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    世界著名科学家传略:道尔顿

    来源: 发布时间:2019年06月04日 点击数:

    我们都知道,化学中的新时代是随着原子论开始的。而提出原子论的,就是英国的化学家、物理学家约翰•道尔顿(John Dalton,1766~1844),他既具有敏锐的理论思维头脑,又具有卓越的实验才能,尤其是在对原子的研究方面取得了非凡的成果,成为近代化学的奠基人。他的一生正如恩格斯所说:化学新时代是从原子论开始的。 

    道尔顿于1766年9月6日出生在坎伯雷郡伊格斯非尔德一个贫困的贵格会农村家庭,他的父亲是一位普通的农民兼纺织工人。当时正值第一次工业革命初期,很多破产的农民沦为雇佣工人。道尔顿一家的生活十分困顿,道尔顿的一个弟弟和一个妹妹都因为饥饿和疾病而夭折。道尔顿在童年根本没有读书的条件,只是进入贵格会的学校,勉强接受一点聊胜于无的初等教育。 

    10岁时,道尔顿被送去给当地一个富有的教士当仆役。教士很欣赏道尔顿的聪明伶俐和好学求知,允许他干完活后,自由利用自家的私人图书馆。道尔顿就这样自学了两年,基本上成为了一个“有文化”的人。 

    1778年,年仅12岁的道尔顿被教士推荐到乡村小学去任教,但工资微薄,后来,道尔顿一度因为难以为继而弃教务农。1781年,道尔顿和哥哥一起应一个远房亲戚之邀,到肯德尔镇一所中学任教师,1785年,远房亲戚退休了,道尔顿和哥哥便成为学校的实际负责人。 

    在这里,道尔顿最大的收获是结识了学者豪夫,他在豪夫的指导和影响下,抓紧教学之余的全部时间,刻苦地自学。他系统学习了拉丁文、法文、数学和自然哲学等知识,也就在这个时期,他开始对气象观察感兴趣,并开始记录气象数据,这件事,他干了几十年。 

    1787年3月24日,中学物理教师道尔顿,记下了平生第一篇气象观测记录,这成为他以后科学发现的实验基础。从此之后,道尔顿56年如一日,坚持每天早上6点准时打开窗户,测量和记录温度,一直到临终前几小时为止。他的全部记录超过20多万条。27岁时出版了《气象观测与研究》一书。书中描绘了气压计、温度计、湿度计等一些装置,巧妙地分析了降雨和云的形成过程、水蒸发过程、大气层降水量的分布等现象,深受读者喜爱。在中学的时候,他的观测工作如此准时,以至于他成为对面的一个家庭主妇的“闹钟”,家庭主妇看到道尔顿开窗测量,便起床来为家人做早饭。时间从来不差分毫。 

    1793年,在豪夫的推荐下,道尔顿又受聘于曼彻斯特的一所学院,任数学和自然哲学教授。在这里,他出版了第一本科学著作《气象观测与研究》,后来还在罗伯特•欧文的推荐下,加入曼彻斯特文学与哲学会,历任会员、秘书和会长。 

    这个学会是由普利斯特里的学生创建的,专门讨论神学和英国政治之外的各种问题。他曾经在学会里宣读了一篇题为《关于颜色视觉的特殊例子》的论文。这是一件“有趣”的事情,因为道尔顿本人患有色盲,除了蓝绿方面的颜色,只能再看到黄色。他因此也成为第一个发现红绿色盲的人,他的这篇论文,也是人类历史上第一篇有关色盲的论文。这是他对生物医学所作出的一个贡献。所以,色盲又被很多人称为“道尔顿症”。 

    在这篇文章中,他对色盲这一视觉缺陷做出了最早的描述,总结了从他自身和很多人身上观察到的色盲症的特症。 

    1799年,学院迁往约克城,但道尔顿不愿离开曼彻斯特,同时,为了有更多的时间和精力投入到科学研究中去,道尔顿脱离了学院,转而在几个富人家里做私人教师,每天教课时间不超过两小时。这样,既能谋生,又保证了他的科研时间。 

    对空气和大气的研究,使道尔顿对一般气体的特征发生了兴趣。通过一系列的实验,他发现了有关气体特性的两个重要定律:第一个定律是道尔顿在1801年提出来的,该定律认为一种气体所占的体积与其温度成正比(一般称为“查尔斯定律”,是根据法国科学家查尔斯的名字命名的。他比道尔顿早几年发现了这个定律,但未能把其成果发表出来);第二个定律是1801年提出来的“道尔顿气体分压定律”。 

    道尔顿认为,要说明气体的特性就必须知道它的压力。他找到两种很容易分离的气体,分别测量了混合气体和各部分气体的压力。结果很有意思,装在确定容积的容器内的某种气体,压力是不变的,引入第二种气体后,压力增加,而且等于两种气体的分压之和,两种气体单独的压力没有改变。于是,1801年,道尔顿得出“气体分压定律”:混合气体的总压等于组成它的各部分气体的分压之和。由此,可以做出某些重要的结论:气体在容器中存在的状态与其他气体无关。用气体具有微粒结构来解释就是,一种气体的微粒或原子均匀地分布在另一种气体的原子之间,因而这种气体的微粒所表示出来的性质与容器中没有另一种气体一样。他还测定水的密度和温度变化关系和气体热膨胀系数相等。 

    之后,道尔顿开始更多地研究关于原子的问题,同年10月21日,道尔顿报告了他的化学原子论,并且宣读了他的第二篇论文《第一张关于物体的最小质点的相对重量表》,提出了元素的原子量概念。 

    道尔顿的理论引起了科学界的广泛重视。他应邀去伦敦讲学,几个月后又回到曼彻斯特继续进行测定原子量的工作,提出用相对比较的办法求取各元素的原子量。有些时候,道尔顿也遇到一些困难。有些物质被氧化后生成不同的氧化物,这是一种难解释的现象。当然前人已经进行了分析化验,为了进行计算,道尔顿常常利用这些结果;有时他在原始文献中发现的结果只是由一位科学家测得的,为了保证可靠性,道尔顿就再做一次分析。道尔顿所得出的原子量有很多是不准确的,实际上他所计算出来的正是今天所谓的当量。例如他把氧的原子量确定为7而不是16。道尔顿在这方面的工作,为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。 

    道尔顿还编制了历史上第一张原子量表。他试图用简单的符号来代表元素和化合物的组成,他用图形加字母的方式作为元素符号。应该说,这种想法是有创见的。只不过由于后来发现的元素越来越多,符号设计越来越复杂,不便于记忆和书写,这个方案最后没有被广泛采用。 

    现在,国际上统一通行的,是采用拉丁文名称的第一个字母来表示某一元素,例如,氢元素的拉丁文名称为Hydrogenium,元素符号就写为H,氧元素的拉丁文名称为Oxygenium,元素符号就写为O。如果几种元素拉丁文名称的第一个字母相同时,就附加一个小写字母来区别,例如用Cu表示铜元素,Cl表示氯元素,Ca表示钙元素。 

    1804年道尔顿就已系统地提出了他的原子学说,但是他的主要著作《化学哲学的新体系》直到1808年才问世,那是他的成功之作。道尔顿在古希腊朴素原子论和牛顿微粒说的基础上,开创性地提出了原子学说,其要点为:1.化学元素由不可分的微粒——原子构成,它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。2.同种元素的原子性质和质量都相同,不同元素原子的性质和质量各不相同,原子质量是元素的基本特征之一。3.不同元素化合时,原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时,那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。 

    道尔顿在化学方面做出的贡献是巨大的,他提出了定量的概念,总结出质量守恒定律、定比定律和化合量(当量)定律。 

    1804年以后,道尔顿对甲烷和乙烯的化学成分进行分析实验,他发现,甲烷中碳氢比是4.3∶4;而乙烯中碳氢比是4.3∶2。他由此推出碳氢化合的比例关系,并发现了倍比定律:相同的两种元素生成两种或两种以上的化合物时,若其中一种元素的质量不变,另一种元素在化合物中的相对重量成简单的整数比。道尔顿认为倍比定律既可以看作是原子论的一个推论,又可以看作是对原子论的一个证明。 

    1807年,汤姆逊(开尔文勋爵)在他的《化学体系》一书中详细地介绍了道尔顿的原子论。第二年,道尔顿的主要化学著作《化学哲学的新体系》正式出版。书中详细记载了道尔顿的原子论的主要实验和主要理论。自此道尔顿的原子论才正式问世。 

    在科学理论上,道尔顿的原子论是继拉瓦锡的氧化学说之后,理论化学的又一次重大进步,他揭示出了一切化学现象的本质都是原子运动,明确了化学的研究对象,对化学真正成为一门学科具有重要意义。此后,化学及其相关学科得到了蓬勃发展;在哲学思想上,原子论揭示了化学反应现象与本质的关系,继天体演化学说诞生以后,又一次冲击了当时僵化的自然观,为科学方法论的发展、辩证自然观的形成以及整个哲学认识论的发展具有重要意义。 

    原子论建立以后,道尔顿名震英国乃至整个欧洲,各种荣誉纷至沓来。1816年,道尔顿被选为法国科学院外籍院士;1822年选为英国皇家学会会员;1826年,英国政府将英国皇家学会的第一枚金质科学勋章授予了他;此后,他又相继被选为柏林科学院名誉院士、慕尼黑科学院名誉院士、莫斯科科学协会名誉会员,还得到了当时牛津大学授予科学家的最高荣誉,法学博士称号。 

    遗憾的是,在巨大的荣誉面前,道尔顿开始异化,变得骄傲、保守,最终走向了思想僵化、故步自封。不仅自己没有更多的科学贡献,而且开始打击和阻拦别人的研究。 

    1808年,法国化学家吕萨克在原子论的影响下,发现了气体反应的体积定律,实际上,这一定律也是对道尔顿的原子论的一次论证,后来也得到了其他科学家的证实,并应用于测量气体元素的原子量。但是吕萨克定律却遭到了道尔顿本人的拒绝和反对,道尔顿不仅无端地怀疑吕萨克的实验基础和理论分析,还对他进行了不近人情的严厉抨击。 

    1811年,意大利物理学家阿佛加德罗建立分子论,使道尔顿的原子论与吕萨克定律在新的理论基础上统一起来。但此创见也遭到了道尔顿的无情否定。 

    1813年,瑞典化学家贝齐力乌斯创立用字母表示元素的新方法,这种易写易记的新方法被大多数科学家接受,而道尔顿一直到死都是新元素符号的反对派。 

    1844年7月26日,道尔顿用颤抖的手写下了平生最后一篇气象观测记录,独自离开了人世。 

    道尔顿生前曾表示,希望在死后对他的眼睛进行检验,以便找出色盲的原因。他认为可能因为他的水样液是蓝色的。去世后的尸检发现,眼睛水样液正常。直到1990年对其保存在皇家学会的一只眼睛进行DNA检测,才发现他缺少对绿色敏感的色素。 

    为了科学事业,道尔顿终生未婚。他一生共宣读和发表116篇论文,主要著作有《化学哲学的新体系》两册。人们为了纪念道尔顿,将他的名字作为原子质量的单位。他的雕像至今还被安放于曼彻斯特市政厅的入口处。 

    作者:解启扬 

    出处:《世界著名科学家传略》 

    授权方:金盾出版社 

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