道爾頓，物理學家（-1766年）

道爾頓簡介
　　
　　約翰·道爾頓（John Dalton,1766-1844）英國化學家、物理學家、近代化學之父。1766年9月6日生於坎伯雷，1844年在曼徹斯特過世。父親是一位農民兼手工業者。幼年時家貧，無錢上學，加上又是一個色盲者，但他以驚人的毅力，自學成才。1778年在鄉村國小任教；1781年應表兄之邀到肯德爾鎮任中學教師，在哲學家高夫的幫助下自修拉丁文、法文、數學和自然哲學等並開始對自然觀察，記錄氣象數據，從此學問大有長進；1793年任曼徹斯特新學院數學和自然哲學教授；1796年任曼徹斯特文學和哲學會會員；1800年擔任該會的秘書；1817年升為該會會長；1816年選為法國科學院通訊院士；1822年選為皇家學會會員。1826年，英國政府將英國皇家學會的第一枚金質獎章授予了道爾頓。
傑出的成就，不朽的貢獻
　　提出原子論：化學中的新時代是隨著原子論開始的。1808年繼承古希臘樸素原子論和牛頓微粒說，提出原子學說，其要點：（１）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。（２）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。（３）不同元素化合時，原子以簡單整數比結合。推導並用實驗證明倍比定律。如果一種元素的質量固定時，那么另一元素在各種化合物中的質量一定成簡單整數比。
　　發現混合氣體中，各氣體的分壓定律。
　　最先從事測定原子量工作，提出用相對比較的辦法求取各元素的原子量，並發表第一張原子量表，為後來測定元素原子量工作開闢了光輝前景。
　　建議用簡單的符號來代表元素和化合物的組成。
　　道爾頓的元素符號歷史上，道爾頓曾用圖形加字母的方式作為元素符號，如圖所示。但由於後來發現的元素越來越多，符號設計越來越複雜，不便於記憶和書寫，故未能被廣泛採用。最後，國際上統一採用元素拉丁文名稱的第一個字母來表示元素，如氫元素的拉丁文名稱為Hydrogenium，元素符號就寫為H，氧元素的拉丁文名稱為Oxygenium，元素符號就寫為O。如果幾種元素拉丁文名稱的第一個字母相同時，就附加一個小寫字母來區別。例如用Cu表示銅元素，Cl表示氯元素，Ca表示鈣元素。
　　在氣象學、物理學上的貢獻也十分突出，自1787年在擔任國中物理教員時開始連續觀測氣象，從不間斷地堅持了56年，一直到臨終前幾小時為止，他的全部記錄超過20多萬條。27歲時出版了《氣象觀測與研究》一書。書中描繪了氣壓計、溫度計、濕度計等一起裝置，巧妙地分析了降雨和雲的形成過程、水蒸發過程、大氣層降水量的分布等現象，深受讀者喜愛。
　　1801年提出氣體分壓定律，即混合氣體的總壓力等於各組分氣體的分壓之和。他還測定水的密度和溫度變化關係和氣體熱膨脹係數相等等。
　　道爾頓一生宣讀和發表過 116篇論文，主要著作有《化學哲學的新體系》兩冊。
　　為了把自己畢生精力獻給科學事業，道爾頓終生未婚，而且在生活窮困條件下，從事科學研究，英國政府只是在歐洲著名科學家的呼籲下，才給予養老金，但是道爾頓仍把它積蓄起來，奉獻給曼徹斯特大學用作學生的獎學金。道爾頓一生正如恩格斯所指出的：化學新時代是從原子論開始的，所以道爾頓應是近代化學之父。
“近代化學之父”
　　化學是在近代興起的一門學科，無數的科學先驅者為這門學科奠定了理論基礎，英國物理學家、化學家約翰·道爾頓就是其中的一位。道爾頓既具有敏銳的理論思維頭腦，又具有卓越的實驗才能，尤其是在對原子的研究方面取得了非凡的成果，因而被稱為“近代化學之父”，成為近代化學的奠基人。
　　道爾頓在化學方面提出了定量的概念，總結出質量守恆定律、定比定律和化合量（當量）定律。在此基礎上，1803年又發現了化合物的倍比定律，提出了元素的原子量概念，並製成最早的原子量表。
　　道爾頓出生在英國坎伯蘭的一個貧困的鄉村，他的父親是一個紡織工人。當時正值第一次工業革命的初期，很多破產的農民淪為雇用工人。道爾頓一家的生活十分困頓，道爾頓的一個弟弟和一個妹妹都因為飢餓和疾病而夭折。道爾頓在童年根本沒有讀書的條件，只是勉強接受了一點點初等教育，十歲時，他就去給一個富有的教士當僕役。也許這也算是命運賜予他的一次機會吧，在教士家裡他有讀了一些書，增長了很多知識。於是兩年後，他被推舉為本村國小的教師。
　　1781年，年僅十五歲的道爾頓隨哥哥到外地謀生。不久後，他就成為了肯達耳中學的教師。在教學之餘，他一邊系統的自學科學知識，一邊進行氣象觀察。在這裡他還結識了著名學者豪夫（Johann Hauf），他從豪夫那裡學習了很多知識，教學水平迅速提高，四年以後，便成為了肯達耳中學的校長。1793年，在豪夫的推薦下，道爾頓又受聘於曼徹斯特的一所新學院。在這裡他出版了自己的第一本科學著作 — 《氣象觀察與研究》。第二年，他在羅伯特·歐文的推薦下成為曼徹斯特文學哲學會的會員。
　　1799年，為了把大部分精力投入到科學研究中去，道爾頓離開了學院。他在幾個富人家裡做私人教師，每天教課時間不超過兩小時。這樣，既能謀生又保證了他的科研工作。現在，他越來越重視對氣體和氣體混合物的研究。道爾頓認為，要說明氣體的特性就必須知道它的壓力。他找到兩種很容易分離的氣體，分別測量了混合氣體和各部分氣體的壓力。結果很有意思，裝在容積一定的容器中的某種氣體壓力是不變的，引入第二種氣體後壓力增加，但它等於兩種氣體的分壓之和，兩種氣體單獨的壓力沒有改變。於是道爾頓得出結論：混合氣體的總壓等於組成它的各個氣體的分壓之和。道爾頓發現由此可以做出某些重要的結論，氣體在容器中存在的狀態與其他氣體無關。用氣體具有微粒結構來解釋就是，一種氣體的微粒或原子均勻的分布在另一種氣體的原子之間，因而這種氣體的微粒所表示出來的性質與容器中沒有另一種氣體一樣。道爾頓開始更多的研究關於原子的問題，他頑強進行研究工作，尋找資料、動手實驗、不斷的思考……
　　同年10月21日，道爾頓報告了他的化學原子論，並且宣讀了他的第二篇論文《第一張關於物體的最小質點的相對重量表》。道爾頓的理論引起了科學界的廣泛重視。他應邀去倫敦講學，幾個月後又回到曼徹斯特繼續進行測量原子量的工作。有些時候，道爾頓也遇到一些困難。有些物質被氧化後生成不同的氧化物，這是一種難解釋的現象，當然前人已經進行了分析化驗，為了進行計算，道爾頓就只能利用這些結果；有時他在原始文獻中發現的結果只是由一位科學家側得的，為了保證可靠性，道爾頓就再做一次分析。道爾頓所得出的原子量有很多是不準確的，但實際上他所計算出來的正是今天所謂的當量。例如他把氧的原子量確定為7而不是16。
　　1804年以後，道爾頓又對甲烷和乙烯的化學成分進行分析實驗，他發現，甲烷中碳氫比是4.3:4;而乙烯中碳氫比是4.3:2。他由此推出碳氫化合的比例關係，並發現了倍比定律：相同的兩種元素生成兩種或兩種以上的化合物時，若其中一種元素的質量不變，另一種元素在化合物中的相對重量成簡單的整數比。道爾頓認為倍比定律既可以看作是原子論的一個推論，又可以看作是對原子論的一個證明。
　　1807年，湯姆遜在它的《化學體系》一書中詳細的介紹了道爾頓的原子論。第二年道爾頓的主要化學著作《化學哲學的新體系》正式出版。書中詳細記載了道爾頓的原子論的主要實驗和主要理論。自此道爾頓的原子論才正式問世。
　　在科學理論上，道爾頓的原子論是繼拉瓦錫的氧化學說之後理論化學的又一次重大進步，他揭示出了一切化學現象的本質都是原子運動，明確了化學的研究對象，對化學真正成為一門學科具有重要意義，此後，化學及其相關學科得到了蓬勃發展；在哲學思想上，原子論揭示了化學反應現象與本質的關係，繼天體演化學說誕生以後，又一次衝擊了當時僵化的自然觀，為科學方法論的發展、辯證自然觀的形成以及整個哲學認識論的發展具有重要意義。
　　原子論建立以後，道爾頓名震英國乃至整個歐洲,各種榮譽紛至沓來,1816年，道爾頓被選為法國科學院院士；1817年，道爾頓被選為曼徹斯特文學哲學會會長；1826年，英國政府授予他金質科學勳章；1828年，道爾頓被選為英國皇家學會會員；此後，他又相繼被選為柏林科學院名譽院士、慕尼黑科學院名譽院士、莫斯科科學協會名譽會員，還得到了當時牛津大學授予科學家的最高榮譽 — 法學博士稱號。在榮譽面前，道爾頓開始還是冷靜的、謙虛的，但是後來榮譽越來越高，他逐漸改變了，變得驕傲、保守，最終走向了思想僵化、固步自封。
　　1808年，法國化學家呂薩克在原子論的影響下發現了氣體反應的體積定律，實際上這一定律也是對道爾頓的原子論的一次論證，後來也得到了其他科學家的證實並套用於測量氣體元素的原子量。但是呂薩克定律卻遭到了道爾頓本人的拒絕和反對，他不僅懷疑呂薩克的實驗基礎和理論分析，還對他進行了嚴厲的抨擊。1811年，義大利物理學家阿佛加德羅建立了分子論，使道爾頓的原子論與呂薩克定律在新的理論基礎上統一起來。他也遭到了道爾頓無情的反駁。1813年，瑞典化學家貝齊力烏斯創立了用字母表示元素的新方法，這種易寫易記的新方法被大多數科學家接受，而道爾頓一直到死都是新元素符號的反對派。除化學之外，他對生物學也作出了一些貢獻，他是第一個發現紅綠色盲的人，並對此作了一些研究。
　　雖然道爾頓的後半生科學貢獻不大、甚至阻撓別人的探索，人們還是給予了他深切的懷念。
單位：道爾頓
　　人們為了紀念道爾頓，以他的名字作為原子質量單位。
　　在生物化學、分子生物學和蛋白組學中經常用D或KD，定義為碳12原子質量的1/12，1D＝1/N g，N為阿伏加德羅常數。
　　對分子來說，一個分子的質量，用道爾頓單位表示時，其值相當於分子量。但分子量為該物質的一分子的質量與12C原子的質量的1／12之比，是無名數，所以如果說“蛋白質A的分子量為X道爾頓”，乃是不正確的表示方法，應該說“蛋白質A的質量為X道爾頓”。
道爾頓分壓定律
　　在任何容器內的氣體混合物中，如果各組分之間不發生化學反應，則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內，它所產生的壓強和它單獨占有整個容器時所產生的壓強相同。也就是說，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強僅與溫度有關。例如，零攝氏度時，1mol 氧氣在 22.4L 體積內的壓強是 101.3kPa 。如果向容器內加入 1mol 氮氣並保持容器體積不變，則氧氣的壓強還是 101.3kPa，但容器內的總壓強增大一倍。可見， 1mol 氮氣在這種狀態下產生的壓強也是 101.3kPa 。
　　道爾頓（Dalton）總結了這些實驗事實，得出下列結論：某一氣體在氣體混合物中產生的分壓等於在相同溫度下它單獨占有整個容器時所產生的壓力；而氣體混合物的總壓強等於其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律（law of partial pressure）。
　　英國科學家約翰·道爾頓在19世紀初把原子假說引入了科學主流。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。
　　確切地說，並不是道爾頓首先提出所有的物質都是由極其微小的、不可毀壞的粒子──人稱原子組成的。這個概念是由古希臘哲學家德漠克利特提出來的，甚至在他以前可能就有人提出過。另一位希臘哲學家伊壁鳩魯（公元前342—270年？）採用了這一假說。羅馬作家留克利希阿斯（公元前99？－55年）在他的著名詩歌《論事物的本質》中對這一假說做了生動形象的介紹。
　　德謨克利特的學說未被亞里士多德接受，在中世紀受到了忽視，對現代科學沒有什麼影響。但是17世紀有幾個包括艾薩克·牛頓在內的主要科學家支持過類似的學說。不過早期的原子學說都沒有定量表達，也沒有用於科學研究，最根本的是誰也沒有看到哲學的假想和化學的嚴酷事實之間存在的聯繫。
　　這就是道爾頓的貢獻所在。他提出了一個明了的定量學說，可以用來解釋化學實驗，並經受住了實驗室的精確檢驗。
　　雖然道爾頓的術語與我們現在使用的稍有不同，但是卻清楚地表述了原子、分子、元素等概念。他明確指出；雖然世界上原子的總數目相當之大，但是不同原子種類的數目卻是非常之小（他的原著中列出20種元素即20種原子，今天所知道的元素有一百多種）。
　　雖然不同種類的原子有不同的重量，但是道爾頓認為任何兩個同類原子的所有性質包括重量都相同。道爾頓在他的書中列出了一張各種不同類原子的相對重量表──有關這方面的第一張表，是定量原子學說的一個重要特徵。
　　道爾頓還明確地指出，任何相同化合物的兩個分子都是由相同原子組成的（例如，每個氧化亞氮都是由兩個氮原子和一個氧原子組成的）。由此可推出一種已知的化合物──不管是由什麼方法配製或在哪裡發現的──總含有相同的元素，而且這些元素之間的重量比完全一樣。這就是約瑟夫·路易斯·普勞特幾年前在實驗中發現的“定比定律”。
　　道爾頓的學說非常具有說服力，不到二十年的時間就為大多數科學家所採納。而且化學家按照書中所提出的方案行事：準確地確定出相對原子重量和每種分子的原子數；定量分析化合物。當然這個方案已取得徹底的成功。
　　原子假說的重要性是不易被誇大的。它是我們認識化學的主要學說，而且在很大程度上是現代物理學的一個不可缺少的序幕。只是因為在道爾頓以前就有人經常討論原子論，所以他在此冊中的名次並不很高。
　　道爾頓於1766年出生在英格蘭北方鷹田莊。他只是在11歲以前受過正規教育，幾乎完全是靠自學掌握了科學知識。他才智早熟，12歲就當上了教師。15歲遷往肯德爾城，26歲又遷到曼徹斯特，在那兒一直居住到1844年去世。他終生未娶。
　　道爾頓在1787年26歲時對氣象學發生了興趣，六年後發表了一本有關氣象學的書。對空氣和大氣的研究又使他對一般氣體的特徵發生了興趣。通過一系列的實驗，他發現了有關氣體特性的兩個重要定律。第一個定律是道爾頓在1801年提出來的，該定律認為一種氣體所占的體積與其溫度成正比（一般稱為查爾斯定律，是根據法國科學家查爾斯的名字命名的。他比道爾頓早幾年發現了這個定律，但未能把其成果發表出來）。第二個定律是1801年提出來的，叫做道爾頓氣體分壓定律。
　　1804年道爾頓就已系統地提出了他的原子學說，並且編制了一張原子量表。但是他的主要著作《化學哲學的新體系》直到1808年才問世，那是他的成功之作。他在晚年獲得了許多榮譽。
　　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。