Student World

Před 200 lety vyšla kniha britského chemika a fyzika, kde poprvé představil svou myšlenku atomové teorie.

Roku 1803 vyšla nenápadná, ale pozoruhodná kniha s titulem Postřehy o nejmenších částicích hmoty a jejich kombinacích (Observations on the Ultimate Particles of Bodies and their Combinations). Jejím autorem byl anglický učenec John Dalton (1766-1844), který právě v této publikaci vzkřísil myšlenku několika antických filozofů (Demokritos, Epikuros, Lucretius), že hmotu tvoří dále nedělitelné částečky – atomy. V dalších letech svou teorii rozpracoval, zejména v třísvazkovém díle Nový systém chemické filozofie (New System of Chemical Philosophy, 1808-1827).

Výše jmenovaní starořečtí filozofové chápali atomy jako nedělitelné částečky hmoty, jejichž kombinacemi vznikají všechna tělesa. Daltonova teorie, která tuto myšlenku vzkřísila a dala ji do souvislosti s tehdy známými chemickými prvky, se stala prazákladem moderní atomové teorie, jež se začala rozvíjet koncem 19. století a především ve 20. století. I když se ukázalo, že ani atom není nedělitelný, Dalton svou teorií položil další základní kámen ke stavbě vědy či spíše vědeckého vnímání světa.

Americký fyzik Richard Feynman označil atomovou teorii, tedy fakt, že se všechny věci skládají z atomů – malých částic, jež jsou v neustálém pohybu a vzájemně se přitahují, když jsou od sebe trochu vzdálené, ale odpuzují se, když jsou těsně u sebe, za nejdůležitější vědecký poznatek všech dob, který v sobě zahrnuje nesmírné množství informací o světě. Vše, co kolem sebe vidíme – včetně nás samotných – se skládá z drobných, velmi silně interagujících kladných a záporných částic, které jsou velmi přesně vyvážené. Dnes, po dvě stě letech od prvního klíčku moderní atomové teorie, víme o mnoho více. Například jaké je velikost atomu či jaké je jeho složení. Že chování částic, z nichž se atom skládá, vysvětluje kvantová mechanika. A víme například také to, že chemické vlastnosti všech látek závisí na vnějších elektronech, resp. jen na tom, kolik má atom daného prvku elektronů.

Cesta k těmto neobyčejně cenným poznatkům moderní přírodovědy byla ovšem klikatá. V 18. století, na jehož konci začal Dalton provádět svá pozorování, se chemie teprve pomalu emancipovala od alchymie. Byla objevena řada nových prvků, např. platina (1748), nikl (1751), vodík (1766), dusík (1772), chlor (1774), kyslík (1774) či uran (1789). I když chemici popsali řadu jejich vlastností, panoval v jejich klasifikaci nadále značný chaos. Obecně se vycházelo z poznatku, který formuloval již v 17. století „otec chemie“Robert Boyle (1627-1691): „Elementem čili prvkem nemůže být žádné těleso, které není dokonale homogenní a které se dá rozdělit do jakéhokoli počtu zřetelně odlišných látek, ať jakkoliv malých.“

Dalton, vědec všestranných zájmů, byl prvním, kdo Boyleovu myšlenku domyslel a vyvodil z ní obecné důsledky, které měly na další vývoj chemie a fyziky zásadní vliv. Spekulativní ideu řeckých filozofů, takzvaný atomismus, dokázal nejen vzkřísit, ale dát jí i solidní vědecký základ. Díky němu se chemie mohla konečně stát rovnoprávnou součástí přírodovědeckého obrazu světa, vystavěného především na zákonech Newtonovy mechanistické fyziky.
Jak se Dalton, tento manchesterský tkadlec a kvaker, ke vědě dostal? Od mládí se vyznačoval neobyčejnou zvídavostí, která způsobila, že opustil svoje řemeslo a stal se svobodným badatelem a učitelem. Zabýval se především meteorologií. Středobodem jeho pozorování byl vzduch. Vykonal údajně na 200 tisíc měření, mimo jiné aby si potvrdil výsledky a zákony, které formulovali J. L. Gay-Lussac a J. L. Proust. Zjištění těchto francouzský vědců, společně s poznatky formulovanými R. Boylem, samouk John Dalton zobecnil v teorii, která poprvé oddělila představu prvku od představy atomu. Dnes se nám to zdá prosté a samozřejmé: Podle Daltona se prvky skládají z atomů. Kolik je prvků, tolik musí existovat druhů atomů. Látky v přírodě pak lze kombinovat a skládat v příslušných poměrech z atomů jednotlivých prvků.

Daltonova teorie byla klíčem k dalšímu rozvoji chemie. Vzápětí na ni navázal Ital Amadeo Avogadro (1776-1856), jenž na základě Gay-Lussakova zákona vyvodil, že nejmenší části plynů nejsou jednotlivé atomy, ale jejich „komplexy“. Začal jim říkat molekuly. Samotný Dalton tuto myšlenku příkře odmítl, stejně jako většina tehdejších chemiků, neboť Avogadrova dodatečná hypotéza komplikovala čitelný obraz mechanistického vesmíru odvozený z Newtonovy a Daltonovy teorie.

Do sporu se v roce 1812 vložil švédský chemik Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), jenž vytvořil elektrochemickou teorii chemické vazby. Předpokládal totiž, že síla, která nutí atomy, aby se navzájem slučovaly, je elektrické povahy. Připomeňme, že elektřina, objevená asi deset let před Berzeliovou teorií, byla v té době módní záležitostí. I když se jejím působením tehdy vysvětlovalo opravdu leccos, Berzeliovy myšlenky padly na úrodnou půdu. Všech tehdy známých 56 prvků rozdělil Berzelius do dvou skupin, na prvky elektronegativní a elektropozitivní. Z tohoto rozdělení vyvodil, že slučovat se mohou pouze elektronegativní prvky s elektropozitivními. Celá problematika chemické vazby je samozřejmě daleko složitější a vysvětlila ji až kvantová mechanika, formulovaná zhruba o sto let později, základ však byl položen.

Dodejme ještě, že Berzelius v návaznosti na Daltonovu teorii reformoval i chemické názvosloví. Do té doby šlo o změť nepřehledných značek, převzatých nezřídka z alchymistické praxe. Byl to právě Berzelius, kdo v roce 1814 zavedl pro všechny prvky latinské názvy a navrhl jejich označování prvním písmenem názvu. Kde prvky začínaly stejným písmenem, přidával ke značce písmeno druhé, tentokrát malé. Pro označení sloučenin se mu zdálo logické napsat vedle sebe značky prvků, které sloučeninu tvoří a přiřadit k nim exponenty, označující počet atomů daného prvku v molekule sloučeniny. Von Liebig a Poggendorff později zavedli kvůli asociaci upomínající na umocňování místo exponentu indexy, což se vžilo a v chemickém názvosloví se to tak praktikuje dodnes.

Na počátku ovšem stál nenápadný John Dalton, samouk a experimentátor, který se hlásil k náboženské sektě kvakerů. Za svoje dílo, které bylo rozvíjející se přírodovědou pozoruhodně snadno přijato, byl tento manchesterský rodák jmenován čestným doktorem práv na univerzitě v Oxfordu a později, v roce 1834, byl dokonce pozván k audienci k samotnému anglickému králi. Dobové záznamy údajně prozrazují, že tato Daltonova audience patřila k nejdelším ve dvorní praxi a všichni dvořané byli udiveni tím, co si král asi může tak dlouho povídat s jakýmsi „potrhlým staříkem“.

Ani tento stařík, ani král ovšem tehdy nemohli tušit, do jaké šíře se v příštích dvou staletích atomová teorie rozvine. Nemohli ani ve snu tušit, k jakým fascinujícím poznatkům věda při zkoumání mikrosvěta dojde. A – přirozeně – jak významnými se stanou technologické aplikace těchto poznatků nejen pro samotnou vědu, ale pro celý osud lidstva, ať v pozitivním či negativním smyslu.

Poznámka:
Na adrese http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/dalton.html se můžete seznámit s ukázkou z Daltonovy knihy New System of Chemical Philosophy, stejně jako s jeho tabulkou chemických prvků.

John Dalton

autor Jan Kapoun