Dalton sabía que en las reacciones químicas en las que se combinan sustancias, se combinan las proporciones simples de números enteros. Por ejemplo, quemar 2 volúmenes de gas hidrógeno consumirá un volumen de oxígeno gaseoso, para producir 2 volúmenes de vapor de agua (si la presión y la temperatura se mantienen constantes). La mayoría de las reacciones funcionan de esta manera: 1 volumen de un elemento se combina con 1 volumen de otro; o con 2 volúmenes, o a veces 3 o incluso 2.5. Pero nunca 1.3728 o una relación tan incómoda.
Esto le sugirió que había una unidad fundamental, la cantidad más pequeña de una sustancia, que equivale a lo que ahora conocemos como el átomo, y que un átomo dado se combinará con un átomo diferente para producir un nuevo compuesto, o con otros dos átomos, (o 3 …). Esta idea también condujo al concepto de valencia, o poder de combinación, así como al contraste entre un elemento y una molécula.
Extender esta idea a combinaciones por peso a su vez condujo a la idea de peso atómico y peso molecular.
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