Químico y físico inglés
Aportación principal: Teoría atómica moderna.
Investigaciones: Gases, meteorología y visión de los colores.
Obra fundamental: Nuevo sistema de filosofía química.
John Dalton nació el 6 de septiembre de 1766 en Eaglesfield, una pequeña localidad del condado de Cumberland, en el noroeste de Inglaterra. Fue un químico, físico y meteorólogo británico que formuló una de las primeras teorías atómicas modernas, estableció la ley de las presiones parciales de los gases y contribuyó a convertir la composición de la materia en un problema susceptible de explicación cuantitativa.
Familia, formación y primeros años
Fue hijo de Joseph Dalton, tejedor y pequeño agricultor, y de Deborah Greenup. Pertenecía a una familia cuáquera de recursos modestos, circunstancia que condicionó su formación. Las restricciones religiosas de la Inglaterra de su tiempo impedían a los disidentes acceder en igualdad de condiciones a las universidades de Oxford y Cambridge.
Su educación fue principalmente autodidacta. Comenzó a enseñar en una escuela de su localidad cuando tenía unos doce años y en 1781 se trasladó a Kendal, donde trabajó como profesor en un centro cuáquero. Allí amplió sus conocimientos de matemáticas, lenguas y filosofía natural.
Dos personas influyeron especialmente en su aprendizaje: Elihu Robinson, interesado en las matemáticas y la meteorología, y John Gough, un estudioso ciego que poseía amplios conocimientos científicos. Ambos contribuyeron a orientar sus investigaciones hacia la observación de la naturaleza y el estudio de los fenómenos físicos.
La meteorología y el estudio de los gases
En 1787 comenzó un registro sistemático de observaciones meteorológicas que mantuvo durante 57 años, hasta prácticamente el final de su vida. Anotaba temperaturas, presión atmosférica, precipitaciones, vientos y otros fenómenos. Aquella disciplina de observación constante sería determinante para su manera de investigar.
En 1793 publicó Observaciones y ensayos meteorológicos, su primer libro científico. Ese mismo año fue nombrado profesor de matemáticas y filosofía natural en el New College de Manchester, donde permaneció hasta 1800. Después continuó impartiendo clases particulares y conferencias mientras desarrollaba sus investigaciones.
En Manchester ingresó en la Literary and Philosophical Society, institución que le proporcionó un entorno de intercambio intelectual y un espacio para sus experimentos. Sus investigaciones sobre evaporación, presión del vapor y comportamiento de los gases ampliaron progresivamente su interés desde la atmósfera hacia la constitución de la materia.
En trabajos publicados en 1802 estudió la dilatación térmica de los gases, es decir, cómo aumenta su volumen al elevarse la temperatura cuando la presión permanece constante. Este fenómeno también fue investigado por otros científicos, entre ellos Joseph Louis Gay-Lussac, y contribuyó al desarrollo de las leyes experimentales de los gases.
Dalton formuló asimismo la ley de las presiones parciales, según la cual la presión total de una mezcla de gases que no reaccionan químicamente entre sí equivale a la suma de las presiones que ejercería cada uno por separado si ocupara el mismo volumen a igual temperatura. Esta ley permitió comprender mejor las mezclas gaseosas y conserva numerosas aplicaciones científicas y técnicas.
Cómo llegó a la teoría atómica
El origen exacto de la teoría atómica de Dalton ha sido objeto de debate entre los historiadores de la ciencia. Sus investigaciones sobre la solubilidad de los gases en agua y las combinaciones de los óxidos de nitrógeno desempeñaron un papel importante, aunque no puede atribuirse el nacimiento de la teoría a un único experimento.
Dalton trataba de explicar por qué distintos gases se disolvían en cantidades diferentes en un mismo volumen de agua. Propuso que esas diferencias podían relacionarse con el peso y el número de las partículas últimas de cada gas. El estudio de fenómenos observables lo condujo así hacia una explicación de la materia basada en partículas demasiado pequeñas para ser observadas directamente.
En septiembre de 1803 elaboró una de sus primeras tablas de pesos atómicos relativos. La idea de que la materia estaba formada por átomos no era nueva: el filósofo griego Demócrito la había defendido muchos siglos antes. La diferencia decisiva consistió en que Dalton intentó relacionar esa hipótesis con las cantidades de materia que intervenían en las reacciones químicas.
La química ya disponía de importantes resultados cuantitativos, como la conservación de la masa estudiada por Antoine Lavoisier y la ley de las proporciones definidas formulada por Joseph Louis Proust. Dalton aportó una interpretación microscópica capaz de explicar por qué los elementos se combinaban en proporciones determinadas.
La ley de las proporciones múltiples
Según la teoría de Dalton, cada elemento está formado por átomos característicos que poseen una masa propia. Los compuestos químicos se originan mediante combinaciones de átomos de distintos elementos en relaciones numéricas sencillas. De esta concepción derivó la ley de las proporciones múltiples, una de sus aportaciones fundamentales.
La ley establece que, cuando dos elementos forman varios compuestos, las masas de uno de ellos que se combinan con una cantidad fija del otro guardan entre sí relaciones expresables mediante números enteros pequeños.
Un ejemplo moderno permite comprenderla. En el monóxido de carbono (CO), 12 gramos de carbono se combinan con 16 gramos de oxígeno. En el dióxido de carbono (CO2), los mismos 12 gramos de carbono se combinan con 32 gramos de oxígeno. Las cantidades de oxígeno mantienen una relación de 1 a 2, exactamente el tipo de regularidad que la teoría de Dalton pretendía explicar.
Dalton publicó el primer volumen de Nuevo sistema de filosofía química en 1808, con una segunda parte aparecida en 1810 y una continuación en 1827. En esta obra desarrolló su teoría, presentó tablas de pesos atómicos relativos y utilizó símbolos gráficos para representar átomos y compuestos.
Los errores y las resistencias a su teoría
La teoría de Dalton representó un avance decisivo, pero algunas de sus hipótesis resultaron equivocadas. Consideraba que los átomos eran indivisibles y que todos los pertenecientes a un mismo elemento poseían idéntica masa. Los descubrimientos posteriores sobre la estructura interna del átomo y los isótopos obligaron a revisar ambas afirmaciones.
También empleó una regla de máxima sencillez para establecer la composición de determinadas sustancias. Cuando conocía un solo compuesto formado por dos elementos, suponía preferentemente que contenía un átomo de cada uno. Por ello atribuyó al agua una composición que hoy expresaríamos como HO, en lugar de su fórmula correcta, H2O, que indica dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno.
Dalton tampoco aceptó la validez exacta de la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac, anunciada en 1808, que mostraba relaciones numéricas sencillas entre los volúmenes de gases que reaccionan. Consideraba que aquellas proporciones podían deberse a aproximaciones experimentales. Su resistencia dificultó la revisión de algunas de sus propias fórmulas químicas.
En 1811, Amedeo Avogadro propuso que volúmenes iguales de gases, a idéntica temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Esta hipótesis permitió distinguir mejor entre átomos y moléculas, una diferencia que Dalton no había establecido adecuadamente.
La teoría atómica fue ganando aceptación durante las primeras décadas del siglo XIX, aunque la determinación de los pesos atómicos y de las fórmulas químicas siguió provocando controversias. Jöns Jacob Berzelius perfeccionó las mediciones y desarrolló un sistema de símbolos químicos basado en letras, más práctico que las representaciones gráficas de Dalton.
El daltonismo: estudiar su propia visión
Dalton realizó otra contribución científica importante al investigar una particularidad de su propia visión. Había advertido que distinguía determinados colores de manera diferente a otras personas y que su hermano presentaba la misma alteración, circunstancia que le hizo considerar su posible carácter hereditario.
En 1794 presentó ante la Manchester Literary and Philosophical Society un estudio titulado Hechos extraordinarios relacionados con la visión de los colores, publicado posteriormente. Fue una de las primeras descripciones científicas sistemáticas de la deficiencia en la percepción cromática, conocida popularmente como daltonismo.
Supuso que su dificultad se debía a una coloración anómala del humor vítreo, la sustancia gelatinosa que ocupa el interior del ojo. Para comprobar la hipótesis solicitó que sus ojos fueran examinados después de su muerte. El análisis realizado en 1844 demostró que el humor vítreo era transparente, por lo que su explicación resultó incorrecta.
En 1995, el análisis genético de tejidos oculares conservados permitió determinar que padecía deuteranopia, una alteración hereditaria de la visión de los colores rojo y verde. El estudio confirmó la naturaleza genética del trastorno y resolvió una cuestión que Dalton había planteado dos siglos antes.
Vida personal, reconocimientos y últimos años
Dalton nunca se casó y mantuvo una vida personal austera, marcada por sus convicciones cuáqueras. Era un hombre reservado que dedicaba gran parte de sus jornadas a la enseñanza, el trabajo experimental y la observación meteorológica. Durante sus últimos años residió como huésped en una vivienda de Manchester, cerca del lugar donde investigaba.
Conservó también su interés por la naturaleza y la botánica. Sus excursiones por la región de los lagos ingleses le permitían estudiar plantas, medir altitudes mediante instrumentos barométricos y continuar las observaciones que había iniciado durante su juventud.
Entre 1817 y 1844 ejerció la presidencia de la Manchester Literary and Philosophical Society, institución ante la que presentó más de un centenar de trabajos científicos. En 1822 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres y en 1826 recibió una de sus primeras medallas Royal por sus investigaciones sobre la teoría atómica.
Su prestigio alcanzó también a la comunidad científica europea. Recibió reconocimientos de instituciones académicas extranjeras y títulos honoríficos universitarios, mientras continuaba realizando investigaciones y enseñando en Manchester.
En 1837 sufrió un ataque cerebrovascular que afectó a su salud. Otros episodios posteriores redujeron sus facultades físicas, aunque mantuvo su actividad científica mientras le fue posible. El 26 de julio de 1844 realizó su última anotación meteorológica.
John Dalton murió el 27 de julio de 1844 en Manchester, a los 77 años. Su fallecimiento provocó numerosas manifestaciones públicas de reconocimiento. Miles de personas acudieron a rendirle homenaje durante las ceremonias fúnebres celebradas en la ciudad.
Influencia en la química moderna
La principal consecuencia de la teoría de Dalton fue proporcionar una explicación de las proporciones químicas basada en partículas con masas características. Aunque sus primeros valores y fórmulas necesitaron correcciones, estableció un programa de investigación que permitió relacionar la composición de las sustancias con su estructura atómica.
Los trabajos posteriores de Avogadro y Berzelius, junto con la clarificación de los pesos atómicos impulsada por Stanislao Cannizzaro en el siglo XIX, contribuyeron a consolidar la teoría atómico-molecular. Esta evolución hizo posible ordenar los elementos según sus propiedades y masas atómicas, tarea que culminó en avances como la tabla periódica de Dmitri Mendeléiev.
La química contemporánea ha demostrado que los átomos poseen una estructura interna compleja y que las reacciones químicas implican fundamentalmente reorganizaciones de electrones y enlaces entre átomos. Sin embargo, la relación entre la composición de los compuestos y las cantidades de los elementos que los forman sigue siendo uno de los fundamentos de los cálculos químicos.
Dalton no descubrió los átomos ni formuló una descripción definitiva de su naturaleza. Su aportación consistió en convertir una antigua idea filosófica en una teoría cuantitativa que podía contrastarse con los resultados de los experimentos. A partir de entonces, la composición química de la materia dejó de ser únicamente una cuestión de proporciones observadas y pasó a investigarse también como un problema de estructura.
