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图4-2-1 道尔顿的原子论和阿伏伽德罗的分子说
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但是，原子论是不允许存在“半个”氧原子的，道尔顿认为，原子不可能一分为二。
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其实这个矛盾并不难解决，将反应中的原子数目都乘以2不就行了吗。换言之，我们可以如此来解释氢气和氧气变成水的反应：2个氢原子和1个氧原子，生成2个“水原子”。这也就是意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗（Amedeo Avogadro，1776—1856年）所提出的假设。不过这里他还用了一点技巧，建立了分子的概念，称为“分子说”。并且，他所提出的阿伏伽德罗定律认为同温、同压、同体积的气体含有相同的分子数，这个数字等于6.0221367×1023，现在已经成为物理学中重要的基本常数之一。阿伏伽德罗的分子—原子论正确地解释了上面的反应（图4-2-1（b））。
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新理论往往不容易被认可。当时欧洲各国的科学家，包括道尔顿，都不接受阿伏伽德罗的理论。一直到差不多过了50年之后，1860年，阿伏伽德罗已经去世，他的学生在欧洲的一次化学学术讨论会上，重新提起阿伏伽德罗假说，这个分子—原子论才得到学术界承认。
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化学家们发现了越来越多的化学元素，认识到世界的本源远不是古希腊哲学家们所想象的“四元素”或“五元素”学说那么简单。不过，化学家们也发现各种元素性质不同，但却符合某种周期性的规律，于是，他们便企图将不同的元素按照周期规律进行分类。1789年，拉瓦锡将当时已知的33种元素分为四类，发布了人类历史上第一张“元素表”。1829年，德贝莱纳对当时已知的54种元素提出了三元素组规则。之后，又有好几位化学家提出化学元素的分类方法，其中最具影响的是俄国化学家门捷列夫、德国化学家迈尔等发现的元素周期表。
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门捷列夫生于1834年，死于1907年，10岁之前居住于西伯利亚，后来成为彼得堡大学教授。1867年左右，门捷列夫在编著化学教科书的过程中，碰到了如何将元素合理列表的难题。当时已知的元素已经多达63种，这些元素性质各不相同，都很有趣，但63是个不小的数目，难道将它们一个接一个地罗列在书中吗？门捷列夫不满意这种方法，试图寻找一种更合乎逻辑的方式来组织这63种元素。
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门捷列夫受到他喜欢玩的扑克牌游戏的启发，制作了63张卡片，将63种元素的名称、原子质量、氧化物、物理化学性质等写在上面，整天将这些卡片用不同的方式排来排去，苦苦思索。有时8个一组，有时又变成3个一行，一会儿想到用金属和非金属分别，一会儿又想到按照固体、液体、气体的不同状态放在一起。
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1869年某一天，门捷列夫仍然继续拨弄他的63张卡片。他把常见元素按照原子质量递增的顺序排起来，然后又排不常见的元素，排着排着好像悟出了那么一点规律，发现用某一种排列方法，能使得相似的元素按照一定的周期性出现。
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最后，门捷列夫终于将这些“扑克牌”排在一起制成了一张表。表的横行表现元素特性的一定周期，而表的纵行是同族元素。特别有意思的是，门捷列夫在表中留下了一些空格，一般来说是位于原子量跳跃太大的地方。门捷列夫大胆地假设，这些空格是属于某些尚未发现的新元素。因此，周期律不仅表现了已知元素的规律，还可以预言尚待发现的元素。
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图4-2-2 门捷列夫发现元素周期律
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事实上，在1865年，一位英国化学家纽兰兹也独立地进行过类似的分类研究，也是将元素用原子量递增的方法排列起来。他发现每隔8个元素，物质的物理化学性质便会重复。纽兰兹将此现象取名为“八音率”，这个结论已经十分接近门捷列夫的元素周期率。但是，纽兰兹的工作得到的却是嘲笑和奚落。后来当门捷列夫周期表被人信服之后，英国皇家学会才对过去对纽兰兹的不公正态度进行了纠正。
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还有德国化学家迈尔早在1864年发明的“六元素表”，也已具备了化学元素周期表的类似结构。因此，虽然元素周期表的功劳通常归于门捷列夫名下，但客观上来说，其发现是众多化学家共同努力的成果，是科学发展的必然。
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150年过去了，如今化学教科书上出现的元素周期表，与当年门捷列夫的周期表已经大不相同。一是元素的数目大大增加，已经有一百多种，其中八十多种是天然发现的，有二十余种为人造元素。另一个区别是：当年门捷列夫按照原子质量来排列元素，现在是按照原子序数来排列，这种排列方式的改变，与后来对原子结构认识的深化有关。尽管有了这些改变，但周期表的基本形式仍然未变，周期律威力不减，成为进入化学研究必经的第一道门槛。
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近几十年来，随着与原子有关的实验及理论的发展，对周期律深入探讨和解释的任务逐渐转移到物理学的研究领域。也正是化学元素这种周期分类的重复模式，启发了科学家的思维，感觉其中隐藏着物质结构更为深层更为基本的秘密。最后，发现并证实了所有的原子都是由质子、中子、电子组成的结论。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970777]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 3．原子模型
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虽然都被称为“原子”，但其内含的基本概念已经经过了多次的历史变迁。
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1803年，道尔顿基于实验的基础上，将古希腊哲学家德谟克利特等人的原子猜想引入到化学中，建立了原子的实心小球模型。道尔顿认为所有物质都由原子组成，同种物质的所有原子都相同，而不同的物质有不同的原子。此外，道尔顿认为原子是不可再分的，他还最先从事了测定原子量的工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子质量，并发表了第一张原子量表。道尔顿首次将原子的研究从哲学引进到科学后，提出了科学的原子学说。
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在对世界本源的探索中，最激动人心的进展开始于19世界末。1897年，约瑟夫·汤姆逊（Joseph Thomson，1856—1940年）发现电子，这是科学家发现的第一个微观粒子，也是迄今为止一直被认为是基本粒子的一种粒子。此后，越来越多的微观粒子被陆续发现，质子、中子、介子、超子、中微子……相应的，相关理论也一步步被构建起来。
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约瑟夫·汤姆逊于1904年提出原子的西瓜（或葡萄干蛋糕）模型。他将原子想象成一个类似西瓜的小东西，均匀带正电荷的部分是红色的瓜瓤，带负电荷的电子则像西瓜子一样镶嵌在瓜瓤中。不过汤姆逊的原子模型好景不长，很快就被他的得意门生卢瑟福否定了。
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英国物理学家卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937年）和他的助手汉斯·盖革博士，对铀、钍、镭等放出的射线进行研究，发现了α粒子。通过观察α粒子在电场和磁场中的表现，卢瑟福弄清楚了这种粒子的性质。由于研究α衰变对原子研究作出的重要贡献，卢瑟福被授予1908年的诺贝尔化学奖。
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卢瑟福用α粒子来探测原子的内部结构，从这些α粒子提供的大量实验结果，卢瑟福脑海中构造出了一个与老师的西瓜图景不太一样的原子模型，称之为“行星模型”。
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