創(chuàng)立分子學(xué)說的阿佛加德羅

1、2、創(chuàng)立分子學(xué)說的阿佛加德羅 Amedeo Avogadro 1776一1856 在物理學(xué)和化學(xué)中，有一個(gè)重要的常數(shù)叫阿佛加德羅常數(shù)。NA602205xl023摩爾。它表示1摩爾的任何物質(zhì)所含的分子數(shù)。 在物理學(xué)和化學(xué)中，還有一常見的定律叫阿佛加德羅定律。它的內(nèi)容是在同一溫度、同一壓強(qiáng)下，體積相同的任何氣體所含的分子數(shù)都相等，這一定律是意大利物理學(xué)家阿佛加德多于1811年提出的，在19世紀(jì)，當(dāng)它沒有被科學(xué)界所確認(rèn)和得到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證之前，人們通常把它稱為阿佛加德羅的分子假說。假說得到科學(xué)的驗(yàn)證，被確認(rèn)為科學(xué)的真理后，人們才稱它為阿佛加德羅定律。在驗(yàn)證中，人們證實(shí)在溫度、壓強(qiáng)都相同的情況下，1摩

2、爾的任何氣體所占的體積都相等。例如在0、壓強(qiáng)為760mmHg時(shí)，1摩爾任何氣體的體積都接近于224升，人們由此換算出：1摩爾任何物質(zhì)都含有602205 x l023個(gè)分子，這一常數(shù)被人們命名為阿佛加德羅常數(shù)，以紀(jì)念這位杰出的科學(xué)家。 阿佛加德羅在科學(xué)史上占據(jù)這樣一個(gè)重要地位，那么他究竟是個(gè)什么樣的人呢？讓我們從分子論的提出說起。 分子論的提出 就在英國(guó)化學(xué)家道爾頓正式發(fā)表科學(xué)原子論的第二年（1808年），法國(guó)化學(xué)家蓋•呂薩克在研究各種氣體在化學(xué)反應(yīng)中體積變化的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，參加同一反應(yīng)的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡(jiǎn)單的整數(shù)比。這就是著名的氣體化合體積實(shí)驗(yàn)定律，常稱為蓋&

3、amp;#8226;呂薩克定律。蓋呂薩克是很贊賞道爾頓的原子論的，于是將自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與原子論相對(duì)照，他發(fā)現(xiàn)原子論認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)中各種原子以簡(jiǎn)單數(shù)目相結(jié)合的觀點(diǎn)可以由自己的實(shí)驗(yàn)而得到支持，于是他提出了一個(gè)新的假說：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。他自認(rèn)為這一假說是對(duì)道爾頓原子論的支持和發(fā)展，并為此而高興。 沒料到，當(dāng)?shù)罓栴D得知蓋•呂薩克的這一假說后，立即公開表示反對(duì)。因?yàn)榈罓栴D在研究原子論的過程中，也曾作過這一假設(shè)后被他自己否定了。他認(rèn)為不同元素的原子大小不會(huì)一樣，其質(zhì)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)日的原子。更何況還有一體積氧氣和一

4、體積氮?dú)饣仙蓛审w積的一氧化氮的實(shí)驗(yàn)事實(shí)（O2N2 >2NO）。若按蓋•呂薩克的假說，n個(gè)氧和2n個(gè)氮原子生成了2n個(gè)氧化氮復(fù)合原子，豈不成了一個(gè)氧化氮的復(fù)合原子由半個(gè)氧原子、半個(gè)氮原子結(jié)合而成？原子不能分，半個(gè)原子是不存在的，這是當(dāng)時(shí)原子論的一個(gè)基本點(diǎn)。為此道爾頓當(dāng)然要反對(duì)蓋•呂薩克的假說，他甚至指責(zé)蓋•呂薩克的實(shí)驗(yàn)有些靠不住。 蓋•呂薩克認(rèn)為自己的實(shí)驗(yàn)是精確的，不能接受道爾頓的指責(zé)，于是雙方展開了學(xué)術(shù)爭(zhēng)論。他們倆人都是當(dāng)時(shí)歐洲頗有名氣的化學(xué)家，對(duì)他們之間的爭(zhēng)論其他化學(xué)家沒敢輕易表態(tài)，就連當(dāng)時(shí)已很有威望的

5、瑞典化學(xué)家貝采里烏斯也在私下表示，看不出他們爭(zhēng)論的是與非。 就在這時(shí)意大利一位名叫阿佛加德羅的物理學(xué)教授對(duì)這場(chǎng)爭(zhēng)論發(fā)生了濃厚的興趣。他仔細(xì)地考察了蓋•呂薩克和道爾頓的氣體實(shí)驗(yàn)和他們的爭(zhēng)執(zhí)，發(fā)現(xiàn)了矛盾的焦點(diǎn)。1811年他寫了一篇題為：“原子相對(duì)質(zhì)量的測(cè)定方法及原子進(jìn)入化合物的數(shù)目比例的確定”的論文，在文中他首先聲明自己的觀點(diǎn)來源于蓋•呂薩克的氣體實(shí)驗(yàn)事實(shí)，接著他明確地提出了分子的概念，認(rèn)為單質(zhì)或化合物在游離狀態(tài)下能獨(dú)立存在的最小質(zhì)點(diǎn)稱作分子，單質(zhì)分子由多個(gè)原子組成，他修正了蓋•呂薩克的假說，提出：“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相

6、同數(shù)目的分子。”“原子”改為“分子”的一字之改，正是阿佛加德羅假說的奇妙之處。由此可見，對(duì)科學(xué)概念的理解必須一絲不茍。對(duì)此他解釋說，之所以引進(jìn)分子的概念是因?yàn)榈罓栴D的原子概念與實(shí)驗(yàn)事實(shí)發(fā)生了矛盾，必須用新的假說來解決這一矛盾。例如單質(zhì)氣體分子都是由偶數(shù)個(gè)原子組成這一假說恰好使道爾頓的原子論和氣體化合體積實(shí)驗(yàn)定律統(tǒng)一起來。根據(jù)自己的假說，阿佛加德羅進(jìn)一步指出，可以根據(jù)氣體分子質(zhì)量之比等于它們?cè)诘葴氐葔合碌拿芏戎葋頊y(cè)定氣態(tài)物質(zhì)的分子量，也可以由化合反應(yīng)中各種單質(zhì)氣體的體積之比來確定分子式。最后阿佛加德羅寫道：“總之，讀完這篇文章，我們就會(huì)注意到，我們的結(jié)果和道爾頓的結(jié)果之間有很多相同之點(diǎn)，道爾頓

7、僅僅被一些不全面的看法所束縛。這樣一致性證明我們的假說就是道爾頓體系，只不過我們所做的，是從它與蓋•呂薩克所確定的一般事實(shí)之間的聯(lián)系出發(fā)，補(bǔ)充了一些精確的方法而已。”這就是1811年阿佛加德羅提出分子假說的主要內(nèi)容和基本觀點(diǎn)。 分子假說的曲折經(jīng)歷 現(xiàn)在，大家都認(rèn)識(shí)到分子論和原子論是個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體，它們都是關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的基本內(nèi)容。然而在阿佛加德羅提出分子論后的50年里，人們的認(rèn)識(shí)卻不是這樣。原子這一概念及其理論被多數(shù)化學(xué)家所接受，并被廣泛地運(yùn)用來推動(dòng)化學(xué)的發(fā)展，然而關(guān)于分子的假說卻遭到冷遇。阿佛加德羅發(fā)表的關(guān)于分子論的第一篇論文沒有引起任何反響。3年后的1814年，他又

8、發(fā)表了第二篇論文，繼續(xù)闡述他的分子假說。也在這一年，法國(guó)物理學(xué)家安培，就是那個(gè)在電磁學(xué)發(fā)展中有重要貢獻(xiàn)的安培也獨(dú)立地提出了類似的分子假說，仍然沒有引起化學(xué)界的重視。已清楚地認(rèn)識(shí)到自己提出的分子假說在化學(xué)發(fā)展中的重要意義的阿佛加德羅很著急，在1821年他又發(fā)表了闡述分子假說的第三篇論文，在文中他寫道：“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)道爾頓的原子論具有意義的人。沿著這種途徑我得出了氣體結(jié)構(gòu)的假說，它在相當(dāng)大程度上簡(jiǎn)化了蓋，呂薩克定律的應(yīng)用?！痹谒v述了分子假說后，他感慨地寫道：“在物理學(xué)家和化學(xué)家深入地研究原子論和分子假說

9、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)這門科學(xué)日益完善的源泉。”盡管阿佛加德羅作了再三的努力，但是還是沒有如愿，直到他1856年逝世，分子假說仍然沒有被大多數(shù)化學(xué)家所承認(rèn)。 道爾頓的原子論發(fā)表后，測(cè)定各元素的原子量成為化學(xué)家最熱門的課題。盡管采用了多種方法，但因?yàn)椴怀姓J(rèn)分子的存在，化合物的原子組成難以確定，原子量的測(cè)定和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一片混亂，難以統(tǒng)一。于是部分化學(xué)家懷疑到原子量到底能否測(cè)定，甚至原子論能否成立。不承認(rèn)分子假說，在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中同樣產(chǎn)生極大的混亂。分子不存在，分類工作就難于進(jìn)行下去，例如醋酸竟可以寫出19個(gè)不同的化學(xué)式。當(dāng)量有時(shí)等同于原子量，有時(shí)等同于復(fù)合原子量（即分子

10、量），有些化學(xué)家干脆認(rèn)為它們是同義詞，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了化學(xué)式、化學(xué)分析中的混亂。 無論是無機(jī)化學(xué)還是有機(jī)化學(xué)，化學(xué)家對(duì)這種混亂的局面都感到無法容忍了，強(qiáng)烈要求召開一次國(guó)際會(huì)議，力求通過討論，在化學(xué)式、原子量等問題上取得統(tǒng)一的意見。于是1860年9月在德國(guó)卡爾斯魯厄召開了國(guó)際化學(xué)會(huì)議。來自世界各國(guó)的140名化學(xué)家在會(huì)上爭(zhēng)論很激烈，但役達(dá)成協(xié)議。這時(shí)意大利化學(xué)家康尼查羅散發(fā)了他所寫的小冊(cè)子，希望大家重視研究阿佛加德羅的學(xué)說。他回顧了50年來化學(xué)發(fā)展的歷程，成功的經(jīng)驗(yàn)，失敗的教訓(xùn)都充分證實(shí)阿佛加德羅的分子假說是正確的，他論據(jù)充分，方法嚴(yán)謹(jǐn)，很有說服力。經(jīng)過50年曲折經(jīng)歷的化學(xué)家此時(shí)已能冷靜地研究和思

11、考，終于承認(rèn)阿佛加德羅的分子假說的確是扭轉(zhuǎn)這一混亂局面的唯一鑰匙。阿佛加德羅的分子論終于被確認(rèn)，阿佛加德羅的偉大貢獻(xiàn)終于被發(fā)現(xiàn)，可惜此時(shí)他已溘然長(zhǎng)逝了。甚至沒有為后人留下一一張照片或畫像?，F(xiàn)在唯一的畫像還是在他死后，按照石膏面模臨摹下來的。 科學(xué)的業(yè)績(jī)永載史冊(cè) 阿佛加德羅出生在一個(gè)世代相襲的律師家庭。按照他父親的愿望，他攻讀法律，16歲時(shí)獲得了法學(xué)學(xué)上學(xué)位，20歲時(shí)又獲得宗教法博士學(xué)位。此后當(dāng)了3年律師。蝶蝶不休的爭(zhēng)吵和爾虞我詐的斗爭(zhēng)使他對(duì)律師生活感到厭倦。1800年他開始研究數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和哲學(xué)，并發(fā)現(xiàn)這才是他的興趣所在。1799年意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明了伏打電堆，使阿佛加德羅把興趣集中于

12、窺視電的本性。1803年他和他兄弟費(fèi)里斯聯(lián)名向都靈科學(xué)院提交了一篇關(guān)于電的論文，受到了好評(píng)，第二年就被選為都靈科學(xué)院的通訊院士。這一榮譽(yù)使他下決心全力投入科學(xué)研究。1806年，阿佛加德羅被聘為都靈科學(xué)院附屬學(xué)院的教師，開始了他一邊教學(xué)、一邊研究的新生活。 由于阿佛加德羅的才識(shí)，1809年他被聘為維切利皇家學(xué)院的數(shù)學(xué)物理教授，并一度擔(dān)任過院長(zhǎng)。在這里他度過了卓有成績(jī)的10年。分子假說就是在這里研究和提出的。1819年，阿佛加德羅成為都靈科學(xué)院的正式院士，不久擔(dān)任了都靈大學(xué)第一個(gè)數(shù)學(xué)物理講座的第一任教授。1850年，阿佛加德羅從這一教職上退休。 自從1821年他發(fā)表的第三篇關(guān)于分子假說的論文仍然沒

13、有被重視和采納后，他開始把主要精力轉(zhuǎn)回到物理學(xué)方面。阿佛加德發(fā)表了很多著作，重要的著作是四大卷的可度量物體物理學(xué)。從歷史觀點(diǎn)來說，這是關(guān)于分子物理學(xué)最早的一部著作。 這些著作和論文是阿佛加德羅辛勤勞動(dòng)的結(jié)晶。從一個(gè)律師成為一個(gè)科學(xué)家，他是作了很大的努力的。他精通法語、英語和德語，拉丁語和希臘語的造詣也很高。他那淵博的知識(shí)來源于勤奮的學(xué)習(xí)。他博覽群書，所做的摘錄多達(dá)75卷，每卷至少700頁。最后一卷是1854年編成的，是他逝世前兩年的學(xué)習(xí)記錄，可謂活到老學(xué)到老。 阿佛加德羅生前非常謙遜，對(duì)名譽(yù)和地位從不計(jì)較。他沒有到過國(guó)外，也沒有獲得任何榮譽(yù)稱號(hào)，但是在他死后卻贏得了人們的崇敬，1911年，為了紀(jì)念阿