高中生物科學(xué)家小故事化學(xué)家物理學(xué)家道爾頓

化學(xué)家、物理學(xué)家道爾頓約翰·道爾頓（JohnDalton，1766—1844），英國化學(xué)家、物理學(xué)家、英國皇家學(xué)會會員、柏林科學(xué)院名譽(yù)院士、慕尼黑科學(xué)院名譽(yù)院士、莫斯科科學(xué)協(xié)會名譽(yù)會員，近代原子理論的提出者，發(fā)覺了色盲癥，主要著作有《化學(xué)哲學(xué)的新體系》兩冊。1766年9月6日，約翰·道爾頓生于坎伯蘭郡伊格斯非爾德一個貧困的貴格會織工家庭。父親是一位農(nóng)夫兼手工業(yè)者。幼年時家貧，無錢上學(xué)，加上又是一個紅綠色盲患者，生活艱辛，只能參與貴格會的學(xué)校，但他以驚人的毅力，自學(xué)成才。富有的老師魯賓孫很喜愛道爾頓，允許他閱讀自己的書和期刊。1778年魯賓孫退休，12歲的道爾頓接替他在學(xué)校里任教，工資微薄，后來他重新務(wù)農(nóng)。1781年肯德爾15歲應(yīng)表兄之邀到肯德爾鎮(zhèn)任中學(xué)老師，道爾頓結(jié)識了盲人哲學(xué)家高夫，并在他的幫助下自學(xué)了拉丁文、希臘文、法文、數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)等并起先對自然視察，記錄氣象數(shù)據(jù)，從今學(xué)問大有進(jìn)步。1785年遠(yuǎn)親退休，道爾頓和他哥哥成為學(xué)校負(fù)責(zé)人之一。1787年3月24日，道爾頓登記了第一篇?dú)庀笥^測記錄，這成為他以后科學(xué)發(fā)覺的試驗(yàn)基礎(chǔ)。道爾頓不滿意于如此的境遇，他希望前往愛丁堡高校學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，以便成為醫(yī)生，后來他起先進(jìn)行公開授課以改善經(jīng)濟(jì)狀況和提高學(xué)術(shù)聲望。詹姆斯·焦耳就在學(xué)生當(dāng)中。1793～1799年道爾頓在曼徹斯特新學(xué)院任數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)教授；1794年任曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會會員，這個學(xué)會由普利斯特里的學(xué)生創(chuàng)建，探討神學(xué)和英國政治之外的各種問題。1790年，道爾頓起先做植物學(xué)探討，發(fā)覺自己的色覺與常人不同。他能辨別白色、黃色或綠色，但認(rèn)為人們說的紫色、粉紅色、深紅色和花斑色差不多。1792年，道爾頓在視察一朵花時，發(fā)覺這朵花白天在日光下呈現(xiàn)藍(lán)色，晚上在燭光下則變成了紅色，但其他人認(rèn)為花始終是粉紅色。更加驚奇的是，只有他和他的弟弟視察到了“變色”現(xiàn)象。當(dāng)時其他人都不理解他，認(rèn)為他很可笑，但是道爾頓沒有放過這個現(xiàn)象，他不懈努力，最終經(jīng)過探討得出這是一種色盲現(xiàn)象的結(jié)論，成為第一個發(fā)覺色盲的人。1794年10月31日他在學(xué)會宣讀了《關(guān)于顏色視覺的特別例子》，在這篇文章中，他給出了色盲這一視角缺陷的最早描述，總結(jié)了從他自身和很多人身上視察到的色盲癥的特癥，如他自己除了藍(lán)綠方面的顏色，只能再看到黃色?！霸谖铱磥?，圖像中其他人稱之為紅色的部分只不過是一種陰影或光線不足。此外，橙色、黃色和綠色好像是一種顏色，只不過從一種劇烈的黃色勻稱地下降到少見的黃色。在我看來，它們不過是不同色調(diào)、不同深淺度的黃色而已。”圖1論文《關(guān)于顏色視覺的特別例子》該論文刊登在1798年的曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會紀(jì)念刊上道爾頓推想，顏色感知不足是由于眼球液體介質(zhì)（稱為房水）變色引起的。依據(jù)他的探討，他認(rèn)為房水是藍(lán)色的，因此過濾掉了全部的顏色。他的視察和寫作形成了關(guān)于色盲的最早論述，后人為了紀(jì)念他，又將色盲癥稱為“道爾頓癥”。圖2色盲測試1800年道爾頓任學(xué)會秘書，隨后進(jìn)行氣體的壓強(qiáng)探討。1801年道爾頓將水蒸汽加入干燥空氣中，發(fā)覺混合氣體中某組分的壓強(qiáng)與其他組分壓強(qiáng)無關(guān)，且總壓強(qiáng)等于兩者壓強(qiáng)和，即道爾頓分壓定律。同年道爾頓最密切的摯友威廉·亨利發(fā)覺了難溶于水的氣體在水中的溶解數(shù)量與壓強(qiáng)成正比，即亨利定律。隨后亨利也視察到對于混合氣體也存在同樣關(guān)系，只不過壓強(qiáng)換成了氣體的分壓值。道爾頓從這一探討成果得出溶解是純物理過程的結(jié)論。亨利在原子論的創(chuàng)立過程中賜予道爾頓很大的幫助。亨利曾說過：“每一種氣體對于另一種氣體來說，等于是一種真空。”當(dāng)時這句話引起很多科學(xué)家的反對，道爾頓卻用試驗(yàn)證明白它的正確性，同時也為道爾頓的氣體分壓定律建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。亨利常常有新穎 而深刻的想法，但他缺乏志氣將它們系統(tǒng)起來并公之于眾。1802年，在道爾頓的激勵下，亨利在英國皇家學(xué)會（不是皇家學(xué)院）具體說明白氣體溶解度與其分壓的關(guān)系——一種氣體在水中的溶解度（不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）正比于這種氣體的分壓強(qiáng)。這條定律后來被尊為“亨利定律”。道爾頓受亨利的啟發(fā)，在其后的探討中留意到，在相同的壓強(qiáng)下不同氣體的溶解度差別很大，于是他設(shè)想：“一系列氣體的溶解度取決于這些粒子的重量。其中最輕的、最簡潔的必是最難溶解的。氣體粒子的溶解度隨其重量與困難程度而增加。終極粒子（原子）本身的相對重量是我的探討課題。這是一個全新的課題?！边@也許就是他特別強(qiáng)調(diào)相對原子質(zhì)量（原子量）的最初想法。只有賜予原子以相對質(zhì)量（原子量）的意義，道爾頓的原子論才不同于以往哲學(xué)臆測的原子論而具有了現(xiàn)代科學(xué)定量試驗(yàn)的特征。1803年，道爾頓繼承古希臘樸實(shí)原子論和牛頓微粒說，提出原子論。其要點(diǎn)為：（1）化學(xué)元素由不行分的微?！訕?gòu)成，他認(rèn)為原子在一切化學(xué)改變中是不行再分的最小單位。（2）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素原子的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素基本特征之一。（3）不同元素化合時，原子以簡潔整數(shù)比結(jié)合。推導(dǎo)并用試驗(yàn)證明倍比定律。假如一種元素的質(zhì)量固定時，那么另一元素在各種化合物中的質(zhì)量肯定成簡潔整數(shù)比。1808年道爾頓最重要的著作《化學(xué)哲學(xué)新體系出版》出版了，他在書中闡述了原子學(xué)說及其試驗(yàn)依據(jù)，還設(shè)計(jì)出一套符號來表示各種原子，用這些符號的組合表示化合物中原子的排列。這次道爾頓建立了科學(xué)原則論，他給整個科學(xué)創(chuàng)建了一個中心，科學(xué)家們起先用原子論說明試驗(yàn)現(xiàn)象，又將試驗(yàn)結(jié)果歸結(jié)到原子論，從原子論動身，人們建立了一個又一個科學(xué)的理論，推動了化學(xué)乃至整個自然科學(xué)的向前發(fā)展。圖3道爾頓設(shè)計(jì)的原子符號道爾頓原子學(xué)說為近代化學(xué)和原子物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)，是科學(xué)史上一項(xiàng)劃時代的成就。道爾頓提出原子論后名震英國乃至整個歐洲，各種榮譽(yù)紛至沓來，1816年，道爾頓被選為法國科學(xué)院院士；1817年，道爾頓被選為曼徹斯特文學(xué)哲學(xué)會會長，同時接著進(jìn)行科學(xué)探討，他運(yùn)用原子理論說明無水鹽溶解時體積不發(fā)生改變的現(xiàn)象，領(lǐng)先給出了容量分析法原理的描述。1826年，英國政府授予他金質(zhì)科學(xué)勛章；1828年，道爾頓被選為英國皇家學(xué)會會員；此后，他又相繼被選為柏林科學(xué)院名譽(yù)院士、慕尼黑科學(xué)院名譽(yù)院士、莫斯科科學(xué)協(xié)會名譽(yù)會員，還得到了當(dāng)時牛津高校授予科學(xué)家的最高榮譽(yù)——法學(xué)博士稱號。在榮譽(yù)面前，道爾頓起先時是冷靜的、虛心的，但是后來榮譽(yù)越來越高，他漸漸變得有些傲慢和保守，并走向了思想僵化、固步自封，他拒絕接受蓋·呂薩克的氣體分體積定律，堅(jiān)持采納自己的原子量數(shù)值而不接受已經(jīng)被精確測量的數(shù)據(jù)，反對永斯·雅各布·貝采利烏斯提出的簡潔的化學(xué)符號系統(tǒng)，不過道爾頓對科學(xué)的酷愛始終如一。1822年道爾頓當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員；1835～1836年任英國學(xué)術(shù)協(xié)會化學(xué)分會副會長。圖4道爾頓肖像1844年7月26日道爾頓運(yùn)用顫抖的手寫下了他最終一篇?dú)庀笥^測記錄。1844年7月27日，他從床上掉下，服務(wù)員發(fā)覺他已然去世。道爾頓希望在他死后對他的眼睛進(jìn)行檢驗(yàn)，以找出他色盲的緣由。他認(rèn)為可能是因?yàn)樗乃畼右菏撬{(lán)色的。去世后的尸檢發(fā)覺眼睛正常，但是1990年對其保存在皇家學(xué)會的一只眼睛進(jìn)行DNA檢測，發(fā)覺他缺少對綠色敏感的色素。為紀(jì)念道爾頓，他的肖像被安放于曼徹斯特市政廳的入口處。很多化學(xué)家運(yùn)用道爾頓作為原子量的單位。道爾頓是用來衡量原子質(zhì)量和分子質(zhì)量的化學(xué)單位，又叫做統(tǒng)一原子質(zhì)量單位。國際上通常采納一個原子的質(zhì)量單位為基準(zhǔn)，將碳十二元素原子質(zhì)量的十二分之肯定義為一個原子質(zhì)量單位，也就是說一個碳十二元素的原子質(zhì)量就是12道爾頓。道爾頓的英文全稱為Dalton（簡稱為Dal或者Da，D）。道爾頓沒有對自己的色盲而自怨自艾，一生都在努力地生活和工作，從來無畏任何艱難困苦，把自己畢生精力獻(xiàn)給科學(xué)事業(yè)，終生未婚，而且在生活窮困條件下，從事科學(xué)探討，英國政府只是在歐洲聞名科學(xué)家的呼吁下，才賜予養(yǎng)老金，但是道爾頓仍把它積蓄起來，奉獻(xiàn)給曼徹斯特高校用作學(xué)生的獎學(xué)金。道爾頓曾說“假如說我比其他人獲得了較大勝利的話，完全是靠不斷勤奮的學(xué)習(xí)鉆研而來的”。他提出的原子論是繼拉瓦錫的氧化學(xué)說之后理論化學(xué)的又一次重大進(jìn)步，他揭示出了一切化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)都是原子運(yùn)動，明確了化學(xué)