《人類科學技術史-277》原子——分子學說的確立

原子——分子學說的確立

化學的新時代是隨原子論開始的，1803年，道爾頓(1766-1844年，英國）首次宣讀了關于原子論和原子量計算的論文，其要點是：元素的最終組成是簡單原子，簡單原子不可分割，在一切化學變化中保持性質不變；各元素的原子在形狀、質量和性質上是不同的，每種元素以其原子的質量為最基本特征；不同的元素的原子按比例結合，形成化合現象，化合物的原子叫復雜原子。他規定氫原子量為1，據此他計算了其它元素的原子量。5年后他發表了20種元素的原子量表，并創造了相應的原子符號。

道爾頓的原子論很好他說明各種化學現象和化學定律間的內在聯系，很快為多數學者接受，成為當時解釋各種化學現象和探索物質結構的統一理論。特別是他提出元素以其質量為基本特征的思想，對導致元素周期律的發現起了重要的作用。

1811年，阿佛加德羅(1776-1856年，意大利）提出分子的概念。他認為原子是參加化學反應的最小質點，而分子是單質或化合物能獨立存在的最小質點。分子具有物質的特性，它是由的原子組成的。化學變化是不同物質分子的原子重新組合的過程。他還提出了一個重要原理：一切氣體在相同體積中含相等數目的分子。他由此創造出一種用來測定物質相對質量的實驗方法。很明顯，阿佛加德羅的分子說是道爾頓原子論的合理發展，可惜沒有得到當時化學界多數人的理解，被冷落了近半個世紀之久。

原子論得到普遍承認后，許多化學家積極投身于原子量的測定和研究。

貝采里烏斯(1779-1848，瑞典）自1810至1830年致力于原子量的測定，他曾準確地分析了2000多種單質和化合物，為計算原子量提供了豐富的實驗依據。貝采里烏斯假定由A、B兩種元素生成的化合物，其分子式是AmBn，m和n分別代表兩種元素的原子數，那么m與n之比等于生成該化合物時A、B兩種單質氣體體積的最簡比。這一原則貫徹在他的原子量測定中。1814年，他發表了第一個原子量表，其中列有41種元素的原子量；1821年發表的原子量表中除個別元素外與現代原子量表大體相符。他的另一貢獻是采用元素拉丁文名稱的第一個字母作為該元素的化學符號，這一方法一直沿用至今。

貝采里烏斯的學生米希爾里希(1794-1863年，德國）于1819年發現了同晶定律。定律指出"同數目的原子若以相同的格局相結合，其結晶形狀相同。原子的化學性質對結晶形狀不起決定作用，但晶形卻為原子數目和結合的樣式(布局）所支配"。米希爾里希與老師合作利用同晶定律修正原子量的測定工作。他們曾利用硫酸鹽和鉻酸鹽的同晶現象成功地修正了多數金屬氧化物的化學式，進而使原子量也得到校正。

原子量的測定研究使大量無機化合物的組成逐步得到澄清，人們逐漸認識到一個重要的事實，即一種元素和它種元素相結合，原子數存在一定的比例關系。

弗蘭克蘭(1825-1899年，英國）在1852年研究金屬與烷烴基的化合物時，發現每種金屬的原子只能和一定數目的有機團結合。這啟發他去研究其它無機化合物的分子式，最終形成了"化合力"的概念。他寫道："一切化學元素當生成化合物時，盡管和相化合的原子在性質上相差很大，但它吸引這些元素的'化合力'卻總是要求結合一定數目的原子。"他還只能用"單原子"元素和"多原子"元素的提法來表達"化合力"的差別。

1857年，凱庫勒(1829-1896年，德國）和庫帕(1831-1892年，英國）發展了弗蘭克蘭的思想，他們把各種元素的化合力用"原子數"或"親和力單位"來表示。他們指出"不同元素原子相化合時總是傾向于遵循親合力單位數等價的原則"。這樣由凱庫勒和庫帕共同奠定了原子價理論的基礎。

1864年，邁爾(1830-1895，德國）提出了"原子價"的術語。原子價學說闡明了各元素在化合時所遵循的量的規律，它不僅為后來元素周期律的發現提供了重要的依據，而且對有機化合物結構理論，以至整個有機化學的發展起著有力的推動作用。

在19世紀前半葉始終沒有找到一種更合理的方法來確定原子的組成比例，以至使這一研究陷入混亂，個別人甚至懷疑原子論是否正確。在這種背景下，歐洲的化學界于1860年9月在德國的卡爾斯魯厄召開國際會議，專門討論原子價、化學式和元素符號的統一問題。康尼查羅(1826-1910年，意大利）在會議中散發了《化學哲理課程大綱》一書，書中針對這些專題中的錯誤理論作了逐一澄清，對如何確定原子量指出了令人信服的途徑。他寫道："等體積的氣體中含有數目相同的分子，而絕不是數目相同的原子。"這就是說首先應當測定物質的分子量，在此基礎上再精確測定原子量。康尼查羅統一了各種分歧，澄清了錯誤思想，贏得了化學界的承認。這樣，原子——分子理論形成了協調的體系。