道耳頓的原子理論

化學原理啟迪3

1.       1808年，道耳頓出版《化學哲學的新系統A New System of Chemical Philosophy》，在這本書中，他提出了原子理論：

2.       每種元素都是由微小的粒子構成，這些粒子稱為原子。

3.       同一種元素類別的原子，彼此相同；不同元素的原子，在基本性質(一種或多種性質)上，彼此不同。

4.       化學的化合物會形成，主因是原子們彼此互相結合。任何一個同類型的化合物，都有一樣數量比例與種類的原子。

5.       化學反應牽涉到原子的重新組合─也就是改變那些原子彼此鍵結的方式。但是原子本身在化學反應過程中不會有什麼改變。

6.       思考道耳頓，如何系統整理各種元素的相對原子量，來獲得他的理論，對學習者來說，是非常有啟發性的。

7.       在道耳頓的時代，科學家已經知道「水」是由「氫」和「氧」二種元素組成的，二種元素的質量比例是8公克的「氧」和1公克的「氫」。

8.       如果「水」的化學式是「OH」(氧、氫)，那麼，一個「氧」原子的質量應該是一個「氫」的八倍。

9.       然而，如果「水」的化學式是「H2O」(2個氫與1個氧)，這代表每一個「氧」原子的質量是16倍高於氫原子，因為1個氧和2個「氫」的質量相比，是8：2。

10.   因為不知道「水」的化學式，道耳頓沒有辦法清楚地分辨「氧」和「氫」的質量，這真是左右為難。

11.   為了解決這個問題，道耳頓做了一個前提假設：他決定自然(物質的組成)是盡可能地簡單才對。這個假設讓他推論出「水」的化學式是「OH」，因此他認為「氫」的質量是「1」，「氧」的質量是「8」。

12.   他把同樣的邏輯用在其他化合物身上，寫出第一個「原子量atomic masses」表了(畫學家給它的正式名稱是原子重量aotmic weights表，因為原子量是其它的原子與標準原子質量的比較值，這個過程稱為秤重)。

13.   很多原子的質量後來被證明是錯的，因為道耳頓對某些化合物的假設是錯的，但是建立原子量表是文明史往前邁進的重要一步。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)

徐弘毅：

1.       道耳頓，發現同樣的元素組成不同的化合物，這當中，相同元素在不同化合物的比例，呈現簡單的整數比。這代表什麼意思？

2.       元素，一定是由一顆一顆的原子組成，不然不會出現某一種元素，在這個分子的重量，剛好是另一個分子的二倍，這樣的整數比。

3.       元素，應該是許多原子共同組成的，它們彼此一樣嗎？

4.       同一種元素，每次要進行某一種化學反應時，都會有一樣的過程與結果，例如不論是從哪裡取得的氫氣，只要碰到氧氣，就會變成水，可見得氫氣裡面的元素是一樣的；因此，同一種元素的原子，彼此應該一樣。

5.       不同元素加在一起，會出現新的化合物，由此也可以推論出，不同元素的原子，彼此是不一樣的。

6.       那麼，化學變化到底是什麼？應該是不同的原子彼此結合，例如氫和氧結合成水。道耳頓這麼想，應該是當時的實驗，合成的化學反應比較多，分解的反應比較少見。

7.       化學變化，是用任意比例的原子去組合出一種分子，還是有固定比例呢？依據定比定律的實驗經驗，每一種化合物的組成原子，組成的原子種類是固定的，數量是固定的。

8.       原子，會不會因為經歷一場化學變化，而失去本來的性質呢？因為水的性質，感覺上是跟氧或氫不一樣的，不是嗎？

9.       「氫」和「氧」反應成水之後，性質不一樣，應該是「分子結構」造型改變造成的，不是原子的性質改變。

10.   原子，能夠展現反應前後「質量守恆」的規則，同時跟其它原子結合成化合物的時候，一定依循某一種比例原則，顯示它是獨立的，它應該有獨立的質量、體積、性質；所以，化學反應，只是改變它與其他原子的鍵結方式，不改變性質。

11.   如果每一種元素，都是獨立的，有自己的性質、質量，那麼，應該可以把所有的元素依照某種規則整理成一個完整的表。

12.   怎麼整理出一個元素符號表？必須先確立化合物到底由哪些原子、各自是多少顆原子組成的，也就是要寫出化學式。

13.   在這裡，道耳頓卡住了，他先用「定比定律」，整理出水分子的氧跟氫的比例，然後才用「倍比定律」，去計算原子量，結果出現各種答案。最後他沒辦法，只好隨便假設水的化學式是OH，九賭神仙輸，他猜錯了。

14.   道耳頓為什麼會在這裡犯錯？因為化學史的發展，是先出現《定比定律》，才出現《倍比定律》，通常人的習慣是，先出現的定律就像老前輩，比較權威崇高，晚出現的定律就像晚輩，給人比較年幼無知、地位比較低的感覺。

15.   所以，道耳頓用《定比定律》為主體來想問題，這是正常反應。但是，這個問題，應該用《倍比定律》為主體來解答。

16.   也就是，我們應該比較，含有同一種原子，與不同原子鍵結成各種化合物，它們在不同化合物的重量比例是多少，找出不同種類化合物的共通性，才有辦法推測出同類型原子的相對質量。

17.   釋迦牟尼說，無論一個人受多少專業知識、邏輯訓練，只要他沒有辦法打破我相、人相、眾生相、壽者相四個框架，他就沒有辦法追求到智慧。

18.   我相，就是自己的意識形態、思想框架、生活習慣、思想習慣；

19.   人相，就是我們會無知、盲目地受人影響，受所崇拜的偶像所影響，不經思考就接受別人的觀點；

20.   眾生相，就是人沒有經過嚴密的理性思考，就被族群意識、民族性所綑綁；

21.   壽者相，就是階級意識；由年齡、財富、權力、學歷等所造成的社會階級，產生屬於自己的階級意識。。

22.   所以，人不論在什麼樣的情況下，都應該打破階級意識，擺脫傳統的族群意識，避免盲目崇拜，避免被自己的生活習慣，來影響自己的思想自由與理性。