阿佛加德羅的分子學(xué)說(shuō)

　　一、阿佛加德羅的一生

　　化學(xué)家阿佛加德羅（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都靈市人，出生于一位著(zhù)名的律師家庭。１６歲時(shí)取得了法學(xué)士學(xué)位，２０歲時(shí)獲得法學(xué)博士學(xué)位，并當了幾年的律師。他厭倦律師工作，從２４歲起他開(kāi)始對數學(xué)、物理學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣。阿佛加德羅學(xué)習認真，工作負責。盡管他懂法文、英文和德文，可是他的科學(xué)理論除意大利外，外國很少有人知道。１８０４年都靈科學(xué)院推選他當通訊院士，１８１９年才正式選為科學(xué)院院士。１８２０年被聘為都靈大學(xué)數學(xué)、物理學(xué)教授，一直在這里教學(xué)和科研多年。他一生發(fā)表了５０多篇論文，內容十分豐富，還有最重要的著(zhù)作《可度量物體物理學(xué)》共４大卷。阿佛加德羅生前沒(méi)有獲得任何榮譽(yù)稱(chēng)號。死后才贏(yíng)得人們的崇敬。１９１１年為紀念阿佛加德羅定律提出１００周年，意大利在都靈建立了阿佛加德羅紀念像，出版了他的選集，頒發(fā)了紀念章。

　�。保梗担赌�，意大利科學(xué)院召開(kāi)了紀念阿佛加德羅逝世１００年大會(huì )。在會(huì )上意大利總統將首次頒發(fā)的加佛加德羅大金質(zhì)獎?wù)率谂c兩位著(zhù)名的諾貝爾化學(xué)獎獲得者──英國化學(xué)家欣謝爾伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美國化學(xué)家鮑林。他們在致詞中一致贊頌，他“為人類(lèi)科學(xué)發(fā)展作出貢獻的阿佛加德羅永遠為人們所崇敬。”

　　二、三論分子未能得到重視

　　化學(xué)家道爾頓發(fā)表原子學(xué)說(shuō)的第二年，化學(xué)家蓋·呂薩克提出了氣體化合體積定律。他將自己做的化學(xué)實(shí)驗結果與原子學(xué)說(shuō)相對照，認為原子學(xué)說(shuō)所說(shuō)化學(xué)反應中各種原子以簡(jiǎn)單數目相結合的論點(diǎn)，可以用自己的實(shí)驗予以支持，于是他提出了一個(gè)新的假說(shuō)：“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體含有相同數目的原子”他認為這一假說(shuō)是對原子學(xué)說(shuō)的支持和發(fā)展。沒(méi)想到，道爾頓堅決反對這個(gè)假說(shuō)，因為原子學(xué)說(shuō)認為不同元素的原子大小不會(huì )一樣，其重量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數目的原子。正當化學(xué)界對蓋·呂薩克提出的假說(shuō)開(kāi)展爭論時(shí)，阿佛加德羅對這個(gè)問(wèn)題也發(fā)生了濃厚的興趣。他仔細考察了蓋·呂薩克和道爾頓爭論之所以相持不下，矛盾無(wú)法解決，關(guān)鍵在于沒(méi)有指出分子的存在。

　�。保福保蹦�，阿佛加德羅在法國《物理雜志》發(fā)表一篇經(jīng)典性的論文，題為《論測定物體中原子相對重量及其化合物中數目比例的一種方法》，論述了有關(guān)原子量的測定，化學(xué)式的確立等，他根據蓋·呂薩克的實(shí)驗事實(shí)，進(jìn)行了合理的推論，引入了分子概念。文章指出，原子是參加化學(xué)反應的最小質(zhì)點(diǎn)，分子則是游離態(tài)單質(zhì)或化合物能獨立存在最小質(zhì)點(diǎn)。分子由原子組成，單質(zhì)分子由相同元素的原子組成，化合物分子則由不同元素的若干原子組成。他還根據蓋·呂薩克定律的實(shí)驗事實(shí)，修正了蓋·呂薩克假說(shuō)中的錯誤。認為“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數目的分子。”此假說(shuō)的奧妙之處在于把原子換成了分子，這樣跟道爾頓的原子學(xué)說(shuō)就沒(méi)有矛盾了，跟實(shí)驗事實(shí)也統一起來(lái)了，這樣跟道爾頓的原子學(xué)說(shuō)就沒(méi)有矛盾了，跟實(shí)驗事實(shí)也統一起來(lái)了。根據阿佛加德羅的假說(shuō)，只要承認任何物質(zhì)可以獨立存在的最小微粒是分子，那么單個(gè)的氣體分子就不是單個(gè)的原子，而是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的原子所組成，如氫、氧、氮、氯的分子都是由２個(gè)原子組成的。雖然阿佛加德羅假說(shuō)，言之成理，持之有據，可是并未獲得化學(xué)界的承認。１８１４年，阿佛加德羅發(fā)表了第二篇關(guān)于闡述分子假說(shuō)的論文，仍然沒(méi)有引起什么反響，同樣遭到冷遇。就是在這一年，法國物理學(xué)家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也獨立提出了類(lèi)似的分子假說(shuō)，也沒(méi)有引起化學(xué)界的注意。這時(shí)阿佛加德羅更清楚地認識到自己提出的分子假說(shuō)在化學(xué)發(fā)展中的重要意義。他對這種現象非常著(zhù)急，于是在１８２１年又發(fā)表了闡述分子假說(shuō)的第三篇論文。在文中寫(xiě)道：“我是第一個(gè)注意到蓋·呂薩克氣體實(shí)驗定律可以用來(lái)測定分子量的人，而且也是第一個(gè)注意到它對道爾頓的原子學(xué)說(shuō)具有意義的人。沿著(zhù)這種途徑我得出了氣體結構假說(shuō)，它在相當大的程度上簡(jiǎn)化了蓋·呂薩克定律的應用”。在阿佛加德羅論述了分子假說(shuō)后，感慨地寫(xiě)：“在物理學(xué)家和化學(xué)家深入地研究原子學(xué)說(shuō)和分子假說(shuō)之后，正如我所預言，它將要成為整個(gè)化學(xué)的基礎和使化學(xué)這門(mén)科學(xué)日益完善的源泉。”盡管阿佛加德羅前后三論，作了最大的努力，但是，還是沒(méi)有獲得人們的認可。

　　三、分子學(xué)說(shuō)的再生

　　道爾頓提出原子學(xué)說(shuō)后，測定原子量已成為化學(xué)家研究的重要課題。但是由于不承認分子的存在，化合物的原子組成就無(wú)法確定，以至原子量測定的數據呈現一片混亂。于是有的化學(xué)家對原子量能否測定表示懷疑，甚至對原子學(xué)說(shuō)是否正確也產(chǎn)生了懷疑，不承認分子假說(shuō)，在有機化學(xué)中同樣產(chǎn)生了極大的混亂，如醋酸就可以寫(xiě)出１９個(gè)不同的化學(xué)式，當量有時(shí)等于原子量，有時(shí)等于重合原子量（即分子量），無(wú)論無(wú)機化學(xué)還是有機化學(xué)中的混亂局面，都使化學(xué)家無(wú)法容忍。因而他們要求召開(kāi)一次國際會(huì )議，力求通過(guò)討論，在化學(xué)式、原子量等問(wèn)題上取得統一的意見(jiàn)。于是１８６０年９月在德國卡爾斯魯厄召開(kāi)了國際化學(xué)會(huì )議。來(lái)自世界各國的１４０位化學(xué)家在會(huì )上爭論熱烈，但沒(méi)有統一的意見(jiàn)。明珠是不怕被土埋的，到一定的時(shí)候，仍然會(huì )破土而出，放出光芒。這時(shí)意大利化學(xué)家康尼查羅（Cannizzaro,S.1826-1910）散發(fā)了他寫(xiě)的《化學(xué)哲學(xué)教程提要》的單行本。他回顧了５０年來(lái)化學(xué)發(fā)展的歷程，成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，都充分證實(shí)了阿佛加德羅的分子假說(shuō)是正確的。這個(gè)單行本一開(kāi)始就寫(xiě)道：“我相信，近年來(lái)科學(xué)的進(jìn)步、已經(jīng)證實(shí)了阿佛加德羅、安培和杜馬關(guān)于氣態(tài)物質(zhì)具有相似結構的假說(shuō)，即同體積的氣體，無(wú)論是單質(zhì)還是化合物，都含有相同數目的分子，而不含有相同數目的原子，因為不面物質(zhì)的分子以及在不同狀態(tài)下的相同物質(zhì)的分子可能含有不同數目的原子，其性質(zhì)也可能相同，也可能不同”。接著(zhù)康尼查羅在書(shū)中著(zhù)重介紹了求原子量和分子量的基本方法，還研究了應用杜隆和培蒂的原子熱容定律來(lái)驗證自己所得原子量的正確性�？的岵榱_還指出當量與原子量的不同，原子有自己不變的原子量，但也可能具有不同的當量�；瘜W(xué)家經(jīng)過(guò)５０來(lái)年的曲折歷程，終于承認阿佛加德羅的分子假說(shuō)了。阿佛加德羅的偉大貢獻被發(fā)現，立即光芒四射，成為扭轉這一混亂局面的理論武器。