《分子和原子》教学素材（原子、分子概念的发展简史）

关于物质结构的朴素的原子概念可以追溯到古代。早在公元前500年，印度哲学家蹇拿陀（Konād）认为物质是由最小的质点所构成的，这种质点又由比它本身还小的和不能再分割的某些质点所组成。他的说法接近于现代原子、分子的观点。

公元前5世纪，我国当时的著名哲学家墨翟（公元前479—前381）说：“非半不著斤则不动，说在端。……著斤必半，毋与非半，不可著斤也。……端，是无间也。”（见《墨经》）意思是说，物质到了没有一半的时候，就不能斫开它了。物质如果没有可分的条件，那就不能分了。墨子的“端”即物质的最小单位，有现代“原子”的意义，意味着他对物质的非连续性的认识。与此同时，希腊哲学家德谟克利特（Democritus，约公元前460—前370）认为宇宙万物皆由大量极微小的、硬的、不可穿透的、不可分割的粒子所组成，他称这些粒子为原子（希腊文即“不可分割”的意思）。按照这种学说：各种原子没有质的区别，只有大小、形状和位置的差异；原子遵循必然的规律在“虚空”里不断运动；它们集合时形成物体，分离时物体就消灭；物体“投射”出来的形象（影像）跟感官接触就引起色、声等感觉，感觉是认识的基础。到古希腊后期的伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前372—前271）和古罗马的卢克莱修（Lucretius，公元前99—前55）继承和发展了前人的学说，认为各种原子在质上也有差异。当时正处于实用及自然哲学时期，化学发展的特点是进行实践的人不讲求理论探索（以罗马人为代表），而讲理论的人又不做实验，和实践完全脱节（以希腊人为代表）。

中世纪之后，原子概念受到了不少科学家的重视。随着生产和自然科学的发展，原子学说也得到了发展。英国化学家道尔顿（J.Dalton，1766—1844）于1803年提出了原子学说，包括以下几个要点：

（1）元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。它们在一切化学变化中保持其本性不变。

（2）同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的，不同种元素的原子在形状、质量及各种性质上则各不相同。每一种元素以其原子的质量为其最基本的特征（这一点是道尔顿原子学说的核心）。

（3）不同元素原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质量之总和。同一化合物的复杂原子，其形状、质量和性质也必然相同。

道尔顿的原子论使当时的一些化学基本定律得到了统一的解释，因此很快地为当时化学界所接受和重视。只是他忽视了原子和分子的区别。后来法国化学家盖·吕萨克（J．L．Gay-Lussac，1778—1850）通过气体反应体积定律提出了分子假说作为对原子学说的补充。之后意大利的阿伏加德罗（Avogadro，1778—1850）于1811年发表了一篇论文，引入了分子概念，并指出分子跟原子的区别和联系。

原子分子学说虽然逐渐被人们接受了，但原子和分子当时还没有得到科学上的证实。直到1827年英国植物学家布朗（Brown，1773—1858）用显微镜观察水中悬浮的藤黄粒子所作的永不停止的无规则运动──布朗运动，它间接地显示了物质分子的存在，并且表明了聚集成液体或气体的分子是处于永恒的热运动中的。以后又得到了理论上的解释，并为实验所证实。

英国化学家卢瑟福（E．Rutherford，1871—1937）于1911年根据实验事实提出了原子的核型学说。1913年丹麦原子物理学家玻尔（N．Bohr，1885—1962）应用量子概念发表了他的原子结构理论。后来，又发展到以量子力学来研究原子和分子的结构。与此同时，实验技术手段也有很大的改进，如用Ｘ射线衍射和电子衍射等方法来研究分子中原子的空间结构、分子的构型等等。现代人们已经能够用电子显微镜等拍摄分子或原子的照片。这些发展和成就充分反映了人们对物质结构认识不断深化的过程。

根据现代物质结构理论，特别是根据化学键的观点来分析物质的构成，就出现了较为复杂的情况，不能简单地以原子、分子概念来说明了。例如，数量十分庞大的有机化合物大多是由分子构成的；CO₂、O₂、N₂、HCl等也都由分子构成，而活泼的金属跟活泼非金属所生成的盐类却是离子型晶体，像氯化钠在固体状态只有钠离子和氯离子相间的排列却无所谓分子可言，在气态也仅仅是氯离子和钠离子结合成的离子对（离子分子）。金刚石、锗、灰锡等单质的晶体是由其相同的原子以共价键相联系而形成的共价晶体。至于金属晶体则是由金属原子以金属键相联系。大多数金属在高温呈气态时，也仅仅是以单原子存在着，唯碱金属有少量以共价键结合的双原子分子。