道爾頓原子論

道爾頓原子論

道爾頓原子理論是英國科學家道爾頓在十九世紀初提出來的。道爾頓原子論認為,物質世界的最小單位是原子,原子是單一的,獨立的,不可被分割的,在化學變化中保持著穩定的狀態,同類原子的屬性也是一致的。道爾頓原子理論,是人類第一次依據科學實驗的證據,成系統的闡述了微觀物質世界,是人類對認識物質世界的一次深刻的,具有飛躍性的成就。

發現

物質是由原子構成的這一猜想,雖然早就提出來了,但一直到了18世紀,尤其是18世紀後半期至19世紀中期,近代工業興起,科學迅速發展,人們通過生產實踐和大量的化學、物理學實驗,才加深了對原子的認識。

把原子學說第一次從推測轉變為科學概念的,應歸功於英國一個教會學校的化學教員,他就是道爾頓(1766~1844)。

道爾頓首先研究了法國化學家普魯斯特於1806年發現的有趣結論:參與化學反應的物質質量都成一定的整數比(定比定律),例如1克氫和8克氧化合成9克水,假如不按這個一定的比例,多餘的就要剩下而不參加化合。道爾頓自己又發現:當兩種元素所組成的化合物具有兩種以上時,在這些化合物中,如果一種元素的量是一定的,那么與它化合的另一種元素的量總是成倍數地變化的(倍比定律)。

探索

為什麼元素間的化合總是成整數和倍數的關係呢?道爾頓豐富的想像力激勵著他自己。他感到,這一事實暗示物質是由某種可數的最小單位構成的。於是,道爾頓把這些事實總結概括加以分析,提出了關於原子的著名論斷:物質是由具有一定質量的原子構成的;元素是由同一種類的原子構成的,;化合物是由構成該化合物成分的元素的原子結合而成的“複雜原子”構成的;原子是化學作用的最小單位,它在化學變化中不會改變。

道爾頓的原子論同過去的原子論相比,已有雄厚的科學依據。但是,道爾頓的原子論提出以後,在新的實驗事實面前又出現了一個新的問題。

證實

1809年,法國科學家蓋·呂薩克發現,在氣體的化學反應中,在同溫同壓下參與反應的氣體的體積成簡單的整數比;如果生成物也是氣體,它的體積也和參加反應氣體的體積成簡單的整數比(氣體反應定律)。例如,兩公升的氫和一公升的氧化合時,生成兩公升的水蒸汽。蓋·呂薩克想,如果不論哪種氣體在同溫同壓下,在相同體積內部含有相同的原子數,不就可以用道爾頓的原子論解釋氣體反應定律了嗎?

要點與意義

1803年9月,道爾頓利用當時已掌握的一些分析數據,計算出了第一批原子量。1803年10月21日,在曼徹斯特的“文學和哲學學會”上,道爾頓第一次闡述了他關於原子論以及原子量計算的見解,並公布了他的第一張包含有21個數據的原子量表。在這份報告中道爾頓已經概括了科學原子論的以下三個要點:

元素(單質)的最終粒子稱為簡單原子,它們極其微小,是看不見的,是既不能創造,也不能毀滅和不可再分割的。它們在一切化學反應中保持其本性不變。

同一種元素的原子,其形狀、質量和各種性質都是相同的;不同元素的原子在形狀、質量和各種性質上則各不相同。每一種元素以其原子的質量為最基本的特徵。

不同元素的原子以簡單整數比相結合,形成化學中的化合現象。化合物原子稱為複雜原子。複雜原子的質量為所含各種元素原子質量的總和。同一化合物的複雜原子,其組成、形狀、質量和性質必然相同。

次年,著力於普及化學知識的蘇格蘭化學家湯姆遜(1773-1852)聽說了道爾頓的原子論,他專程拜訪了道爾頓。在兩天的時間裡,他們倆熱烈、詳細地討論了原子學說,夜裡也難以成寐。其後的幾年裡,湯姆遜熱情地稱讚和宣揚道爾頓的原子學說,使這一學說很快為廣大化學界所熟悉。而道爾頓也受到湯姆遜的啟發,將原子論的研究重點由原來的物理方面轉向了化學方面。他認識到倍比定律對原子論的證明具有重要意義,便重點研究了這一課題。

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