阿佛加德羅的分子學(xué)說(shuō)
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)來(lái)源 2009-08-26 23:47:35
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(dāng)了幾年的律師。他厭倦律師工作,從24歲起他開(kāi)始對(duì)數(shù)學(xué)、物理學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣。阿佛加德羅學(xué)習(xí)認(rèn)真,工作負(fù)責(zé)。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(guó)很少有人知道。1804年都靈科學(xué)院推選他當(dāng)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(shù)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(nèi)容十分豐富,還有最重要的著作《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)稱號(hào)。死后才贏得人們的崇敬。1911年為紀(jì)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(jì)念像,出版了他的選集,頒發(fā)了紀(jì)念章。
。保梗担赌,意大利科學(xué)院召開(kāi)了紀(jì)念阿佛加德羅逝世100年大會(huì)。在會(huì)上意大利總統(tǒng)將首次頒發(fā)的加佛加德羅大金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)率谂c兩位著名的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者──英國(guó)化學(xué)家欣謝爾伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967)和美國(guó)化學(xué)家鮑林。他們?cè)谥略~中一致贊頌,他“為人類科學(xué)發(fā)展作出貢獻(xiàn)的阿佛加德羅永遠(yuǎn)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(yàn)結(jié)果與原子學(xué)說(shuō)相對(duì)照,認(rèn)為原子學(xué)說(shuō)所說(shuō)化學(xué)反應(yīng)中各種原子以簡(jiǎn)單數(shù)目相結(jié)合的論點(diǎn),可以用自己的實(shí)驗(yàn)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(shù)目的原子”他認(rèn)為這一假說(shuō)是對(duì)原子學(xué)說(shuō)的支持和發(fā)展。沒(méi)想到,道爾頓堅(jiān)決反對(duì)這個(gè)假說(shuō),因?yàn)樵訉W(xué)說(shuō)認(rèn)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(shù)目的原子。正當(dāng)化學(xué)界對(duì)蓋·呂薩克提出的假說(shuō)開(kāi)展?fàn)幷摃r(shí),阿佛加德羅對(duì)這個(gè)問(wèn)題也發(fā)生了濃厚的興趣。他仔細(xì)考察了蓋·呂薩克和道爾頓爭(zhēng)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。
1811年,阿佛加德羅在法國(guó)《物理雜志》發(fā)表一篇經(jīng)典性的論文,題為《論測(cè)定物體中原子相對(duì)重量及其化合物中數(shù)目比例的一種方法》,論述了有關(guān)原子量的測(cè)定,化學(xué)式的確立等,他根據(jù)蓋·呂薩克的實(shí)驗(yàn)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(yīng)的最小質(zhì)點(diǎn),分子則是游離態(tài)單質(zhì)或化合物能獨(dú)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(jù)蓋·呂薩克定律的實(shí)驗(yàn)事實(shí),修正了蓋·呂薩克假說(shuō)中的錯(cuò)誤。認(rèn)為“在同溫同壓下,相同體積的不同氣體具有相同數(shù)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(yàn)事實(shí)也統(tǒng)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(yàn)事實(shí)也統(tǒng)一起來(lái)了。根據(jù)阿佛加德羅的假說(shuō),只要承認(rèn)任何物質(zhì)可以獨(dú)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(jù),可是并未獲得化學(xué)界的承認(rèn)。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(guó)物理學(xué)家安培(Ampere,A.M.1775-1836)也獨(dú)立提出了類似的分子假說(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(rèn)識(shí)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(duì)這種現(xiàn)象非常著急,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(yàn)定律可以用來(lái)測(cè)定分子量的人,而且也是第一個(gè)注意到它對(duì)道爾頓的原子學(xué)說(shuō)具有意義的人。沿著這種途徑我得出了氣體結(jié)構(gòu)假說(shuō),它在相當(dāng)大的程度上簡(jiǎn)化了蓋·呂薩克定律的應(yīng)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(yù)言,它將要成為整個(gè)化學(xué)的基礎(chǔ)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(rèn)可。
三、分子學(xué)說(shuō)的再生
道爾頓提出原子學(xué)說(shuō)后,測(cè)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(rèn)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(cè)定的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一片混亂。于是有的化學(xué)家對(duì)原子量能否測(cè)定表示懷疑,甚至對(duì)原子學(xué)說(shuō)是否正確也產(chǎn)生了懷疑,不承認(rèn)分子假說(shuō),在有機(jī)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(dāng)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(jī)化學(xué)還是有機(jī)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(guó)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(tǒng)一的意見(jiàn)。于是1860年9月在德國(guó)卡爾斯魯厄召開(kāi)了國(guó)際化學(xué)會(huì)議。來(lái)自世界各國(guó)的140位化學(xué)家在會(huì)上爭(zhēng)論熱烈,但沒(méi)有統(tǒng)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(yàn)和失敗的教訓(xùn),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(jié)構(gòu)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(shù)目的分子,而不含有相同數(shù)目的原子,因?yàn)椴幻嫖镔|(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(shù)目的原子,其性質(zhì)也可能相同,也可能不同”。接著康尼查羅在書(shū)中著重介紹了求原子量和分子量的基本方法,還研究了應(yīng)用杜隆和培蒂的原子熱容定律來(lái)驗(yàn)證自己所得原子量的正確性?的岵榱_還指出當(dāng)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(dāng)量;瘜W(xué)家經(jīng)過(guò)50來(lái)年的曲折歷程,終于承認(rèn)阿佛加德羅的分子假說(shuō)了。阿佛加德羅的偉大貢獻(xiàn)被發(fā)現(xiàn),立即光芒四射,成為扭轉(zhuǎn)這一混亂局面的理論武器。
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