原子分子物理前沿专题

目录

摘要 (2)

1 原子论发展史与主要内容 (2)

2 原子分子学说的建立与发展 (3)

3 古代原子论的发展过程和主要内容 (4)

4 原子论哲学的产生与发展 (5)

4.1原子论哲学的理论准备 (6)

4.1.1 恩培多克勒 (6)

4.1.2 阿那克萨哥拉 (7)

4.2 原子论哲学 (8)

5 近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子 (9)

6 发展史 (11)

6.1 道尔顿的原子模型 (11)

6.2 葡萄干布丁模型（枣核模型） (11)

6.3 行星模型 (12)

6.4 玻尔的原子模型 (12)

6.5 现代量子力学模型 (12)

浅谈原子论的发展

[摘要] 本文主要由六个部分组成。第一个部分由说明原子论发展史与主要内容。第二个部分主要介绍原子分子学说的建立与发展。第三个部分阐述了古代原子论的发展过程和主要内容。第四部分主要论述了原子论哲学的产生与发展。第五部分阐述了道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子，最后一部分概括了原子论近现代发展史。

1 原子论发展史与主要内容

化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？”是化学的基本问题也是核心问题。然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。

到了17世纪的1661年，波义耳以化学实验为基础建立这样的元素论：那些不能用化学方法再分解的简单物质是元素。即西方的“土、气、水、火”四元素物质组成观。这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。

随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。

由于原子的概念是化学的基石，是化学的灵魂，这个问题一旦解决，必然促进化学学科极大的发展。事实正是如此：从科学原子论提出，到19世纪中期，已发现的化学元素就有60多种，证明了原子论的指导作用。从此，化学进入蓬勃发展的新阶段，同时也揭开了物质结构理论的序幕，已能从微观物质结构的角度去揭示宏观化学现象的本质。使化学发展到由材料的堆积至材料的整理，并使其条理化的新时期。

2 原子分子学说的建立与发展

从道尔顿的原子论到阿伏加德罗的分子论的历史发展过程已经是尽人皆知的事实,历代的史学家们已经对此进行过非常细致和深入的研究。道尔顿提出的原子论在最初的30年里,化学家们由于研究的需要而运用它,又因为认识角度的不同,思想方法上的差异,特别是狭隘经验论的影响又不敢信赖它。分子论的命运更惨,它被原封不动地埋在意大利达半个世纪之久。科学思想在传播过程中必须遵循“物竞天择,适者生存”的原则,不断地接受社会环境的选择。任何科学理论的产生都不是偶然的,总有一定的时代背景和认识论的根源,是人类科学认识发展到一定阶段的必然产物。18世纪末至19世纪初,化学开始由以搜集材料为特征的经验描述阶段,逐步过渡到以整理材料、寻找事物的内在联系为特征的理论概括阶段。由拉瓦锡掀起的化学革命不仅建立了化学理论的新秩序,而且在研究方法上给化学的发展注入了新的活力。特别是定量方法的广泛采用,使化学家们搞清了许多物质的组成及化学变化中各物质量的关系。1789年,拉瓦锡首先用精确定量的实验证明了质量守恒定律,它作为自然界的一条最基本的规律,为人们从事化学研究的基本依据;1791年,里希特根据大量定量实验发现了酸碱反应的当量关系。1802年,费歇尔在里希特工作的基础上进一步明确阐述了当量定律;1799年,普罗斯特根据一系列化学定量分析提出了定组成定律,大大促进了人们对物质组成的认识;1803年,道尔道在思考原子学说的过程中,根据自己的实验归纳,推导出了倍比定律。这些化学基本定律都是从实验中归纳总结出来的经验规律,它促使化学家进一步思考。

道尔顿在做小学教员的闲暇里,学得一些数学与物理的知识。后来。便开始做气体的实验。1801年他总结出混合气体的分压定律,并认为气体的性质最好用原子论的观点解释。1803年他提出了原子论的基本要点,到1808年才公开发表。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,就叫原子。(2)原子的种类很多。同一元素的原子,性质完全相同,质量相等。不同元素的原子,性质不同,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,而且保持着最简单的整数。

道尔顿的原子论不仅成功地解释了许多化学现象和化学计算定律,还进一步揭示了它们的内在联系,使古代朴素的原子论思想进化为科学的原子论。但是,原子论的意义并没有立即被广大化学家所理解,其传播过程很不顺利。1869年英国著名的化学家威廉逊在伦敦皇家学会的主席致词中曾精辟地指出:可以毫不夸

张地说,一方面所有化学家都运用着原子论,而另一方面数量颇为可观的化学家却又不相信它,其中一些人甚至厌烦它。这就是当时英国化学界,也是整个化学界的实际。造成这种矛盾状态的原因是多方面的。从客观上看,当时还没有足够多的具有一定深度的实验来验证其正确性是一个重要原因;认识角度的不同所造成的思想方法上的差异或对概念和词义的理解不同也是个原因;另外,道尔顿所测得的原子量的数值非常粗糙也可能是个重要的原因。道尔顿立论中的那些与事实不符的死板、武断的假设也妨碍了原子论的传播。从主观上看,道尔顿不擅长交际,一直过着孤独的生活。他的这种性格也不利于原子论的顺利传播。事实上,对原子论进行了最有力宣传的并不是道尔顿,而是曾在格拉斯哥大学任教授的化学家T.汤姆逊。他是英国第一个公开赞赏道尔顿原子论的化学家。

3 古代原子论的发展过程和主要内容

希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论.这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽.后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术以颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼金术于中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。

墨家曾经对物质世界进行具体的分析.他们把空间称为“宇”,把时间称为“久”（即“宙”）.如果一件实物所处区域的边际前,再也不容一线之地,这就是个别区域的空间穷尽之点.如果个别实物所处的空间中,始终保持一个静止固定状态,就没有时间性可言,这就是个别区域时间穷尽之点.他们已认识到时间和物质运动不可分割的关系,脱离了物质运动就没有时间性可言,时间是指物质运动过程的持续性.这种看法具有素朴的辩证观点.后期墨家认为“久”是由物质的运动而形成的,他们进一步对物质的运动作具体的分析.他们不但分析了运动的开始和停止或不停止,而且对运动的过程也作了分析。

后期墨家认为“宇”是由物质所构成的,于是就进一步对物质的组织构造作具体分析.他们认为宇宙间的万物是由人体器官所能感觉到的物质粒子构成的,由于物质粒子组织结合方式不同,也就产生了周围世界各式各样的物体.其组织结合方式共有五种：（一）有空隙的组织结合,叫做“有间”。（二）相互充满的组织结合,叫做“盈”。这是主要的组织结合方式,许多物质粒子到处充盈着,物体就可能积厚起来成为体积.例如有“坚”的属性的物质粒子和有“白”的属性的物质粒子到处充盈着,也就组织结合为“石”。（三）相接触连结的组织结合,叫做“撄”.如果接叠得完全契合,就和“盈”一样；如果只有一部分互相接叠起来,叫做“体撄”。（四）不规则的组织结合,叫做“仳”。这种组织结合有的接叠,有的不接叠,是杂乱得没有规律的.（五）有秩序的组织结合,叫做“次”。这种组织结合既没