阿佛加德罗的分子学说

阿佛加德罗的分子学说

一、阿佛加德罗的一生

　　化学家阿佛加德罗（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都灵市人，出生于一位著名的律师家庭。１６岁时取得了法学士学位，２０岁时获得法学博士学位，并当了几年的律师。他厌倦律师工作，从２４岁起他开始对数学、物理学发生了浓厚的兴趣。阿佛加德罗学习认真，工作负责。尽管他懂法文、英文和德文，可是他的科学理论除意大利外，外国很少有人知道。１８０４年都灵科学院推选他当通讯院士，１８１９年才正式选为科学院院士。１８２０年被聘为都灵大学数学、物理学教授，一直在这里教学和科研多年。他一生发表了５０多篇论文，内容十分丰富，还有最重要的著作《可度量物体物理学》共４大卷。阿佛加德罗生前没有获得任何荣誉称号。死后才赢得人们的崇敬。１９１１年为纪念阿佛加德罗定律提出１００周年，意大利在都灵建立了阿佛加德罗纪念像，出版了他的选集，颁发了纪念章。

　　１９５６年，意大利科学院召开了纪念阿佛加德罗逝世１００年大会。在会上意大利总统将首次颁发的加佛加德罗大金质奖章授与两位著名的诺贝尔化学奖获得者──英国化学家欣谢尔伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美国化学家鲍林。他们在致词中一致赞颂，他“为人类科学发展作出贡献的阿佛加德罗永远为人们所崇敬。”

　　二、三论分子未能得到重视

　　化学家道尔顿发表原子学说的第二年，化学家盖·吕萨克提出了气体化合体积定律。他将自己做的化学实验结果与原子学说相对照，认为原子学说所说化学反应中各种原子以简单数目相结合的论点，可以用自己的实验予以支持，于是他提出了一个新的假说：“在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子”他认为这一假说是对原子学说的支持和发展。没想到，道尔顿坚决反对这个假说，因为原子学说认为不同元素的原子大小不会一样，其重量也不一样，因而相同体积的不同气体不可能含有相同数目的原子。正当化学界对盖·吕萨克提出的假说开展争论时，阿佛加德罗对这个问题也发生了浓厚的兴趣。他仔细考察了盖·吕萨克和道尔顿争论之所以相持不下，矛盾无法解决，关键在于没有指出分子的存在。

　　１８１１年，阿佛加德罗在法国《物理杂志》发表一篇经典性的论文，题为《论测定物体中原子相对重量及其化合物中数目比例的一种方法》，论述了有关原子量的测定，化学式的确立等，他根据盖·吕萨克的实验事实，进行了合理的推论，引入了分子概念。文章指出，原子是参加化学反应的最小质点，分子则是游离态单质或化合物能独立存在最小质点。分子由原子组成，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子则由不同元素的若干原子组成。他还根据盖·吕萨克定律的实验事实，修正了盖·吕萨克假说中的错误。认为“在同温同压下，相同体积的不同气体具有相同数目的分子。”此假说的奥妙之处在于把原子换成了分子，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了。根据阿佛加德罗的假说，只要承认任何物质可以独立存在的最小微粒是分子，那么单个的气体分子就不是单个的原子，而是由两个或两个以上的原子所组成，如氢、氧、氮、氯的分子都是由２个原子组成的。虽然阿佛加德罗假说，言之成理，持之有据，可是并未获得化学界的承认。１８１４年，阿佛加德罗发表了第二篇关于阐述分子假说的论文，仍然没有引起什么反响，同样遭到冷遇。就是在这一年，法国物理学家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也独立提出了类似的分子假说，也没有引起化学界的注意。这时阿佛加德罗更清楚地认识到自己提出的分子假说在化学发展中的重要意义。他对这种现象非常着急，于是在１８２１年又发表了阐述分子假说的第三篇论文。在文中写道：“我是第一个注意到盖·吕萨克气体实验定律可以用来测定分子量的人，而且也是第一个注意到它对道尔顿的原子学说具有意义的人。沿着这种途径我得出了气体结构假说，它在相当大的程度上简化了盖·吕萨克定律的应用”。在阿佛加德罗论述了分子假说后，感慨地写：“在物理学家和化学家深入地研究原子学说和分子假说之后，正如我所预言，它将要成为整个化学的基础和使化学这门科学日益完善的源泉。”尽管阿佛加德罗前后三论，作了最大的努力，但是，还是没有获得人们的认可。

　　三、分子学说的再生

　　道尔顿提出原子学说后，测定原子量已成为化学家研究的重要课题。但是由于不承认分子的存在，化合物的原子组成就无法确定，以至原子量测定的数据呈现一片混乱。于是有的化学家对原子量能否测定表示怀疑，甚至对原子学说是否正确也产生了怀疑，不承认分子假说，在有机化学中同样产生了极大的混乱，如醋酸就可以写出１９个不同的化学式，当量有时等于原子量，有时等于重合原子量（即分子量），无论无机化学还是有机化学中的混乱局面，都使化学家无法容忍。因而他们要求召开一次国际会议，力求通过讨论，在化学式、原子量等问题上取得统一的意见。于是１８６０年９月在德国卡尔斯鲁厄召开了国际化学会议。来自世界各国的１４０位化学家在会上争论热烈，但没有统一的意见。明珠是不怕被土埋的，到一定的时候，仍然会破土而出，放出光芒。这时意大利化学家康尼查罗（Cannizzaro,S.1826-1910）散发了他写的《化学哲学教程提要》的单行本。他回顾了５０年来化学发展的历程，成功的经验和失败的教训，都充分证实了阿佛加德罗的分子假说是正确的。这个单行本一开始就写道：“我相信，近年来科学的进步、已经证实了阿佛加德罗、安培和杜马关于气态物质具有相似结构的假说，即同体积的气体，无论是单质还是化合物，都含有相同数目的分子，而不含有相同数目的原子，因为不面物质的分子以及在不同状态下的相同物质的分子可能含有不同数目的原子，其性质也可能相同，也可能不同”。接着康尼查罗在书中着重介绍了求原子量和分子量的基本方法，还研究了应用杜隆和培蒂的原子热容定律来验证自己所得原子量的正确性。康尼查罗还指出当量与原子量的不同，原子有自己不变的原子量，但也可能具有不同的当量。化学家经过５０来年的曲折历程，终于承认阿佛加德罗的分子假说了。阿佛加德罗的伟大贡献被发现，立即光芒四射，成为扭转这一混乱局面的理论武器。