道爾頓與近代原子論

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上道爾頓與近代科學原子論摘要 通過對近代科學原子論產生的考察，分析了道爾頓原子學說與以往哲學原子論的重大區(qū)別，探討了道爾頓創(chuàng)立原子學說的思想和研究方法，闡明了科學的認識論和方法論對科學研究的重要指導作關鍵詞 道爾頓 近代科學原子論 區(qū)別 科學思想 研究方法正文原子是化學科學中最基本的概念，原子學說則是建構整個化學大廈的理論基石?，F(xiàn)代著名化學家鮑林說過t 在所有化學理論中，最為主要的就是原子學說,恩格斯也對近代科學原子論的創(chuàng)立給以高度評價，認為原子論是能給整個科學創(chuàng)造一個中心并給研究工作打下牢固基礎的發(fā)現(xiàn)。因此可以說，原子論在人類探索自然界奧秘的歷史長河中構成了化學發(fā)展的

2、主旋律，規(guī)定和指導著化學理論的基本走向和發(fā)展。本文試圖通過對近代原子學說創(chuàng)立過程的歷史考察，闡明近代科學原子論產生的歷史條件，探討它與以往原子學說的本質區(qū)別，分析道爾頓的科學思想和研究方法上的特點，展示人類自然觀和思維方式的變革，探討科學認識發(fā)生和發(fā)展的基本規(guī)律，以期從中得到某些啟示和教益。1 近代科學原子論創(chuàng)立的歷史背景任何科學理論的產生都不是偶然的，總有一定的時代背景和認識論的根源，是人類科學認識發(fā)展到一定階段的必然產物。追溯化學發(fā)展的歷史，近代科學原子論的創(chuàng)立有以下幾個方面為它作鋪墊。11 定量分析方法的廣泛采用和一些化學經驗定律的建立l8世紀末至l9世紀初，化學開始由以搜集材料為特征的

3、經驗描述階段，逐步過渡到以整理材料、尋找事物的內在聯(lián)系為特征的理論概括階段。由拉瓦錫掀起的化學革命不僅建立了化學理論的新秩序，而且在研究方法上給化學的發(fā)展注入了新的活力。特別是定量方法的廣臣采用，使化學家們搞清了許多物質的組成及化學變化中各物質量的關系1789年，拉瓦錫首先用精確定量的實驗證明了質量守恒定律，它作為自然界的一條最基本的規(guī)律，成為人們從事化學研究的基本依據(jù)；1791年，里希特根據(jù)大量定量實驗發(fā)現(xiàn)了酸堿反應的當量關系；1802年，費歇爾在里希特工作的基礎上進一步明確闡述了當量定律；1799年，昔羅斯特根據(jù)一系列化學定量分析提出了定量組成定律，大大促進了人們對物質組成的認識；1803

4、年，道爾道在思考原子學說的過程中，根據(jù)自己的實驗歸納，推導出了倍比定律這些化學基本定律都是從實驗中歸納總結出來的經驗規(guī)律，它促使化學家進一步思考；為什么化合物在生成時，各物質之間存在著如此嚴格的定量關系？為什么反應前后的質量總是保持不變呢?為什么同種化合物的組成總是固定不變?是否有一些不變的看不見的質點在化學反應中操縱著這些規(guī)律?由實驗中提出的一系列的問題要求化學家給予理論上的解釋，正是這些化學經驗定律的建立，成為化學理論產生和發(fā)展的必要前提，為科學原子論的產生奠定了牢固的實驗基礎12 古代原子論的廣泛傳播關于物質的組成和結構問題是一個古老的話題很早就引起了哲學家們的廣泛關注。古希臘的留基伯和

5、德謨克利特最早提出了原子學說，認為世界萬物都是由微小的不可分割的原子組成的；原子永恒存在永不毀滅·宇宙中真實存在的只有原子和虛空。德謨克利特還試圖用自己的原子學說來解釋宇宙萬物的形成和自然界發(fā)生的各種變化。古希臘的原子論開辟了人類解釋自然界發(fā)展變化的可能性，充分體現(xiàn)了古人探索客觀世界奧秘的唯物主義勇氣和從理性的角度認識自然的能力。但這種樸素的原子論只是一種籠統(tǒng)模糊的哲學思辨，缺乏實驗依據(jù)，經不起科學的推敲。以后雖然經過古希臘后期的伊壁鳩魯和古羅馬的盧克萊修的補充和發(fā)展，但直到歐洲文藝復前的1000多年問，原子學說無論是在哲學上還是在科學上都不占主導地位，而且長期遭受宗教神學說及其他學

6、說的迫害和排斥。但古代原子論的唯物主義性和真理性賦予了它頑強的生命力，雖長期處于逆境中，卻始終未泯滅。原子學說本身既是一個哲學問題又是實證科學的核心問題科學要發(fā)展，物質的組成和結構問題就不可回避。所以17世紀以來隨著科學的進步，更多的科學家成了原子論的信徒。例如，伽利略、達芬奇、伽桑遺、笛卡兒、波義耳、牛頓等，特別是波義耳不滿足僅僅關于原子的一般認識，力圖用微粒哲學開辟化學發(fā)展的新局面。這種機械原子論繼承和發(fā)展了古代原子學說的光輝思想，不僅起到承上啟下的橋梁作用，而且開始把哲學思考讓位于科學的思考?？茖W家根據(jù)當時物理學的成就，探討原子的存在和相互作用，用純機械論的觀點來解釋物質的組成和性質。但

7、直到18世紀末，人們仍然難以具體應用原子論解釋化學反應，科學家亦然憑著各自的猜想，對原子的描述眾說紛紜，未有形成統(tǒng)一嚴謹?shù)睦碚擉w系，但在這一歷史時期原子論在科學界幾乎家喻戶曉，物質是由原子組成的思想已經深入人心。道爾頓正是在牛頓的機械論微粒哲學啟發(fā)下通過對氣體物理性質的詳細研究，才創(chuàng)立了近代科學原子論。13 科學元素學說的建立元素說和原子說酷似一對孿生姐妹，有著極為密切的親緣關系 可毫不夸張地說沒有科學的元素說，就不可能有科學的原子論的建立，元素就不可能找到自己真正要描述的對象，近代化學的理論體系也就不可能形成。二者幾乎同時產生，但長期以來卻一直互相排斥，不相為謀。元素和原子的矛盾困擾了人們2

8、000多年，最后才由法國天才的化學家拉瓦錫首先找到了解決這一難題的突破口。近代科學元素學說的建立，對道爾頓創(chuàng)立近代科學原子論具有十分重要的意義。拉瓦錫并不贊成原子學說在他的科學研究中一般不涉及原子的問題。1789年，他在化學綱要一書中寫道： 如果用元素名稱來表示構成物體的簡單的、不可分割的分子(實際指原子)，那么我們也許會不認識它們。相反地如果我們把分析所能達到的極限觀念與元素的名稱聯(lián)系起來，那么對我們來說，所有還不能用任何方法分解的物質都是元素。這也許正是拉瓦錫的高明之處，他認為把原子作為分析的授限，在當時是無法通過實驗證明的。他巧妙地回避了原子的概念，首先把宏觀具體的、可用實驗直接感知的單

9、質作為分析的起點，即首先定義元素?，F(xiàn)在看來，拉瓦錫的思想路線是正確的，因為當時他還不能認清元素和原子的關系。加上那時化學的一些經驗定律還沒有揭示出來，如果把元素和原子一起加以研究，只能使同題復雜化，甚至會誤人歧途。拉瓦錫的目的就是要首先搞清元素的內涵和外延，按照化學本身的邏輯順序和人類的思維規(guī)律來研究化學。道爾頓則完全接受了拉瓦錫的元素學說，并在此基礎上提出了一種元素一類原子的觀點，才使道爾頓的原子論具有了前所未有的明確性、系統(tǒng)性和科學性。實際上，近代元素定義在整個19世紀一直保持成立，新元素的發(fā)現(xiàn)和鑒別仍然離不開經驗分析的方法。隨著元素發(fā)現(xiàn)數(shù)目的增多，原子的種類也相應增加，兩者之間呈現(xiàn)一一對

10、應的關系。如果沒有拉瓦錫的元素概念，人們就無法搞清物質的組成，道爾頓就無法對原子進行準確地分類和判別，原子相對質量也無法求算，原子學說也就不可能剝去哲學的外表，當然也就無法在化學中加以具體應用。因此可以說，道爾頓的原子論是近代機械原子論與拉瓦鍋的元素學說相結合的產物。2 道爾頓的原子論何以稱為科學的原子論近代科學原子論的創(chuàng)立完成了化學理論上第一次偉大的辯證綜合，是繼拉瓦錫化學革命之后，化學發(fā)展史上又一個光輝燦爛的里程碑。為什么道爾頓的原子論被稱為科學的原子論?或者說它與以往的原子論有什么本質的區(qū)別呢?第一，道爾頓的原子論徹底剝去了長期披在它身上的哲學外衣，把模糊的猜測變成了明確的、經得起科學實

11、驗檢驗的科學理論。它圓滿解釋了各種化學實驗事實，揭示了質量守恒定律、當量定律、定比組成定律和倍比定律的本質與內在聯(lián)系，有著廣泛的實驗基礎，并對以后整個實驗科學的發(fā)展起著重大的指導作用。因此它是立足于物理和化學實驗之上的運用科學的推理和嚴謹?shù)恼撟C方法，完全合乎科學理論建立的邏輯程序。第二，道爾頓的原子論不僅明確指出了原子具有重量的特征，而且進一步提出了測定原子量的歷史任務，并第一次用化學的方法測定了多種元素的原子量。從此，原子不再是一十抽象模糊的概念，具有了可以用實驗直接測量的數(shù)量特征，原子量成為區(qū)別原子種類的基本標志，使化學研究走向精確化、定量化和系統(tǒng)化 這是道爾頓原子論與以往各種原子學說的根

12、據(jù)區(qū)別，也是道爾頓首創(chuàng)精神的具體表現(xiàn)。第三，由于以往的原子論具有濃厚的思辨性質，因此它只能對物質的各種變化給子籠統(tǒng)解釋和說明，但卻無法在化學反應中加以具體操作。既不能確定物質的組成t也不能準確地說明各種化學變化。而道爾頓的原子論第一次明確地闡明了化學反應的實質，就是原子重新組合的過程。而且通過原子量的求算可以準確測定物質的組成和反應中各物質量的關系使原子學說真正具有了可操作性，成為化學定量化的理論基礎 第四，道爾頓在接受拉瓦錫元素概念的基礎上第一次把元素和原子聯(lián)系起來，統(tǒng)一在一個嚴謹?shù)睦碚擉w系之中。元素是同一類原子的總稱，有多少種元素，就有多少種原子。元素是對原子的抽象和概括，原子則是元素的具

13、體存在形式，元素第一次真正找到了自己描述的對象。不僅使人們對元素的認識提高到一個嶄新的高度，而且使道爾頓的原子概念更加明確和具體，從而奠定了整個化學發(fā)展的理論基礎。19世紀后半葉以來，分子學說、化學鍵理論、化學結構理論、元素周期律等學說的形成和發(fā)展，以及2O世紀以來化學理論上所取得的許多重大突破，幾乎都是建立在道爾頓原子論的基礎之上這不僅大大豐富了近代科學原子論的內涵，而且進一步在更高的層次上確立了它的中心地位，毋庸置疑地證明了原子學說的科學真理性。3 道爾頓的科學思想和研究方法道爾頓(17661844)出身貧苦，只受過不完全的初等教育，但他以頑強不息的奮斗精神，通過艱苦自學，終于成為一位知識

14、淵博的學者，在自然科學研究中建立了不朽的功勛。他在晚年總結自己的成功的經驗時曾說：“如果我比其他人獲得了較大成功的話，那主要是 不!完全是靠不斷勤奮地學習鉆研而來。有的人能夠遠遠地超越其他人，與其說他是天才，不如說是由于他專心致志地堅持學習，不達目的誓不罷休的那種不屈不撓的精神所致。這是道爾頓不信東風喚不回的堅強毅力和追求真理的崇高精神的真實寫照。但只有刻苦努力是不夠的，勤奮是獲得成功的必要條件，但并不是與獲得的成就成正比，還必須掌握科學的研究方法。1 9世紀初，科學原子論產生歷史條件已經接近成熟，不少科學家處于這一前沿領域的探索之中，但并非人人都能發(fā)現(xiàn)阿拉丁寶窟。不同的性格修養(yǎng)、知識結構、成

15、長過程和研究方法形成了科學家不同的研究風格。就實驗技術甚至化學知識而論，道爾頓并不比蓋呂薩克以及當時一些計量化學家高明，而唯獨他能夠首先廓清千年迷霧，克服各種邏輯上和方法上的困難，首創(chuàng)科學原子論，完成了科學史上一項偉太的勛業(yè)，其重要原因在于道爾頓掌握了科學的思想方法和研究方法。31 較高的哲學素養(yǎng)原子論本身既是一個科學問題，叉是一個哲學問題。道爾頓洞察了以往原子學說的根本缺點，抓住了原子具有重量的基本特征，善于通過哲學的思考，不自覺地運用了量轉化為質的規(guī)律，把原于量作為判別元素的標準。正是原子量的不同造成了元素質的差別。他認為：“具有重量的各種物體中昔遍具有這種或那種吸引力外，在我們認識的各種

16、物質中還有一種力作用著，這種力也是同樣普遍的，這是一種排斥力。正是這兩種巨大的相互對立的吸引和排斥的力量通過相互制約、相互調節(jié)使得三種不同的狀態(tài) 彈性流體、液體和固體能夠出現(xiàn)。 顯然，道爾頓把吸引與排斥的對立統(tǒng)一作為自然界的一種普遍矛盾來看待，并結合原子論闡明物質三態(tài)轉化和氣體的性質。他以哲學家的頭腦，力圖賦予古代原子論以嶄新的內容，用來解釋物質的化學運動。在構思新的原子論的過程中，道爾頓經常借助于哲學思維。他說：“化學分解和化學結合只不過是把這些終極質點或原子彼此分開，叉把他們聯(lián)合起來而已。在化學作用范圍內，物質既不能創(chuàng)造也不能消滅。要創(chuàng)造一個氫原子，猶如向太陽系引進一顆新的或消滅一顆原有的

17、行星一樣的不可能。我們所能進行的一切變化無非是把處于化合狀態(tài)的原子分開和把分離的原子聯(lián)合起來。 道爾頓善于把物質化學運動的內在矛盾提高到哲學的高度來認識，使他的科學認識論具有深刻的哲理性。在當時的自然科學領域中，一方面盛行的蔑視理論思維的狹隘經驗論的思潮，另一方面化學家又受到機械論形而上學自然觀的束縛，把各種現(xiàn)象和規(guī)律看成是一些彼此毫不相干的孤立的東西，妨礙了人們對事物內部規(guī)律及其相互聯(lián)系的認識。道爾頓敢于沖破傳統(tǒng)哲學思想的羈絆，把正確的哲學思考與觀測事實巧妙地結合起來終于使思辨的猜想I變成了科學的理論。一些在化學計量學研究中造詣頗深的化學家，由于只滿足于實驗研究的具體結果，·缺乏科

18、學方法論的指導，雖然做出了不少實驗發(fā)現(xiàn)，但并不能使之上升為理論 戴維曾測定了氮的三種氧化物(N O、NO、NO )的組成離倍比定律只一步之遙，但卻被擋在倍比定律的門外，因為根據(jù)這些實驗結果仍不能直接化物(CO和CO )以及甲烷和乙烯歸納出倍比定律。而道爾頓在原子論正確哲學思想的指導下，分析了碳的兩種氧的組成，意識到與相同質量的某元素相化合的另一種元素的質量比應等于它們原子個數(shù)比，從而演繹出倍比定律，這個歷史事實充分說明了樹立科學的自然觀和正確方法論對科學研究的重大作用。32 善于繼承和勇于批判創(chuàng)新道爾頓在科學研究中善于繼承前人的科學思想和研究成果并能用批判的眼光加以嚴格地審查t吸收其合理的思想

19、，來建立自己的假說。他十分熟悉自古以來各派的原子學說，特別是牛頓物理原子論的觀點t在道爾頓構思科學原子論的過程中起了十分重要的作用。他接受了牛頓的原子概念和物理學的思想，但并不是簡單機械地重復·而是加以批判地繼承把原子量作為自己原子論的核心并進一步提出了通過化學分析求算原子量的方法。拉瓦錫雖然提出了近代科學的元素概念，但當時對哪些物質是真正的元素，哪些物質屬于尚未分解的化合物，化學家們依然沒有把握。道爾頓開始雖然處于化學發(fā)展的主流之外，卻大膽地接受了拉瓦鋸的元素說和元素表，并把元素作為劃分原子種類的依據(jù)，賦予了元素新的含義 他把其他化學家發(fā)現(xiàn)的化學基本定律加以驗證，作為論證自己原子學

20、說的實驗根據(jù)。借鑒而不盲從是道爾頓科學研究的一個顯著特點。他說： 由于在我前進過程中常因相信別人的結果而被引入歧途，我決心盡量少寫一些除非我能夠用自己的實驗加以證實。對于別人的設想和推論，我則在自己的經驗使我確信之前，保留著某種懷疑。 繼承是科學得以延續(xù)的必要條件，而批判和創(chuàng)新則是科學不斷向前發(fā)展的靈魂，因此也是一位科學家必須具備的基本素質 道爾頓正確對待繼承與創(chuàng)新的辯證關系是他能夠做出重大發(fā)現(xiàn)的重要原因。33 善于把觀察和思考、科學實驗與豐富的想象力相結音科學實驗與理論思維的巧妙結合，并利用合乎邏輯的分析、歸納和演繹形成假說進而再通過實驗驗證假說·這是道爾頓研究方法中的顯著特點。道

21、爾頓的原子論首先產生于對大氣物理現(xiàn)象的觀察和研究。正如1810年道爾頓在皇家研究院講學時所說： 起初對于物理上的考慮，把我引導到化學原子論。 氣象學的研究引導他進一步考察了大氣的性質：。由于長期傲氣象記錄，思考大氣組分的性質我常常感到奇怪，為什么復合的大氣t兩種或更多種彈性流體的混合物競能在外觀上構成一種均勻體，在所有的力學關系上都同簡單大氣一樣? 正是在長期堅持不懈地從事氣象觀測的過程中，他逐漸領悟到原子的客觀存在。對于復合大氣的均勻性和氣體擴散現(xiàn)象進行了多方面的理論思考以后，經過一番縝密地演繹推理，指出了牛頓原子論中原子相互排斥觀點的局限性，以及貝托雷用化學親合力來解釋大氣均勻性的不合理性

22、，提出了同種原子相互排斥和不同原子不排斥的假說，并結合不同物質的原子大小和重量都不相同，因此相互接觸時形成不平衡作用力的思想，比較滿意地解釋了氣體分壓定律和擴散現(xiàn)象。他還通過溶解度大小與氣體比重的關系，清晰地勾畫出原子的具體圖象認識到各種原子不僅大小不同，而且具有不同的相對質量，進而提出了測定原子量的問題。道爾頓1803年10月寫的論水和其他液體對氣體的吸收的手稿中明確寫道： 為什么水不允許各種氣體溶解的體積相似?我?guī)缀跸嘈胚@種情況決定于幾種氣體的終極粒子的重量和數(shù)，探索各種物體終極粒子的相對重量是一十完全新的課題，近來我明顯成功地徹底研究了這個問題?！边@說明在那時道爾頓已經清醒地認識到測定原

23、子量對原子論的重要意義，并意識到自己正涉獵于前人從未曾涉及的新領域。要求計算原子量必須要借助化學分析，于是道爾頓把物理原子論的思想引進化學。盡管許多化學家已對多種氣體化合物的組成進行了定量分析，但利用這些數(shù)據(jù)仍不足以計算元素原子的相對質量。為此，道爾頓根據(jù)氣體物理學的原理大膽地進行建設性的想象，從而提出了測定原子量的化學方法，建立了化學原子論。盡管他求算原子量的假設過于主觀武斷，缺乏事實根據(jù)，但畢竟是向化學家們提出了測定原子量的歷史任務?？傊?，道爾頓在剖立原子學說的過程中，總是首先根據(jù)大量的觀察和實驗事實，然后進行歸納和概括，用合乎邏輯的嚴格推理，來建立自己的理論體系充分體現(xiàn)了他豐富的想象力和

24、創(chuàng)造精神 英國科學家丁鐸爾(JTyndal118201893)說：有了準確的實驗與觀察作為依據(jù)，想象就成為自然科學理論的締造者。從化學的事實出發(fā)，道爾頓建設性的想象形成了原子學說 。盡管道爾頓的實驗技術并不高明，所得的實驗數(shù)據(jù)也不狠精確，加上色盲生理缺陷，但他卻能以非凡的科學洞察力，運用卓越的理論思維，善于根據(jù)有限的甚至是有缺陷的實驗事實得出正確的結論，提出科學的假說。英國研究道爾頓的著名學者羅斯科(H ERoscoe，18331915)對道爾頓這種科學方法就十分贊賞，評價道爾頓“似乎是用他的手開始做實驗，然而卻是用他的頭騎來結束這些實驗的 "。道爾頓的思想方法和研究方法與當時堅持狹

25、隘經驗論的化學家形成了鮮明的對照，他們只擅長于實驗研究，忽視理論思維，缺乏根據(jù)實驗現(xiàn)象概括出科學理論的能力。而道爾頓既有注重實驗研究又重視理論思維的可貴素質，善于把觀察與思考、實踐與理論進行巧妙地結合 這也是他能夠克服重重困難，完成化學上一項劃時代創(chuàng)舉的重要原因。近代科學原子論并非是完美無缺的理論，從哲學角度來講，它仍然屬于機械論的范疇，沒有說明原子間結合力的本質道爾頓仍把原子看成是絕對不可再分、沒有內部結構的終極質點也是不符合事實的 如果我們承認科學的實驗性那幺很顯然，不變的原子就無法用實驗的方法加以研究，理論也就不能對實驗做出相應的回答。這種用靜態(tài)的理論模型來解釋物質的變化是不符舍事物辯證

26、發(fā)展規(guī)律的；道爾頓對復雜原子組成的假設主觀武斷，致使原子量的測定工作走了幾十年的彎路現(xiàn)代科學原子論以近代科學原子論的發(fā)展為前提，基本上克服了近代原子論的缺點，不僅證明了原子的可分性和原子結構的復雜性，而且對微觀粒子的運動提出了動態(tài)的模型?；瘜W家利用量子力學原理，揭示了分子中原子間結合力的本質?；瘜W鍵理論的發(fā)展使人們的認識愈來愈逼近分子和原子中質點的動態(tài)圖象?，F(xiàn)代原子學說比近代科學原子論更具有辯證色彩t更少機械性。人們依靠先進的科學技術手段，不僅證明了原子的可分性和可轉化性，而且日益傾向于物質結構具有無限層次的關節(jié)點的思想，分子、原子及各種基本粒子只不過是物質在無限分割過程中的不同階梯。追溯原子學說發(fā)生和發(fā)展的歷史，我們可以清楚地看出，它在哲學上經歷