道尔顿的原子模型课件.ppt
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- 道尔顿 原子 模型 课件
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1、1佛光人文社會學院佛光人文社會學院自然科學史自然科學史(History of Natural Science)第第7章章物質的基礎物質的基礎原子及其結構原子及其結構(A)哲學家的原子學說哲學家的原子學說楊棋明 博士中央研究院生物多樣性研究中心Email: cmyanggate.sinica.edu.twTel: 02-27821258#612, 613FTP: http:/biodiv.sinica.edu.tw/cmyang.htm2 人之所以異於禽獸者幾稀人之所以異於禽獸者幾稀,庶民去之,君子存之。舜明於,庶民去之,君子存之。舜明於庶物,察於人倫。由仁義行,非行仁義也。庶物,察於人倫。由仁
2、義行,非行仁義也。 人之有道也,飽食、暖衣、逸居而人之有道也,飽食、暖衣、逸居而無教,則近於禽獸無教,則近於禽獸。聖。聖人有憂之,使契為司徒,教以人倫,父子有親,君臣有義,人有憂之,使契為司徒,教以人倫,父子有親,君臣有義,夫婦有別,長幼有敘,朋友有信。夫婦有別,長幼有敘,朋友有信。 楊氏為我,是無君也墨氏兼愛,是無父也。楊氏為我,是無君也墨氏兼愛,是無父也。無父無君,是無父無君,是禽獸也。禽獸也。 庖有肥肉,廄有肥馬,民有飢色,野有餓莩,庖有肥肉,廄有肥馬,民有飢色,野有餓莩,此率獸而食此率獸而食人人也。也。獸相食獸相食,且人惡之。為民父母,行政,且人惡之。為民父母,行政,不免於率獸而不免於
3、率獸而食人,食人,惡在其為民父母也?惡在其為民父母也?孟子的人獸區別論孟子的人獸區別論3萬物由什麼組成?萬物由什麼組成?萬物由什麼組成?物質萬物由什麼組成?物質可以被無休止地分割為可以被無休止地分割為愈來愈小的物質單元,愈來愈小的物質單元,還是存在構成世界的還是存在構成世界的“磚塊磚塊”?這是古代哲?這是古代哲人們就開始思索的問題。人們就開始思索的問題。 4孟子曰:孟子曰:“人之異於禽獸者幾稀矣!人之異於禽獸者幾稀矣!” ” H2O5 西元前西元前5世紀的古希臘哲學家劉基伯世紀的古希臘哲學家劉基伯(Leukippos)在致力於思考分割物質問題後在致力於思考分割物質問題後,得出一個結論:,得出一
4、個結論:分割過程不能永遠繼續下去,物質的碎片遲早分割過程不能永遠繼續下去,物質的碎片遲早會達到不可能分得更小的地步。會達到不可能分得更小的地步。 他的學生德謨克理特他的學生德謨克理特(Democritus)接受了這種接受了這種物物質碎片會小到不可再分的觀念,並稱這種物質質碎片會小到不可再分的觀念,並稱這種物質的最小組成單位為的最小組成單位為“原子原子”(意思是意思是“不可分不可分割割”)。 由劉基伯與德謨克里特提出的原子論哲學作為由劉基伯與德謨克里特提出的原子論哲學作為“最系統、最始終一貫,並且可以應用於一切最系統、最始終一貫,並且可以應用於一切物體的學說物體的學說”(亞里斯多德語亞里斯多德語
5、)是對早期希臘各派是對早期希臘各派自然哲學的大綜合,並將早期希臘的自然哲學自然哲學的大綜合,並將早期希臘的自然哲學推上一個光輝的頂峰。推上一個光輝的頂峰。古希臘哲學家的原子說古希臘哲學家的原子說-不可分割不可分割(1) 6古希臘哲學家的原子說古希臘哲學家的原子說-不可分割不可分割(2) 伊壁鳩魯伊壁鳩魯 (Epicurus,約在西元前,約在西元前341至至270年年) 亦為古希臘人,亦為古希臘人,進一步發展了原子論進一步發展了原子論:原子有內部組成但不可分。除形狀和大小外,原子的重量原子有內部組成但不可分。除形狀和大小外,原子的重量是主要的特性。這原子論比以前的任何學說都接近於現代是主要的特性
6、。這原子論比以前的任何學說都接近於現代觀,是古代唯物主義自然觀發展的高峰。觀,是古代唯物主義自然觀發展的高峰。7在古希臘哲學家的觀點中在古希臘哲學家的觀點中: 原子是最微小的、不可再分割的物質微粒,是堅實的、內原子是最微小的、不可再分割的物質微粒,是堅實的、內部絕對充滿而沒有空隙的東西。部絕對充滿而沒有空隙的東西。 原子數目有無限多,它們彼此間性質相同,其差別只表現原子數目有無限多,它們彼此間性質相同,其差別只表現在形狀、大小和排列上。在形狀、大小和排列上。 原子在虛空中不停地運動,運動中原子間會發生碰撞,有原子在虛空中不停地運動,運動中原子間會發生碰撞,有時會粘著並組合在一起。時會粘著並組合
7、在一起。 一組原子組合成一種東西,而另一組原子組合成另外的東一組原子組合成一種東西,而另一組原子組合成另外的東西等等,這樣萬物就由作為實在的建築石料的原子和虛空構西等等,這樣萬物就由作為實在的建築石料的原子和虛空構成了。成了。古希臘哲學家的原子說古希臘哲學家的原子說-不可分割不可分割(3) 8 哲學家伊壁鳩魯、盧克萊修先後接受了這種哲學家伊壁鳩魯、盧克萊修先後接受了這種原子學說,後者在其著名詩作原子學說,後者在其著名詩作物性論物性論中以中以動人的筆觸全面介紹了原子學說,使之成為古動人的筆觸全面介紹了原子學說,使之成為古代原子學說理論知識的最主要來源。代原子學說理論知識的最主要來源。 在中世紀,
8、一些阿拉伯的思想家接受了原子論,而西方的經院在中世紀,一些阿拉伯的思想家接受了原子論,而西方的經院神學家們卻因它與宗教學說教義相衝突而激烈反對這種觀點。神學家們卻因它與宗教學說教義相衝突而激烈反對這種觀點。 文藝復興時期,與原子論相關的思想出現在布魯諾、伽利略、文藝復興時期,與原子論相關的思想出現在布魯諾、伽利略、法蘭西斯法蘭西斯培根等人的著作中。培根等人的著作中。 在此之後,法國哲學家伽桑狄在此之後,法國哲學家伽桑狄(1592-1655年年)接受了原子學說,他接受了原子學說,他的有說服力的著作,使人們對原子學說的關注得以復蘇,並引發的有說服力的著作,使人們對原子學說的關注得以復蘇,並引發了科
9、學家的興趣,從而將原子論引入到現代科學中。了科學家的興趣,從而將原子論引入到現代科學中。“古代哲學古代哲學家的那些理論,現在又在大聲喝彩中復興了,仿佛是現代哲學家家的那些理論,現在又在大聲喝彩中復興了,仿佛是現代哲學家發現的發現的”(波爾語波爾語)。 原子學說在原子學說在17世紀得以復活。更重要的是,哲學家的思想火炬世紀得以復活。更重要的是,哲學家的思想火炬開始傳遞到科學家手中。開始傳遞到科學家手中。迦桑狄迦桑狄古希臘哲學家的原子說古希臘哲學家的原子說-不可分割不可分割(4) 9古羅馬哲學家的原子說古羅馬哲學家的原子說-不可分割不可分割(1) 古羅馬人盧克萊修古羅馬人盧克萊修 (Lucreti
10、us,西元前,西元前99-55年年) 的長篇詩作物性論的長篇詩作物性論 (De Rerum Natura) 對於前述的原子學說作了較完整與系統化的整理。他以西方的字母對於前述的原子學說作了較完整與系統化的整理。他以西方的字母為例,為數不多的一組字母,僅僅由於它們排列次序的變化,就組成了意為例,為數不多的一組字母,僅僅由於它們排列次序的變化,就組成了意義既不相同,發音也各有別的許多詩句。因而,作為事物基礎的原子,它義既不相同,發音也各有別的許多詩句。因而,作為事物基礎的原子,它們能有更多不同方式的結合,因此不同的東西就能一一產生,他還從射進們能有更多不同方式的結合,因此不同的東西就能一一產生,他
11、還從射進室內的陽光束中看到的塵埃微粒的運動和撞擊,說明物體雖然整體看來是室內的陽光束中看到的塵埃微粒的運動和撞擊,說明物體雖然整體看來是靜止的,但原子仍在不可見的狀況下運動。靜止的,但原子仍在不可見的狀況下運動。盧克萊修認為盧克萊修認為:原子有各種各樣的形狀。例如,堅硬的物體是由許多帶原子有各種各樣的形狀。例如,堅硬的物體是由許多帶?的的原子緊密糾結而成的;而流體的原子則是光滑的圓形微粒,因此易於流動。原子緊密糾結而成的;而流體的原子則是光滑的圓形微粒,因此易於流動。他還進一步強調:原子是無色的,原子也沒有熱、聲音、氣味,原子也沒他還進一步強調:原子是無色的,原子也沒有熱、聲音、氣味,原子也沒
12、有感覺、色覺、熱感、聽覺和嗅覺等,一切視乎原子的大小、姿態、排列有感覺、色覺、熱感、聽覺和嗅覺等,一切視乎原子的大小、姿態、排列和運動而定。甚至愉快和痛苦乃是由原子的形狀決定的。例如,平滑的原和運動而定。甚至愉快和痛苦乃是由原子的形狀決定的。例如,平滑的原子引起甜蜜的感覺,帶倒子引起甜蜜的感覺,帶倒?的原子產生辛辣和苦味等等。這種早期的猜測的的原子產生辛辣和苦味等等。這種早期的猜測的確是太簡單了,但其中正包含了原子學說的核心,即巨觀物質的性質,是確是太簡單了,但其中正包含了原子學說的核心,即巨觀物質的性質,是由這些物質所組成微粒的特性、運動和相互作用而決定的。由這些物質所組成微粒的特性、運動和
13、相互作用而決定的。10古代原子說受到亞里士多德學派的壓制而隱沒古代原子說受到亞里士多德學派的壓制而隱沒2000年年古代原子論,一方面直接違悖了希臘大哲學亞里士多德古代原子論,一方面直接違悖了希臘大哲學亞里士多德 (Aristotle西元前西元前384-322年年) 關於自然界到處是充實的而不存在關於自然界到處是充實的而不存在真空的權威論斷,因而備受批評和壓制。真空的權威論斷,因而備受批評和壓制。另一方面,古代的原子論者們又都是富有影響的唯物主義哲另一方面,古代的原子論者們又都是富有影響的唯物主義哲學家,使得原子論的命運同唯物論哲學的興衰聯繫在一起。學家,使得原子論的命運同唯物論哲學的興衰聯繫在
14、一起。而且,長期以來,原子論一直停留在簡單的設想的階段上,而且,長期以來,原子論一直停留在簡單的設想的階段上,使人覺得它只是一種空泛的議論,因而在近代科學出現之前,使人覺得它只是一種空泛的議論,因而在近代科學出現之前,原子論沒有產生什麼重要的影響。原子論沒有產生什麼重要的影響。11古希臘哲學家的元素說古希臘哲學家的元素說 唯物主義的物質觀卻以比較抽象的唯物主義的物質觀卻以比較抽象的原子論表現出來,事實上,古希臘在原原子論表現出來,事實上,古希臘在原子論之前,就出現了關於物質組成的另子論之前,就出現了關於物質組成的另一種學說即一種學說即元素說元素說。至於什麼是組成物。至於什麼是組成物質的基本元素
15、,古希臘人泰勒斯質的基本元素,古希臘人泰勒斯 (Thales 西元前西元前624-547年年) 認為是水,也認為是水,也是古希臘人阿那克西美尼是古希臘人阿那克西美尼 (Anaximenes 西元前西元前588-524年年) 認為是氣,而赫拉克認為是氣,而赫拉克利特利特 (Heraclitus 西元前西元前495-435年年) 則認則認為是火。後來,恩培多克勒為是火。後來,恩培多克勒 (Empedocles 西元前西元前495-435年年) 在這幾種在這幾種元素之外再加上土,發展為元素之外再加上土,發展為四元素說,四元素說,主張物質由火、氣、水、土這四大元素主張物質由火、氣、水、土這四大元素組成
16、。組成。12古中國哲學家的五行學說古中國哲學家的五行學說(1) 大概在同一時期,中國古代也有一種類似五行學說,即以水、大概在同一時期,中國古代也有一種類似五行學說,即以水、火、木、金、土這些稱為五行的物質元素為構成萬物的根火、木、金、土這些稱為五行的物質元素為構成萬物的根本。本。 在西元前在西元前400年以前成書的尚書年以前成書的尚書 就記載有五行:一曰水,就記載有五行:一曰水,二曰火,三曰木,四曰金,五曰土。二曰火,三曰木,四曰金,五曰土。 在紀元前在紀元前400年左右所作的國語年左右所作的國語 裏更明確寫道:故先王以裏更明確寫道:故先王以土與金、木、水、火雜,以成百物。土與金、木、水、火雜
17、,以成百物。以上這些說法無疑都反映了古人對自然界的物質構成的另一種以上這些說法無疑都反映了古人對自然界的物質構成的另一種比較直接的認識。比較直接的認識。13古中國哲學家墨翟的古中國哲學家墨翟的原子不可分割說原子不可分割說(2) 在東方墨翟在東方墨翟 (約在西元前約在西元前468-376年年)為戰國時期為戰國時期的墨家的墨家 。墨家著作的總集叫做墨子,其中。墨家著作的總集叫做墨子,其中有篇墨經說:有篇墨經說:端;體之無序最前者也。端;體之無序最前者也。端是組成物體的無可分割端是組成物體的無可分割 (即無序即無序) 的的最原始的東西最原始的東西 (即最前者即最前者) 。這端就是原子。這端就是原子的
18、概念了。墨經又說端是無同也,意思是的概念了。墨經又說端是無同也,意思是說一個端裏沒有共合的東西,所以無可分說一個端裏沒有共合的東西,所以無可分割。割。14古中國哲學家儒家的古中國哲學家儒家的原子不可分割說原子不可分割說(3) 在戰國時期的儒家著作中庸指出:在戰國時期的儒家著作中庸指出:語小,天下莫能破語小,天下莫能破焉。焉。宋代朱熹宋代朱熹 (西元西元1130-1200年年) 解釋:解釋:天下莫能破是無內,謂如天下莫能破是無內,謂如物有至小而可破作兩者,是中著得一物在;若無內則是至小,物有至小而可破作兩者,是中著得一物在;若無內則是至小,更不容破了。更不容破了。這裏所說的莫能破、無內,也就是不
19、可分割的意思。這裏所說的莫能破、無內,也就是不可分割的意思。這就論證了物質有不可再分割的最原始單位,就相當於古典原這就論證了物質有不可再分割的最原始單位,就相當於古典原子學說中的原子概念。子學說中的原子概念。20世紀初,清末民初嚴復翻譯英文名詞世紀初,清末民初嚴復翻譯英文名詞atom為為莫破莫破或或莫破塵莫破塵,原子論原子論譯為譯為莫破質點莫破質點律律。15戰國時期的名家戰國時期的名家 惠施惠施 (約在西元前約在西元前365-310年年) 曾說:曾說:其小無內,謂之小一。其小無內,謂之小一。小一這東西不再有內,也就無法再分割了,即是最原始小一這東西不再有內,也就無法再分割了,即是最原始的微粒。
20、那些主張物質不可無限分割的人,則是認識到了分的微粒。那些主張物質不可無限分割的人,則是認識到了分割的關節。割的關節。現代物理學正不斷發現著越來越多的所謂基本粒子,揭現代物理學正不斷發現著越來越多的所謂基本粒子,揭示出物質的無限可分性。上述中外哲士提出的理論,是古典示出物質的無限可分性。上述中外哲士提出的理論,是古典原子說的雛形,也是原子科學史上光輝遺產!原子說的雛形,也是原子科學史上光輝遺產!古中國哲學家惠施的古中國哲學家惠施的原子不可分割說原子不可分割說(4) 16古中國哲學家公孫龍的古中國哲學家公孫龍的原子可分割說原子可分割說(5) 戰國時期的公孫龍戰國時期的公孫龍 (約在西元前約在西元前
21、320-250年年) 有一句名言:有一句名言:一尺之棰,日取其半,萬世不竭一尺之棰,日取其半,萬世不竭。這等於說木杖這等於說木杖 (即棰即棰) 可以無限地分割,也就是說物質的組可以無限地分割,也就是說物質的組成是連續的,和不可分割的理論成尖銳的對立,其臆想實成是連續的,和不可分割的理論成尖銳的對立,其臆想實在令人驚奇。在令人驚奇。 11/21/41/81/161/321/64 1/ (無限小無限小)17佛光人文社會學院佛光人文社會學院自然科學史自然科學史(History of Natural Science)第第7章章物質的基礎物質的基礎原子及其結構原子及其結構(B)科學家的原子科學家的原子楊
22、棋明 博士中央研究院生物多樣性研究中心Email: cmyanggate.sinica.edu.twTel: 02-27821258#612, 613FTP: http:/biodiv.sinica.edu.tw/cmyang.htm18原子結構發展簡史原子結構發展簡史 原子結構原子結構(Atomic Structure)在原子物理學中是非常重要的。在原子物理學中是非常重要的。甚麼是原子甚麼是原子(atom) ? 原子是化學元素原子是化學元素(elements)中具有該元素特質的最小粒子中具有該元素特質的最小粒子(particle),可互相結合成為分子,可互相結合成為分子(molecule)。
23、 古希臘有位哲學家古希臘有位哲學家德謨克利特德謨克利特(Democritus)便提出了便提出了原子原子是組成萬物的粒子。是組成萬物的粒子。(古典原子論古典原子論) 在在1897年前,當電子尚未被發現之前,年前,當電子尚未被發現之前,原子是不可分割原子是不可分割的基本單位。的基本單位。(近代原子論近代原子論)19 1793年道爾頓受聘于曼徹斯特的一所新學院。出版第一本科年道爾頓受聘于曼徹斯特的一所新學院。出版第一本科學著作學著作 氣象觀察與研究氣象觀察與研究。第二年成為曼徹斯特。第二年成為曼徹斯特文學哲學文學哲學會的會員。會的會員。 1799年,越來越重視對氣體和氣體混合物的研究。道爾頓認為,要
24、說明年,越來越重視對氣體和氣體混合物的研究。道爾頓認為,要說明氣體的特性就必須知道它的氣體的特性就必須知道它的壓力壓力。他找到兩種很容易分離的氣體,分別測。他找到兩種很容易分離的氣體,分別測量了量了混合氣體和各部分氣體的壓力混合氣體和各部分氣體的壓力。結果很有意思,裝在容積一定的容器。結果很有意思,裝在容積一定的容器中的某種氣體壓力是不變的,引入第二種氣體後壓力增加,但它等于兩種中的某種氣體壓力是不變的,引入第二種氣體後壓力增加,但它等于兩種氣體的分壓之和,兩種氣體單獨的壓力沒有改變。氣體的分壓之和,兩種氣體單獨的壓力沒有改變。道爾頓得出結論:混合道爾頓得出結論:混合氣體的總壓等于組成它的各個
25、氣體的分壓之和。氣體的總壓等于組成它的各個氣體的分壓之和。(Pt=P1+P2) 道爾頓發現由此可以做出某些重要的結論,氣體在容器中存在的狀態與道爾頓發現由此可以做出某些重要的結論,氣體在容器中存在的狀態與其他氣體無關。用氣體具有微粒結構來解釋就是,一種氣體的其他氣體無關。用氣體具有微粒結構來解釋就是,一種氣體的微粒或原子微粒或原子均勻的分布在另一種氣體的原子之間,因而這種氣體的微粒所表示出來的均勻的分布在另一種氣體的原子之間,因而這種氣體的微粒所表示出來的性質與容器中沒有另一種氣體一樣。道爾頓開始更多的研究關于原子的問性質與容器中沒有另一種氣體一樣。道爾頓開始更多的研究關于原子的問題,他頑強進
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