道尔顿分压定律

教材⾥的《名⼈传》——道尔顿的故事

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“近代化学之⽗”----约翰·道尔顿

1.出⽣及家庭背景

1766年9⽉6⽇⽣于英格兰北⽅坎伯雷鹰⽥庄，1844年在曼彻斯特过世。终⽣未娶。

⽗亲是⼀位农民兼⼿⼯业者。幼年时家贫，⽆钱上学，加上⼜是⼀个红绿⾊盲患者，⽣活艰⾟，但他以惊⼈的毅⼒，⾃学成

才。

他才智早熟，12岁就当上了教师。1778年在乡村⼩学任教；1781年15岁应表兄之邀到肯德尔镇任中学教师，在哲学家⾼夫的

帮助下⾃修拉丁⽂、法⽂、数学和⾃然哲学等并开始对⾃然观察，记录⽓象数据，从此学问⼤有长进；1793年26岁任曼彻斯

特新学院数学和⾃然哲学教授；1796年任曼彻斯特⽂学和哲学会会员；1800年担任该会的秘书；1817年升为该会会长；1816

年选为法国科学院通讯院⼠；1822年选为皇家学会会员。1826年，英国政府将英国皇家学会的第⼀枚⾦质奖章授予了道尔

顿。

2.⽓体分压定律

道尔顿在1787年26岁时对⽓象学发⽣了兴趣，六年后发表了⼀本有关⽓象学的书。对空⽓和⼤⽓的研究⼜使他对⼀般⽓体的

特征发⽣了兴趣。通过⼀系列的实验，他发现了有关⽓体特性的两个重要定律。

第⼀个定律是道尔顿在1801年提出来的，该定律认为⼀种⽓体所占的体积与其温度成正⽐（⼀般称为查尔斯定律，是根据法

国科学家查尔斯的名字命名的。他⽐道尔顿早⼏年发现了这个定律，但未能把其成果发表出来）。

第⼆个定律是1801年提出来的，叫做道尔顿⽓体分压定律。

3.原⼦学说

1804年道尔顿就已系统地提出了他的原⼦学说，他认为原⼦是组成物质的最⼩单位。并且编制了⼀张原⼦量表。道尔顿的原

⼦论开辟了从微观世界认识物质及其变化的新纪元。但是他的主要著作《化学哲学的新体系》直到1808年才问世，那是他的

成功之作。他在晚年获得了许多荣誉。

附带⼀提的是道尔顿患有⾊盲症，这是在⼀次节⽇前为⽗母和兄弟姐妹买袜⼦时，结果⼤家对袜⼦的颜⾊产⽣不同结论时发现

的。这种病的症状引起了他的好奇⼼。他开始调查研究这个课题，最终发表了⼀篇关于⾊盲的论⽂──曾经问世的第⼀篇有关

⾊盲的论⽂。

4.杰出的成就，不朽的贡献

提出原⼦论：化学中的新时代是随着原⼦论开始的。1808年继承古希腊朴素原⼦论和⽜顿微粒说，提出原⼦学说，其要点：

（1）化学元素由不可分的微粒—原⼦构成，它在⼀切化学变化中是不可再分的最⼩单位。

（2）同种元素的原⼦性质和质量都相同，不同元素原⼦的性质和质量各不相同，原⼦质量是元素的基本特征之⼀。

（3）不同元素化合时，原⼦以简单整数⽐结合。推导并⽤实验证明倍⽐定律。如果⼀种元素的质量固定时，那么另⼀元素在

各种化合物中的质量⼀定成简单整数⽐。

5.发现混合⽓体中，各⽓体的分压定律

最先从事测定原⼦量⼯作，提出⽤相对⽐较的办法求取各元素的原⼦量，并发表第⼀张原⼦量表，为后来测定元素原⼦量⼯作

开辟了光辉前景。建议⽤简单的符号来代表元素和化合物的组成。

6.曾⽤图形加字母的⽅式作为元素符号

历史上，道尔顿曾⽤图形加字母的⽅式作为元素符号，如图所⽰。但由于后来发现的元素越来越多，符号设计越来越复杂，不

便于记忆和书写，故未能被⼴泛采⽤。最后，国际上统⼀采⽤元素拉丁⽂名称的第⼀个字母来表⽰元素，如氢元素的拉丁⽂名

称为Hydrogenium，元素符号就写为H，氧元素的拉丁⽂名称为Oxygenium，元素符号就写为O。如果⼏种元素拉丁⽂名称的

第⼀个字母相同时，就附加⼀个⼩写字母来区别。例如⽤Cu表⽰铜元素，Cl表⽰氯元素，Ca表⽰钙元素。

在⽓象学、物理学上的贡献也⼗分突出，⾃1787年在担任初中物理教员时开始连续观测⽓象，从不间断地坚持了56年，⼀直

到临终前⼏⼩时为⽌，他的全部记录超过20多万条。27岁时出版了《⽓象观测与研究》⼀书。书中描绘了⽓压计、温度计、

湿度计等⼀起装置，巧妙地分析了降⾬和云的形成过程、⽔蒸发过程、⼤⽓层降⽔量的分布等现象，深受读者喜爱。

7.1801年提出⽓体分压定律

即混合⽓体的总压⼒等于各组分⽓体的分压之和。他还测定⽔的密度和温度变化关系和⽓体热膨胀系数相等等。

道尔顿⼀⽣宣读和发表过116篇论⽂，主要著作有《化学哲学的新体系》两册。

为了把⾃⼰毕⽣精⼒献给科学事业，道尔顿终⽣未婚，⽽且在⽣活穷困条件下，从事科学研究，英国政府只是在欧洲著名科学

家的呼吁下，才给予养⽼⾦，但是道尔顿仍把它积蓄起来，奉献给曼彻斯特⼤学⽤作学⽣的奖学⾦。道尔顿⼀⽣正如恩格斯所

指出的：化学新时代是从原⼦论开始的，所以道尔顿应是近代化学之⽗。

8.“近代化学之⽗”

化学是在近代兴起的⼀门学科，⽆数的科学先驱者为这门学科奠定了理论基础，英国物理学家、化学家约翰·道尔顿就是其中

的⼀位。道尔顿既具有敏锐的理论思维头脑，⼜具有卓越的实验才能，尤其是在对原⼦的研究⽅⾯取得了⾮凡的成果，因⽽被

称为“近代化学之⽗”，成为近代化学的奠基⼈。

9.定量

道尔顿在化学⽅⾯提出了定量的概念，总结出质量守恒定律、定⽐定律和化合量（当量）定律。在此基础上，1803年⼜发现

了化合物的倍⽐定律，提出了元素的原⼦量概念，并制成最早的原⼦量表。

道尔顿出⽣在英国坎伯兰的⼀个贫困的乡村，他的⽗亲是⼀个纺织⼯⼈。当时正值第⼀次⼯业⾰命的初期，很多破产的农民沦

为雇⽤⼯⼈。道尔顿⼀家的⽣活⼗分困顿，道尔顿的⼀个弟弟和⼀个妹妹都因为饥饿和疾病⽽夭折。道尔顿在童年根本没有读

书的条件，只是勉强接受了⼀点点初等教育，⼗岁时，他就去给⼀个富有的教⼠当仆役。也许这也算是命运赐予他的⼀次机会

吧，在教⼠家⾥他有读了⼀些书，增长了很多知识。于是两年后，他被推举为本村⼩学的教师。

1781年，年仅⼗五岁的道尔顿随哥哥到外地谋⽣。不久后，他就成为了肯达⽿中学的教师。在教学之余，他⼀边系统的⾃学

科学知识，⼀边进⾏⽓象观察。在这⾥他还结识了著名学者豪夫（JohannHauf），他从豪夫那⾥学习了很多知识，教学⽔平

迅速提⾼，四年以后，便成为了肯达⽿中学的校长。1793年，在豪夫的推荐下，道尔顿⼜受聘于曼彻斯特的⼀所新学院。在

这⾥他出版了⾃⼰的第⼀本科学著作—《⽓象观察与研究》。第⼆年，他在罗伯特·欧⽂的推荐下成为曼彻斯特⽂学哲学会的

会员。

1799年，为了把⼤部分精⼒投⼊到科学研究中去，道尔顿离开了学院。他在⼏个富⼈家⾥做私⼈教师，每天教课时间不超过

两⼩时。这样，既能谋⽣⼜保证了他的科研⼯作。现在，他越来越重视对⽓体和⽓体混合物的研究。道尔顿认为，要说明⽓体

的特性就必须知道它的压⼒。他找到两种很容易分离的⽓体，分别测量了混合⽓体和各部分⽓体的压⼒。结果很有意思，装在

容积⼀定的容器中的某种⽓体压⼒是不变的，引⼊第⼆种⽓体后压⼒增加，但它等于两种⽓体的分压之和，两种⽓体单独的压

⼒没有改变。于是道尔顿得出结论：混合⽓体的总压等于组成它的各个⽓体的分压之和。道尔顿发现由此可以做出某些重要的

结论，⽓体在容器中存在的状态与其他⽓体⽆关。⽤⽓体具有微粒结构来解释就是，⼀种⽓体的微粒或原⼦均匀的分布在另⼀

种⽓体的原⼦之间，因⽽这种⽓体的微粒所表⽰出来的性质与容器中没有另⼀种⽓体⼀样。道尔顿开始更多的研究关于原⼦的

问题，他顽强进⾏研究⼯作，寻找资料、动⼿实验、不断的思考……

10.化学原⼦论

同年10⽉21⽇，道尔顿报告了他的化学原⼦论，并且宣读了他的第⼆篇论⽂《第⼀张关于物体的最⼩质点的相对重量表》。

道尔顿的理论引起了科学界的⼴泛重视。他应邀去伦敦讲学，⼏个⽉后⼜回到曼彻斯特继续进⾏测量原⼦量的⼯作。有些时

候，道尔顿也遇到⼀些困难。有些物质被氧化后⽣成不同的氧化物，这是⼀种难解释的现象，当然前⼈已经进⾏了分析化验，

为了进⾏计算，道尔顿就只能利⽤这些结果；有时他在原始⽂献中发现的结果只是由⼀位科学家侧得的，为了保证可靠性，道

尔顿就再做⼀次分析。道尔顿所得出的原⼦量有很多是不准确的，但实际上他所计算出来的正是今天所谓的当量。例如他把氧

的原⼦量确定为7⽽不是16。

11.原⼦论

1804年以后，道尔顿⼜对甲烷和⼄烯的化学成分进⾏分析实验，他发现，甲烷中碳氢⽐是4.3:4;⽽⼄烯中碳氢⽐是4.3:2。他由

此推出碳氢化合的⽐例关系，并发现了倍⽐定律：相同的两种元素⽣成两种或两种以上的化合物时，若其中⼀种元素的质量不

变，另⼀种元素在化合物中的相对重量成简单的整数⽐。道尔顿认为倍⽐定律既可以看作是原⼦论的⼀个推论，⼜可以看作是

对原⼦论的⼀个证明。

1807年，汤姆逊在它的《化学体系》⼀书中详细的介绍了道尔顿的原⼦论。第⼆年道尔顿的主要化学著作《化学哲学的新体

系》正式出版。书中详细记载了道尔顿的原⼦论的主要实验和主要理论。⾃此道尔顿的原⼦论才正式问世。

在科学理论上，道尔顿的原⼦论是继拉⽡锡的氧化学说之后理论化学的⼜⼀次重⼤进步，他揭⽰出了⼀切化学现象的本质都是

原⼦运动，明确了化学的研究对象，对化学真正成为⼀门学科具有重要意义，此后，化学及其相关学科得到了蓬勃发展；在哲

学思想上，原⼦论揭⽰了化学反应现象与本质的关系，继天体演化学说诞⽣以后，⼜⼀次冲击了当时僵化的⾃然观，为科学⽅

法论的发展、辩证⾃然观的形成以及整个哲学认识论的发展具有重要意义。

原⼦论建⽴以后，道尔顿名震英国乃⾄整个欧洲，各种荣誉纷⾄沓来，1816年，道尔顿被选为法国科学院院⼠；1817年，道

尔顿被选为曼彻斯特⽂学哲学会会长；1826年，英国政府授予他⾦质科学勋章；1828年，道尔顿被选为英国皇家学会会员；

此后，他⼜相继被选为柏林科学院名誉院⼠、慕尼⿊科学院名誉院⼠、莫斯科科学协会名誉会员，还得到了当时⽜津⼤学授予

科学家的最⾼荣誉——法学博⼠称号。在荣誉⾯前，道尔顿开始还是冷静的、谦虚的，但是后来荣誉越来越⾼，他逐渐改变

了，变得骄傲、保守，最终⾛向了思想僵化、固步⾃封。

1808年，法国化学家吕萨克在原⼦论的影响下发现了⽓体反应的体积定律，实际上这⼀定律也是对道尔顿的原⼦论的⼀次论

证，后来也得到了其他科学家的证实并应⽤于测量⽓体元素的原⼦量。但是吕萨克定律却遭到了道尔顿本⼈的拒绝和反对，他

不仅怀疑吕萨克的实验基础和理论分析，还对他进⾏了严厉的抨击。1811年，意⼤利物理学家阿佛加德罗建⽴了分⼦论，使

道尔顿的原⼦论与吕萨克定律在新的理论基础上统⼀起来。他也遭到了道尔顿⽆情的反驳。1813年，瑞典化学家贝齐⼒乌斯

创⽴了⽤字母表⽰元素的新⽅法，这种易写易记的新⽅法被⼤多数科学家接受，⽽道尔顿⼀直到死都是新元素符号的反对派。

除化学之外，他对⽣物学也作出了⼀些贡献，他是第⼀个发现红绿⾊盲的⼈，并对此作了⼀些研究。

虽然道尔顿的后半⽣科学贡献不⼤、甚⾄阻挠别⼈的探索，⼈们还是给予了他深切的怀念。

12.单位：道尔顿

⼈们为了纪念道尔顿，以他的名字作为原⼦质量单位（Dalton，Dal，Da，D）。

定义为碳12原⼦质量的1/12，1D＝1/Ng，N为阿伏加德罗常数。

对分⼦来说，⼀个分⼦的质量，⽤道尔顿单位表⽰时，其值相当于分⼦量。但分⼦量为该物质的⼀分⼦的质量与12C原⼦的质

量的1／12之⽐，是⽆量纲数，所以如果说“蛋⽩质A的分⼦量为X道尔顿”，乃是不正确的表⽰⽅法。

在⽣物化学、分⼦⽣物学，蛋⽩组学以及遗传学中经常⽤D或KD，蛋⽩质是⼤分⼦，所以常⽤kDa（千道尔顿）来表⽰。

13.道尔顿分压定律

在任何容器内的⽓体混合物中，如果各组分之间不发⽣化学反应，则每⼀种⽓体都均匀地分布在整个容器内，它所产⽣的压强

和它单独占有整个容器时所产⽣的压强相同。也就是说，⼀定量的⽓体在⼀定容积的容器中的压强仅与温度有关。例如，零摄

⽒度时，1mol氧⽓在22.4L体积内的压强是101.3kPa。如果向容器内加⼊1mol氮⽓并保持容器体积不变，则氧⽓的压强还

是101.3kPa，但容器内的总压强增⼤⼀倍。可见，1mol氮⽓在这种状态下产⽣的压强也是101.3kPa。

道尔顿（Dalton）总结了这些实验事实，得出下列结论：某⼀⽓体在⽓体混合物中产⽣的分压等于在相同温度下它单独占有整

个容器时所产⽣的压⼒；⽽⽓体混合物的总压强等于其中各⽓体分压之和，这就是⽓体分压定律（lawofpartialpressure）。

英国科学家约翰·道尔顿在19世纪初把原⼦假说引⼊了科学主流。他所提供的关键的学说，使化学领域⾃那时以来有了巨⼤的

进展。

确切地说，并不是道尔顿⾸先提出所有的物质都是由极其微⼩的、不可毁坏的粒⼦──⼈称原⼦组成的。这个概念是由古希腊

哲学家德漠克利特提出来的，甚⾄在他以前可能就有⼈提出过。另⼀位希腊哲学家伊壁鸠鲁（公元前342—270年？）采⽤了

这⼀假说。罗马作家留克利希阿斯（公元前99？－55年）在他的著名诗歌《论事物的本质》中对这⼀假说做了⽣动形象的介

绍。

德谟克利特的学说未被亚⾥⼠多德接受，在中世纪受到了忽视，对现代科学没有什么影响。但是17世纪有⼏个包括艾萨克·⽜

顿在内的主要科学家⽀持过类似的学说。不过早期的原⼦学说都没有定量表达，也没有⽤于科学研究，最根本的是谁也没有看

到哲学的假想和化学的严酷事实之间存在的联系。

这就是道尔顿的贡献所在。他提出了⼀个明了的定量学说，可以⽤来解释化学实验，并经受住了实验室的精确检验。

虽然道尔顿的术语与我们现在使⽤的稍有不同，但是却清楚地表述了原⼦、分⼦、元素等概念。他明确指出；虽然世界上原⼦

的总数⽬相当之⼤，但是不同原⼦种类的数⽬却是⾮常之⼩（他的原著中列出20种元素即20种原⼦，今天所知道的元素有⼀

百多种）。

虽然不同种类的原⼦有不同的重量，但是道尔顿认为任何两个同类原⼦的所有性质包括重量都相同。道尔顿在他的书中列出了

⼀张各种不同类原⼦的相对重量表──有关这⽅⾯的第⼀张表，是定量原⼦学说的⼀个重要特征。

道尔顿还明确地指出，任何相同化合物的两个分⼦都是由相同原⼦组成的（例如，每个氧化亚氮都是由两个氮原⼦和⼀个氧原

⼦组成的）。由此可推出⼀种已知的化合物──不管是由什么⽅法配制或在哪⾥发现的──总含有相同的元素，⽽且这些元素之

间的重量⽐完全⼀样。这就是约瑟夫·路易斯·普劳特⼏年前在实验中发现的“定⽐定律”。

道尔顿的学说⾮常具有说服⼒，不到⼆⼗年的时间就为⼤多数科学家所采纳。⽽且化学家按照书中所提出的⽅案⾏事：准确地

确定出相对原⼦重量和每种分⼦的原⼦数；定量分析化合物。当然这个⽅案已取得彻底的成功。

原⼦假说的重要性是不易被夸⼤的。它是我们认识化学的主要学说，⽽且在很⼤程度上是现代物理学的⼀个不可缺少的序幕。

只是因为在道尔顿以前就有⼈经常讨论原⼦论，所以他在此册中的名次并不很⾼

14.思考题

（1）⾊盲症⼜叫“道尔顿症”，为什么？

（2）做为⼀个有多⽅⾯成就的科学家，道尔顿具有哪些我们值得学习的品质？