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标  题: 元素·周期表·原子论
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日12:48:38 星期六), 站内信件



　　　　　　         原子论

          
　　
　　

　　19世纪初，人们提出一套考察元素的全新方法，此法可说是
源于古希腊人的某些方法，古希腊人毕竟提出了已被证实在了解
物质方面是最为重要的独特观点。

　　希腊人曾展开过关于物质是连续或是不连续的辩论：物质可
以分割并无止境地分成愈来愈细的微粒，还是最后发现它是由不
可再分的质点组成的？大约公元前450年，留基伯和他的学生德
谟克利物二人坚持物质是不可分的。事实上，德谟克利特还把这
些质点叫做原子（意为“不可分割”）。他甚至认为，不同物质
是由不同的原子或不同的原子组合所组成的，并且认为，原子重
新排列可以使一种物质转变成另一种物质。考虑到这一切只是聪
明的猜测，人们不免会对他的正确判断力感到震惊。虽然在今天
这种观念是很明显的，但是在当时这些观点是非常模糊的，析拉
图和亚里士多德断然拒绝接受这些观点。

　　然而，上述观点在伊壁鸠鲁的讲义（写于公元前300年）及
其学派（伊壁鸠鲁学派）之中存留了下来。罗马的哲学家卢克莱
修是伊壁鸠鲁学说的重要信奉者，大约于公元前60年，他在自己
的一首长诗《物性论》中具体地把原子观念写了出来。卢克莱修
的诗的一个旧版本经过中世纪保存了下来，这首长诗是印刷术问
世后就印出来的最早著作之一。

　　原子的概念从来没有完全被西方学者遗忘过，在现代科学诞
生初期的原子论中，最著名的是意大利的哲学家布鲁诺和法国哲
学家伽桑狄。布鲁诺有许多非正统的科学观点，例如，他认为在
浩瀚无边的宇宙里有无数颗恒星（即遥远的太阳），而行星却围
绕着各自的恒星运转。他大胆地表示了自己的观点，结果在公元
1600年，以异端的罪名而被烧死。他是科学革命中的杰出殉难者。
俄罗斯人为了纪念他，还以他的名字来命名月球背面的环形山。

　　伽桑狄的气体可以压缩和膨胀的实验，显示出气体必定是由
分布很广的质点所组成。这个观点影响了波义耳，并使波义耳和
牛顿成为17世纪公认的原子论者。

　　1799年，法国化学家普鲁斯特证明，无论怎样制备碳酸铜，
其所含铜、碳和氧的重量比例都是一定的，而且该比例是很小的
整数比，为5：4：1。对于其他一些化合物，他也继续证明出有
相似的情况。

　　假定化合物是由各元素能结合的完整物体小数目结合形成的，
可以恰当地解释这种情况。英国化学家道尔顿在1803年指出了这
种情况，并且在1808年出版了一本书，该书的新化学资料都是过
去100年来所收集的，如果假设所有的物体都是由不可分割的原
子所组成，那么有一半的资料都可证实其意义（道尔顿保留了古
希腊字“原子”以表示对古代思想家的赞赏之意）。原子论提出
不久，大部分的化学家都接受了这项理论。

　　根据道尔顿的学主，每个元素都拥有一种特别的原子，不论
该元素的量有多少，都是由这种相同的原子所构成的。而且一种
元素之所以不同于另外一种元素，是由于它们的原子性质不同，
这样，硫原子比氧原子重，而氧原子比氮原子重；依次氮原子又
比碳原子重；碳原子双比氢原子重。

　　意大利化学家阿伏伽德罗曾将原子论应用在气体上，以证明
等体积的气体（不论它的性质是什么）是由等数目的质点所组成，
这就是阿伏伽德罗假说。最初认为这些质点是原子，但是最后弄
清，在大部分情况下是由称为分子的小原子团所构成的。若一个
分子含有不同种类的原子（像水分子，它含有1个氧原子和2个氢
原子），它就是一种化合物的分子。

　　自然，测量不同原子的相对重量——也就是找出各元素的原子
重量就变得很重要了。靠19世纪以前的称重技术要想称得微小原
子的重量是不可能的，但是先称量从化合物中分离出来的每个元
素的重量，再根据各种元素的化学性质来推测，就可能得到原子
的相对重量。第一位系统地进行这项工作的就是瑞典的化学家贝
采利乌斯。1828年，他根据两种标准发表了一个原子量的表，这
两个标准是先任意地亿定氧的原子量为100和氢的原子量为1。

　　贝采利乌斯的系统在当时并没有立即引起人们的注意；但是
到了1860年，在德国卡尔斯鲁厄召开的第一次国际化学会议上，
意大利的化学家坎尼札罗提出确定原子量的新方法，应用了到那
时为止一直遭到忽视的阿伏伽德罗假说。坎尼札罗在会议上激动
地描述了他的观点，当时曾使整个化学界都为之折服。

　　在那个时候，被采用作为重量标准的是氧而不是氢，因为氧
较易与其它不同的元素结合（在确定原子量的方法中，与其他元
素结合可算是一个关键的步骤）。1850年，比利时化学家史塔斯
把氧的原子量定为16，以使已知的最轻元素-氢的原子量大约为1，
精确地说是1.0080。

　　自坎尼札罗以来，化学家们努力寻找更准确的原子量。就纯
化学的方法来说，美国化学家理查兹在这方面的研究达到了顶点。
1904年及以后，他以从未达到过的精确度测定了原子量，因而得
到了1914年的诺贝尔化学奖。基于稍后关于原子的物理结构的发
现，理查兹的数值被修正得更精确。在整个19世纪，虽然大部分
的工作都集中在原子和分子方面，而且科学家们都相信其真实性，
但是却没有直接的证据可以证明它们是确实存在的而不是抽象的
东西。一些著名的科学家，像德国化学家奥斯特瓦尔德，就拒绝
接爱它们是实在之物，他认为它们有用却不是“真实的”。

　　后来的布朗运动则澄清了分子的真实性。这是1827年首先由
苏格兰植物学家布朗发现的。他注意到悬浮在水面上的花粉粹会
不规则地轻轻移动，以为这是由于藏在花粉粒中的小生合的缘故，
但是大小完全相同的染料质点也显示同样的运动。

　　1863年，他首先指出移动是由于周围水分子以不同的力撞击
质点。对于大的物体，从右边和左边撞击物体的水分子数目虽然
有些不同，但对于物体本身却没有影响。而对于微小的物体，也
许每秒只受到几百个水分子的撞击，某一边的分子稍微多几个——
这边或那边——就可导致令人感觉得到的轻微移动。小质点的杂乱
运动几乎成了水和一般物质的颗粒性的可见证据。

　　爱因斯坦对布朗运动作了理论分析，并且指出如何根据染料
颗粒轻微移动的程度来计算分子的大小。1908年，法国物理学家
皮兰研究了质点在重力的影响下，下沉时通过水面的行为，结果
发现其下沉运动会被来自底下的分子碰撞所抵消，所以布朗运动
可说是地心引力的方向相反。皮兰利用这项发现，并且根据爱因
斯坦所导出的议程式，算出了分子的大小，这连奥斯瓦尔德也不
得不接受这一观点。皮兰就因为这项研究获得1926年的诺贝尔物
理学奖。

　　这样原子就从半神秘的抽象转变成为几乎实体的东西。的确，
今天我们已可以说“看到”原子了。这是借助于宾夕法尼亚州立
大学的E.W.米勒在1955年发明的场离子显微镜实现的，这种仪器
可以从极细的针尖打出带正电荷的离子并把它们身到荧光屏上，
让它们产生500万倍的针尖放大影像。这个影像可以使构成针尖
的个别原子成为明亮的小点，后来又经过改进可得到每个单一原
子的影像。美国的物理学家克鲁在1970年报导，已借助扫描电子
显微镜观察到铀和钍的单个原子。



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