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ジョン・ドルトン（/ ˈdɔːltən /、 1766年9月5日または6日 - 1844年7月27日）は、イギリスの化学者、物理学者、気象学者であり、その業績は現代の原子論と化学量論の基礎を築いた。物質の不可分性に関する以前の考えと、彼自身が行った正確な結合比の測定に基づいて、ドルトンは、各化学元素は特徴的な重量の同一の原子から構成され、化合物は異なる元素の原子が一定の整数比で結合することによって形成されると提唱した。彼の著書『新化学哲学体系』（1808年）は、首尾一貫した原子モデルを提示し、相対原子量と記号表記を提供し、19世紀の化学を形作り、現代の化学思想の基礎となっている定量的枠組みを確立した。
ドルトンは気象学者および物理学者としても先駆的な業績を残しました。50年以上にわたり日々の気象観測を行い、分圧に関する最初の経験法則（後にドルトンの法則として知られる）を定式化し、蒸気圧と気体の溶解度に関する研究を通して気体の挙動を研究しました。彼自身の色覚異常に関する調査は、この症状（いくつかの言語では現在もドルトン症候群として知られています）の最初の科学的記述につながり、知覚と生理学を結びつける実験的手法の確立に貢献しました。1822年に王立協会のフェローに選出され、1826年には王立協会のメダルを授与されたドルトンは、定量的な原子論を開発した最初の英国人科学者となり、化学が定性的な科学から数学的な科学へと移行する上で重要な人物の一人となりました。
ジョン・ダルトンは、1766年9月5日か6日に、イングランドのカンバーランド州コッカーマス近郊のイーグルスフィールドでクエーカー教徒の家庭に生まれた。 [ 1 ] [ 2 ]彼の父親は織物職人だった。[ 3 ]彼は父親と、近くのパードショー・ホール村で私立学校を経営していたクエーカー教徒のジョン・フレッチャーから初等教育を受けた。ダルトンの家族は彼を長く養うには貧しすぎたため、彼は10歳から地元の裕福なクエーカー教徒、エリフ・ロビンソンに仕えて生計を立て始めた。[ 4 ]
ダルトンの幼少期は、カンバーランド州イーグルスフィールド出身の著名なクエーカー教徒で、有能な気象学者であり計器製作者でもあったエリフ・ロビンソン[ 2 ]の影響を受け、数学と気象学の問題に興味を持つようになった。ケンダルで過ごした年月の間、ダルトンは『婦人日記』と『紳士日記』で様々な主題に関する問題の解決策を提供し、質問に答えた。1787年、21歳で気象日記を始め、その後57年間で20万件以上の観測を記録した[ 5 ] [ 6 ]。この頃、ジョージ・ハドレーの大気循環理論（現在はハドレー循環として知られている）を再発見した[ 7 ] 。 1793年に出版されたダルトンの最初の著作『気象観測とエッセイ』には、後の発見の種がいくつか含まれていたが、その扱いの独創性にもかかわらず、他の学者からはほとんど注目されなかった。ダルトンの2番目の著作である『英語文法の要素（または学校やアカデミーで使用するための新しい文法指導体系）』は1801年に出版された。[ 8 ]
湖水地方を離れた後、ダルトンは毎年休暇を利用して戻り、気象学を研究した。その研究には多くの山歩きが含まれていた。飛行機や気球が登場するまでは、高所での気温と湿度を測定する唯一の方法は山に登ることだった。ダルトンは気圧計を使って高度を推定した。英国陸地測量局が湖水地方の地図を出版したのは1860年代になってからだった。それ以前は、ダルトンはこの地域の山の高さに関する数少ない権威の一人だった。[ 9 ]彼はしばしばジョナサン・オトリーと行動を共にし、オトリーもまた地元の山頂の高さを研究し、ダルトンの数値を比較して自分の研究を検証した。オトリーは1818年の地図にその情報を掲載した。オトリーはダルトンの助手であり友人でもあった。[ 10 ]
1794年、マンチェスターに到着して間もなく、ダルトンはマンチェスター文学哲学協会（通称「Lit & Phil」）の会員に選出され、数週間後に「色の視覚に関する驚くべき事実」に関する最初の論文を発表した。その中で彼は、色の知覚の欠如は眼球の液体媒体の変色によって引き起こされると仮定した。彼自身と彼の兄弟の両方が色盲であったため、彼はこの状態が遺伝性であると認識した。[ 11 ]
ダルトンの理論は後に否定されたものの、色覚異常に関する彼の初期の研究は、彼の死後に評価された。[ a ] 1995年に彼の保存された眼球を検査したところ、ダルトンは第二色覚異常、つまり中波長に敏感な（緑色の）フォトプシンの遺伝子が欠損している先天性の赤緑色覚異常の一種であることが判明した。[ 11 ]このタイプの色覚異常を持つ人は、すべての色が青、黄、または灰色に対応付けられているように見える。あるいは、ダルトンが彼の画期的な論文で書いたように、[ 13 ]
他の人が赤と呼ぶその部分は、私には単なる光の陰影、あるいは光の欠陥のように見えます。その後、オレンジ、黄色、緑は一つの色のように見え、濃い黄色から淡い黄色へとほぼ均一に変化し、私が言うところの様々な黄色の色合いを作り出しています。
1800年、ダルトンはマンチェスター文学哲学協会の書記に就任し、翌年には「実験的エッセイ」と題する重要な一連の講演を行った。その内容は、混合ガスの構成、真空中および空気中における様々な温度での蒸気やその他の蒸気の圧力、蒸発、そしてガスの熱膨張に関するものであった。1801年10月2日から30日にかけて発表されたこれら4つのエッセイは、1802年にマンチェスター文学哲学協会紀要に掲載された。
2番目のエッセイは、 [ 14 ]という発言で始まる。
あらゆる種類の弾性流体が液体に還元可能であることについては、ほとんど疑いの余地はない。そして、低温で、かつ未混合の気体に強い圧力を加えることによって、それをさらに実現できる可能性も否定すべきではない。
ダルトンは、0℃から100 ℃（32°Fから212 °F）までのさまざまな温度における蒸気圧を測定する実験について説明した後、6種類の異なる液体の蒸気圧の観測から、任意の圧力の蒸気を基準とした場合、同じ温度変化に対して、すべての液体の蒸気圧の変化は同等であると結論付けた。
第4のエッセイで彼はこう述べている。[ 15 ]
同じ圧力下にある弾性流体はすべて熱によって等しく膨張し、水銀の膨張率に対して、空気の膨張率は温度が高いほど比例して小さくなる、と結論づける十分な理由は見当たらない。…したがって、熱の絶対量と性質に関する一般的な法則は、他の物質よりも弾性流体から導き出される可能性が高いように思われる。
彼はゲイ＝リュサックの法則を提唱し、それは1802年にジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックによって発表された（ゲイ＝リュサックは、この発見はジャック・シャルルによる1780年代の未発表の研究によるものだと述べている）。講義後2、3年の間に、ドルトンは同様のテーマでいくつかの論文を発表した。「水およびその他の液体による気体の吸収について」（1803年10月21日の講義として読み上げられ、1805年に初めて出版された）[ 16 ]には、現在ドルトンの法則として知られる彼の分圧の法則が含まれていた。
ドルトンの研究の中で最も重要なものは、化学における原子論に関するものと言えるでしょう。彼の名前はこの理論と切っても切り離せない関係にありますが、ドルトンの原子論の起源は完全には解明されていません。[ 17 ] [ 18 ]この理論は、エチレン（オレフィンガス）とメタン（炭化水素）の研究、あるいは亜酸化窒素（窒素の第一酸化物）と二酸化窒素（窒素の第二酸化物）の分析によってドルトンに示唆された可能性があり、どちらの見解もトーマス・トムソンの権威に基づいています。[ 19 ]
1814年から1819年にかけて、アイルランドの化学者ウィリアム・ヒギンズは、ドルトンが自分の考えを盗用したと主張したが、ヒギンズの理論は相対原子質量については触れていなかった。[ 20 ] [ 21 ]最近の証拠は、ドルトンの思考の発展が、ウィリアムの叔父である別のアイルランドの化学者ブライアン・ヒギンズの考えに影響を受けた可能性があることを示唆している。ブライアンは、原子は、当時熱の物質と考えられていたカロリックの雰囲気に囲まれた重い中心粒子であると信じていた。原子の大きさは、カロリックの雰囲気の直径によって決まる。証拠に基づくと、ドルトンはブライアンの理論を認識しており、非常に似た考えと用語を採用したが、ブライアンがカロリックモデルを先取りしていたことを認めることはなかった。[ 22 ] [ 23 ]しかし、ドルトンの原子論の本質的な新しさは、化学元素の相対原子量を計算する方法を提供したことであり、これによりすべての化学物質の分子式を割り当てる手段が提供される。ブライアンもウィリアム・ヒギンズもこれを行っておらず、この重要な革新に対するドルトンの優先権は異論の余地がない。[ 18 ]
マンチェスター文学哲学協会の部屋で発見されたドルトンの実験ノートの研究[ 24 ]によると、ドルトンは倍数比例の法則の説明を探求する中で、化学結合は一定の固有の重量を持つ原子の相互作用から成るという考えに至ったのではなく、むしろ原子という考えは、大気やその他の気体の物理的性質の研究によって彼に強いられた、純粋に物理的な概念として彼の心に浮かんだのだという結論に至った。この考えの最初の公表された兆候は、既に述べた彼の論文「水およびその他の液体による気体の吸収について」 [ 16 ]の末尾に見られる。そこで彼は次のように述べている。
なぜ水はあらゆる種類の気体を均等に吸収しないのだろうか？私はこの疑問について十分に検討したが、完全に納得できる結論には至っていないものの、その原因は各気体の最小粒子の重量と数にあるとほぼ確信している。
彼はその後、いくつかの元素の原子の相対的な重さを提案したが、それ以上の詳しい説明はしなかった。しかし、最近のドルトンの実験ノートの記述に関する研究では、彼が1803年に化学原子論を発展させたのは、硝酸の組成に関するヘンリー・キャベンディッシュとアントワーヌ・ラヴォアジエの分析データを調和させるためであり、水への気体の溶解度を説明するためではないと結論づけている。[ 25 ]
ドルトンの原子論は、最終的に以下のように発展したが、その要点は以下の通りである。
ドルトンは、原子論に関する最初の詳細な発表論文（1808年）の中で、追加の（そして議論を呼んだ）「最大単純性の法則」を提案した。この法則は独立して検証することはできなかったが、原子量の計算の根拠となるいくつかの単純な分子の式を提案するためには、そのような仮定が必要だった。この法則によれば、水素と酸素が水を形成するように、あるいは水素と窒素がアンモニアを形成するように、2つの異なる元素の原子が単一の化合物を形成することがわかっている場合、その化合物の分子は各元素の原子が1つずつで構成されていると仮定される。当時知られていた炭素の2つの酸化物や窒素の3つの酸化物のように、複数の比率で結合する元素については、それらの組み合わせは可能な限り最も単純な組み合わせであると仮定された。例えば、そのような組み合わせが2つ知られている場合、一方は各元素の原子が1つずつで構成されている必要があり、もう一方は一方の元素の原子が1つと他方の元素の原子が2つで構成されている必要がある。[ 26 ]
これは、自然の単純さへの信仰から導き出された単なる仮定に過ぎなかった。当時、科学者たちは、各元素の原子がいくつ結合して分子を形成するかを推測するための証拠を何も持っていなかった。しかし、相対原子量を計算するには仮定された分子式が必要だったため、このような規則、あるいはこれに類する何らかの規則が、初期の理論にとって絶対に必要だった。ドルトンの「最大の単純さの規則」は、水の式をOH [ 27 ] [ 28 ]、アンモニアをNH [ 29 ]と仮定させたが、これは現代の理解（H 2 O、NH 3）とは全く異なっていた。一方で、彼の単純さの規則は、炭素の2つの酸化物（COとCO 2）の正しい現代の式を提案することにもつながった。ドルトンの原子論の中核には不確実性があったにもかかわらず、その理論の原理は生き残った。
ドルトンは、慣習的に水素原子の質量を1とした場合の、6つの元素（水素、酸素、窒素、炭素、硫黄、リン）の相対原子質量の最初の表を発表しました。 [ 16 ]これらは相対質量にすぎないため、質量の単位は付いていません。ドルトンはこの論文でこれらの数値にどう至ったのかを示していませんが、1803年9月6日付の彼の実験ノート[ 30 ]には、当時の化学者による水、アンモニア、二酸化炭素などの分析から得られた、多数の元素の原子の相対質量を記載したリストがあります。
この考えを一般の物質に拡張したことで、必然的に倍数比例の法則に至り、実験との比較によって彼の推論は見事に裏付けられた。[ 31 ] 1802年11月に彼が読んだ論文「大気中の様々な気体の比率について」には、倍数比例の法則が次のような言葉で予見されているように見える。
酸素の元素は、一定量の亜酸化窒素ガスと結合することも、その2倍の量と結合することも可能だが、中間量では結合しない。
しかし、この文章は論文が読まれた後に追加された可能性があり、論文自体は1805年まで出版されなかったという疑いがある。[ 32 ]
新化学哲学体系では、化合物は、その最も単純な経験的形態における原子の数に応じて、二元化合物、三元化合物、四元化合物など（2個、3個、4個などの原子から構成される分子）に分類されていた。
ドルトンは、化合物の構造は整数比で表せると仮説を立てた。つまり、元素Xの原子1個と元素Yの原子1個が結合したものが二元化合物であり、元素Xの原子1個と元素Yの原子2個が結合したもの、あるいはその逆が三元化合物である。新化学哲学体系に挙げられている最初の化合物の多くは現代の見解と一致するが、そうでないものも数多く存在する。
ドルトンは、化合物の原子構造を視覚的に表現するために独自の記号を用いた。それらは『新化学哲学体系』に示されており、同書には21の元素と17の単純分子が列挙されている。
ダルトンは、雨や露、泉の起源（水圏）、熱、空の色、蒸気、光の反射と屈折、そして英語の助動詞と分詞の文法上の主語など、多岐にわたるテーマで論文を発表した。
研究者として、ダルトンはより良い機器が入手可能であっても、粗雑で不正確な機器で満足することが多かった。サー・ハンフリー・デービーは彼を「非常に粗雑な実験者」であり、「手よりも頭脳を頼りに、必要な結果をほぼ常に得ていた」と評した。[ 33 ]一方、彼の重要な実験のいくつかを再現した歴史家たちは、ダルトンの技術と正確さを確認している。
著書『新体系』第1巻第2部の序文で、彼は他人の結果を鵜呑みにして誤った方向に導かれることがあまりにも多かったため、「自分の経験で証明できること以外はできるだけ書かない」と決意したと述べている。しかし、この独立性を極端に追求した結果、時に受容性の欠如とも見なされるようになった。そのため、彼はゲイ＝リュサックの気体の体積の合算に関する結論を信用せず、おそらく完全に受け入れることはなかっただろう。
彼は塩素に関して型破りな見解を持っていた。デービーによって塩素が元素であることが確認された後も、彼は自分が採用した原子量に固執し、他の化学者によるより正確な測定値によってその値が覆された後も、その考えを変えなかった。
彼は、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスが考案した化学記号表記法に常に反対していたが、ほとんどの人は、それが彼自身の扱いにくい円形記号体系よりもはるかに単純で便利だと考えていた。
リース百科事典にダルトンは化学と気象学に関する記事を寄稿したが、その内容は不明である。
彼は1817年から1844年に亡くなるまで、マンチェスター文学哲学協会の会長を務めながら、117の回顧録を寄稿した。その中でも初期のものが特に重要である。1814年に発表された回顧録の一つでは、彼が初期の研究者の一人であった体積分析の原理を説明している。1840年には、リン酸塩とヒ酸塩に関する論文（しばしば出来の劣る論文と見なされる）が王立協会に掲載を拒否されたため、彼は激怒し、自費出版した。彼はその後すぐに同じ研究方針でさらに4つの論文を発表したが、そのうち2つ（「様々な種類の塩に含まれる酸、塩基、塩の量について」と「砂糖を分析する新しい簡単な方法について」）には、彼が原子論に次いで重要だと考えた発見、すなわち、ある種の無水物は水に溶かしても体積が増加しないという発見が含まれている。彼の推論は、塩が水の細孔に入り込むためだというものである。
ドルトンは原子論を提唱する以前から、かなりの科学的評価を得ていた。1804年にはロンドンの王立研究所で自然哲学に関する一連の講義を行うよう選ばれ、1809年から1810年にかけても同研究所で別の講義を行った。目撃者の中には、ドルトンは魅力的な講演者となる資質に欠け、声が荒々しく不明瞭で、主題の扱いが効果的ではなく、言葉遣いや例え話の力も著しく不足していたと報告する者もいた。[ 34 ]
1810年、サー・ハンフリー・デービーは彼に王立協会のフェローシップに立候補するよう依頼したが、ダルトンは恐らく金銭的な理由で辞退した。1822年、彼は知らぬ間に推薦され、選出されると通常の会費を支払った。[ 35 ] 6年前、彼はフランス科学アカデミーの通信会員に選ばれており、1830年にはデービーに代わって8人の外国人会員の1人に選出された。[ 36 ] 1833年、グレイ伯爵の政府は彼に150ポンドの年金を授与し、1836年には300ポンドに増額された（それぞれ2025年の15,437ポンドと29,627ポンドに相当）[ 34 ] 。ダルトンは1834年にアメリカ芸術科学アカデミーの外国人名誉会員に選出された。[ 37 ]
後に熱の性質と機械的仕事との関係について研究し出版したジェームズ・プレスコット・ジュールは、若い頃、晩年のドルトンの弟子であった。[ 38 ]
ダルトンは生涯独身で、親しい友人も数人しかいなかった。クエーカー教徒として、彼は質素で控えめな私生活を送った。[ 1 ]
ダルトンは亡くなるまでの26年間、出版経験のある植物学者であるW・ジョンズ牧師とその妻のマンチェスターのジョージ・ストリートにある家の一室に住んでいた。ダルトンとジョンズは同じ年（1844年）に亡くなった。[ 39 ]
ダルトンはマンチェスターで毎日実験と指導に追われていたが、年に一度の湖水地方への小旅行と時折のロンドン訪問によってその生活は中断された。1822年にはパリに短期間滞在し、そこで多くの著名な科学者たちと出会った。また、ヨーク、オックスフォード、ダブリン、ブリストルで開催された英国科学振興協会の初期の会合にも何度か出席した。
ダルトンは1837年に軽度の脳卒中を起こし、1838年には二度目の脳卒中を起こして言語障害が残ったものの、実験は続けることができた。1844年5月には再び脳卒中を起こし、7月26日、手が震える中で最後の気象観測記録を残した。そして7月27日、マンチェスターでベッドから転落し、付き添いの者によって死亡しているのが発見された。
ダルトンは盛大な市民葬で弔われた。彼の遺体はマンチェスター市庁舎に4日間安置され、4万人以上が棺の前を通った。葬列には、市内の主要な市民団体、商業団体、科学団体の代表者も参加した。[ 40 ] [ 41 ]彼はマンチェスターのアードウィック墓地に埋葬された。墓地は現在運動場になっているが、元の墓の写真は出版物で見ることができる。[ 42 ] [ 43 ]
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{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）酸素と水素の化合物は確実に1種類しか知られていないため、214ページの第1規則に合致し、水は二元化合物であると結論づけられるべきである。
つまり、酸素原子1個が水素原子1個と結合して水1個を形成する。
全体として、アンモニア原子は水素原子 1 個と窒素原子 1 個から構成され、質量はほぼ 6 であると結論付けることができる。
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