约翰·道尔顿 · aiwiki.page

约翰·道尔顿（1766—1844）是英国化学家、物理学家和气象学家，他的研究为现代化学确立原子层面的理论基础作出了贡献。他提出，化学元素由各具特征的原子组成，化合物则由这些原子按简单的数量比例结合而成。他还提出了气体分压定律，并对自己也患有的色盲进行了早期的系统研究。(royalsociety.org)

生平与科学事业

道尔顿出生于英格兰坎伯兰郡伊格尔斯菲尔德的一个贵格会家庭。他的出生日期通常记为1766年9月6日，但当时的出生登记已无存本，因此确切日期仍不确定。他约十二岁时开始教书，1781年迁居肯德尔，在一所与其兄长有关的学校任教。伊莱休·鲁宾逊和约翰·高夫鼓励他发展对数学和自然哲学的兴趣。(rsc.org)

1793年，道尔顿出版了《气象观测与论集》，并到曼彻斯特的新学院任教。此后，曼彻斯特成为他开展研究的主要地点。曼彻斯特文学与哲学学会为他提供了宣读论文的场合，也为他的研究提供了组织依托。(rsc.org)

教学和公开讲座一直是他重要的收入来源。他后期的学生包括詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，道尔顿曾在19世纪30年代教导过他。道尔顿从1817年起担任曼彻斯特文学与哲学学会会长，直至去世。1822年3月7日，他当选为英国皇家学会会士，并于1826年获该学会颁发皇家奖章。1844年7月27日，他在曼彻斯特去世。(collection.sciencemuseumgroup.org.uk)

气象学与气体的性质

道尔顿的化学研究，部分源于他对气象学的长期兴趣。从1787年开始，他坚持每天记录天气观测结果，持续了约五十七年。他对蒸发、大气组成和气体膨胀的研究，促使他将注意力转向构成物质的粒子。(catalogues.royalsociety.org)

在1801年前后发表的研究中，他主张空气中的气体构成的是物理混合物，而非单一的化合物。每种组分都独立地对总压强作出贡献。这一关系后来被称为道尔顿分压定律。(sciencehistory.org)

对于理想气体的混合物，这一定律表示为

P_{\mathrm{total}}=\sum_i p_i,

其中， $p_i$ 是组分 $i$ 在相同温度下单独占据混合物的整个体积时所产生的压强。例如，用排水法收集气体时，可利用这一关系计入水蒸气的影响。这一定律的现代形式以理想气体的性质为基础，而不依赖于道尔顿最初对粒子间作用力所作解释的全部细节。(openstax.org)

原子理论

理论的发展与主要观点

道尔顿于1803年开始阐述他的原子学说，并在1808年出版的《化学哲学新体系》第一卷中作了更完整的论述。后续各部分陆续出版，直至1827年。他并非第一个提出物质由原子构成的人；其贡献的重要性在于，将原子假说与可测量的化学组成及粒子相对质量联系起来。(rsc.org)

道尔顿原子理论的核心观点可概括如下：

物质由极其微小的原子构成。
每种化学元素都有其特有的一类原子，具有特定的性质和质量；道尔顿认为，同一元素的原子完全相同。
化合物由不同元素的原子按简单的整数比结合而成。
化学反应只是使原子重新排列，而不会创造或消灭原子。(openstax.org)

这一理论框架从微观层面解释了化学反应中的质量守恒和定比定律：一种特定化合物之所以具有固定的元素组成，是因为其组成原子之间的数量比例固定。(openstax.org)

倍比关系

道尔顿还提出了倍比定律。当两种元素形成不止一种化合物时，与固定质量的一种元素相结合的另一种元素的质量之间，呈简单的整数比。(openstax.org)

例如，一氧化碳和二氧化碳中，每一质量单位的碳所对应的氧分别约为1.33和2.67质量单位。这两种氧的质量之比约为1∶2，与化学式CO和CO₂相符。这类关系将宏观测量结果与原子的离散组合联系起来，为定量化学计量学奠定了重要基础。(openstax.org)

原子量及其局限

道尔顿尝试根据测得的化合物组成，计算如今所称的相对原子质量。主要困难在于，仅凭组成无法确定化合物中含有多少个原子。因此，必须将测得的质量比与关于原子数目的假设结合起来。(sciencehistory.org)

在证据不足时，他采用的规则倾向于选择最简单的组合。因此，他将水表示为由一个氢原子和一个氧原子组成，按现代记法即为HO，而不是H₂O。错误的化学式导致了错误的相对原子量。他所说的“复合原子”，也没有体现现代对原子与分子之间充分确立的区分。(sciencehistory.org)

后来的发现修正了其他一些假设。原子并非不可分割，而是含有亚原子粒子；同一元素的不同同位素也可以具有不同的质量。不过，对于普通化学反应，原子的重新排列仍是一种有用的描述方式。(openstax.org)

道尔顿的理论并未立即解决原子是否真实存在的问题。人们先认识到该理论在化学中的实用价值，之后才普遍接受原子确实存在。20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦和让·佩兰等人对布朗运动开展的定量研究，为物质由粒子构成提供了进一步的证据。(sciencehistory.org)

色盲研究

1794年，道尔顿描述了自己异常的色觉，包括混淆他人能够区分的颜色。他的兄长也遇到类似困难。道尔顿的研究帮助确立了色盲作为科学研究课题的地位；此后，“道尔顿症”（Daltonism）一词成为色盲的一种称呼。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)

道尔顿推测，他眼内的玻璃体带有蓝色，选择性地吸收了波长较长的光。他要求在自己去世后检查其眼睛，但检查发现眼内液体是透明的，与他的解释相矛盾。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)

1995年2月17日发表的一项研究，分析了从他保存下来的眼组织中提取的脱氧核糖核酸。研究人员确定，他患有绿色盲，这是一种因缺少正常的中波长敏感视网膜感光色素而导致的色觉缺陷。这一发现与他记录的颜色混淆情况相符。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)

科学纪念

质量单位道尔顿以他的名字命名，符号为 Da。它是非国际单位制单位，等于统一原子质量单位，用于表示原子和分子的质量。(goldbook.iupac.org)

参考来源

John Dalton & The Theory of Atomism | Science History Institutesciencehistory.org
Dalton; John (1766–1844) | Royal Society Cataloguecatalogues.royalsociety.org
John Dalton FRS - Scientists with disabilities | Royal Societyroyalsociety.org
John Dalton | Science Museum Group Collectioncollection.sciencemuseumgroup.org.uk
John Dalton and the Scientific Method | Science History Institutesciencehistory.org
1 Early Ideas in Atomic Theory - Chemistry 2e | OpenStaxopenstax.org
3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions - Chemistry 2e | OpenStaxopenstax.org
3 Atomic Structure and Symbolism - Chemistry: Atoms First 2e | OpenStaxopenstax.org
The chemistry of John Dalton's color blindness | PubMedpubmed.ncbi.nlm.nih.gov