John Dalton: Biografía y Teoría Atómica

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 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.
John Dalton
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 los impresionantes avances registrados por la química durante ese periodo. En
este sentido, la contribución de Dalton posee una trascendencia casi equiparable a la del «padre de la
química», Antoine Lavoisier, que había sentado los fundamentos y métodos de la nueva ciencia a finales
de la centuria anterior.
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 Dalton
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 del Nuevo 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 desde el siglo VI
a.C. Una de las cuestiones que más ocupó a estos pensadores era la determinación de un principio
constitutivo y originario (arjé o arché) común a todos los seres; así, para Tales de Mileto, todas las cosas
y también los seres vivos se componen de agua, a partir de la cual se originaron por procesos de
evaporación y condensación. Otros filósofos sugirieron como substrato común otras sustancias (por
ejemplo, el aire según Anaxímenes) o bien principios de naturaleza más abstracta.
En su fecundo desarrollo, la cuestión del arjé llevaría a los filósofos Leucipo y Demócrito a formular la
doctrina atomista, según la cual todos los seres se componen de una pluralidad de partículas de
imperceptible magnitud, los átomos (en griego, atomos significa "indivisible"); la combinación de
átomos de distinto tamaño y forma en distinto orden y posición explicaba la diversidad de seres que
observamos en el mundo físico, pese a que todos ellos están formados por átomos. La doctrina
atomista, sin embargo, nunca llegó a plantearse como una hipótesis científica confirmable, sino como
una especulación filosófica sobre el arjé que intentaba conciliar las tesis contrapuestas a que habían
llegado Parménides y Heráclito. Durante más de veinte siglos, el atomismo 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 (retrato de Thomas Phillips, 1835)
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 obra Nuevo 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 de Joseph John Thomson, Ernest
Rutherford, Niels Bohr y Arnold Sommerfeld, ya a principios del siglo XX.