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道爾頓
引入“原子學說”的化學思想

將原子學說[1]引入主流科學，是19世紀早期英國科學家道爾頓的卓越貢獻。幾乎完全靠自學成才的他，在這項工作中提供了關鍵性的思想，使得自他那個時代以來化學領域的巨大進步成為可能。

與許多系統地提出偉大科學構思的人物一樣，道爾頓并不是提出所有物質都是基于原子微粒的第一人。早期的原子理論中，沒有一個是用定量方法表達思考的，它們多數只是出于哲學的考量，并沒有被用在實際的科學研究中。最重要的一點是，沒有人能看出有關原子的哲學推斷與實實在在的化學表現之間有什么聯系。正是道爾頓引入的思想體系，給出了一種清晰的、采用定量分析的方式。這一理論能夠用來解釋化學實驗中的各種過程和表象，并能予以精確的檢驗。

雖然道爾頓當時所使用的圖標、術語等與我們今天所看到的略有不同，但他清晰地給出了原子、分子、元素和化合物等概念的表達。他認為，雖然自然世界原子的總量巨大，但其種類卻非常之少——其最初著作的列表中只排出了20余種元素、原子，而今天我們已知的元素種類卻已過百。

道爾頓堅持認為相同種類的任何兩個原子的特性是完全相同的，質量也相同。不過現代復雜的實驗指出，這一規律也存在例外（如同位素）——它們在質量上略有差異，但化學特性幾乎完全相同。道爾頓在他的著作中給出了一張表格，上面列出了不同種類原子的相對質量。這張史無前例的表格呈現了定量原子理論的關鍵特征。早在1804年，道爾頓就已完成了這種定量理論，不過他治學嚴謹，其著作《化學哲學的新體系》從1808年起才陸續出版，成為近代化學史上的經典學術專著。

道爾頓闡明了任何相同化合物的兩個分子都是由相同原子組成的。例如，一個水分子（H₂O）由兩個氫原子和一個氧原子構成。當兩種元素所組成的化合物有兩種以上時，在這些化合物中，如果一種元素的量一定，那么與它化合的另一種元素的量總是與之成倍數地變化——這就是“倍比定律”。道爾頓令人信服地提出他的量化思想，后來的幾十年，大多數科學家都采納了這一理論。化學家遵循他書中建議的步驟：精確測定原子的相對質量；通過質量來分析化合物；測定每一類分子包含的精確原子組合。

順便提及，道爾頓21歲時開始對氣象學產生興趣，6年后他出版了有關這一內容的著作——對空氣和大氣層的研究激發起他對氣體一般特性的興趣。通過一系列的實驗，他提出了道爾頓定律[2]。道爾頓一直受著色盲的折磨，這曾使他對色盲機制產生了好奇——他研究了這一專題，并最終發表了有史以來這方面的第一篇論文。

多數具有偉大貢獻的科學家，不止有一種成果呈現。如果將道爾頓引入化學的定量原子理論比作光彩照人的花朵，那他發現的支配氣體行為的定律、分壓定律、倍比定律，以及有史以來關于色盲的第一篇論文，則可比作相關領域的勃發綠葉。

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[1]原子學說自古至今，經歷了幾個發展階段。在古代，它只是一個天才的推測——所有物質都是由大量非常小的、不可被破壞的、被稱為原子的粒子所組成的。這一概念是由古希臘哲學家德謨克利特（約公元前460——約公元前370）及更早的學者提出的。它被另一位古希臘哲學家伊壁鳩魯（公元前341——公元前270）所采納，由古羅馬詩人、哲學家盧克萊修（約公元前99——約公元前55）在其著名的詩歌《物性論》中醒目地提出，18世紀成了科學的假說；但直到19世紀，才由道爾頓發展成科學理論。

[2]即理想氣體混合物的總壓強等于各組元氣體分壓強之和（如題圖的道爾頓手掌上的方程：P_t=P_a+P_b+P_c+…），它也被稱作道爾頓分壓定律。