原子结构发展史及对化学教学都启示.doc

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1、原子论和原子模型发展史及对中学化学的启示和作用原子论发展史与主要内容一、科学原子论诞生的时代背景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。虽然德谟克里特早就提出，物质是由看不见的微粒构成。并把这种微粒称作“原子”（希腊文意思是不可分割的），但只是一种猜想，一种推理，没有实验根据，因而对物质结构的认识

2、是朦胧的、幼稚的，处于萌芽时期。到了17世纪的1661年，波义耳才第一次明确了化学的研究对象、方法以及他的物质观，把化学确定为科学。他以化学实验为基础建立了科学的元素论，他认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。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。其中还有不少错误：受实验条件的限制和思想上的局限性，曾错误的把火、气、水都视为元素；把物理性质“火”和化合物“水”都当成了元素，造成了元素概念的混乱。在波义耳之后的100年里，人们在科学实

3、验和化学分析中不断发现新的元素，把化合物从元素表中逐渐拉了下来，1789年，拉瓦锡对元素概念又进行了总结和思考，提出元素是“化学分析所能达到的终点”。丰富了波义耳的元素观，发表了包含33种元素的元素表，但对元素的质量未能进行测定和确认。因而，波义耳的“元素论”尚未成为准确、清晰、科学的概念，有待于进一步发展。二、科学原子论的提出过程与内容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，

4、那已经是19世纪初的事情了（1803年）。道尔顿的科研题目是从气象学开始，很有成就，并出版了专著。进而研究大气物理学，从混合气体的扩散和分压的测定，发现了气体分压定律，引发了对物质结构本质的思考，题目自然地转入化学领域，经逻辑推导，提出原子新概念，进一步又测定了原子的相对原子量，终于建立起了科学原子论。在道尔顿之前，人们就已经认识到空气是由氮气和氧气以及少量二氧化碳组成的，而且还知道它们的密度：氮气轻、氧气重、二氧化碳更重。道尔顿在做混合气体实验时发现，最轻的氮气并不是浮在最上面，最重的二氧化碳也不是沉在最下面，

5、而是混合得很均匀，并不分层，这是为什么？这个问题只能说明气体具有扩散性。为什么气体会有扩散性？只能设想气体是由微小的微粒组成的，只有这样当它们混合时才能不分层，相互掺合，才能形成均匀的整体。为了证实他的推测，他又做了混合气体压强测定。他把两个容积相等的容器分别充满氮气和氧气，并使它们的压强相等。当设法把氮气全部压入氧气容器后，结果，混合气体的总压等于氮气和氧气压强之和，氮气、氧气的分压与混合前的压强相等。这就是道尔顿于1801年提出的混合气体分压定律，分压定律说明了气体具有扩散性。扩散是一个纯物理过程，一种气体可

6、以均匀地分布在另一种气体之间，扩散性说明了物质的微粒性。所以，他推论：物质的微粒性是存在的。他说道，这些微粒也许太小，即使用显微镜也未必能看见（指光学镜），所以他选择了“原子”一词来称呼这种微粒。他认为同类原子相斥，异类原子相吸，因而气体才有了扩散性。分压定律支持了他的原子论观点。既然原子是微粒，是质点，是物质的基本构成，它就应该有质量，不同的原子应有不同的质量，这是原子最基本特性之一。为此，他决心测出原子的质量──原子量。开始他采用物理的方法：他假定在同温同压下，相同体积的气体含有相同数目的原子，这样他就可以测

7、定气体的相对密度来算出原子的相对质量。但是他在氢、氧燃烧合成水的实验中测得的水蒸汽密度反而小于氧气密度，这就说明他的假定是错误的，用气体密度法来测原子量是行不通的。今天看来，他只要把假定中的原子改为分子就正确了，用气体密度法来测气体分子量还是可以的。道尔顿在物理方法测定失败后转向用化学法测原子量。早在18世纪拉瓦锡就已测得水是由85份氧和15份氢组成。道尔顿假定水是由一个氧原子和一个氢原子组成，因此，氧原子重量约为氢原子重量的5.66倍。他还假定氨也是氮和氢组成的二元化合物，他由分析结果得出氮原子量约为氢原子的4

8、倍，道尔顿还把氢原子量定为基准值1，根据其他化学家的分析结果，他在1803年9月6日工作日记上记载了最早的一张原子相对重量表，其数值和今天所知道的相距甚远，误差主要出在未把物质原子组成比例搞准，但已使人们树立了原子量是原子的基本属性的观念，从而为他的原子论奠定了基石。1803年，他在分析一氧化碳和二氧化碳时还发现，两种气体的碳、氧比分别为5.4∶7和5.4∶14。而两气体