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无机物化版块活动人物传记系列——道尔顿传（中篇之二）

道尔顿生平传记之探索科学原子论的历程

        道尔顿在科学研究方法上既重视观察实验，又擅长理论思维，具有把观察与思考、实验的积累和丰富的想象、新颖的理论构思相结合的特点。他正是凭借这一特点，从观测气象开始，进而研究空气的组成、性质和混合气体的扩散与压力，总结出气体分压定律，推论除空气是由不同种类不同重量的微粒混合构成，基本确认了原子的客观存在。再由此出发，通过化学实验测出了原子的相对重量。将原子的概念与理论从定性阶段发展到定量阶段，并经闫哥的逻辑推导逐步建立起科学的原子论体系。

        1801年10月，道尔顿宣读了一组论文，共四篇：《混合气体的组成》、《论水蒸气的力》、《论蒸发》和《论气体受热膨胀》。这组论文指出，戈杜的大气都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸气四种主要成分的无数微粒或终极质点混合而成的。

        那么混合又是怎么发生的呢？不久，道尔顿再另一篇论文《弹性流体彼此相互扩散的趋势》中指出：气体混合的形成是因为气体彼此扩散的缘故，而“气体的扩散是由于相同微粒之间的排斥”。这种混合气体又有什么特性呢？道尔顿为此设计了实验，研究混合气体各组分气体的压力，以探索它们之间是否存在某种联系。根据实验结果，他得出结论：混合气体的压力等于各组分气体在同样条件下单独占有该容器时的压力的总和。这就是著名的道尔顿分压定律。

        面对这个新发现的定律，道尔顿开始思索如何来解释这一现象。他想到了弱国气体具有微粒的结构，则气体微粒可以均匀的分布在另一种气体的微粒之间，如同其它物质并不存在一样。他悬着了古希腊哲学中的“原子”一词来称呼这些终极微粒。但他转念又想，这和牛顿他们认识的原子又有多少实质上的区别呢？如果原子的确存在，那么就应该根据原子论来解释物质的基本性质和各种规律，就需要把对原子的认识从定性推进到定量阶段。于是道尔顿把研究领域从气象学、物理学扩展到化学，又开始了新的探索。

        1802年11月12日，道尔顿宣读了他的首篇化学论文《关于构成大气的几种气体或弹性流体的比例的实验研究》。论文的一个重要内容时从氧和亚硝气的结合讨论原子之间是怎样化合的，并从中发现原子间的化学结合存在某种量的关系。接着他又分析了沼气（甲烷）、成油气（乙烯）两种不同气体的组成，发现他们都含碳氢两种元素，并注意到，如果这两种气体中的碳含量定位一份的话，沼气的氢含量刚好是成油气的两倍。其它类似的情况也很普遍。于是一个重要的化学定律——倍比定律，被道尔顿发现了。

        倍比定律指明：如果甲乙两种元素相互化合而生成几种不同的化合物，则这些化合物中，跟一定重量的甲元素相化合的乙元素的重量互成简单整数比。（PS:我们现在称化学计量化合物或整比化合物又称为道尔顿体，应该就是为了纪念道尔顿的发现）

        为了确立科学的原子论观点，道尔顿又着手于攻克以下问题：所有原子是不是都一样重一样大小呢？原子数目极大而体积极小，又有什么办法可以确定他们的重量与大小？道尔顿充分利用他在大气性质研究的成果得出结论：不同元素的原子的重量、大小是各不相同的。

        道尔顿以极大的热情投入到实验工作中，测算各种不同元素的原子的相对重量，而且还考察了其他化学家的大量实验数据。1803年9月6日，道尔顿在实验日记上写下第一张原子相对重量表，并指出最轻的元素就是氢，把氢的原子重量相对的定位1是较为合理的。

        1803年10月21日，在曼彻斯特文哲学会上，道尔顿做了题为《关于水及其他液体对气体的吸收作用》的报告。在报告中第一次阐明了他的科学原子论，并宣读了他的第一张原子量表。最后道尔顿郑重宣布：“探索物质的终极质点即原子的相对重量，到现在为止还是一个全新的问题，我近来从事这方面的研究，并获得相当成功。”

        道尔顿的这一新思想引起了科学界尤其是化学界的广泛重视。尽管他测定的原子量与现在通用的原子量想比，数值上误差很大，因为他把有些原子的当量当成了原子量，但是毕竟从此来时，人们把对物质结构的一个基本层次——原子的认识真正建立在科学的基础之上了。正是由于道尔顿首次把原子量的发现引入化学，才使化学真正走了定量发展的阶段。道尔顿的实验技术并不高超，他的不少自制仪器也比较粗糙，所以实验数据并不是很精确，而且他又有“色盲”的生理缺陷，然而，这一切都没能阻挡道尔顿对真理的探索。

参考资料：
《化学哲学新体系》道尔顿著，北京大学出版社，科学素养文库.科学元典丛书

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