道尔顿原子论是怎样崛起的?
《化学哲学的新体系》是英国化学家道尔顿于1808年出版的一部科学名著。在这部著作中,道尔顿提出了著名的原子论,使人们对化学过程本质的认识大大深化了,有力地推动了化学的发展,开辟了化学科学全面、系统发展的新时代。
1766年9月6日,被称为近代化学之父的约翰·道尔顿诞生在英格兰北部巴兰州伊古尔兹农场的穷乡僻壤。他的父亲是个织布工人,除了手工织布之外,还耕种微薄的土地,以半工半农维持一家的贫苦生活。约翰·道尔顿共有六兄妹,由于饥寒交迫,有3个兄妹在幼年夭折了,只留下他和一个哥哥、一个姐姐。
由于道尔顿是家中最小的一个,父母便省吃俭用,送他上农村小学读了几年书,但终因家境窘迫,不得不中途辍学。当时,他们村里有一位叫鲁宾逊的亲戚,是农村少见的自然科学爱好者,经常独立进行气象观测等科学研究。鲁宾逊很爱惜少年约翰的才华,同情他无钱上学,便自愿教给他数学、物理等知识。
家庭的贫困使道尔顿过早地成熟了。为了解决家庭生活的困难,他才12岁就在村里一所小学教书,然而所挣的一点钱仍然不够用。望着劳累的父母,他心情沉重,决定离家出走,去找一个能挣更多钱的工作,帮助父母维持家庭生活。
1781年秋季,道尔顿来到肯代尔城,在一所教友学校任教。在这里,他遇到了盲人学者约翰·格夫。格夫两岁时因患天花,双目失明,但他并不悲观厌世,自暴自弃。相反,他长期坚持刻苦自学,30岁时已精通几国语言,对数学、哲学、天文学、化学等也有研究。多年艰苦磨炼,造就了他特殊的本领,对周围看不见的事物都了如指掌。实验室里的各种仪器、药品,他能准确无误地走近随手取用,从瓶子向试管里倾倒液体试剂时,他的技术比明眼人还高明,几乎不漏掉一滴试剂。
在格夫这位盲人学者的帮助和教导下,道尔顿认识了人生的价值,体验了意志的真正威力。他除了教课外,一有空就坚持自学和进行科学研究。
1793年,道尔顿才27岁。经格夫的介绍,他来到了曼彻斯特,在一所新学院里担任讲师,讲授数学和自然科学。这一年,他出版了第一部科学著作《气象观测论文集》。
曼彻斯特市是开展科学活动的广阔天地,有藏书丰富的图书馆、各种学会和出版社,还有著名的科学家。道尔顿参加了一些学会,和一些著名学者讨论他感兴趣的问题。他对科学的兴趣越来越浓,从事科学研究的愿望越来越强烈。可是,繁重的教学工作使得他不能自由地支配时间。1799年,他毅然辞去了新学院的工作,去当一名家庭教师,每天不超过两个小时的课,其余的时间用来从事科学研究。
他首先研究的是气体的压强。他知道,要说明气体的特性,必须知道它的压力。混合气体也是一样,混合气体中各组气体的压力有多大呢?它们之间是否存在某种联系呢?为了弄清这个问题,他设计了一个实验:如果能够找到两种气体,其中之一可以很容易地从混合气体中出来,这样就可以分别测量混合气体和各组气体的压力了。
实验结果表明,装在具有一定容量的容器中的某种气体,其压力是不变的。接着,道尔顿往容器里引进了第二种气体,这个混合气体的压力比原来增加了,但它等于这两种气体分压之和,而每种气体单独的压力却并没有发生变化。也就是说,混合气体的总压等于组成它的各个气体的分压之和。他把这个规律叫做气体分压定律。后来人们叫它道尔顿分压定律。
奇怪,为什么会出现这种情况?道尔顿反复思索,最后认识到,气体也许是由许多小微粒所构成的。气体混合后,这些微粒相互扩散,一种气体的微粒均匀地扩散到另一种气体的微粒之间,因而,这种气体的微粒所表现出来的性质,就仿佛在容器中根本没有另一种气体一样。
想到这里,道尔顿又陷入了沉思:气体的微粒是什么呢?它是不是原子?对于原子,我们实质上知道些什么?如果原子确实存在,我们就应该根据原子理论来解释物质的一切性质和各种规律。
现在,道尔顿显得非常清醒了。要从理论上解释气体分压定律,必须对原子有一个明确的认识,建立起物质结构的真正理论——原子理论。
然而,原子的特点是什么?一种元素的原子和另一种元素的原子是否有区别?尽管原子极小而且肉眼看不见,但是有没有什么办法可以确定它们的重量、形状、大小……
于是,道尔顿又转入原子理论的研究。工夫不负有心人,经过多年的紧张劳动,1803年10月21日,道尔顿在曼彻斯特文学哲学学会上作了题为《关于水及其他液体对气体的吸收作用》的报告,正式提出了原子论的基本思想,后来,他又在自己的科学著作《化学哲学的新体系》中详尽地发展了原子论。
1.一切元素都由不可再分的微粒构成,这种微粒叫做原子。原子在一切化学变化中都保持它的不可再分性。
2.同一元素所有原子的质量和性质相同,不同元素原子的质量和性质不相同。
3.两种不同元素的化合,就是它们的原子按简单整数比的结合。
道尔顿在提出科学的原子论时,还以氢气为标准,测定了一些元素的原子量,并且给各种元素的化合物制定了一些符号。他的理论很快被许多化学家所接受,从此,原子论又重新在大地上崛起,化学进入了现代科学的新的发展阶段。