道爾頓在原子學說、分子學說方面的貢獻和論爭

2020-12-04 淘大歷史

約翰·道爾頓(1766—1844)英國化學家、物理學家、近代化學之父。他出生在英國坎伯雷一個農民兼手工業者家庭,他幼年時無錢上學,他以驚人的毅力,自學成才。他做過小學和中學教師,擔任過曼徹斯特新學院數學和自然哲學教授,是英國皇家學會會員,一生有很多科學成就。這樣一位碩果纍纍的科學家卻是一位色盲。

道爾頓

1808年,道爾頓提出了"道爾頓原子學說",他抓住化學元素的原子量這個最本質特徵,認為化學元素由不可分的微粒—原子構成,它是不可再分的最小單位;同種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,原子質量是元素的基本特徵之一;不同元素化合時,原子以簡單整數比結合。

由此推導並用實驗證明倍比定律:當甲、乙兩種元素相互化合,能生成幾種不同的化合物時,則在這些化合物中,與一定量甲元素相化合的乙元素的質量必互成簡單的整數比。這些理論成為他建立原子學說的核心。

當時,人們既不可能用顯微鏡看見原子的形象,也不可能用天平稱出原子的重量,但是,道爾頓憑著豐富的想像力指出原子的存在,並總結出質量守恆定律、定比定律、化合當量定律等,他的科學成果主要是理論的思維的產物。

隨後,法國化學家蓋·呂薩克提出了一個新的假說:在同溫同壓下,相同體積的不同氣體含有相同數目的原子。他自認為這一假說是對道爾頓原子論的支持和發展,但道爾頓並不買帳,他公開表示反對。認為不同元素的原子大小不會一樣,其質量也不一樣,因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數目的原子。他指責蓋·呂薩克的實驗靠不住。

蓋呂薩克

1811年,義大利化學家阿伏伽德羅發表了《原子相對質量的測定方法及原子進入化合物的數目比例的確定》的論文,提出了分子的概念,指出分子是由原子組成的,是具有物質特性的最小微粒。他得出一切氣體在相同體積中含有相同數目的分子的結論,從而解決了不同元素組成化合物需要劈開原子的矛盾。他最後指出:「我們的結果和道爾頓的結果之間有很多相同之點,道爾頓僅僅被一些不全面的看法所束縛。」

這一理論是對新原子說的繼承和發展,但它卻遭到道爾頓強烈的反對。道爾頓從牛頓的微粒說出發,堅持微粒都是同性相斥、異性相吸的,始終否認像氫、氧、氮等氣體本身兩個性質相同的原子分構成H2、O2、N2那樣的分子,因為它們之間是互相排斥的。他認為,化合物中的兩種不同元素只能各由一個原子組成的"二元化合物",如水的構成只能是HO,而不能是H2O,氨只能是NH,而不能是NH3。結果是屢次失誤。

道爾頓

1814年和1821年,阿伏伽德羅又發表了兩篇論文,繼續闡述他的分子假說。1856年阿伏伽德羅逝世,他的分子假說仍沒有被大多數化學家所承認。直到1860年,阿佛加德羅的分子論終於被化學界所確認,可惜他已不能聽到此喜訊了。

道爾頓原子學說的成就和失誤說明,科學的探索工作離不開理論思維,而正確的思維必須打破形上學的禁錮,思想僵化、固執保守則很容易犯錯誤。

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    有關於道爾頓的生平及相關分子原子說道爾頓的求學路道爾頓(1766-1844年)出生於一個貧寒的農民家庭,只讀了幾年的小學就在家種地,但他頑強自學,1780年時終於受聘到英國肯達爾城的一所教會中學任教。這個道爾頓在鄉間耕鋤之餘還要尋書覓字,現在進了城更是如魚入海,終日訪賢問能汲取知識。
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