道尔顿，物理学家（-1766年）

道尔顿简介
　　
　　约翰·道尔顿（John Dalton,1766-1844）英国化学家、物理学家、近代化学之父。1766年9月6日生于坎伯雷，1844年在曼彻斯特过世。父亲是一位农民兼手工业者。幼年时家贫，无钱上学，加上又是一个色盲者，但他以惊人的毅力，自学成才。1778年在乡村小学任教；1781年应表兄之邀到肯德尔镇任中学教师，在哲学家高夫的帮助下自修拉丁文、法文、数学和自然哲学等并开始对自然观察，记录气象数据，从此学问大有长进；1793年任曼彻斯特新学院数学和自然哲学教授；1796年任曼彻斯特文学和哲学会会员；1800年担任该会的秘书；1817年升为该会会长；1816年选为法国科学院通讯院士；1822年选为皇家学会会员。1826年，英国政府将英国皇家学会的第一枚金质奖章授予了道尔顿。
杰出的成就，不朽的贡献
　　提出原子论：化学中的新时代是随着原子论开始的。1808年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子学说，其要点：（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。
　　发现混合气体中，各气体的分压定律。
　　最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。
　　建议用简单的符号来代表元素和化合物的组成。
　　道尔顿的元素符号历史上，道尔顿曾用图形加字母的方式作为元素符号，如图所示。但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，故未能被广泛采用。最后，国际上统一采用元素拉丁文名称的第一个字母来表示元素，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。
　　在气象学、物理学上的贡献也十分突出，自1787年在担任初中物理教员时开始连续观测气象，从不间断地坚持了56年，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、湿度计等一起装置，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。
　　1801年提出气体分压定律，即混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。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等。
　　道尔顿一生宣读和发表过 116篇论文，主要著作有《化学哲学的新体系》两册。
　　为了把自己毕生精力献给科学事业，道尔顿终生未婚，而且在生活穷困条件下，从事科学研究，英国政府只是在欧洲著名科学家的呼吁下，才给予养老金，但是道尔顿仍把它积蓄起来，奉献给曼彻斯特大学用作学生的奖学金。道尔顿一生正如恩格斯所指出的：化学新时代是从原子论开始的，所以道尔顿应是近代化学之父。
“近代化学之父”
　　化学是在近代兴起的一门学科，无数的科学先驱者为这门学科奠定了理论基础，英国物理学家、化学家约翰·道尔顿就是其中的一位。道尔顿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，因而被称为“近代化学之父”，成为近代化学的奠基人。
　　道尔顿在化学方面提出了定量的概念，总结出质量守恒定律、定比定律和化合量（当量）定律。在此基础上，1803年又发现了化合物的倍比定律，提出了元素的原子量概念，并制成最早的原子量表。
　　道尔顿出生在英国坎伯兰的一个贫困的乡村，他的父亲是一个纺织工人。当时正值第一次工业革命的初期，很多破产的农民沦为雇用工人。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，只是勉强接受了一点点初等教育，十岁时，他就去给一个富有的教士当仆役。也许这也算是命运赐予他的一次机会吧，在教士家里他有读了一些书，增长了很多知识。于是两年后，他被推举为本村小学的教师。
　　1781年，年仅十五岁的道尔顿随哥哥到外地谋生。不久后，他就成为了肯达耳中学的教师。在教学之余，他一边系统的自学科学知识，一边进行气象观察。在这里他还结识了著名学者豪夫（Johann Hauf），他从豪夫那里学习了很多知识，教学水平迅速提高，四年以后，便成为了肯达耳中学的校长。1793年，在豪夫的推荐下，道尔顿又受聘于曼彻斯特的一所新学院。在这里他出版了自己的第一本科学著作 — 《气象观察与研究》。第二年，他在罗伯特·欧文的推荐下成为曼彻斯特文学哲学会的会员。
　　1799年，为了把大部分精力投入到科学研究中去，道尔顿离开了学院。他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工作。现在，他越来越重视对气体和气体混合物的研究。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，装在容积一定的容器中的某种气体压力是不变的，引入第二种气体后压力增加，但它等于两种气体的分压之和，两种气体单独的压力没有改变。于是道尔顿得出结论：混合气体的总压等于组成它的各个气体的分压之和。道尔顿发现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的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。道尔顿开始更多的研究关于原子的问题，他顽强进行研究工作，寻找资料、动手实验、不断的思考……
　　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》。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量原子量的工作。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，道尔顿就只能利用这些结果；有时他在原始文献中发现的结果只是由一位科学家侧得的，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，但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。
　　1804年以后，道尔顿又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，汤姆逊在它的《化学体系》一书中详细的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院士；1817年，道尔顿被选为曼彻斯特文学哲学会会长；1826年，英国政府授予他金质科学勋章；1828年，道尔顿被选为英国皇家学会会员；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。在荣誉面前，道尔顿开始还是冷静的、谦虚的，但是后来荣誉越来越高，他逐渐改变了，变得骄傲、保守，最终走向了思想僵化、固步自封。
　　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，他不仅怀疑吕萨克的实验基础和理论分析，还对他进行了严厉的抨击。1811年，意大利物理学家阿佛加德罗建立了分子论，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。他也遭到了道尔顿无情的反驳。1813年，瑞典化学家贝齐力乌斯创立了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。除化学之外，他对生物学也作出了一些贡献，他是第一个发现红绿色盲的人，并对此作了一些研究。
　　虽然道尔顿的后半生科学贡献不大、甚至阻挠别人的探索，人们还是给予了他深切的怀念。
单位：道尔顿
　　人们为了纪念道尔顿，以他的名字作为原子质量单位。
　　在生物化学、分子生物学和蛋白组学中经常用D或KD，定义为碳12原子质量的1/12，1D＝1/N g，N为阿伏加德罗常数。
　　对分子来说，一个分子的质量，用道尔顿单位表示时，其值相当于分子量。但分子量为该物质的一分子的质量与12C原子的质量的1／12之比，是无名数，所以如果说“蛋白质A的分子量为X道尔顿”，乃是不正确的表示方法，应该说“蛋白质A的质量为X道尔顿”。
道尔顿分压定律
　　在任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。也就是说，一定量的气体在一定容积的容器中的压强仅与温度有关。例如，零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体积不变，则氧气的压强还是 101.3kPa，但容器内的总压强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生的压强也是 101.3kPa 。
　　道尔顿（Dalton）总结了这些实验事实，得出下列结论：某一气体在气体混合物中产生的分压等于在相同温度下它单独占有整个容器时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和，这就是气体分压定律（law of partial pressure）。
　　英国科学家约翰·道尔顿在19世纪初把原子假说引入了科学主流。他所提供的关键的学说，使化学领域自那时以来有了巨大的进展。
　　确切地说，并不是道尔顿首先提出所有的物质都是由极其微小的、不可毁坏的粒子──人称原子组成的。这个概念是由古希腊哲学家德漠克利特提出来的，甚至在他以前可能就有人提出过。另一位希腊哲学家伊壁鸠鲁（公元前342—270年？）采用了这一假说。罗马作家留克利希阿斯（公元前99？－55年）在他的著名诗歌《论事物的本质》中对这一假说做了生动形象的介绍。
　　德谟克利特的学说未被亚里士多德接受，在中世纪受到了忽视，对现代科学没有什么影响。但是17世纪有几个包括艾萨克·牛顿在内的主要科学家支持过类似的学说。不过早期的原子学说都没有定量表达，也没有用于科学研究，最根本的是谁也没有看到哲学的假想和化学的严酷事实之间存在的联系。
　　这就是道尔顿的贡献所在。他提出了一个明了的定量学说，可以用来解释化学实验，并经受住了实验室的精确检验。
　　虽然道尔顿的术语与我们现在使用的稍有不同，但是却清楚地表述了原子、分子、元素等概念。他明确指出；虽然世界上原子的总数目相当之大，但是不同原子种类的数目却是非常之小（他的原著中列出20种元素即20种原子，今天所知道的元素有一百多种）。
　　虽然不同种类的原子有不同的重量，但是道尔顿认为任何两个同类原子的所有性质包括重量都相同。道尔顿在他的书中列出了一张各种不同类原子的相对重量表──有关这方面的第一张表，是定量原子学说的一个重要特征。
　　道尔顿还明确地指出，任何相同化合物的两个分子都是由相同原子组成的（例如，每个氧化亚氮都是由两个氮原子和一个氧原子组成的）。由此可推出一种已知的化合物──不管是由什么方法配制或在哪里发现的──总含有相同的元素，而且这些元素之间的重量比完全一样。这就是约瑟夫·路易斯·普劳特几年前在实验中发现的“定比定律”。
　　道尔顿的学说非常具有说服力，不到二十年的时间就为大多数科学家所采纳。而且化学家按照书中所提出的方案行事：准确地确定出相对原子重量和每种分子的原子数；定量分析化合物。当然这个方案已取得彻底的成功。
　　原子假说的重要性是不易被夸大的。它是我们认识化学的主要学说，而且在很大程度上是现代物理学的一个不可缺少的序幕。只是因为在道尔顿以前就有人经常讨论原子论，所以他在此册中的名次并不很高。
　　道尔顿于1766年出生在英格兰北方鹰田庄。他只是在11岁以前受过正规教育，几乎完全是靠自学掌握了科学知识。他才智早熟，12岁就当上了教师。15岁迁往肯德尔城，26岁又迁到曼彻斯特，在那儿一直居住到1844年去世。他终生未娶。
　　道尔顿在1787年26岁时对气象学发生了兴趣，六年后发表了一本有关气象学的书。对空气和大气的研究又使他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，叫做道尔顿气体分压定律。
　　1804年道尔顿就已系统地提出了他的原子学说，并且编制了一张原子量表。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。他在晚年获得了许多荣誉。
　　附带一提的是道尔顿患有色盲症。这种病的症状引起了他的好奇心。他开始研究这个课题，最终发表了一篇关于色盲的论文──曾经问世的第一篇有关色盲的论文。