ดอลตัน

จอห์น ดาลตัน : John Dalton

เกิด วันที่ 6 กันยายน ค.ศ. 1766 ที่เมืองคอกเกอร์เมาท์ ประเทศอังกฤษ (England)เสียชีวิต วันที่ 27 กรกฎาคม ค.ศ. 1844 ที่เมืองแมนเชสเตอร์ (Manchester) ประเทศอังกฤษ

ผลงาน

- ทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory)
- ค้นพบกฎความดันย่อย
- อธิบายสาเหตุของตาบอดสี

ดอลตันเป็นนักฟิสิกส์ และนักเคมีชาวอังกฤษผู้ค้นพบทฤษฎีอะตอม ซึ่งทำให้เขามีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักในวงการวิทยาศาสตร์มากขึ้น ดาลตันเกิดเมื่อวันที่ 6 กันยายน ค.ศ. 1766 ที่เมืองคอกเกอร์เมาท์ ประเทศอังกฤษ ในครอบครัวที่ยากจน บิดาของเขาชื่อโจเซฟ ดาลตัน (Joseph Dalton) มีอาชีพเป็นช่างทอผ้า เขามีความสนใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์มาตั้งแต่เด็กและตั้งใจว่าเมื่อโตขึ้นจะต้องเป็นนักวิทยาศาสตร์ให้ได้ แล้วความตั้งใจของเขาก็เป็นจริง ดาลตันเข้ารับการศึกษาขั้นต้นที่โรงเรียนของจอห์นเฟลทเชอร์(John Fletcher) ซึ่งใช้โรงสวดที่ทำพิธีกรรมทางศาสนา เป็นสถานที่ทำการเรียนการสอนและเมื่อมีผู้ต้องการใช้โรงสวดนี้ประกอบพิธีกรรม โรงเรียนก็ต้องปิดทำการเมื่อโรงเรียนหยดดาลตันมักใช้เวลาไปกับการหาความรู้เพิ่มเติมในเรื่องวิทยาศาสตร์อยู่เสมอไม่เหมือนกับเด็กคนอื่นเมื่อโรงเรียนหยุดก็มักจะพากันเที่ยวเล่นอย่างสนุกสนาน

ต่อมาในปี ค.ศ. 1778 โรงเรียนแห่งนี้ต้องหยุดกิจการลง ดังนั้นดาลตันจึงมีความคิดที่จะเปิดโรงเรียนขึ้นบ้าง โดยใช้โรงนาเป็นสถานที่เรียนดาลตันเก็บค่าเรียนเป็นรายคน โดยเก็บคนละ 6 เพนนี (Penny) ต่อสัปดาห์ แต่ต่อมาไม่นานโรงเรียนของดาลตันก็ต้องปิดกิจการลง เนื่องจากชาวบ้านต้องการใช้สถานที่สำหรับประกอบพิธีทางศาสนา ภายหลังจากที่โรงเรียนปิดดาลตันได้นำเงินที่เกิดสะสมไว้เปิดร้านจำหน่ายหนังสือ และออกวารสาร ต่อมาในปี ค.ศ. 1781 ดาลตันได้เข้าทำงานเป็นครูอีกครั้งหนึ่งที่โรงเรียน ของพี่ชายเขาเองที่เมืองเคนดอล

วิทยาศาสตร์แขนงที่ดาลตันให้ความสนใจมากที่สุด คือ อุตุนิยมวิทยา (Meteorology) ดาลตันได้สร้างเครื่องมือเพื่อช่วยในการทดลองครั้งนี้ด้วย ได้แก่ บารอริเตอร์ (Barometer) ใช้สำหรับวัดความดันอากาศ เทอร์มอมิเตอร์ (Thermometer1) ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิ และไฮโกรมิเตอร์(Hygrometer) ใช้สำหรับวัดความชื้นในอากาศ ดาลตันใช้เครื่องมือทั้ง 3 ชนิดนี้วัดสภาพความเปลี่ยนแปลงของดินฟ้าอากาศ และจดบันทึกไว้อย่างละเอียดเป็นประจำทุกวัน จนกระทั่วเขาเสียชีวิต รายงานเรื่องนี้ของดาลตันมีมากมาย เขาได้รวบรวมข้อมูลทั้งหมดลงในหนังสือชื่อว่า การสังเกตการณ์ทางอุตุนิยมวิทยา ซึ่งออกตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1783

ในปี ค.ศ. 1792 ดาลตันได้ให้ความสนใจเกี่ยวกับธรรมชาติวิทยา เขาศึกษาจนมีความชำนาญด้านนี้เป็นอย่างดี และได้ตีพิมพ์หนังสือออกมาเล่มหนึ่งชื่อว่า ออร์ทัส ซิคคัส ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับพันธุ์พืชและสัตว์ มีจำนวน ถึง 11 เล่ม จากผลงานชิ้นดังกล่าวดาลตันได้รับเชิญจากวิทยาลัยนิวคอลเลจ แมนเชสเตอร์ ให้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์สอนวิชาปรัชญาธรรมชาติและคณิตศาสตร์

ต่อมาดาลตันได้ย้านไปอยู่ที่เมืองยอร์ค ที่นี่เขาได้ทำงานเป็นครูพิเศษสอนวิชาคณิตศาสตร์โดยเก็บค่าสอนเป็นรายชั่วโมงและในระหว่างนี้เขาได้ทำการทอลงเกี่ยวกับเคมี และในปี ค.ศ. 1808 ดาลตันได้ตีพิมพ์หนังสือเล่มหนึ่งมีชื่อว่า A New System of ChemicalPhilosophy เล่มที่ 1 เป็นเรื่องเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory) โดยดาลตันเป็นคนแรกที่ค้นพบทฤษฎีนี้ในระหว่างปี ค.ศ. 1801 - 1803 ต่อมาในปี ค.ศ. 1810 ดาลตันได้พิมพ์หนังสือเล่มที่ 2 ชื่อว่า A New System of Chemical Philosophy จากหนังสือทั้ง 2 เล่มนี้ สามารถอธิบายสมบัติของอะตอมได้ชัดเจนที่สุด ดาลตันสรุปเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมไว้ดังนี้

1. ธาตุต่าง ๆ ประกอบไปด้วยอนุภาคเล็ก ๆ จำนวนมาก และอนุภาคเล็ก ๆ เหล่านี้ เรียกว่า "อะตอม (Atoms)"
2. อะตอมของธาตุต่าง ๆ ก็มีลักษณะ และน้ำหนักประจำเฉพาะของธาตุนั้น
3. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของสสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป และต้องเป็นไปในอัตราส่วนที่เลขลงตัวเสมอ เช่น อัตราส่วนเป็น 4 : 1 เสมอ จะไม่เป็น 4.1 : 1 เด็ดขาด
4. อะตอมไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ หรือทำลายให้สิ้นสูญไปได้
5. อะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด ในส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของธาตุ ซึ่งไม่สามารถแยกออกไปได้อีก

นอกจากนี้เขายังใช้สัญลักษณ์แทนอะตอมของธาตุ และสารประกอบด้วย เช่น แทน ไฮโดรเจน, แทนออกซิเจน, แทน คาร์บอน,แทน คาร์บอนไดออกไซด์, แทน คาร์บอนมอนอกไซด์ จากการค้นพบดังกล่าว จึงถือได้ว่าดาลตันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบสมบัติของอะตอม และกำหนดรายละเอียดต่าง ๆ เกี่ยวกับอะตอม

หลังจากนั้นดาลตันได้ทดลองเรื่องความดันของก๊าซ ดาลตันได้ตั้งกฎว่าด้วยความดันย่อย (Dalton's Low of PartialPressures)โดยมีใจความสำคัญว่า เมื่อธาตุถูกกดดันมาก ๆ จะเกิดการเสียดสีกันของโมเลกุลทำให้เกิดความร้อน ต่อจากนั้นเขาได้ตั้งกฎเกี่ยวกับการระเหยของของเหลว (Evaporation of Liquids) ภายหลังจากการทดลอง ดาลตันพบว่า "ของเหลวจะระเหยกลายเป็นไอได้มากหรือน้อย มีอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญเพียงอย่างเดียวเท่านั้น"

นอกจากนี้เขายังค้นคว้าเกี่ยวกับสาเหตุที่ทำให้ตาบอดสี (Color - Blindness) เขาได้อธิบายสาเหตุของตาบอดสีว่าเกิดจากความผิดปกติของสารที่ทำหน้าที่แปรผลของสี การที่ดาลตันค้นคว้าเรื่องนี้ เนื่องจากน้องชายของเขาตาบอดสีนั่นเอง ดาลตันเสียชีวิตเมื่อวันที่ 27 กรกฎาคม ค.ศ. 1844 ที่เมืองแมนเชสเตอร์ (Manchester) ประเทศอังกฤษ

จอห์น ดอลตัน บุคคลแรกที่อธิบายทฤษฎีของอะตอม ตามหลักวิทยาศาสตร์คือ จอห์น ดอลตัน ( John Dalton ) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษที่เกิดในปี พ.ศ. 2309 จากครอบครัวที่ยากจนในหมู่บ้านเล็ก ๆ แห่งหนึ่ง เมื่อเป็นเด็กจอห์นได้เข้าโรงเรียนเล็ก ๆ ประจำหมู่บ้านซึ่งมีครูเพียงคนเดียว เมื่อจอห์นอายุได้เพียง 12 ปี ครูที่สอนในโรงเรียนนั้นลาออก เขาจึงรับหน้าที่เป็นครูแทน ซึ่งนับแต่นั้นมาเขาก็มีรายได้จากการสอนหนังสือ เนื่องจากเขาสนใจวิชาวิทยาศาสตร์มาก ดังนั้น ขณะที่เป็นครูอยู่นี้ เขาก็ได้ศึกษาวิชาคณิตศาสตร์และวิชาเคมีด้วยตนเองพร้อมกันไปด้วย
ก่อนที่ดอลตันจะเกิด นักเคมีได้เริ่มยอมรับข้อเท็จจริงที่สำคัญอย่างหนึ่งว่า ในขณะที่เขาทั้งหลายสามารถแบ่งแยกสิ่งของบางอย่างออกเป็นสิ่งที่เล็ก ๆ ได้นั้น มีบางสิ่งที่เขาไม่สามารถแบ่งออกได้ เช่นเขาสามารถแยกน้ำออกเป็นแก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ หรือแยกเกลือแกงออกเป็นคลอรีนและโซเดียม หรือแยกน้ำตาลออกเป็นคาร์บอนและน้ำ แต่เขาไม่สามารถที่จะแยกไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน หรือโซเดียมลงไปในส่วนย่อยอีกได้ สิ่งที่เขาไม่สามารถแยกออกได้นี่เองที่เรียกว่า ธาตุเคมี (Chemical element ) ส่วนพวกน้ำ เกลือแกง และน้ำตาลซึ่งประกอบขึ้นจากธาตุมากกว่าหนึ่งธาตุนั้นมีชื่อเรียกว่าสารประกอบเคมี ( chemical compound) สารประกอบจะเป็นอะไรก็ได้ที่ประกอบขึ้นจากธาตุสองธาตุในสัดส่วนจำกัดเฉพาะ ปัจจุบันเราทราบว่ามีธาตุทั้งหมดมากกว่า 100 ธาตุแล้ว แต่ในสมัยของดอลตันรู้จักเพียง 30 กว่าธาตุเท่านั้น
ดอลตันได้ถามตัวเองว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่อะตอมอาจจะช่วยอธิบายลักษณะของธาตุและความแตกต่างของธาตุเคมีหลังจากที่เขาคิดแล้วคิดอีกและทำการทดลองหลายครั้ง ดอลตันได้ตั้งทฤษฎีของเขาเองขึ้นมาและตีพิมพ์เผยแพร่ประมาณปี พ.ศ. 2353

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

ผลงานเด่น

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้

1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หลายอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และทำให้สูญหายไม่ได้
2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่นมีมวลเท่ากัน แต่จะมีสมบัติต่างจากอะตอมของธาตุอื่น
3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อย ๆทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้ อะตอมสามารถแบ่งแยกได้

กฎความดันย่อยของดอลตัน

เมื่อผสมแก๊สอุดมคติสองชนิด A และ B ซึ่งไม่ทำปฏิกิริยาเคมีต่อกันไว้ในภาชนะปริมาตร V ที่อุณหภูมิคงตัวอันหนึ่ง แก๊สทั้งสองผสมเข้ากันดีเป็นสารผสมเอกพันธุ์ ทั้งแก๊ส A และแก๊ส B ต่างมีความดันภายในภาชนะนั้นเหมือนว่ามันอยู่ตามลำพังโดยไม่มีอีกแก๊สหนึ่งอยู่ด้วย ความดันของแต่ละแก๊สในแก๊สผสมเช่นนี้เรียกว่า ความดันย่อย กฎความดันย่อยของดอลตัน กล่าวว่า “ความดันรวมของแก๊สผสมมีค่าเท่ากับผลบวกของความดันย่อยของแก๊สที่เป็นส่วนประกอบ”ให้ Pรวม = ความดันรวม
PA = ความดันย่อยของแก๊ส A PB = ความดันย่อยของแก๊ส Bเนื่องจาก A และ B เป็นแก๊สอุดมคติดังนั้น PA = nA RT/V
และ PB = nB RT/V
โดยมี nA และ nB เป็นจำนวนโมลของแก๊ส A และ B
ความดันย่อยของแก๊สA+ความดันย่อยของแก๊สB = (nA+nB)
แต่ nA+nB = nt จำนวนโมลทั้งหมด
ดังนั้น PA+PB = nt RT/V
= Pt
หรือเขียนว่า Pt = PA+PB
ถ้าหากมีแก๊สมากกว่า 2 ชนิดผสมรวมกัน
Pt = P1+P2+P3+... (ปริมาตรและอุณหภูมิคงตัว) -------------------(1)
กฎความดันย่อยของดอลตันใช้กับแก๊สอุดมคติ สำหรับแก๊สที่ผสมส่วนมากก็พอเป็นไปได้อย่างใกล้เคียง กฎนี้นำมาใช้บ่อยในการปฏิบัติเกี่ยวกับการวัดความดันของแก๊สที่เตรียมขึ้นมาแล้วเก็บแก๊สโดยการแทนที่น้ำ ความดันของแก๊สเหนือน้ำที่วัดได้เป็นความดันรวมระหว่างความดันของแก๊สที่เตรียมได้กับความดันของไอน้ำที่อุณหภูมินั้น ถ้าอยากทราบความดันของแก๊สก็ต้องเอาความดันของไอน้ำไปหักออกจากความดันที่วัดได้
ความดันแก๊ส = ความดันที่วัดได้ x ความดันของไอน้ำ
ในบางครั้งอาจนำเศษส่วนโมลมาคำนวณหาความดันย่อย
เศษส่วนโมลของแก๊ส A = Na/Nt
PA = nA RT/V
PB = nt RT/V
ดังนั้น Pa/Pt = Na/Nt
หรือ PA = Na/Nt x Pt ---------------------------------------<2>
ความดันของแก๊ส A = เศษส่วนโมลของ A x ความดันรวมของแก๊สผสม
แสดงว่าความดันย่อยที่เกิดจากแก๊สแต่ละแก๊สภายในแก๊สผสมนั้นเมื่อคิดเป็นเศษส่วนของความดันรวมแล้ว มีค่าเท่ากับเศษส่วนโมลของแก๊สนั้นภายในแก๊สผสม
ตัวอย่าง
นำเอาแก๊สออกซิเจน 100 cm3 ซึ่งมีความดัน 360 mmHg และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 150 cm3 ซึ่งมีความดัน 300 mmHg มาใส่ไว้รวมกันในขวดจุ 200 cm3 อุณหภูมิเท่ากันโยตลอด จงหาความดันรวมของแก๊สออกซิเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในขวดใบนั้น
วิธีทำ ตามกฎของบอยล์ ความดันของก๊าซออกซิเจน= 360 mmHg x 100ลูกบาศก์เซนติเมตร/200ลูกบาศก์เซนติเมตร
= 180 mmHg
ความดันคาร์บอนไดออกไซค์ = 300mmHg x 150ลูกบาศก์เซนติเมตร/200ลูกบาศก์เซนติเมตร
= 225 mmHg
ความดันรวม = ความดันออกซิเจน + ความดันคาร์บอนไดออกไซค์
= 180 + 225 = 405 mmHg