道爾頓:成就源於專注和堅持

2020-12-05 天極網資訊

  1844年7月27日,英國著名物理學家、近代電子學說奠基人、現代化學之父道爾頓與世長辭。道爾頓是一位自學成才的傑出科學家,他最早提出了科學的原子學說,發現了倍比定律,為近代化學和原子物理學奠定了基礎;道爾頓還第一個發現了色盲現象。在他50多年的科學生涯中,他堅持天天觀測氣象,寫氣象日記,一生發表了論文116篇。

  近代科學原子論的創立完成率化學理論上第一次偉大的辯證綜合,是繼拉瓦錫化學革命之後,化學發展史上又一座輝煌燦爛的裡程碑。道爾頓原子倫徹底剝去了長期披在它身上的哲學外衣,把模糊的猜測變成了明確的、經得起科學實驗檢驗的科學理論。

  原子是化學變化中最基本的概念,原子學說是構建整個化學大廈的理論基石。現代著名化學家鮑林說過,在所有化學理論中最為重要的就是原子學說,恩格斯也對近代科學原子論的創立給予高度評價,認為為原子論是能給整個科學創造一個中心並給研究工作打下牢固基礎的發現。因此,原子論在人類探索自然界奧秘的歷史過程中規定和指導了化學理論的基本走向和發展道路。

  1781年,15歲的道爾頓與哥哥去往距離家鄉不遠的肯德爾鎮,在一所由其表兄開辦的寄宿學校做助教。工作之餘,道爾頓藉助學校圖書館豐富的藏書發奮學習,涉獵了廣泛的知識領域。在這裡,道爾頓遇到了一位同他性格和志趣都很相似的奇人約翰·豪夫。此人在兩歲時因患天花失明,但卻以驚人的毅力掌握了許多學科知識,甚至僅僅通過觸覺、味覺和嗅覺就可以分辨出當地的各種植物,並能進行十分複雜的心算。在豪夫的輔導和鼓勵下,道爾頓的學問大有長進,並從1787年開始記氣象日記,進行系統的科學觀察

  。1793年,道爾頓出版了他的第一部學術專著《氣象觀測論文集》,對雲的形成、蒸發過程和大氣降水量的分布等進行了探討。長期進行的氣象觀測,很自然地導致道爾頓涉及氣體性質及其組成的研究。他認真考察了大氣、水蒸氣等多種氣體和蒸發、壓縮、膨脹等物理現象,還對混合氣體的狀態、氣體的擴散、氣體在水中的溶解等問題進行了探索。他發現,當輕重不同的兩種氣體被混合時,它們很快就自動地彌散到一起了。

  1801年他提出,在氣體混合物中,每一種氣體的行為都獨立於其他氣體,彼此之間不受影響。而且,在同樣溫度下,氣體混合物的總壓強是每種氣體單獨存在時的壓強之和。看起來,只是同一種氣體的組成粒子才互相排斥。為了說明氣體的各種物理性質,似乎得假定各種物質都是由同樣大小的基元構成的。道爾頓進而推測:液體、固體跟氣體物質一樣,可能都有某種最小組成單位。這種物質的單個粒子因為太小而不可見。此時他想到了公元前5世紀古希臘哲學家德謨克利特提出的原子思想—那僅僅是從哲學上考慮而不是以經驗事實為依據的,便選擇用「原子」一詞來稱呼這種微粒,並認為可用以解釋物質的基本性質和各種規律。道爾頓逐漸從上述研究的結果引出一些基本定律,並於1804年冬就這些定律的主要內容,在倫敦首次作了公開的講演。其後,他的一些科學界的朋友催促他早日把研究成果公之於眾。他們認為「再延遲下去就會損害科學的利益和作者自己的聲譽」。

  然而,道爾頓是個極其嚴謹、認真的人。在重新做了一些實驗,並花了很多時間進行材料組織和內容安排之後,他才從1808年開始,分卷推出他的代表作《化學哲學新體系》,全面而系統地闡述他的化學原子論,並探討了金屬氧化物、硫化物及合金的有關問題。道爾頓原子理論的基本思想是:化學元素由不可分的微粒—原子構成,它在一切化學變化中是不可再分的最小單位;同一元素的原子性質和質量都相同,不同元素原子的性質和質量各不相同;有簡單數值比的元素的原子相結合時,就發生化合。單個原子的質量極小,難以測量。道爾頓提出把最輕的元素氫定為基本單位1,這樣就可以通過實驗簡約算出氧、氮、硫、碳等的相對原子質量。道爾頓還通過使用一些不同的字母和符號,創造了一套化學命名法,幫助人們更便捷地寫出化學反應式並解釋每個化學反應中的原理。

  道爾頓既重視觀察實驗,又擅長理性思維。他的原子論(現在看來有的未必正確)深刻揭示了化學變化的奧秘和規律,使化學從雜亂且看不出內在聯繫、僅僅描述自然現象的階段,真正走上了定量的發展階段,從而為建立完整的化學學科提供了基本框架。 1844年7月26日,道爾頓用顫抖著的手,做了最後一次氣象記錄,第二天清晨他便與世長辭了。8月12日公葬那天,100多輛馬車護送著道爾頓的靈柩向墓地駛去,數百位市民徒步跟隨。沿街商店也都停止營業,以示悼念。(尹傳紅)

  人物百科

  約翰·道爾頓(John Dalton,1766年9月6日-1844年7月27日),英國化學家、物理學家。近代原子理論的提出者。他所提供的關鍵的學說,使化學領域自那時以來有了巨大的進展。 附帶一提的是道爾頓患有色盲症。這種病的症狀引起了他的好奇心。他開始研究這個課題,最終發表了一篇關於色盲的論文──曾經問世的第一篇有關色盲的論文。後人為了紀念他,又把色盲症叫做道爾頓症。道爾頓作為一個身患色盲的人,能夠做出如此偉大的成就,更讓後人感受到了一位科學巨人的偉大光輝。

  (科普中國出品,7月27日綜合中國科學報等報導)

作者:科普中國責任編輯:天極科普君)

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