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第89章 原子学说的起源

第八章第十三节原子学说的起源

中国古代学者的观点

我们生活的这个世界是由各种各样的物质组成的。人们自然会问,物质是由什么构成的

呢?

公元前5世纪,我国墨翟曾提出过物质微粒说,他称物质的微粒为“端”,意思是不能再被

分割的质点。

但在战国时代,有一本著作《庄子》却提到了物质无限可分的思想:“一尺

之槌,日取其半,万世不竭”。意思是说,一个短棍今天是一尺,明天取一半,余二分之一

尺,后天取一半,余四分之一尺,依此类推,永远没有尽头。当然,这里并没有提出,也不

可能提出用什么方法分割的问题。但在那个时代,我国古代学者就能用思辨的方法来这样提

出问题,是难能可贵的。

古希腊哲人的原子观

公元前4世纪,希腊人德谟克利特提出了“原子”的概念,也认为这是一种不能再被分

割的质点。后来伊壁鸠鲁又把这一概念大大地推进了一步。

罗马人卢克莱修(约公元前99~前55年)曾用诗句阐明德谟克利特和伊壁鸠鲁的原子观点:

物体或者说物质要素,

都是由原始粒子集合而成;

虽有雷霆万钧之力,

要破坏物质要素也不可能。

……

原始物质,由此可见,是既结实又单纯,

由极小粒子之力牢固抱紧,

但又不是粒子的堆集,

其特征在任何情况下是无穷地单纯。

不能从它夺取什么,

也不许缩小其本性,

原始物质,世世代代,永远长存。

……

原始物质,

在无边无际的真空,

当然不会静止,

反而被迫不断地作各种各样的运动。

……

从这里可以看出,古代的原子论者认为:一切物质都由最小粒子的原子组成,原子是不

可分割的;原子是客观的、物质性的存在,它是在永恒地运动着的。

德谟克利特和他的老师留基伯共同创立了古希腊的原子论,认为一切事物的本原,是原

子和虚无的空间。按照这种想法,人的感觉器官所感觉到的自然界物质的多样性,都是由原

子的多种排列和各种不同的结合方式产生的。德谟克利特说:“根据现实的感觉,有甜与苦

、热与冷、芳香和色彩的存在。但在本质上,仅有原子与空间的存在。我们认为似乎是本体

的每一样物体,仅仅只有原子与空间才是真正的实质。”德谟克利特用原子论观点分析了一

系列物理现象。他认为,无论是物体从一种状态过渡到另一种状态,从固体过渡到液体或气

体以及相反的变化,还是物体的味道、颜色等,并不是由于物体内部成分的改变,而是取

决于原子的形状、大小、排列的变化和结合方式。

原子观点复活

原子是不是真的存在呢?原子是不是构成物质大厦的“基本砖石”呢?一种原子是否能转变

成另一种原子呢?人类为探索这些问题,走过了极其漫长的道路。

一直到18世纪中叶,俄国人罗蒙诺索夫(1711~1765)才把原子观点复活起来。1808年,英国

人道尔顿又加以进一步的总结。这样就结束了化学史上的愚昧的炼金时代,保证了化学向前

健康地迅速发展。因此,化学中的新时代应该说是从原子论开始的。

这个时代的原子论的基本内容有如下几点:

(1)物质是由最小的微粒——原子组成的。原子就是不能再分的最小微粒。

(2)同种的原子在重量、大小和其他性质上相同。

(3)一切原子都处在不停地运动的状态。

原子可分

18~19世纪,原子学说处在创立和发展的阶段,它解释了不少物理、化学现象。但是到了19

世纪后期,由于科学的进一步发展,发现了许多新的现象,旧的原子学说对之无法解释,因

而暴露出严重的缺陷。

当人们着手研究元素以及由它所形成的单质和化合物的性质,为什么会随着元素原子量的递

变而有周期性的变化,以及同族元素性质为什么相似的原因时,对“原子不可分割”论产生

种种疑点:

元素和元素间为什么有这样紧密的联系呢?如果每个原子都是光秃秃的一颗不可分割的最小

微粒,各自独立,互不相关,那么元素间还有什么联系?

元素周期律开始动摇了原子是“不可分割的”这种根深蒂固的信念,而使这种信念受到摧毁

性打击的则是放射性现象的发现。

道尔顿的原子论

把原子学说第一次从推测转变为科学概念的,是英国一个教会学校的化学教员道尔顿(1766

~1844)。

道尔顿首先研究了法国化学家普鲁斯特,于1806年发现的有趣结论:参与化学反应的物质质

量都成一定的整数比(定比定律),例如,1克氢和8克氧化合成9克水,假如不按这个一定的

比例,多余的就要剩下而不参加化合。道尔顿自己又发现:当两种元素所组成的化合物有两

种以上时,在这些化合物中,如果一种元素的量是一定的,那么与它化合的另一种元素的量

总是成倍数地变化的(倍比定律)。

为什么元素间的化合总是成整数和倍数的关系呢?道尔顿丰富的想像力,给他以激励。他感

到,这一事实暗示物质是由某种可数的最小单位构成的。于是,道尔顿把这些事实总结概括

,加以分析,提出了关于原子的著名论断:物质是由具有一定质量的原子构成的;元素是

由同一种类的原子构成的;化合物是由构成该化合物成分的元素的原子结合而成的;原子是

化学作用的最小单位,它在化学变化中不会改变。

原子分子学说

1811年,意大利科学家阿伏加德罗在原子论中引进了“分子”的概念。他认为,构成任何气

体的粒子不是原子,而是分子。单质的分子是由同种原子构成的,化合物的分子是由几种不

同的原子构成的。

这样,经过不同国家的许多人的努力,才逐步地建立了原子分子学说。

这个学说认为:

(1)物质是由分子组成的,分子是保留原物质性质的微粒。例如,糖溶解在一杯水里,糖分

子遍及全杯水,水就有了甜味。

(2)分子是由原子组成,原子则是用化学方法不能再分割的最小粒子,它已失去了原物质的

性质。例如,我们平时食用的食盐(氯化钠)的分子是由钠原子和氯原子组成的,氯是有毒的

,显然食盐的性质与氯和钠的性质截然不同;而完全无害的元素碳和氮,组成的化合物却可

以是剧毒的气体氰(CN)化物。

这个原子分子学说比以前的原子学说有了很大进步。过去,在原子和宏观物质之间没有任何

过渡,要从原子推论各种物质的性质是很困难的。现在,在物质结构中发现了分子、原子这

样不同的层次。因此,人们对于物质是怎样构成的问题,认识逐渐接近物质的本来面貌。