基本粒子5︱如何测量原子的质量和体积原子的质量怎么测定的 _小知识

上节课结束以后，我们已经说完了电子的发现过程，最后我们就获得了一个关于电子非常重要的参数，荷质比。
【基本粒子5︱如何测量原子的质量和体积原子的质量怎么测定的】但是我们这个时候并不知道电子具体的电荷和质量到底是多少？所以接下来最重要的工作就要是求出电子的电荷，或者是质量，只要知道其中一个就能算出另外一个。

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但这并不是关键的问题，关键的问题是只要我们知道其中一个量，我们就能算出每一个原子的质量和体积，神奇吧，这就是科学的魅力，原子它很小，我们不可能拿着称，拿着尺子去量它，我们只能通过间接的手段把它算出来。
方法其实也很简单，因为在汤姆逊测量电子之前，我们已经获得了两个重要的关于原子性质的比值；

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比如说19世纪初道尔顿的相对原子质量，也就是把一个原子的质量当作基准值，然后算出其他原子相对于它的质量的比值，算出来是多少，相对原子质量就是多少。
那么知道了这个比值，就意味着，我们只要知道其中一个原子的质量，那其他的原子的质量都可以算出来。

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还有一个是法拉第在做电解实验的时候，就测量出了关于原子质量和电子电荷的比值，这就意味着只要我们能测出电子的电荷，就能算出某一个原子的质量，那整个元素周期表中的原子质量都可以算出来。
那关于原子的体积那就更好算了，因为密度是我们掌握的一个最早的关于物质质量和体积的关系，那我们现在知道了原子的质量，它的体积也就算出来了。
整个过程就是这么的简单，符合逻辑，但是说起来简单做起来比登天还要难。所以接下来我想用几个视频的时间，把这件事从头到尾说清楚，只要你了解了其中的逻辑关系，你就会发现，科学其实非常有趣，也不得不佩服科学家们聪明的头脑。
好，那今天我们就先说铺垫第一个问题，相对原子质量。
在上世纪以前，原子是不是真的存在是一个非常有争议的话题，很多人不相信原子存在，比如马赫和奥斯瓦尔德，他们坚持的思想是，原子不能被直接看到，所以假设它存在就不科学。

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还有一些人就认为原子存在，比如麦克斯韦，还有玻尔兹曼，当然还有近代原子论鼻祖道尔顿。
它们假设原子存在是因为，这样的假设可以解释很多的现象，比如气体表现出来的温度和压力，就被麦克斯韦和玻尔兹曼解释为分子的热运动，以及道尔顿最早发现的元素化合物的倍比关系，也可以通过假设原子的存在给出解释。
关于道尔顿的研究，是人们在他的实验笔记中看到的，是最早关于原子相对质量的研究记录，时间大约为1802到1804年。
道尔顿在做实验的时候就发现了这样一个现象，把一个元素和另外一个元素化合，它们之间总是有确定质量比，比如说他就发现，当氢在氧气中燃烧的时候，消耗一克氢的同时，总是会消耗5.5克的氧，这是当年道尔顿的数据，可以看出这个测量一点都不准，今天我们知道这个比例是1：8 。
除了氢和氧有这样的比例关系以外，其他的元素在化合的时候也一样，道尔顿就觉得这件事比较奇怪，为什么这些比例是固定的，为什么就不能生成含氧多一点，或者少一点的水？
道尔顿最重要的贡献就是他用原子论的思想解释了这个实验结果，他说假如水是由粒子构成的，在水的粒子中有一个氢原子和一个氧原子，这就可以解释化合物元素固定比例的问题了。
他因此也就推断出了，一个氧原子的质量是氢原子的5.5倍，按照这个方法道尔顿就以氢原子的质量为基准测量了一些原子的相对质量，比如氮的相对原子质量是4.2、碳是4.3、硫是14.4，可以看出道尔顿的测量都是错的。
有两个原因，第一个就是他的测量误差太大，第二个是他不知道化合物的分子式，比如他说水是HO，其实是H?O，那么按照正确的化学式，算出来的氧的相对原子质量是11，和今天的近似值16就差的不远了。

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上图就给出了一些元素的相对原子质量，可以看出今天的值和道尔顿当年测量的值相差很大，需要注意的是，今天的相对原子质量不在是以氢的原子质量为基准的，而是以碳12原子质量的1/12为基准测量出来的。其实碳12原子质量的1/12和氢的原子质量非常接近，但还是有0.8%的差别。

基本粒子5︱如何测量原子的质量和体积 原子的质量怎么测定的

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