我从自己所做的实验了解到一点，混合物与化合物是完全不同的。无论以何种比例，都可以将盐和糖混合到一起。将盐和水混合到一起，盐就会溶化，此后可加热使水蒸发，把盐再变回来。我们也可以拿一块黄铜合金，将其中的铜和锌还原出来。有一次，我的蛀牙补的银粉掉了，我就提取出了其中的汞。这一切，无论是盐水、铜合金还是水银合金，都是混合物。一般来说，混合物都具有其组成成分的特征（也许会表现出来一两种特色，例如，黄铜的相对硬度、盐水的低冰点），但化合物却有着自己全新的属性。
18世纪，大多数科学家默认化合物有其固定的组成成分，是元素以精确并且固定不变的比例结合而成的。也只能这样吧，还没有人仔细地研究过这点或宣布自己的重大发现。但是，直到在西班牙工作的法国化学家普罗斯特着手分析氧化物和硫化物的时候，对此才有了详细的分析和关于此观点的声明。他证明所有真正的化合物是元素以一定的比例结合而成，而不管化合物是如何制造出来的，或者在什么地方发现的。比如，无论是在实验室中制作的红色硫化汞还是以矿物的形式发现的红色硫化汞，总是含有同样比例的汞和硫。普罗斯特这样写道：
在任何地方，化合物的组成成分都是一样的。由于聚合模式的不同，它们的外观可能会有所不同，但是本质始终如一……日本的赤色硫化银与西班牙的赤色硫化银的组成成分是一样的。无论是来自秘鲁的氯化银还是来自西伯利亚的氯化银都是一样的。全世界有且只有一种氯化钠、一种硝石、一种硫酸钙和一种硫酸钡。每次实验都分析和验证了这个事实。
1799年，普罗斯特将他的理论概括为一条定律--定比定律。普罗斯特的分析以及他的神秘定律引起了世界各地化学家的极大关注。这其中有一位化学家对此大加赞赏，他就是英国化学家约翰·道尔顿。他拥有更强的洞察力，是曼彻斯特一个普通的贵格派教员。
约翰·道尔顿在数学方面很有天赋，并且他对牛顿的微粒论十分感兴趣。道尔顿想试着去了解各种气体的物理性质--用微粒子或原子的概念来思索压力、扩散以及溶解。他已经想到了“基本粒子”及其重量，只不过仍局限于纯物理学的范畴。当他第一次听说普罗斯特的研究时，在一瞬间突发奇想，想看看“基本粒子”是如何证明普罗斯特的定律的。事实上，他看到了化学的根本原理。
在牛顿和波义耳看来，尽管物质形状各异，但是组成物质的微粒和原子都是一样的。因此，他们认为一般金属可以变成金子，因为那只是基本物质形态的转变。但是现在元素的概念早已经明了，这要归功于拉瓦锡。道尔顿认为原子就像元素一样有很多种。每一种元素都有一个固定的“原子量”，并且这决定了它与其他元素结合到一起的时候，有一个相对的比例。因此，23克的钠要与35.5克的氯结合到一起，这是因为钠和氯的原子量分别是23和35.5。当然，原子量并不是原子的实际重量，而是根据基准计算出来的相对重量。
读到道尔顿有关原子理论的文章时，我欣喜若狂，想到这些人们在实验室的天平上推算出来的神秘比例和数字竟可以映射出原子们在一个无形的、无限的内在世界里跳舞、碰撞、互相吸引和结合。这是多么神奇啊！我仿佛觉得自己也被赋予了这样的能力，把想象力当成是显微镜，窥视一个微小的世界、一个遥远的世界。这个世界比我们所在的世界要小几十亿、几万亿倍，而在那里可以看到组成物质的成分。
戴维给我看过金箔，他不断地敲击，直到它几乎变得透明，这样的话它就能透光了--一种漂亮的蓝绿色的光。他说，这片金箔只有几十个原子的厚度。父亲告诉我，像马钱子碱这样的毒药，稀释了一百万倍以后，就可以尝尝了。我喜欢用薄胶卷来作实验；在洗澡的时候我还喜欢吹肥皂泡，小心翼翼就可以将一点点肥皂水吹成大大的泡；下雨天走在路上，我还喜欢看油脂在路面上形成的彩色薄膜，扩散开来。从某一方面来说，这些都让我想到了很小的物质--粒子，它们组成了金箔、肥皂泡和油膜。
但是道尔顿的暗示让人感到无比激动，因为原子不仅仅如牛顿所说是物质构成的粒子，而且原子与元素本身一样有着自己的特色--元素的特色正来自原子。
后来道尔顿制作了原子的木质模型，我小时候曾在自然科学博物馆看到过他亲手制作的模型。这些模型激起了我丰富的想象力，它们都很简单粗糙，却让我感觉到原子是真实存在的。但并不是每个人都这样想，有些科学家看到道尔顿的模型时，认为这很荒谬。80年后，著名的化学家罗斯科写道：“原子就是道尔顿先生制造出来的小圆木块。”
在道尔顿生活的时代，人们的确可能会认为关于原子的想法难以置信，即使他们没有公开斥之为废话。100多年过后，才证明了原子的确存在。甚至连威廉·奥斯特瓦尔德也不相信原子存在这一事实。1902年，他在《无机化学原理》一书中写道：
从化学发生过程来看，好像物质都是由原子组成的……但充其量这只是可能而不是必然……就像图片和现实，千万不能把这两者混淆……假设只是表象的辅助。
当然，现在我们可以运用原子力显微镜观看并且还可以操控单个的原子，但是在19世纪初，在完全没有实证的情况下提出这样的假设，需要很强的洞察力和很大的勇气。
道尔顿在1803年9月6日的笔记中详细地说明了化学原子的理论。那一天是他37岁的生日。起初，道尔顿很谦虚或者说很羞怯，没有发表过任何他的理论。但是，他算出了6种元素的原子量，即氢、氮、碳、氧、磷和硫，这些道尔顿都记在他的笔记本上。很快就有消息传出，说道尔顿创造出了让人更吃惊的东西。著名化学家汤姆森因此专程去曼彻斯特拜访道尔顿。与道尔顿简短的对话改变了汤姆森的一生，汤姆森后来写道：“脑海中突然出现的新想法让我意识到了这种理论的重要性。”
虽然道尔顿曾向曼彻斯特的文哲学会报告了他的一些思想，但是直到汤姆森将它们写出来，这些想法才为外界所知。汤姆森的陈述很精彩也很具说服力，比道尔顿本人的说明还精辟。1808年，道尔顿才在他的《新系统》一书的最后几页提到原子理论。
但是，道尔顿清楚他的理论存在根本的问题。因为从化合量或当量到原子量，要求人们了解化合物的准确分子式，在很多情况下，同样的元素可能有不止一种结合方式（比如氮的三种氧化物）。所以道尔顿假设，如果两种元素只形成单一的化合物（比如氢和氧结合成水或氮和氢组成氨），一对一的比例将会是最稳定的。因此，他将水的分子式写为HO，并且他认为氧气的原子量与其当量是一样的，都是8。他以此类推把氨水的分子式写成NH，这样氮的原子量就是5。
然而，就在道尔顿发表《新系统》的同一年，法国化学家盖·吕萨克证明，如果衡量的是气体的体积而不是重量，就会发现氢氧形成水时体积比例是2∶1。道尔顿对这些发现表示质疑（虽然他能够非常轻松地加以证实）。他之所以怀疑是因为他认为：为了让半个氧原子与一个氢原子结合，就要把一个原子分为两半。
虽然道尔顿谈到了“复合原子”，但是他没有明确区分开原子和分子（比前人区分得稍微清楚些）。分子是一种元素或化合物能自由、单独存在且能够保持其化学性质的最小微粒，原子是物质的最小单位。意大利化学家阿伏加德罗详读盖·吕萨克的论述时，产生一个假设：同等体积的气体含有同等数量的分子。这样的话，氢氧反应成水，可说是两个体积的氢与一个体积的氧反应生成两个体积的水。因此，方程式可以写作：2H2+O2→2H2O。
但是，实际上阿伏加德罗的分子理论被人们忽略了或者说被人们拒绝了，其中也包括道尔顿。原子和分子在很大程度上还是被混淆了，并且人们都不相信同一类型的原子可以结合到一起。虽然把水看成H2O没有问题，但是把氢分子看成是两个氢原子的结合（H2）就难以想象。19世纪早期很多错误的原子量都是由此引起的--有的原子量可能只是一半，有的却是两倍，有的该是三分之一，也有的是四分之一。
格里芬的《游戏化学》是我做化学实验的第一本入门书，这本书写于19世纪中叶，其中很多公式以及原子量的计算和道尔顿的一样有很多错误。这在实践中没有造成很大的影响，当然，也没有影响格里芬的声誉。他的公式和原子量可能真的不对，但是，他提到的试剂以及用量都是正确无误的，问题出在他对于分子式的解释。
因为对元素分子的困惑以及很多化合物公式的不确定，在19世纪30年代，人们开始怀疑原子量的概念。事实上，原子和原子量的概念那时都受到质疑，以至于法国著名化学家杜马在1837年大声呼吁：“如果我说了算的话，我将把原子一词从科学词库中删除。”
到了1858年，阿伏加德罗的同乡康尼查罗意识到阿伏加德罗的假设为长期以来对于原子和分子、原子量与当量的混淆提供了有力的解释。康尼查罗的第一篇文章被忽略了，但是在1860年底，当化学家们出席在卡尔斯鲁厄召开的第一届国际化学会议的时候，正是康尼查罗的陈述给众人指明了方向，并且结束了他们多年来的烦恼。
这就是我从实验室出来的时候闻到的历史的味道。1945年，我买了一张去往科学博物馆的图书馆的火车票。这说明科学的发展不是笔直的逻辑的连续，它飞跃、分离、融合、偏离，也会节外生枝或反复，甚至走进死胡同。有一些思考者没有注意到历史，有很多人根本不知前人的足迹，但也可有所斩获。比如道尔顿，如果他了解在他之前2000年的原子理论，在提出这一理论的时候，就会感觉很困难。但是还有一些人不断地考虑他们所研究学科的历史，并且，这些人作出的贡献与他们的思考是密切相关的。很明显，康尼查罗就是这样。康尼查罗经常想到阿伏加德罗，他看见了其假设的应用，并且这种应用是别人没有过的，正是这种应用让他的创造在化学界引起了革命。
康尼查罗强烈地想要他的学生对化学史有所了解。在一篇关于化学教学的论文里，康尼查罗谈到了他如何让学生认识化学，他设法让他们回到拉瓦锡时代。这样的话，学生们都能感觉到与拉瓦锡同时代的人感受到的革命的推动力以及由此产生的惊奇。并且，过了几年后，他们就能体会到道尔顿所说的灵光乍现般的启发。
康尼查罗总结说：“常常，学习一种新的科学，必须要经历科学本身在历史演变过程中经历的阶段。”康尼查罗的话引起了我强烈的共鸣。因为从某种意义上说，我也曾经亲自体验化学史，重新发现它走过的每一个阶段。
然而克劳德·贝托莱对普罗斯特的观点提出了挑战。克劳德·贝托莱是一位非常伟大的化学家。他是拉瓦锡的热心拥护者。实际上，克劳德·贝托莱曾经与拉瓦锡一起工作过。贝托莱发现了化学漂白物并且在拿破仑远征到埃及的时候，曾经陪同前往。他还观察到不同的合金和玻璃具有明显不同的化学成分，因此，他认为化合物应该具有不断变化的成分。当他在实验室里煅烧铅的时候，还注意到一种显著的持续的颜色变化。难道这是因为不同阶段氧气吸收量的不同吗？普罗斯特争辩说，加热铅的时候能够不断地吸收氧气，此时颜色也会随之改变。他认为这是由于三种有色氧化物的形成：一种是黄色的一氧化碳，其次是红色的硫，最后一种是巧克力色的二氧化物。根据氧化程度不同，互相融合，就像在调色。他感觉可以在任何比例下将氧化物混合到一起，但是每一种氧化物都有自己固定的组成成分。贝托莱对诸如硫化亚铁这样的化合物很感兴趣，因为硫化亚铁里含有的铁和硫的比例向来不定。对此普罗斯特不能给出明确的说明。随着后来对晶体点阵以及其中的缺陷和替代物的了解，这一问题才变得明朗化。因此，在不同的化合程度，在硫化铁的点阵中，铁可以用硫来代替，因此这样它的有效公式是Fe7S8或Fe8S9。因此，非计量化合物又称为贝托莱化合物。因此，从某种意义上来说，普罗斯特和贝托莱都是正确的，但是大多数混合物拥有固定成分这一观点应算是普罗斯特的发现。普罗斯特的观点、给了道尔顿极大的启示，所以普罗斯特的观点还是主流。
虽然牛顿在他最后的《质问》一书里，也暗示了道尔顿式的概念：“上帝能够以不同比例的粒子创造出不同大小和形状的物质，物质于是布满在空间之中。或许，这种粒子还有不同的密度和重量。”
道尔顿将原子描述为中间有点、星和十字的小圆圈，很容易让人想起炼金术或者是行星的符号。而复合原子（现在我们可以把它称为分子）的几何构成确实很复杂：真正的结构化学还要等50年才发展起来。尽管道尔顿提到这些是他的原子假说，但是他相信原子是真实存在的，因此他极力反对贝采里乌斯用一两个字母代表元素符号的做法，而主张用图像符号。他强烈地反对贝采里乌斯的象征主义，他认为象征主义掩藏了原子的原貌。直到终老，他还在反对。事实上，道尔顿于1844年因中风突然去世的时候，有很多人也在强烈反对他所说的原子的真实性。
