初中化學(xué)化學(xué)家提出科學(xué)原子論的道爾頓

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提出科學(xué)原子論的道爾頓道爾頓

（公元1766～1844）英國(guó)化學(xué)家道爾頓把古代思辨、模糊的原子假說(shuō)發(fā)展為科學(xué)的原子理論，為近代化學(xué)的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。宏大革命導(dǎo)師恩格斯譽(yù)稱他為近代化學(xué)之父。

道爾頓是怎樣攀登上科學(xué)高峰呢？他自己是這樣回答的：假如我比我四周的人獲得更多的成就的話，那主要——不，我可以說(shuō)，幾乎單純地——是由于不懈的努力。一些人比另外一些人獲得更多的成就，主要是由于他們對(duì)放在他們面前的問(wèn)題比起一般人能夠更加專注和堅(jiān)持，而不是由于他的天賦比別人高多少。

這是道爾頓的切身體會(huì)，也是他勝利的閱歷總結(jié)。我們從他為科學(xué)真理奮斗一生的經(jīng)驗(yàn)中，可以更深刻地理解道爾頓的這段名言。自學(xué)成才的道路

道爾頓是依靠不懈的努力而自學(xué)成才的。1766年9月6日，道爾頓誕生在英格蘭北部一個(gè)窮鄉(xiāng)僻壤。父親是一位兼種一點(diǎn)薄地的織布工人，母親生了6個(gè)孩子，有3個(gè)因生活貧困而夭折。道爾頓6歲起在村里教會(huì)辦的小學(xué)讀書(shū)。剛讀完小學(xué)，就因家境困難而輟學(xué)。但是他酷愛(ài)讀書(shū)，在于農(nóng)活的空隙還堅(jiān)持自學(xué)。他的勤奮好學(xué)的看法得到村里一個(gè)叫魯賓遜的親戚的贊許。魯賓遜主動(dòng)地利用晚上時(shí)間來(lái)教他數(shù)學(xué)和物理。到了15歲時(shí)，道爾頓的學(xué)識(shí)已有很大提高，于是他離家來(lái)到旁邊的肯達(dá)爾鎮(zhèn)上，在他表兄任校長(zhǎng)的教會(huì)學(xué)校里擔(dān)當(dāng)助理老師。在這所學(xué)校里，他仍舊堅(jiān)持一邊努力工作，一邊發(fā)憤讀書(shū)，無(wú)論是數(shù)學(xué)、自然科學(xué)，還是哲學(xué)、文學(xué)的書(shū)籍，他都廣泛涉獵。據(jù)說(shuō)在這所學(xué)校的12年中，他讀的書(shū)比以后50年的還多。正是這種勤奮學(xué)習(xí)為他當(dāng)時(shí)的教學(xué)和以后的科研奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在肯達(dá)爾鎮(zhèn)，有個(gè)名叫約翰·豪夫的盲人學(xué)者，他2歲時(shí)患天花而失明。他靠著堅(jiān)毅的毅力和出眾的才智，通過(guò)自學(xué)先后駕馭了拉丁文、希臘文和法文，還獲得了數(shù)學(xué)、天文、醫(yī)學(xué)、植物、學(xué)等學(xué)科的豐富學(xué)問(wèn)，成為遠(yuǎn)近著名的學(xué)者。道爾頓從他的身上找到了學(xué)習(xí)的榜樣，主動(dòng)登門拜豪夫?yàn)閹?，跟他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、哲學(xué)和拉丁文、希臘語(yǔ)。

1793年，道爾頓經(jīng)豪夫舉薦，來(lái)到了曼徹斯特，受聘于一所新學(xué)院擔(dān)當(dāng)數(shù)學(xué)和物理學(xué)講師。后來(lái)他還開(kāi)設(shè)了化學(xué)課程，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)問(wèn)是從這里起先的。在學(xué)習(xí)中，道爾頓有一種珍貴的韌勁。上小學(xué)時(shí)，每當(dāng)遇到較難的運(yùn)算題，他總是堅(jiān)持要把難題解出。為此當(dāng)同學(xué)們部放學(xué)回家了，他卻經(jīng)常端坐在教室里，埋頭解題。在魯賓遜的感染下，他很早就起先進(jìn)行氣象觀測(cè)。在肯達(dá)爾，蒙夫的指導(dǎo)又使他駕馭了記錄氣象日記，從21歲時(shí)，道爾頓記氣象日記，堅(jiān)持了整整57年。直到臨終的前一天，他還登記了一段氣象視察。就是這股學(xué)習(xí)的韌勁使他攻下了一個(gè)又一個(gè)的學(xué)習(xí)難關(guān)。虛心地求教和不倦地自學(xué)最終使道爾頓成為一位學(xué)問(wèn)淵博的學(xué)者?？茖W(xué)征遞上的攀登

曼徹斯特是英國(guó)產(chǎn)業(yè)革命中興起的紡織工業(yè)中心之一，也是新興的資產(chǎn)階級(jí)和無(wú)產(chǎn)階級(jí)的重要活動(dòng)堡壘。一些來(lái)自中下階層的新型科學(xué)家、企業(yè)家、商人、工程師、醫(yī)生及文學(xué)家、哲學(xué)家自發(fā)地組織了以提倡科學(xué)和工藝為宗旨的民間科學(xué)團(tuán)體——曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會(huì)。他們定期聚會(huì)，宣讀論文，探討自然科學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)、民法、商業(yè)及各種工藝問(wèn)題，思想很活躍。在產(chǎn)業(yè)革命中作出突出貢獻(xiàn)的一些企業(yè)家、科學(xué)家、思想家都參與到這一學(xué)會(huì)中來(lái)，學(xué)會(huì)事實(shí)上成為產(chǎn)業(yè)革命的參謀部。道爾頓到曼徹斯特后不久，很快參與了這一學(xué)會(huì)的活動(dòng)。他的探討成果大部在這個(gè)學(xué)會(huì)的例會(huì)上宣讀，這個(gè)學(xué)會(huì)的刊物發(fā)表了他多達(dá)百余篇的論文，道爾頓的科研活動(dòng)與該學(xué)會(huì)有著親密的聯(lián)系。由于他學(xué)識(shí)淵博，待人懇切，作風(fēng)樸實(shí)，大家都很敬重他，1808年推選他為學(xué)會(huì)的副會(huì)長(zhǎng)，1817年任會(huì)長(zhǎng)，直到他去世。

道爾頓在曼徹斯特發(fā)表的第一篇論文，不是氣象問(wèn)題，也不是物理問(wèn)題，而是一篇關(guān)于色盲的探討文章。說(shuō)起來(lái)，事出偶然。圣誕節(jié)時(shí)道爾頓為母親買了一雙深藍(lán)色的襪子表示自己對(duì)老人的孝敬。當(dāng)他送給母親時(shí)，母親卻厲聲責(zé)問(wèn)他，為什么買一雙紅色襪子。依照當(dāng)?shù)刈诮塘?xí)俗，婦女禁忌紅色。由此道爾頓才發(fā)覺(jué)自己的辨色實(shí)力別出心裁。對(duì)此他經(jīng)過(guò)仔細(xì)的調(diào)查，發(fā)覺(jué)他哥哥也和他一樣，具有不正常的辨色實(shí)力，另有一些人也具有這一病癥。為此他撰寫了論文，提出人類中存在著色盲這一病癥。道爾頓的這一發(fā)覺(jué)引起了社會(huì)公眾的重視，所以在英國(guó)將色盲常稱為道爾頓癥。

學(xué)識(shí)的增加，使道爾頓感到要深化探討，解決幾個(gè)科學(xué)難題，必需付出更多的時(shí)間和精力。為此，1799年他堅(jiān)決地辭去了學(xué)院的繁忙教職，從曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會(huì)借了一間工作室，又在工作室旁邊租了一間簡(jiǎn)陋的民房，起先他清貧的以科研為主的新生活。據(jù)他的房東介紹說(shuō)：道爾頓的生活很有規(guī)律，幾乎每天都是，早餐前先去試驗(yàn)室升火，吃完早餐后即起先工作，始終干到午餐時(shí)才出來(lái)。吃罷午餐又接著進(jìn)試驗(yàn)室工作，始終忙到晚上9點(diǎn)，晚餐后稍作休息，就進(jìn)住房讀書(shū)至夜半。這種生活就象時(shí)鐘運(yùn)轉(zhuǎn)一樣有規(guī)律，“午夜方眠，黎明即起”成為道爾頓勤奮治學(xué)生活的真實(shí)寫照。功夫不負(fù)有心人。勤奮的學(xué)習(xí)，刻苦的鉆研，使道爾頓在攀登科學(xué)的山路上取得了一個(gè)又一個(gè)的成果。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)氣象觀測(cè)和對(duì)大氣各種問(wèn)題的思索很自然地引導(dǎo)他去探討氣體的物理性質(zhì)。他用自己親自動(dòng)手設(shè)計(jì)制作的各種器具仔細(xì)地考察了大氣、水蒸氣等多種氣體和蒸發(fā)、壓縮、膨脹等物理現(xiàn)象，還對(duì)大氣的組成、混和氣體的狀態(tài)、氣體的擴(kuò)散、氣體在水中的溶解等問(wèn)題作了試驗(yàn)探討。從1301年起，他接連地完成了“關(guān)于極光”、“關(guān)于氣壓計(jì)”、論降雨”、“關(guān)于溫度計(jì)”、“混和氣體的組成”、“論水蒸氣的力”、“論蒸發(fā)”、“論氣體受熱膨脹”等論文。其中最突出的成果是，他在“論氣體受熱膨脹”的論文中清晰地提出了氣體的熱膨脹定律：任何氣體每上升肯定溫度時(shí)發(fā)生的體積膨脹是相同的，在同一時(shí)期，法國(guó)化學(xué)家蓋·呂薩克也提出了氣體的體積隨溫度而變更的這肯定律，所以現(xiàn)在人們常稱氣體熱膨脹定律為道爾頓一蓋，呂薩克定律，此后不久，道爾頓又進(jìn)一步地提出了著名的混和氣體的分壓定律，混和氣體的壓力等于各組分在同樣條件下所具有的壓力之和。這些對(duì)氣體物理性質(zhì)的試驗(yàn)探討成果又引導(dǎo)道爾頓去攀登科學(xué)險(xiǎn)途的新高峰?？茖W(xué)原子論的提出

通過(guò)氣象觀測(cè)和對(duì)氣體物理性質(zhì)的探討，道爾頓常思索這么一個(gè)問(wèn)題：為什么復(fù)合的大氣，或者由兩種或更多種彈性流體（氣體）組成的混和物竟能在外觀上構(gòu)成一種勻稱體？他決心說(shuō)明常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。

他曾假定各種物質(zhì)（氣體）都是由同樣大小的微粒構(gòu)成?；旌蜌怏w的分壓定律表明一種氣體的微粒能勻稱地分布在另一種氣體的微粒之中。氣體的擴(kuò)散也是類似的物理過(guò)程。由此道爾頓認(rèn)為，物質(zhì)的微粒結(jié)構(gòu)是存在的，這些質(zhì)點(diǎn)或許是大小了，即便采納顯微鏡也無(wú)法看到。這時(shí)他想起了公元前古希臘哲學(xué)家提出的原子假設(shè)，于是他選擇了原子這一名詞來(lái)稱呼這種微粒。

牛頓在他的力學(xué)理論中，指出在物質(zhì)微粒的運(yùn)動(dòng)中，同性相斥，異性相吸。依據(jù)這一思想，道爾頓假設(shè)在混和氣體中，一類氣體的原子并不排斥另一類氣體的原子，僅僅是同類原子相互排斥。那么怎樣證明氣體原子的存在呢？道爾頓認(rèn)為，必需去測(cè)定各種原子的相對(duì)質(zhì)量和不同原子合成新粒子的組成。當(dāng)時(shí)化學(xué)家在氣體化合物的化學(xué)反應(yīng)中，為道爾頓的探討供應(yīng)了一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿意不了他計(jì)算各種原子的相對(duì)質(zhì)量的須要，為此道爾頓作了一些大膽的假設(shè)和推理。首先他從物理學(xué)的角度動(dòng)身，假定相同體積的氣體在同溫同壓下，含有相同數(shù)目的原子。若這一假定能成立，他便可以通過(guò)測(cè)量相對(duì)的蒸汽密度來(lái)?yè)Q算氣體原子的相對(duì)質(zhì)量。但是，他在氧氣、氫氣合成水的試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)，水的蒸氣密度反而小于氧氣的蒸氣密度。于是他懷疑采納蒸氣密度法來(lái)測(cè)算原子相對(duì)質(zhì)量行不通。（用現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，只要把道爾頓測(cè)定的微粒由原子改為分子就對(duì)了，惋惜道爾頓當(dāng)時(shí)沒(méi)有這種相識(shí)。）

采納物理學(xué)的試驗(yàn)方法行不通，道爾頓轉(zhuǎn)向了化學(xué)。依據(jù)水由35份氧和15份氫組成的試驗(yàn)結(jié)果，得到了氧和氫化合的質(zhì)量比；又由氨氣的分析得到了氮和氫化合的質(zhì)量比。有了這些質(zhì)量比還不夠，還必需知道化合物的微粒原委由幾個(gè)原子組成，才能換算出原子的相對(duì)質(zhì)量。對(duì)此道爾頓提出了由原子構(gòu)成微粒（分子）的基本原則。兩種元素A和B間，若只存在一種化合物，其分子為AB若存在兩種化合物，其分子為AB、ABB或AAB；若存在三種時(shí)，可能是AB、AA民ABB……，在這樣的規(guī)定下，他以氫原子量作為基準(zhǔn)，利用化學(xué)家對(duì)一些物質(zhì)的分析結(jié)果，換算出一批原子的相對(duì)質(zhì)量，這就是世界上第一張?jiān)酉鄬?duì)質(zhì)量表，記載在1803年9月6日道爾頓的日記中，這一天恰好是道爾頓37歲的生日，因而更富有意義。

1803年10月，在曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會(huì)的一次活動(dòng)中，道爾頓第一次講解并描述了他的原子論。他的基本觀點(diǎn)可歸納為三點(diǎn):

（1）元素是由特別微小、不行再分的微粒——原子組成，原子在一切化學(xué)變更中不行再分，并保持自己的獨(dú)特性質(zhì)。

（2）同一元素全部原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同。不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一。

（3）不同元素化合時(shí)，原子以簡(jiǎn)潔整數(shù)比結(jié)合。

盡管道爾頓提出的原子論被后人發(fā)覺(jué)存在很多錯(cuò)誤，但是他關(guān)于原子的描述、原子量的計(jì)算是項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的開(kāi)創(chuàng)性工作，第一次把純屬臆測(cè)的原子概念變成一種具有肯定質(zhì)量的、可以由試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的物質(zhì)實(shí)體。在他闡述他的原子論的過(guò)程中，他又發(fā)覺(jué)和他原子理論相吻合的一個(gè)試驗(yàn)事實(shí)：當(dāng)甲乙兩元素能化合生成幾種不同的化合物時(shí)，則在這些化合物中與肯定質(zhì)量的甲元素相化合的各乙元素的質(zhì)量多互成簡(jiǎn)潔的整數(shù)比。例如一氧化碳和二氧化碳中，與同量碳化合的氧，其質(zhì)量之比為1：2。氧的氮化物、沼氣（甲烷）和成油氣（乙烯)等也都呈現(xiàn)此規(guī)律。于是道爾頓第一個(gè)提出了表述這一規(guī)律的倍比定律。倍比定律來(lái)自試驗(yàn)，很快為大家所理解和接受，固而成為原子理論的試驗(yàn)論據(jù)之一。不朽的業(yè)績(jī)，光輝的形象

1804年夏天，當(dāng)時(shí)在英國(guó)已頗出名氣的化學(xué)家托馬斯·湯姆遜探望了道爾頓。道爾頓向他介紹了自己的原子論，湯姆遜極為飲賞，他抓緊時(shí)間，在1807年出版的他所著的《化學(xué)體系》一書(shū)中，宣揚(yáng)了道爾頓的原子論，從而使這一理論為其他化學(xué)家所相識(shí)。

道爾頓自己的著作《化學(xué)哲學(xué)新體系》在1808年才接連問(wèn)世。這一名著分兩卷，第一卷又分上下兩冊(cè)。在第一卷上冊(cè)中，他主要論述了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，詳盡地闡明白原子論的由來(lái)和發(fā)展，包括他關(guān)于原子論的基本觀點(diǎn)。第一卷下冊(cè)于1810年出版，它的內(nèi)容主要是結(jié)合化學(xué)試驗(yàn)的事實(shí)，運(yùn)用原子理論對(duì)一些元素和化合物的組成、性質(zhì)作介紹。其次卷直到1827年才出版，它重點(diǎn)敘述金屬氧化物、硫化物以及合金的性質(zhì)，把原子論的思想作了進(jìn)一步的發(fā)展。

最早提出原子論的一是古希臘哲學(xué)家德?？死兀ü?76～370），他認(rèn)為物質(zhì)是由很多微粒組成的，這些微粒叫原子，意思是不行分割，很多后人都接受了德?？死氐挠^點(diǎn)，但是他們的假定只是憑想像并無(wú)試驗(yàn)依據(jù)。近代科學(xué)巨人牛頓也是一位原子論者，但他筆下的原子乃是一些大小不同而本質(zhì)相同的微粒。道爾頓的原子論就不一樣，他認(rèn)為相同元素的原子形態(tài)和大小都一樣，不同元素的原子則不同，每種元素的原子質(zhì)量都是固定不變的，原子量是元素原子的基本特征。相比之下，可以發(fā)覺(jué)道爾頓的原子論有了本質(zhì)的發(fā)展。

道爾頓原子論所提出的新概念和新思想，很快成為化學(xué)家們解決實(shí)際問(wèn)題的重要理論。首先用它清晰地說(shuō)明白當(dāng)時(shí)正被運(yùn)用的定比定律、當(dāng)量定律。同時(shí)這一理論使眾多的化學(xué)現(xiàn)象得到了統(tǒng)一的說(shuō)明。特殊是原子量的引入，原子質(zhì)量是化學(xué)元素基本特征的思想，引導(dǎo)著化學(xué)家把定量探討與定性探討結(jié)合起來(lái)，從而把化學(xué)探討提高到一個(gè)新的水平。革命導(dǎo)師恩格斯評(píng)價(jià)說(shuō)，“在化學(xué)中，特殊感謝道爾頓發(fā)覺(jué)了原子論，已達(dá)到的各種結(jié)果都具有了秩序和相對(duì)的牢靠性，已經(jīng)能夠有系統(tǒng)地，差不多是有安排地向還沒(méi)有被折服的領(lǐng)域進(jìn)攻，可以和安排周密地圍攻一個(gè)堡壘相比?！?/p>

道爾頓的原子論不僅在英國(guó)化學(xué)界，而且在整個(gè)科學(xué)界引起了重視和推崇。1816年法國(guó)科學(xué)院選道爾頓為外國(guó)通訊院士。1822年在沒(méi)有征求道爾頓本人看法的狀況下，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)增選他為會(huì)員。其后他先后被聘為柏林科學(xué)院名譽(yù)院士、莫斯科自然科學(xué)愛(ài)好者協(xié)會(huì)名譽(yù)會(huì)員、慕尼黑科學(xué)院名譽(yù)院士。對(duì)此道爾頓沒(méi)有絲毫愛(ài)好，他仍舊象過(guò)去一樣，將自己的熱忱和精力奉獻(xiàn)給科學(xué)，接著從事原子論的探討，測(cè)定各種元素的原子量，接著過(guò)著那樸實(shí)而驚慌的隱居式生活。道爾頓的清貧生活，特殊是那簡(jiǎn)陋的住房和艱苦的工作條件，使慕名而來(lái)訪的科學(xué)家感到意外。由于他們的大聲呼吁，英國(guó)政府才在1833年關(guān)切起道爾頓的生活，確定每年給他150英鎊的微薄的養(yǎng)老金，以供他晚年生活。

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