道爾頓－科學(xué)原子論的提出者

1、道爾頓科學(xué)原子論的提出者英國化學(xué)家道爾頓把古代恩辨、模糊的原子假說開展為科學(xué)的原子理論 ,為近代化學(xué)的開展奠定了重要的根底。偉大革命導(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)頂峰呢？他自己是這樣答復(fù)的：如果我比我周圍的人獲得更多的成就的話 ,那主要-不 ,我可以說 ,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 ,主要是由于他們對放在他們面前的問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) ,也是他成功的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。我們從他為科學(xué)真理奮斗一生的經(jīng)歷中 ,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*不懈的努力

2、而自學(xué)成才的。1766年9月6日 ,道爾頓出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。剛讀完小學(xué) ,就因家境困難而輟學(xué)。但是他酷愛讀書 ,在于農(nóng)活的空隙還堅(jiān)持自學(xué)。他的勤奮好學(xué)的態(tài)度得到村里一個(gè)叫魯賓遜的親戚的贊賞。魯賓遜主動(dòng)地利用晚上時(shí)間來教他數(shù)學(xué)和物理。到了15歲時(shí) ,道爾頓的學(xué)識已有很大提高 ,于是他離家來到附近的肯達(dá)爾鎮(zhèn)上 ,在他表兄任校長的教會(huì)學(xué)校里擔(dān)任助理教師。在這所學(xué)校里 ,他仍然堅(jiān)持一邊努力工作 ,一邊發(fā)憤讀書 ,無論是數(shù)學(xué)、自然科學(xué) ,還是哲學(xué)、文學(xué)的書籍 ,他都廣泛涉獵。據(jù)

3、說在這所學(xué)校的12年中 ,他讀的書比以后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)的根底。在肯達(dá)爾鎮(zhèn) ,有個(gè)名叫約翰·豪大的盲人學(xué)者 ,他2歲時(shí)患天花而失明。他憑著堅(jiān)強(qiáng)的毅力和出眾的才智 ,通過自學(xué)先后掌握了拉丁文、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)科的豐富知識 ,成為遠(yuǎn)近聞名的學(xué)者。道爾頓從他的身上找到了學(xué)習(xí)的典范 ,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。1793年 ,道爾頓經(jīng)豪夫推薦 ,來到了曼徹斯特 ,受聘于一所新學(xué)院擔(dān)任數(shù)學(xué)和物理學(xué)講師。后來他還開設(shè)了化學(xué)課程 ,系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化學(xué)知識是從這里開始的。在學(xué)習(xí)中 ,道爾

4、頓有一種可貴的韌勁。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 ,他卻常常端坐在教室里 ,埋頭解題。在魯賓遜的感染下 ,他很早就開始進(jìn)行氣象觀測。在肯達(dá)爾 ,蒙夫的指導(dǎo)又使他掌握了記錄氣象日記 ,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 ,他還記下了一段氣象觀察。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)終于使道爾頓成為一位知識淵博的學(xué)者?？茖W(xué)征遞上的攀登曼徹斯特是英國產(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)階級和無產(chǎn)階級的重要活動(dòng)堡壘。一些來自中下階層的新型科學(xué)家、企業(yè)家、商人、工程

5、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 ,討論自然科學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)、民法、商業(yè)及各種工藝問題 ,思想很活潑。在產(chǎn)業(yè)革命中作出突出奉獻(xiàn)的一些企業(yè)家、科學(xué)家、思想家都參加到這一學(xué)會(huì)中來 ,學(xué)會(huì)實(shí)際上成為產(chǎn)業(yè)革命的參謀部。道爾頓到曼徹斯特后不久 ,很快參加了這一學(xué)會(huì)的活動(dòng)。他的研究成果大部在這個(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)有著密切的聯(lián)系。由于他學(xué)識淵博 ,待人誠懇 ,作風(fēng)樸實(shí) ,大家都很尊重他 ,1808年推選他為學(xué)會(huì)的副會(huì)長 , 1817年任會(huì)長 ,直到他去

6、世。道爾頓在曼徹斯特發(fā)表的第一篇論文 ,不是氣象問題 ,也不是物理問題 ,而是一篇關(guān)于色盲的研究文章。說起來 ,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老人的孝敬。當(dāng)他送給母親時(shí) ,母親卻厲聲責(zé)問他 ,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)現(xiàn)自己的辨色能力與眾不同。對此他經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)查 ,發(fā)現(xiàn)他哥哥也和他一樣 ,具有不正常的辨色能力 ,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)現(xiàn)引起了社會(huì)公眾的重視 ,所以在英國將色盲常稱為道爾頓癥。學(xué)識的增加 ,使道爾頓感到要深入研究 ,解決幾個(gè)科學(xué)難題 ,必

7、須付出更多的時(shí)間和精力。為此 ,1799年他果斷地辭去了學(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 ,又在工作室附近租了一間簡陋的民房 ,開始他清貧的以科研為主的新生 活。據(jù)他的房東介紹說：道爾頓的生活很有規(guī)律 ,幾乎每天都是 ,早餐前先去實(shí)驗(yàn)室升火 ,吃完早餐后即開始工作 ,一直干到午餐時(shí)才出來。吃罷午餐又繼續(xù)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工作 ,一直忙到晚上9點(diǎn) ,晚餐后稍作休息 ,就進(jìn)住房讀書至夜半。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

8、成果。長期以來對氣象觀測和對大氣各種問題的思索很自然地引導(dǎo)他去研究氣體的物理性質(zhì)。他用自己親自動(dòng)手設(shè)計(jì)制作的各種器具認(rèn)真地考察了大氣、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題作了實(shí)驗(yàn)研究。從1301年起 ,他陸續(xù)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

9、在"論氣體受熱膨脹"的論文中清楚地提出了氣體的熱膨脹定律：任何氣體每上升一定溫度時(shí)發(fā)生的體積膨脹是相同的 ,在同一時(shí)期 ,法國化學(xué)家蓋·呂薩克也提出了氣體的體積隨溫度而改變的這一定律 ,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。這些對氣體物理性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究成果又引導(dǎo)道爾頓去攀登科學(xué)險(xiǎn)途的新頂峰。科學(xué)原子論的提出通過氣象觀測和對氣體物理性質(zhì)的研究 ,道爾頓常思考這么一個(gè)問題：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

10、物竟能在外觀上構(gòu)成一種均勻體？他決心解釋常見的自然現(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的分壓定律說明一種氣體的微粒能均勻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)也許是大小了 ,即便采用顯微鏡也無法看到。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。根據(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。那么怎樣證實(shí)氣體原子的存在呢？道爾

11、頓認(rèn)為 ,必須去測定各種原子的相對質(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)反響中 ,為道爾頓的研究提供了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ,但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了他計(jì)算各種原子的相對質(zhì)量的需要 ,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)的角度出發(fā) ,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。假設(shè)這一假定能成立 ,他便可以通過測量相對的蒸汽密度來換算氣體原子的相對質(zhì)量。但是 ,他在氧氣、氫氣合成水的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) ,水的蒸氣密度反而小于氧氣的蒸氣密度。于是他疑心采用蒸氣密度法來測算原子相對質(zhì)量行不通。用現(xiàn)在的觀點(diǎn)來看 ,只要把道爾頓測定的微粒由原子改為分子就對了 ,可惜道爾頓當(dāng)時(shí)沒

12、有這種認(rèn)識。采用物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法行不通 ,道爾頓轉(zhuǎn)向了化學(xué)。根據(jù)水由35份氧和15份氫組成的實(shí)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 ,還必須知道化合物的微粒究竟由幾個(gè)原子組成 ,才能換算出原子的相對質(zhì)量。對此道爾頓提出了由原子構(gòu)成微粒分子的根本原那么。兩種元素A和B間 ,假設(shè)只存在一種化合物 ,其分子為AB假設(shè)存在兩種化合物 ,其分子為AB、ABB或AAB；假設(shè)存在三種時(shí) ,可能是AB、AA或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)家對一些物質(zhì)的分析結(jié)果 ,換算出一批原子的相對質(zhì)量 ,這就是世界上第一張?jiān)酉鄬?/p>

13、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 ,道爾頓第一次講述了他的原子論。他的根本觀點(diǎn)可歸納為三點(diǎn):1元素是由非常微小、不可再分的微粒-原子組成 ,原子在一切化學(xué)變化中不可再分 ,并保持自己的獨(dú)特性質(zhì)。2同一元素所有原子的質(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)量是每一種元素的根本特征之一。3不同元素化合時(shí) ,原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。盡管道爾頓提出的原子論被后人發(fā)現(xiàn)存在許多錯(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)的開創(chuàng)性工作 ,第一次把純屬

14、臆測的原子概念變成一種具有一定質(zhì)量的、可以由實(shí)驗(yàn)來測定的物質(zhì)實(shí)體。在他闡述他的原子論的過程中 ,他又發(fā)現(xiàn)和他原子理論相吻合的一個(gè)實(shí)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) ,那么在這些化合物中與一定質(zhì)量的甲元素相化合的各乙元素的質(zhì)量多互成簡單的整數(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。倍比定律來自實(shí)驗(yàn) ,很快為大家所理解和接受 ,固而成為原子理論的實(shí)驗(yàn)論據(jù)之一。不朽的業(yè)績 ,光芒的形象1804年夏天 ,當(dāng)時(shí)在英國已頗有名氣的化學(xué)家托馬斯·湯姆遜拜

15、訪了道爾頓。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?一書中 ,宣傳了道爾頓的原子論 ,從而使這一理論為其他化學(xué)家所認(rèn)識。道爾頓自己的著作?化學(xué)哲學(xué)新體系?在1808年才陸續(xù)問世。這一名著分兩卷 ,第一卷又分上下兩冊。在第一卷上冊中 ,他主要論述了物質(zhì)的結(jié)構(gòu) ,詳盡地說明了原子論的由來和開展 ,包括他關(guān)于原子論的根本觀點(diǎn)。第一卷下冊于1810年出版 ,它的內(nèi)容主要是結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的事實(shí) ,運(yùn)用原子理論對一些元素和化合物的組成、性質(zhì)作介紹。第二卷直到1827年才出版 ,它重點(diǎn)表達(dá)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

16、的開展。最早提出原子論的一是古希臘哲學(xué)家德?？死毓?76一370 ,他認(rèn)為物質(zhì)是由許多微粒組成的 ,這些微粒叫原子 ,意思是不可分割 ,許多后人都接受了德?？死氐挠^點(diǎn) ,但是他們的假定只是憑想像并無實(shí)驗(yàn)根據(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狀和大小都一樣 ,不同元素的原子那么不同 ,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根本特征。相比之下 ,可以發(fā)現(xiàn)道爾頓的原子論有了本質(zhì)的開展。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)際問題的重要理論。首先用它清晰地解

17、釋了當(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)一的解釋。特別是原子量的引入 ,原子質(zhì)量是化學(xué)元素根本特征的思想 ,引導(dǎo)著化學(xué)家把定量研究與定性研究結(jié)合起來 ,從而把化學(xué)研究提高到一個(gè)新的水平。革命導(dǎo)師恩格斯評價(jià)說 ,"在化學(xué)中 ,特別感謝道爾頓發(fā)現(xiàn)了原子論 ,已到達(dá)的各種結(jié)果都具有了秩序和相對的可*性 ,已經(jīng)能夠有系統(tǒng)地 ,差不多是有方案地向還沒有被征服的領(lǐng)域進(jìn)攻 ,可以和方案周密地圍攻一個(gè)堡壘相比。"道爾頓的原子論不僅在英國化學(xué)界 ,而且在整個(gè)科學(xué)界引起 了重視和推崇。1816年法國科學(xué)院選道爾頓為外國通訊院士。1822年在沒有征求道爾頓本人意見的情況下 ,英國皇家學(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。對此道爾頓沒有絲毫興趣 ,他仍然象過去一樣 ,將自己的熱情和精力奉獻(xiàn)給科學(xué) ,繼續(xù)從事原子論的研究 ,測定各種元素的原子量 ,繼續(xù)過著那樸實(shí)而緊張的隱居式生活。道爾頓的清貧生活 ,特別是那簡陋的住房和艱苦的工作條件 ,使慕名而來訪的科學(xué)家感到意外。由于他們的大聲呼吁 ,英國政府才在1833年關(guān)心起道爾頓的生活 ,決定每年給他150英鎊的微薄的養(yǎng)老金 ,以供他晚年生活。1837年4月 ,他剛過70歲