Vật lý và hóa học hiện đại đều dự trên nghiên cứu về nguyên tử. Trước khi phát minh ra kính hiểm vi điện tử vào năm 1938 thì con người chưa bao giờ thực sự nhìn thấy được nguyên tử. Thế nhưng vào mấy trăm năm trước đó thì khái niệm nguyên tử đã được biết đến rộng rãi như một phần quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu vật lý và hóa học. John Dalton đã phát hiện ra nguyên tử, phát hiện này đã giúp các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu cụ thể hơn về nguyên tử. Nguyên tử là những hạt nhỏ nhất tồi tại trong tất cả các thành phần hóa học, là bộ phận cơ bản cấu tạo lên vật chất, các hợp chất đều được cấu tạo từ nguyên tử.

Nguyên tử là chìa khóa quan trọng để lý giải vật lý và hóa học, do vậy mà phát hiện ra nguyên tử của John Dalton đã trở thành một bước ngoặt quan trọng của khoa học, và vì vậy ông đã được tôn là ông tổ của ngành vật lý học hiện đại.

Nguyên tử đã được khám phá ra như thế nào?

Vào thế kỷ V trước Công Nguyên, Leucippus và Democrius phán đoán rằng mỗi dạng vật chất đều có thể chia thành những phần nhỏ hơn. Họ gọi những hạt nhỏ nhất không thể chia tách thêm được là atom (nguyên tử). Galileo và Newton cũng đã sử dụng thuật ngữ nguyên tử này với ý nghĩa tương đới giống nhau. Robert Boyle và Antoine Lavoisier lần đầu tiên đã dùng thuật ngữ element (nguyên tố) để miêu tả những vật chất hóa học mới nhất được tìm ra. Thế nhưng tất cả những nghiên cứu đều được xuất phát trên cơ sở lý luận triết học thông thường mà thiếu đi những quan sát và chứng cứ mang tính khoa học.

John Dalton sinh năm 1766 gần Manchester ở Anh, ông chịu sự giáo dục rất nghiêm khắc của giáo hội Quaker. Mặc dù hầu như chưa từng dược giáo dục chính quy nhưng John Dalton lại miệt mài nghiên cứu về khí tượng học trong suốt 20 năm, hơn nữa ông còn giảng dạy tại Học viện Tôn giáo. Sau đó ông gia nhập Học hội triết học và đã trình lên Học hội rất nhiều luận văn mang nội dung khác nhau. Phần lớn các luận văn của ông đều đề cập đến áp kế, ôn kế, lượng mưa, sự hình thành của mây, hơi, nhiệt độ bầu khí quyền và độ ngưng nhiệt…

Mỗi bài luận đều đưa ra những lý luận mới mẻ với nhứng thành quả nghiên cứu mang tính tiên phong.

John Dalton đã nhanh chóng trở nên nổi tiếng nhờ những sáng tạo trong tư tưởng của mình, và ông bắt đầu dốc tâm huyết vào nghiên cứu khoa học. Năm 1801, ông từ bỏ việc nghiên cứu các chất khí của khí quyển mà chuyển sang tập trung nghiên cứu tác dụng của hóa học. Trên phương diện hóa học, John Dalton vừa không có kinh nghiện lại chưa từng được học tập và đào tạo gì nhưng ông vẫn đầy tự tin quyết tâm tập trung vào nghiên cứu.

Vào thời bấy giờ, người ta đã tìm ra gần 50 loại nguyên tố hóa học, trong đó bao gồm cả kim loại, các chất khí, phi kim. Tuy nhiên các nhà hóa học lại gặp phải vướng mắc là họ không thể trả lời được câu hỏi: nguyên tố rốt cục đã kết hợp với nhau như thế nào để hình thành nên vài nghìn loại hợp chất được khám phá ra trên trái đất? Ví dụ như hidro (chất khí) đã kết hợp với oxy (chất khí khác) như thế nào để tạo nên nước (chất lỏng)? Hơn nữa tại sao phải cần đúng 1 gam hidro kết hợp với 8 gam oxy sinh ra tác dụng hóa học thì mới có thể tạo thành nước mà không được thay đổi hay thêm bớt bất cứ thành phần nào?

John Dalton trong quá trình nghiên cứu đã trực tiếp làm thí nghiệm hóa học, ông muốn xây dựng nên một lý luận phổ biến chung để giải thích tính năng các hạt cơ bản của các loại nguyên tố. Ông tiến hành từng bước so sánh trong lượng của các chất hóa học với kết cấu nguyên tử của mỗi loại nguyên tố có khả năng bao gồm trong các loại hợp chất. Trải qua một năm nghiên cứu, John Dalton phán đoán những hợp chất này được xác định bằng trọng lượng thông qua số tỉ lệ đơn giản. Kết luận này giúp ông có thể suy luận ra số lượng các hạt trong mỗi loại nguyên tố của rất nhiều hợp chất thường gặp như nước, ête…

John Dalton đưa ra lý luận: mỗi loại nguyên tố đều do các hạt siêu nhỏ không thể chia tách ra được nữa cấu tạo nên, các hạt này tác dụng với một loại nguyên tố nào đó và tạo thành hợp chất. Ông đã sử dụng lại từ cổ Hy Lạp “atom” (nguyên tử) để gọi tên các hạt đó, tuy nhiên từ nguyên tử này mang một hàm ý hóa học đặc biệt.

John Dalton khẳng định tất cả các nguyên tử của mọi nguyên tố đều giống nhau, do vậy mà bất kì nguyên tử nào cũng có thể liên kết được với nguyên tử của nguyên tố khác và tạo nên các loại hợp chất mà ta vẫn thường thấy. Số lượng nguyên tử trong nguyên tố của mỗi loại hợp chất là cố định, và tỉ lệ này là vĩnh hằng và bất biến. Ông còn phán đoán hợp chất do số nguyên tử có khả năng ít nhất trong các loại nguyên tố cấu tạo nên. Do đó công thức hóa học của nước không thể là H₄O₂ mà phải là H₂O vì H₂O đơn giản hơn, hơn nữa có tỉ lệ nguyên tử oxy và hidro tương đồng nhau.

John Dalton là người đầu tiên sử dụng chữ cái ví dụ như H, O để ký hiệu các loại nguyên tố. Các nhà khoa học sau đó đã sử dụng ngay lý luận cùng phát hiện này của ông. Quan điểm của John Dalton nhanh chóng được truyền khắp giới khoa học phương Tây. Cho đến ngày nay chúng ta vẫn sử dụng khái niệm nguyên tử của ông.

schoolnet@