初中化學化學家創(chuàng)立分子學說的阿佛加德羅

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創(chuàng)立分子學說的阿佛加德羅

阿佛加德羅

（公元1776～1856）在物理學和化學中，有一個重要的常數(shù)叫阿佛加德羅常數(shù)。NA＝6.02205×l023／摩爾。它表示1摩爾的任何物質(zhì)所含的分子數(shù)。

在物理學和化學中，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、同一壓強下，體積相同的任何氣體所含的分子數(shù)都相等，這肯定律是意大利物理學家阿佛加德多于1811年提出的，在19世紀，當它沒有被科學界所確認和得到科學試驗的驗證之前，人們通常把它稱為阿佛加德羅的分子假說。假說得到科學的驗證，被確認為科學的真理后，人們才稱它為阿佛加德羅定律。在驗證中，人們證明在溫度、壓強都相同的狀況下，1摩爾的任何氣體所占的體積都相等。例如在0℃、壓強為760mmHg時，1摩爾任何氣體的體積都接近于22．4升，人們由此換算出：1摩爾任何物質(zhì)都含有6.02205×l023個分子，這一常數(shù)被人們命名為阿佛加德羅常數(shù)，以紀念這位杰出的科學家。

阿佛加德羅在科學史上占據(jù)這樣一個重要地位，那么他原委是個什么樣的人呢？讓我們從分子論的提出說起。分子論的提出

就在英國化學家道爾頓正式發(fā)表科學原子論的其次年（1808年），法國化學家蓋·呂薩克在探討各種氣體在化學反應(yīng)中體積改變的關(guān)系時發(fā)覺，參與同一反應(yīng)的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡潔的整數(shù)比。這就是聞名的氣體化合體積試驗定律，常稱為蓋·呂薩克定律。蓋呂薩克是很贊許道爾頓的原子論的，于是將自己的化學試驗結(jié)果與原子論相比照，他發(fā)覺原子論認為化學反應(yīng)中各種原子以簡潔數(shù)目相結(jié)合的觀點可以由自己的試驗而得到支持，于是他提出了一個新的假說：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。他自認為這一假說是對道爾頓原子論的支持和發(fā)展，并為此而興奮。

沒料到，當?shù)罓栴D得知蓋·呂薩克的這一假說后，馬上公開表示反對。因為道爾頓在探討原子論的過程中，也曾作過這一假設(shè)后被他自己否定了。他認為不同元素的原子大小不會一樣，其質(zhì)量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不行能含有相同數(shù)日的原子。更何況還有一體積氧氣和一體積氮氣化合生成兩體積的一氧化氮的試驗事實（O2

＋N2

—→2NO）。若按蓋·呂薩克的假說，n個氧和2n個氮原子生成了2n個氧化氮復合原子，豈不成了一個氧化氮的復合原子由半個氧原子、半個氮原子結(jié)合而成？原子不能分，半個原子是不存在的，這是當時原子論的一個基本點。為此道爾頓當然要反對蓋·呂薩克的假說，他甚至指責蓋·呂薩克的試驗有些靠不住。

蓋·呂薩克認為自己的試驗是精確的，不能接受道爾頓的指責，于是雙方綻開了學術(shù)爭辯。他們倆人都是當時歐洲頗出名氣的化學家，對他們之間的爭辯其他化學家沒敢輕易表態(tài)，就連當時已很有威望的瑞典化學家貝采里烏斯也在私下表示，看不出他們爭辯的是與非。

就在這時意大利一位名叫阿佛加德羅的物理學教授對這場爭辯發(fā)生了深厚的愛好。他細致地考察了蓋·呂薩克和道爾頓的氣體試驗和他們的爭吵，發(fā)覺了沖突的焦點。1811年他寫了一篇題為：“原子相對質(zhì)量的測定方法及原子進入化合物的數(shù)目比例的確定”的論文，在文中他首先聲明自己的觀點來源于蓋·呂薩克的氣體試驗事實，接著他明確地提出了分子的概念，認為單質(zhì)或化合物在游離狀態(tài)下能獨立存在的最小質(zhì)點稱作分子，單質(zhì)分子由多個原子組成，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同數(shù)目的分子”?！霸印备臑椤胺肿印钡囊蛔种?，正是阿佛加德羅假說的奇異之處。由此可見，對科學概念的理解必需一絲不茍。對此他說明說，之所以引進分子的概念是因為道爾頓的原子概念與試驗事實發(fā)生了沖突，必需用新的假說來解決這一沖突。例如單質(zhì)氣體分子都是由偶數(shù)個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試驗定律統(tǒng)一起來。依據(jù)自己的假說，阿佛加德羅進一步指出，可以依據(jù)氣體分子質(zhì)量之比等于它們在等溫等壓下的密度之比來測定氣態(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。最終阿佛加德羅寫道：“總之，讀完這篇文章，我們就會留意到，我們的結(jié)果和道爾頓的結(jié)果之間有許多相同之點，道爾頓僅僅被一些不全面的看法所束縛。這樣一樣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之間的聯(lián)系動身，補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。分子假說的曲折經(jīng)驗

現(xiàn)在，大家都相識到分子論和原子論是個有機聯(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，人們的相識卻不是這樣。原子這一概念及其理論被多數(shù)化學家所接受，并被廣泛地運用來推動化學的發(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，他又發(fā)表了其次篇論文，接著闡述他的分子假說。也在這一年，法國物理學家安培，就是那個在電磁學發(fā)展中有重要貢獻的安培也獨立地提出了類似的分子假說，仍舊沒有引起化學界的重視。已清晰地相識到自己提出的分子假說在化學發(fā)展中的重要意義的阿佛加德羅很焦急，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：“我是第一個留意到蓋·呂薩克氣體試驗定律可以用來測定分子量的人，而且也是第一個留意到它對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，它在相當大程度上簡化了蓋，呂薩克定律的應(yīng)用?！痹谒v解并描述了分子假說后，他感慨地寫道：“在物理學家和化學家深化地探討原子論和分子假說之后，正如我所預言，它將要成為整個化學的基礎(chǔ)和使化學這門科學日益完善的源泉?！北M管阿佛加德羅作了一再的努力，但是還是沒有如愿，直到他1856年逝世，分子假說仍舊沒有被大多數(shù)化學家所承認。

道爾頓的原子論發(fā)表后，測定各元素的原子量成為化學家最熱門的課題。盡管接受了多種方法，但因為不承認分子的存在，化合物的原子組成難以確定，原子量的測定和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一片混亂，難以統(tǒng)一。于是部分化學家懷疑到原子量究竟能否測定，甚至原子論能否成立。不承認分子假說，在有機化學領(lǐng)域中同樣產(chǎn)生極大的混亂。分子不存在，分類工作就難于進行下去，例如醋酸竟可以寫出19個不同的化學式。當量有時等同于原子量，有時等同于復合原子量（即分子量），有些化學家干脆認為它們是同義詞，從而進一步擴大了化學式、化學分析中的混亂。

無論是無機化學還是有機化學，化學家對這種混亂的局面都感到無法容忍了，劇烈要求召開一次國際會議，力求通過探討，在化學式、原子量等問題上取得統(tǒng)一的看法。于是1860年9月在德國卡爾斯魯厄召開了國際化學會議。來自世界各國的140名化學家在會上爭辯很激烈，但沒達成協(xié)議。這時意大利化學家康尼查羅散發(fā)了他所寫的小冊子，希望大家重視探討阿佛加德羅的學說。他回顧了50年來化學發(fā)展的歷程，勝利的閱歷，失敗的教訓都充分證明阿佛加德羅的分子假說是正確的，他論據(jù)充分，方法嚴謹，很有勸服力。經(jīng)過50年曲折經(jīng)驗的化學家此時已能冷靜地探討和思索，最終承認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最終被確認，阿佛加德羅的宏大貢獻最終被發(fā)覺，惋惜此時他已溘然長逝了。甚至沒有為后人留下一張照片或畫像。現(xiàn)在唯一的畫像還是在他死后，依據(jù)石膏面模臨摹下來的?？茖W的業(yè)績永載史冊

阿佛加德羅誕生在一個世代相襲的律師家庭。依據(jù)他父親的愿望，他攻讀法律，16歲時獲得了法學學上學位，20歲時又獲得宗教法博士學位。此后當了3年律師。蝶蝶不休的爭吵和勾心斗角的斗爭使他對律師生活感到厭倦。1800年他起先探討數(shù)學、物理、化學和哲學，并發(fā)覺這才是他的愛好所在。1799年意大利物理學家伏打獨創(chuàng)了伏打電堆，使阿佛加德羅把愛好集中于窺視電的本性。1803年他和他兄弟費里斯聯(lián)名向都靈科學院提交了一篇關(guān)于電的論文，受到了好評，其次年就被選為都靈科學院的通訊院士。這一榮譽使他下決心全力投入科學探討。1806年，阿佛加德羅被聘為都靈科學院附屬學院的老師，起先了他一邊教學、一邊探討的新生活。

由于阿佛加德羅的才識，1809年他被聘為維切利皇家學院的數(shù)學物理教授，并一度擔當過院長。在這里他度過了卓有成果的10年。分子假說就是在這里探討和提出的。1819年，阿佛加德羅成為都靈科學院的正式院士，不久擔當了都靈高校第一個數(shù)學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舊沒有被重視和接受后，他起先把主要精力轉(zhuǎn)回到物理學方面。阿佛加德發(fā)表了許多著作，重要的著作是四大卷的《可度量物體物理學》。從歷史觀點來說，這是關(guān)于分子物理學最早的一部著作。

這些著作和論文是阿佛加德羅辛勤勞動的結(jié)晶。從一個律師成為一個科學家，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。他那淵博的學問來源于勤奮的學習。他博覽群書，所做的摘錄多達75卷，每卷至少700頁。最終一卷是1854年編成的，是他逝世前兩年的學習記錄，可謂活到老學到老。

阿佛加德羅生前特別謙遜，對名譽和地位從不計較。他沒有到過國外，也沒有獲得任何榮譽稱號，但是在他死后卻贏得了人們的崇敬，1911年，為了紀念阿佛加德羅