห์น ก็ได้ตีพิมพ์หนังสือออกมาชื่อว่า ออร์ทัส ซิคคัส จำนวนถึง 11 เล่ม ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับพันธุ์พืชและสัตว์ ด้วยความชำนาญในด้านธรรมชาติวิทยาเป็นอย่างดี จากผลงานชิ้นนี้วิทยาลัยนิวคอลเลจ แมนเชสเตอร์ จึงได้ เชิญดาลตันให้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์สอนวิชาปรัชญาธรรมชาติและคณิตศาสตร์

            ที่แมนเชสเตอร์  เขาทำงานเป็นอาจารย์สอนหนังสือในมหาวิทยาลัยหลายแห่ง และระหว่างทำงานสอนก็ได้ทดลองเกี่ยวกับเคมีไปด้วย  

            เมื่อวันที่ 23 ตุลาคม ค.ศ. 1803 (พ.ศ.2346)  ดาลตันก็ได้เขียนบทความเรื่อง การดูดกลืนก๊าซของน้ำ  ( Essay on the absorption of Gases [by Water]) จากการทดลองที่ว่าน้ำหนักอะตอมของธาตุดังกล่าวนี้ เป็นน้ำหนักสัมพัทธ์ (relative weight) ซึ่งดอลตัน กำหนดให้น้ำหนักของอะตอมไฮโดรเจนเท่ากับ 1 จากนั้นก็นำสัดส่วนการทำปฏิกิริยากัน มาคำนวณว่าอะตอมธาตุอื่น ๆ และสารประกอบง่าย หนักเป็นกี่เท่าตัวของอะตอมไฮโดรเจน ทำให้เขาสามารถได้ข้อสรุปของตารางน้ำหนักอะตอมของธาตุและสารประกอบ รวม 21 ชนิด


ภาพ On the Absorption of Gases by Water and other Liquids
ที่มา
www.manhattanrarebooks-science.com

Table of the relative weights of the ultimate particles of gaseous and other bodies.

            Hydrogen 1
            Azote  4.2
            Carbone  4.3
            Ammonia 5.2
            Oxygen  5.5
            Water  6.5
            Phosphorus 7.2
            Phosphuretted hydrogen  8.2
            Nitrous gas 9.3 [sic, not 9.7--CJG]
            Ether  9.6
            Gaseous oxide of carbone 9.8
            Nitrous oxide 13.7 [sic, not 13.9--CJG]
            Sulphur  14.4
            Nitric acid 15.2
            Sulphuretted hydrogen  15.4
            Carbonic acid 15.3
            Alcohol  15.1
            Sulphureous acid  19.9
            Sulphuric acid 25.4
            Carburetted hydrogen from stagnant water  6.3
            Olefiant gas 5.3

            ในปี ค.ศ. 1808 ได้ตีพิมพ์หนังสือเล่มหนึ่งมีชื่อว่า A New System of ChemicalPhilosophy เล่มที่ 1 เป็นเรื่องเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory) ซึ่งเขาเป็นคนแรกที่ค้นพบทฤษฎีนี้ในระหว่างปี ค.ศ. 1801 - 1803 จากนั้นอีก 2 ปีหนังสือเล่มที่ 2 ชื่อว่า A New System of Chemical Philosophy ก็ออกตามมา

            สำหรับเรื่องชองอะตอม แต่เดิมเป็นเพียงหลักปรัชญาของชาวกรีก ซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่า สิ่งที่เล็กที่สุด ราวสองพันปีก่อนนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ได้ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ความรู้ในยุคนั้น ยังไม่สามารถทำการทดลองเพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าวได้ นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อๆมาจึงเพียรหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้

            จนกระทั่งในปี ค.ศ.1808 เกิดทฤษฎีอะตอมของดาลตันขึ้นมา จึงถือเป็นจุดเริ่มต้นของ "ทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่" ทำให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับอะตอมมีมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นยอมรับและสนับสนุนแนวการค้นพบดังกล่าว จึงถือได้ว่า ดาลตันเป็นบิดาแห่งทฤษฎีอะตอมทางเคมี (father of chemical atomic theory)โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันมีใจความสำคัญดังนี้

            1. ธาตุต่าง ๆ ประกอบไปด้วยอนุภาคเล็ก ๆ จำนวนมาก และอนุภาคเล็ก ๆ เหล่านี้ เรียกว่า "อะตอม (Atoms)"  
            2. อะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีลักษณะและน้ำหนักเฉพาะตัวของธาตุนั้น น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกันทั้งทางกายภาพและทางเคมี แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
            3. สารประกอบเกิดรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ในสัดส่วนที่เป็นจำนวนเต็ม เช่น 1:1, 1:2, 2:3, 4 : 1 เสมอ จะไม่เป็น 4.1: 1
            4. อะตอมไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไปได้
            5. อะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด ในส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของธาตุ ซึ่งไม่สามารถแยกออกไปได้อีก


ภาพ early in the 19th century John Dalton introduced his fanmous atomic theory, He used the symbols for these atoms - a circle with a dot in the centre for hydrogen (1), a circle for oxygen (13),a circle with a cross in it for sulphur (2),and one with a vertical line across it for nitrogen (14). Elastic fluids was the name forthe vapour state of a substance,for example steam (5) or a gas such as hydrogen sulphide (2).
ที่มา leebor2.100webspace.net

            หลังจากยุคของดาลตันนักวิทยาศาสตร์ในรุ่นต่อมาก็ได้ทำการทดลองและใช้อธิบายปรากฎการณ์ของอะตอมมาเรื่อยๆ ทำให้พบความลึกซึ้งมากขึ้น ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน จึงมีจุดที่ไม่สามารถใช้ได้ในปัจจุบัน คือ

            1. จากการทดลองของทอมสัน พบว่า อะตอมไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุดยังสามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก อะตอมประกอบด้วยอนุภาคอิเล็กตรอน, โปรตอน, นิวตรอน เป็นต้น
            2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีคุณสมบัติทางกายภาพไม่เหมือนกัน นั้นคือ มีมวลไม่เท่ากัน" ที่เรียกว่า ไอโซโทป นั้นเอง 

            นอกจากนี้ดาลตันยังเป็นคนแรกที่คิดใช้สัญลักษณ์มาตรฐานแทนอะตอมของธาตุ และสารประกอบด้วย


ภาพ 1808, John Dalton's Elements, A fuller list of Dalton's elements and symbols:
ที่มา
www.meta-synthesis.com

            อีกทั้งดาลตันยังได้ตั้ง กฎว่าด้วยความดันย่อย (Dalton's Low of Partial Pressures) หรือที่รู้จักกันว่าเป็น “กฎของดอลตัน” ( Dalton’s law) ที่กล่าวว่าเมื่อธาตุถูกกดดันมาก ๆ จะเกิดการเสียดสีกันของโมเลกุลทำให้เกิดความร้อน จากนั้นก็ได้ตั้ง กฎเกี่ยวกับการระเหยของของเหลว (Evaporation of Liquids)  ส่วนเรื่องตารางธาตุนั้น กล่าวได้ว่าแม้ทฤษฎีและความคิดบางอย่างของดาลตันจะไม่ถูกต้อง แต่องค์ความรู้ที่เขาทิ้งไว้ นับว่าเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้นักเคมีรุ่นใหม่สามารถสร้าง "ตารางธาตุ" ได้สร้างสำเร็จ นอกจากนี้เขายังค้นคว้าจนกระทั่งสามารถอธิบายได้ถึงสาเหตุที่ทำให้ตาบอดสี (Color - Blindness) ได้อีกด้วย

            จอห์น ดาลตัน ถึงแก่กรรมด้วยโรคหัวใจ เมื่อวันที่ 27 กรกฎาคม ค.ศ. 1844 ที่เมืองแมนเชสเตอร์ (Manchester) ประเทศอังกฤษ รวมอายุได้ 78 ปี


ภาพ Tombstone of John Dalton
ที่มา
www.cemphotos.com

tags :

บทความอื่นๆ