约翰·道尔顿(John  Doton)是英国化学家、物理学家。

他于1766年9月6日出生在英格兰北部的伊格尔菲尔德。父亲是兼种一点薄地的织布工人，家庭经济状况相当拮据，6岁起，道尔顿在村里教会办的小学读书。在学习中他有一种坚忍不拔的精神，遇到难题非把他解出来不可，经常是同学们都放学回家了，他还在教室里埋头解题。刚读完小学，他因家境困难便辍学了。12岁时，他办起私塾教书，并干些农活以帮助家庭渡过难关，空闲时间则坚持自学。他酷爱读书，勤奋好学的精神感动了对气象和仪器制造颇有研究的亲戚鲁宾逊，鲁宾逊利用晚上的时间教他学数学、物理，并指导她观测气象。15岁时，他离家来到附近的肯达尔镇，在他表兄任校长的一个教会学校里任助理教师。他一边工作一边读书，努力自学拉丁文、希腊文、数学及自然科学知识。在这所学校里的12年任教生涯，为他一生坚持走边教课、边自学、边科研、边写作的道路打下了良好的基础。

在可达尔镇上有位名叫约翰·豪夫的盲人学者，他凭着坚强的毅力和出众的才智，掌握了数学、天文、医学、植物学等方面的大量知识，并精通拉丁文、希腊文和法文。道尔顿对他非常崇拜，主动登门拜师，向他学习各方面的知识，并在他的指导下收集各种标本，进行气象纪录。从21岁起，道尔顿开始写气象日记，整整57年，全部记录超过20万款目。气象学研究在18世纪后期还较为薄弱，很少有人在这方面下功夫。1793年到尔顿总结了自己的研究成果，出版了第一部科学著作《气象观测论文集》，引起了科学界的关注。

1793年，经豪富推荐，加上自己已经有一定的名气，道尔顿来到曼切斯特，受聘于一所专科学校，讲授数学课和物理课，后来又开设了化学科。为了教好者们自己原不熟悉的课程，他坚持自学，系统地掌握了化学知识，这对他以后走上化学科研的道路并取得重大成就起了重要作用。曼切斯特是18世纪英国的纺织业中心，交通便利，文化发达。这种环境使道尔顿能较快地接受各种科技新信息，不断的提高自己的科研能力。

到曼切斯特不久，道尔顿就参加了曼切斯特文学与哲学学会的活动，他经常在学会的例会上宣读自己的研究成果，并在学会的刊物上发表论文。他最初发表的研究论文是关于色盲问题的。26岁时，他发现自己是红绿色盲，从此对于这种症状进行了多方面的调查研究。他的论文发表后引起社会对色盲症的重视，因此在英国，色盲症也称道尔顿症(Daltonism)。

为了集中精力进行科研工作，靠尔顿于1799年辞去了学校繁忙的教学任务，从曼切斯特文学与哲学学会借了一间工作室，又从附近租了一间简陋的民房，招收一些学生私人授课，以微薄的收入维持生计，开始了以科研为主的清贫生活。他把自己的生活和生活作安排得井井有条；每天早餐前先去实验室生火，吃完早餐就开始工作，一直到进午餐时才出来；吃完午餐又进实验室工作，一直到晚上9点钟；吃完晚餐后稍事休息，便继续读书至半夜，一周中除了星期四下午到郊外的草地上打曲棍球外，天天如此，在这里居住的20多年，是道尔顿科研工作的鼎盛时期，他的许多重大成就包括近代原子论的提出和名著《化学哲理新体系》（New   Sysem  of  Chemical  Philosophy）的撰写，都是在这一期间完成的。

他的许多研究成果来源于长期对气象的观测和对气体的研究。1801年，他在曼切斯特文学与哲学学会上宣读了四篇主要论文。其中，《论气体的受热膨胀》一文指出了气体体积与温度的关系，这一关系在1787年已经被法国物理学家雅克·查里发现，但却是道尔顿首先公布的。《论混合气体的组成》一文中指出空气是一种混合物，在空气中各种气体互相独立的对器壁施加压力，由此他提出分压定律：混合气体的压力等于各组分气体在同样条件下所具有的压力之和。

1803年12月，在曼切斯特文学与哲学学会的一次例会上，道尔顿提出了近代原子论。1804年夏天，英国著名化学家托马斯·汤姆逊来访时，道尔顿向他介绍了原子论的观点，汤姆逊对此极为赞赏，并在1807年出版的《化学体系》一书中作了介绍。使更多的化学家认识了这一新的理论。

1808——1827年，道尔顿出版了自己的著作《化学哲理新体系》。这部著作共分二卷三册。第一卷上册于1808年出版，主要是论述了原子论的由来和发展，包括原子论的基本要点；第一卷下册于1810年出版，主要是结合实验事实用原子论的观点论述了元素化合物知识；第二卷于1827年出版，主要是论述了金属氧化物、硫化物及合金的有关问题，介绍了原子论思想的新进展。科学的原子论使化学从杂乱的、看不出内在联系的、仅描述自然现象的阶段，进入了现代化学的新时代。革命导师恩格斯高度的评价了这一理论，他说：“在化学中，特别感谢道尔顿发现了原子论，已达到的各种结果都具有了秩序和相对的可靠性，已经能够有系统的，差不多是有计划地向还没有被征服的领域进攻，可以和计划周密的围攻一个堡垒相比。”

道尔顿的成就使他在英国国内以及欧洲大陆上越来越引起科学界的重视。1816年，他被法国科学院选为外国通讯院士；1822年，又被选为英国皇家学会会员(Royal  Society)。他还先后被聘为柏林科学院名誉院士、莫斯科自然科学爱好者协会名誉会员、慕尼黑科学院名誉院士等。1826年，英国政府授予他一枚金质奖章；1832年，牛津大学授予他法学博士学位。1835——1836年，他担任了英国学术协会化学分会副会长，还曾任曼切斯特文学与哲学学会副会长、会长。当时的许多著名科学家，如英国的戴巍、法拉第、布朗，法国的拉普拉斯、毕俄，德国的歌德等，都与他保持着书信联系或直接来往。

尽管各种荣誉接踵而来，道尔顿却一如既往，继续过着朴实而不显露头角的隐居式生活。他终身未娶，据他自己将是因为没有时间教女友、谈爱情。因没有足够的收入，他做实验所用的许多仪器大都是自制的，就连温度计、气压计等也是自己用玻璃管吹制的。他那简陋的住处、清贫的生活和艰苦的工作环境，令来访的科学家感到意外。在这些科学家的疾呼下，英国政府才从1833年开始，每年发给他150英镑的养老金。

1837年4月，道尔顿换了中风症。病情稍有好转后，他又像往常那样拚命的工作起来。他行动不便，便将研究成果写成论文，寄给英国科学促进会，请人代为宣读。他76岁那年，还抱病参加了英国科学促进会的年会。

1844年7月26日，道尔顿用颤抖的手写了最后一片气象日记，记下了那天气压给与温度计显示的数据，在用英文写的“微雨”两字末，还滴下了一大滴墨水，次日清晨，人们发现这位科学伟人已经在睡眠中辞世。

道尔顿的逝世使曼切斯特市民感到莫大的悲痛。他的遗体摆放在市政厅里，4万多市民络绎不绝的前去致哀。8月12日公葬时，有100多辆马车前往，数百人徒步跟随，沿街的商店也都停止了营业。他被推选为英国曼切斯特市的荣誉公民，在该市最宏伟的大厅——市政厅里安放着他的半身塑像。1853年，曼切斯特市举行了一次市政集会，募捐了一笔资金，赠给了曼切斯特大学，设立了道尔顿奖金，以鼓励化学成绩优异的青年。100多年来，许多获得该奖金的人成为著名的科学家。

道尔顿以坚忍不拔的毅力和锲而不舍的精神完成了科学上的一个勋业，被人们誉为“近代化学之父”。他留给我们的启示是很深刻的，正如他本人所述：“如果说我比其他人获得了较大成功的话，那主要是——不！完全是靠不断勤奋的学习钻研而来的。有的人能够远远的超越其他人，与其说他是天才，不如说是由于他钻心致志地坚持学习，不达目的不罢休的那种不屈不饶的精神所致。”

道尔顿的原子学说

化学界到19世纪，从一开始就出现了非常繁荣的局面。首先，在1803年有道尔顿提出了原子学说。其次，又先后发现了三个关于化合量的定律，即普罗斯特的定比定律（约1800年）、道尔顿的倍比定律（1803年）和盖·吕萨克的气体反应体积定律(1808年)。在这一基础之上还发表了阿佛加德罗的分子学说。

原子核分子不用说都是物质结构的基本单位。所以，如果说化学家的一个重要任务就是要揭示物质的变化的活，那么在原子学说和分子学说建立以前，就还不能说是已经完成了这个任务。当然，原子学说并不是到了19世纪才开始出现的，过去的古代希腊哲学家也论述过原子的存在。但是，那只不过是一种臆想的产物。而19世纪道尔顿所说的院子，虽然还不能说已经了若指掌般的认识到了这种实物，然而却已经能够用确凿的实验事实来证明它的存在。这些确凿的实验事实，除了上述提到的各有关化合的定律以外，还有很多是逐年相继发现的。此外，由于要全面阐明这些化合定律的实质，在原子学说的基础上还进一步形成了分子学说。这就是作为理论化学基础的重要部分越来越巩固了。

然而，这仅仅是在十年中所发生的事情。在这十年蓬勃飞跃发展的背后，无疑是存在着重要的缘由。这就是在拉瓦锡的影响下，化学家能够普遍重视物质之间中关系的结果，或者说可能是由于那时化学蓬勃兴起的时机已经日臻成熟而势不可挡了。总之是由于拉瓦锡的开拓，就一下子涌现出了这些重大的发现。这一繁盛的局面，犹如春风吹拂，倏忽间百花盛开一般。

一、原子学说

原子学说，如前所述，早已经由古希腊的哲学家论述过。根据文献记载，留基伯（Leucippus）的原子学说，实际上更莫如说是他的高徒德谟克里特(Democritus,公元前460——公元前361)的原子学说，是最古老和最著名的，依照他的学说，万物是由原子所构成，原子（atom , 或a  temno）意及不可再分的物质，也就是不论用什么方法也不能再分割的最小的微粒。原字用肉眼是看不见的，且永远不变，不能毁灭，并经常处于无休止的运动之中。原子的种类多样。它在大小、形状、结合方式上可有种种差别。同一物质的原子均相同。不同物质是有不同原子所组成。例如灵魂的原子就是一种非常小，圆而光滑的原子。

这个学说曾经有提仓“快乐主义”而著名的希腊哲学家伊壁鸠鲁(Epicurus,公元前342——公元前270)和罗马诗人卢克莱修（Lucretius,公元前98——公元前55）等人做了进一步传播。它是同恩培多克勒和亚里士多德等人所主张的连续学说相对立的。后者认为物质是可以无限分割的，从而也就不可能存在原子一类的东西。这样，原子学说就在同这种反对学说的斗争中延续了几个世纪，直到得到了弗朗西斯·培根、伽利略、波义耳和牛顿等人的有力支持，才在18世纪末叶几乎风靡了整个科学界。然而此时的原子学说，仍然只是一种臆想的产物，是一个根基脆弱的假说，还未能有任何事实来确证原子的实际存在。而且长期以来还认为它是不可能有实验来确证的。

然而，这个已经流传了2200年的原子学说，他的再生时机终于来临。这就是由于道尔顿的倡导而带来的新生。

道尔顿研究了气体的各种性质。为了说明不同气体在水中溶解度的差别，他认为各种气体都是由无数的微粒所构成的。那么，是不是由于粒子大小的不同而造成了溶解度的差别呢？为了解决这个问题，他以此为开端进行了研究，并最终导出了原子学说，完成了他的贡献。它在1803年时就已经得出了原子学说的基本要点，但是直到1808年才公开发表于世。

道尔顿原子学说的主要点是：

1．所有物质都不能无限分割，都要达到一个最后的极限。这个极限的微粒，依照自古以来的说法，就叫做原子（atom）。

2．原子的种类很多。各元素都有各自特有的原子。同一元素的原子，性质完全相同，质量相等。不同的元素的原子，特别是质量不同。

3．化合物是由其组成元素的原子聚集而成的“复杂原子”。在构成一种化合物时，其成分元素的原子数目保持一定，而却保持着最简单的整数。

此外，道尔顿还设想所有元素的原子均为球形，并以其所制造的模型来表示各种化合物（复杂原子）的结构。

道尔顿认为，在元素与元素形成化合物时原子数目都是最简单的。然而，他的想法确实有些过于简单了。正如在上例中所见到的那样，他把水和氨都当作是由两元素的各一个原子所组成，显然是错误的。

如果仅从上面所叙述的来看，道尔顿的原子论似乎同古希腊的原子论也没有多大的区别。但是，他强调了原子的质量则是最突出的特点。这一学说的真正价值，可以从能够详细说明他的实验事实的密切关系中得到认识。

道尔顿作为一个新原子学说的提出者，不管是出于职责，还是出于满足自己的科学兴趣，他都是果敢的着手进行了各种原子量的测定。测定原子量，这恐怕是自古以来人类要实现的一个最勇敢的创举。当然，他所测定的原子量当然还不是原子的绝对重量，只是以最小的原子量即氢的原子量为标准所测出的相对值。

这个重量还是比较容易测出的，例如，对于氧和氮来说，他们的原子量经过道尔顿的确定分别是7和5（以氢的原子量为1）。这样的确定是根据以下的事实，即道尔顿发现在氧气和氢气化合成水时，是由7克氧气和1克氢气生成8克的水；在氮气和氢气化合成氨气时，经过道尔顿对氨气的分析后得知两者的重量比为5份氮和1份氢。根据道尔顿的假定，无论是水还是氮，都是由构成元素的各一个原子组成的。这样，如果1个氢原子的重量是1的话，则就可以确定一个氧原子的重量为7，一个氮原子的重量为5。

根据这样的想法，道尔顿测定了当时已知的20种普通元素的原子量，同时还测定了许多普通化合物的复杂原子的原子量。但是，遗憾的是，结果并不怎么好。因为正确的结果应当是氧原子量为16，氮为14。道尔顿之所以会产生这样大的错误，如前所述，主要是把水和氨的组成斗胆过于简单了。另外，假如就算没有这个误差的话，道尔顿也应当把氧的原子量定为8，氮的原子量定为14/3=4.7才是。出现这一错误的原因是由于当时的分析方法还比较落后，同时也由于道尔顿还不是一位很优秀的化学分析家。道尔顿所测得的原子量的数值，尽管是如此粗糙，然而毕竟还是化学家最早测出的原子量，是值得重视的。特别是还能为定量的探索化学变化的规律最早提供了依据。从这一点来看，道尔顿的伟大功绩是永远值得人们纪念的。道尔顿原子学说的重要特点就在于它能够同实验室是密切相联系。这是什么意思呢？这就是说，在化学变化的过程中参加反应的物质的重量之间存在着规律性的关系，而这种关系正可以由原子学说得到简单而明确地说明，这也是道尔顿原子学说高于古代的原子学说的一个所在。

二、定比定律

在此以前不久，德国化学家里希特(J.B.Richter , 1762——1807)曾经研究了中和现象，它在用各种酸和碱进行中和时发现，他们的重量都各保持一定的比例（由此引出了酸和碱等一般的当量）。其后，法国化学家普罗斯特（J.L.Proust ,1755——1826）则不仅限于酸和碱，而是根据同样的事实把它扩展到一般的物质范围。普罗斯特是翁热人，曾被西班牙国王招聘为马德里大学的教授，是一位对西班牙的科学界尽了不少力的化学家。普罗斯特认为，当一般物质同其他任何物质进行化学反应时，彼此的重量比总保持一定，从而反应结果所生成的物质组成也总保持一定。

此时，在法国化学界有一位权威人物贝托雷（Claude Louis Berthollet,1748——1822），曾是已故拉瓦锡的密友，在伟大的化学革命事业中也分担过部分工作。还曾是拿破仑的知几而得到过重用，是一位受到朝野各方面尊敬的老科学家。但是，贝托雷却反对普罗斯特的看法，认为物质并无一定组成，而是根据制造方法的不同（比如每次变换原料的配比）而发生种种变化。普罗斯特的定律只是在特殊的情况下才是适用的。

这样，两个人就展开了异常激烈论战，并一直持续了8年之久，引起了学术界的浓厚兴趣。在此期间，无论是批评还是反驳，都是自觉地本着维护真理的态度，都不失学者的风度。这使人感到确是一场高尚的光明正大的论战。最后，由于贝托雷的理论是不幸的建立在错误分析结果的基础上，是他在判别化合物同混合物之间的区别上出现了漏洞，终于由普罗斯特赢得了最终的胜利。

普罗斯特从碳酸铜开始，对铜、锡、镍、钴、锑等的氧化物和硫化物及其他许多化合物，分别用各种不同的方法进行了制备和分析，还对从各地采集到的不同的天然物质进行了分析，结果证实，只要是同一种物质(当然是指纯物质)，不论是天然产的，还是人工制造的，都具有相同的组成。也就是说，对于天然的物质，不论是什么地方产的（比如是日本产的辰砂，还是阿巴达产的辰砂）；对于人工制造的物质，不论用什么方法制造的，都证实并没有不同的组成。

这就是作为定律而得到确认的定比定律。当时正是1800年的时期。这一事实，如果把它作为道尔顿学说的一部分，其说法就是构成一种化合物的组成元素的原子数目总保持一定，且同种元素原子的重量完全相等。这样一对照，就可以得知这一事实已经无需再作说明就可以清楚了。这样，原子学说也就首先得到了一个有力支柱。

三、倍比定律

贝托雷同普罗斯特争论中所出现的错误，是由于两种元素化合时并不是只局限于生成一种化合物，而是可以生成两种（或两种以上的）化合物的事实造成的。这位大化学家的漏洞之处就在于，他没有区别这两种产物，而只是当作一种物质来对待。但是反对他的普罗斯特则认为，两种元素是可以生成两种以上的化合物的，而且两种产物组成上的差别，并不是渐变的，而是阶梯式突变的。这时，如果他由此再稍深入一步，即把两种化合物的组成作一全面的比较，就还有可能再发现一个重要的定律。然而遗憾的是，他过早地停了步而功亏一篑了。于是，这一新的发现的功绩，就连同建立原子学说的光荣和在一起，都让给道尔顿了。

道尔顿认为，两种元素化合时能够得到两种或两种以上不同物质的情况，已经知道了很多。这些物质虽然组成的元素相同，但是却具有不同的性质。显然，这是由于组成元素的原子数目上的差别造成的。这一原子数目上的差别，总是保持着简单的数目。例如，第一种化合物假如是由两元素的各1个原子构成的，则第二种化合物就可能是由1个原子同另外元素的2个原子构成的。如果是这样的话，则在对两种化合物进行分析时就会看到，同相同数量的一种元素相化合的另外一种元素的重量，在两种化合物中的重量比就是简单的整数比1：2。为此，道尔顿就在强烈期望下对这类化合物进行了分析。当时，恰好已知有两种由碳和氧构成的化合物，即氧化碳和碳酸气。如前所述，道尔顿把氧化碳看作是 CO  ，碳酸气看作是 OCO 。在这两种化合物中，当碳的重量一定时，则氧的重量比就是1：2。世纪的分析结果是：

氧化碳                 碳酸气

碳       42.86%                 27.27%

氧       57.14%                 72.73%

如以碳的重量作为1对两种化合物的组成进行换算时，则为：

氧化碳                碳酸气

碳       1                      1

氧      1.333                2.666

即氧的重量比是：1.333：2.666=1：2

这样，就完全证实了道尔顿的预想。

此外，对于碳和氢的化合物也知道有两种，即生油气（乙烯）和沼气。分析结果是：

生油气                沼气

碳      85.71%                75.00%

氢      14.29%                25.00%

同样，如以碳的重量作为1，则换算后的组成是：

生油气                沼气

碳      1                   1

氢     0.166              0.333

即氢的重量比是：0.166：0.333=1：2

这也正好符合道尔顿的预想。

已知，已知氮和氧构成有三种化合物，分别具有如下的组成：

氧化二氮        氧化氮         二氧化氮

氮     63.63%        46.67%          30.43%

氧     36.67%        53.33%           69.57%

氧化二氮        氧化氮         二氧化氮

氮       1                1              1

氧    0.5716            1.143           2.86

显然，氧的重量比是1：2：4的简单比。

这样，道尔顿的预想就顺利的全部得以实现。这就确认到，在两种元素构成两种化合物时，同以相等重量的一种元素化合的另外一种元素的重量，在两种化合物中的重量比总是保持着简单的整数比。在省城两种以上的化合物时也是如此。这就是所说的倍比定律。据此，道尔顿学说的确凿性就得到了越来越明确地证实。这一定律，几乎是同原子学说同时提出的，是道尔顿在1803年及其以后数年里所完成的一项工作。

以上所用的数据都是从现代资料中引用的，并不是道尔顿当时所得出的数据。道尔顿的实验数据虽然还不够精确，但是也能比较充分地证实倍比定律。

在继续叙述之前，这里想在强调一下所用过的实验资料：碳酸气的组成，当碳为1时，氧为2.666；朝气的组成，当碳为1时，氢为0.333。

这就是说，同一分重的碳相结合的氧和氢的重量分别是2.666和0.333。这里的氧和氢的比例恰同氧和氢直接化合成水时的重量比例（8：1）是完全一致的。这是一个极为重要的关系，也是一种颇有兴趣的深奥关系。对于氧化碳和生油气也可以看出同样的结果。