עיוור הצבעים שגילה את האטום

ג'ון דלטון נולד במחוז קומברלנד באנגליה ב-6 בספטמבר 1766 למשפחה קווייקרית צנועה וענייה. את ראשית השכלתו המדעית רכש בעיקר מאביו ובבית ספר קווייקרי מקומי. צירוף של האמצעים הכלכליים הדלים של המשפחה והיכולות האינטלקטואליות המרשימות של הנער הצעיר, הביא לידי כך שכבר בגיל 12 ג'ון תפס את מקומו של המורה בבית הספר שבו למד. בתקופה זו השתלם במתמטיקה אצל מורה פרטי ובגיל 15 הצטרף לאחיו בניהול בית ספר אחר, במרחק של כ-70 ק"מ מביתו.

בגיל 27 עבר למנצ'סטר, שם לימד מתמטיקה ומדעי הטבע במכללה החדשה של מנצ'סטר. באותה תקופה הצטרף לחברה לפילוסופיה וספרות של מנצ'סטר, שהעניקה לו סביבה אינטלקטואלית תומכת וגישה למעבדות מחקר רבות.

מחקרים ראשונים

פרסומיו המדעיים הראשונים היו בחקר מזג האוויר (מטאורולוגיה). מגיל 21 ועד יומו האחרון דלטון רשם ביומנו יותר מ-200 אלף תצפיות מטאורולוגיות, שכללו פרטים על טמפרטורה, לחות, לחץ ברומטרי ועוד. את כולם הוא מדד בעזרת מכשירים שבנה במו ידיו.

זמן קצר לאחר שהצטרף לחברה לפילוסופיה וספרות הוא הציג בה מחקר פורץ דרך על "עובדות יוצאות דופן בקשר לראיית צבעים". מאחר שגם הוא וגם אחיו היו עיוורי צבעים, הוא טען שעיוורון צבעים היא תכונה שעוברת בירושה, שנים רבות לפני שצ'רלס דרווין (1882-1809) בא לעולם ופיתח את תורת האבולוציה. עיוורון הצבעים מכונה עד היום "דלטוניזם", על שמו.

חוק דלטון

עיסוקו הנרחב במטאורולוגיה הביא אותו לחקר מעמיק של הגזים, והוא הגיע למסקנה שלגזים יש תכונות פיזיקליות שונות באופן מהותי ממוצקים ונוזלים. דלטון בנה מנומטר (מכשיר למדידת לחץ) המחובר למד חום, ומדד בעזרתו את הנפח והלחץ של מימן, חמצן, חנקן וגזים נוספים בטמפרטורות שונות. מדידותיו הביאו אותו למסקנה חד משמעית שכל הגזים מתפשטים באותה צורה כשמחממים אותם, בשעה שמוצקים ונוזלים מתפשטים בצורה שונה, בהשפעת כוח שכינה "משיכה כימית".

משמעותה של המסקנה הזו היא שבתוך גז אין "משיכה כימית" בין חלקיקי הגז והם חופשיים לנוע בחלל ללא מגבלה. מכיוון שחלקיקי גז אינם מגיבים זה עם זה, גם כשמדובר בתערובת של גזים, לכל רכיב יש לחץ שונה. לפיכך, הלחץ הכולל בכלי המכיל תערובת של גזים, יהיה סכום כל הלחצים החלקיים של רכיבי התערובת. החוק הזה נקרא על שמו, "חוק הלחצים החלקיים של דלטון", והוא תקף עד היום לגבי גזים אידיאליים – כלומר גזים שאכן אינם מגיבים זה עם זה.

אטומים ויסודות

תרומתו המשמעותית ביותר של דלטון הייתה פיתוח התיאוריה האטומית של החומר. דלטון הלך בעקבות הפילוסוף היווני דמוקריטוס, שכבר כאלפיים שנה לפניו טען שכל החומרים ביקום מורכבים מאטומים – מילה יוונית שפירושה הוא "יחידה קטנה שאינה ניתנת לחלוקה". תפיסתו של דמוקריטוס יצאה מהאופנה זמן קצר לאחר שנהגתה, ונדחתה לטובת גישתו של אריסטו שקבע כי הטבע מורכב מארבע יסודות בלבד: אוויר, מים, אש ואדמה. דלטון היה זה שהחזיר את האטומים למרכז הבמה.

בעקבות מחקריו על הגזים תהה דלטון ממה מורכבים חלקיקי הגז הקטנים הללו, ומדוע כאשר מעבים גזים שונים הם אינם הופכים לאותו סוג של נוזל. מסקנתו הייתה שכל גז מורכב מחלקיקים יסודיים שונים שאינם ניתנים לחלוקה ומשקלם שונה. בנוסף, הוא היה הראשון שהבין כי תגובות כימיות מתרחשות כשאטומים מיסודות שונים מגיבים זה עם זה ויוצרים מולקולות, למשל כשמימן מגיב עם אטום חמצן ליצירת מים. דלטון אמנם סבר בטעות כי מולקולת מים מורכבת מאטום אחד של מימן ואחד של חמצן, כפי שאפשר לראות בטבלה למטה, ואת היחס האמיתי גילה אמדאו אבוגדרו, אך העקרון שהוא גילה שריר וקיים, והניח את היסוד לכימיה המודרנית. 

כיום אנחנו יודעים שהאטומים דווקא כן ניתנים לחלוקה או להרכבה בתהליכים גרעיניים כמו ביקוע או היתוך, אך הפעולות הללו שייכות לפיזיקה הגרעינית וכמובן לא היו מוכרות במאה ה-18. התובנות של דלטון לגבי הבסיס של התגובות הכימיות חוללו לא פחות ממהפכה לגבי האופן שבו כימאים הבינו את עבודתם המדעית.

היטיב לבטא זאת הפילוסוף של המדע תומס קון (Khun) בספרו "המבנה של המהפכה המדעית" (1962): "הדבר שכימאים לקחו מהעבודה של דלטון לא היו החוקים הניסיוניים שניסח, אלא דרך חדשה לחלוטין לעשות כימיה".

על אף הטעויות, זה היה נסיון ראשון לסדר את היסודות באופן שיטתי. הטבלה של דלטון | מקור: Chem 230 Wiki

טבלה ראשונה

בהתבסס על מחקרים שפרסמו עמיתיו היה דלטון הראשון שבנה טבלה מסודרת של כל היסודות שהיו ידועים בזמנו. בטבלה שפרסם ב-1808 מצויר סימן ייחודי לכל אטום, ולידו רשום המשקל היחסי שלו לעומת המימן, שקיבל את המשקל 1. השם הרשמי של יחידת המשקל האטומית של דלטון הוא "יחידת משקל אטומית" (Atomic Mass Unit או בקיצור AMU), אך כימאים וביולוגים רבים פשוט קוראים לה "דלטון".

טבלת היסודות של דלטון לא הייתה שלמה או מדויקת, אך העובדה שהוא נתן לכל אטום סימן קצר במקום שם מופשט הניחה את התשתית להתפתחותה של הטבלה המחזורית השלמה שפרסם בשנת 1869 המדען הרוסי דמיטרי מנדלייב.

עבודתו המדעית של דלטון זכתה להכרה רבה עוד בחייו. בשנים 1803 ו-1809 נבחר להעביר סדרת הרצאות במכון המלכותי בלונדון על הפילוסופיה של הטבע. בשנת 1816 נבחר לחבר באקדמיה הלאומית למדעים של צרפת, ב-1822 התקבל לחברה המלכותית הבריטית ובשנת 1834, בגיל 68, נבחר גם לחבר באקדמיה הלאומית למדעים ואמנויות של אמריקה. בגיל 67 קיבל פנסיה חודשית של 150 לירות סטרלינג ממשלת אנגליה, סכום עתק באותם ימים, שהוכפל כעבור שלוש שנים.

דלטון ניהל אורח חיים פשוט, ורוב ימיו הבוגרים שכר חדר בדירה של חברים במנצ'סטר. בסוף ימיו סבל מסדרה של אירועיים מוחיים, שבסופו של דבר הובילו למותו ב27 ביולי 1844. דלטון לא הקים משפחה, אך יותר מ-40 אלף איש ליוו אותו בדרכו האחרונה. אחרי מותו הוקמו לזכרו פסלים, מכוני מחקר ופרסים, אך גם בלעדיהם מורשתו טבועה עמוק בתפיסת המדע העכשווית, בתיאוריות של הגזים ובתיאוריה האטומית. או כפי שהוא עצמו היטיב לתאר במכתב לחבר: "הפרק השלישי יעסוק בסינתזה כימית, והוא עתיד להניח למדע הכימיה תשתית חדשה ופשוטה בהרבה מכל מה שהיה עד כה".