阿佛加德羅的分子學說

　　一、阿佛加德羅的一生

　　化學家阿佛加德羅（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歲時取得了法學士學位，２０歲時獲得法學博士學位，并當了幾年的律師。他厭倦律師工作，從２４歲起他開始對數學、物理學發生了濃厚的興趣。阿佛加德羅學習認真，工作負責。盡管他懂法文、英文和德文，可是他的科學理論除意大利外，外國很少有人知道。１８０４年都靈科學院推選他當通訊院士，１８１９年才正式選為科學院院士。１８２０年被聘為都靈大學數學、物理學教授，一直在這里教學和科研多年。他一生發表了５０多篇論文，內容十分豐富，還有最重要的著作《可度量物體物理學》共４大卷。阿佛加德羅生前沒有獲得任何榮譽稱號。死后才贏得人們的崇敬。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，頒發了紀念章。

　　１９５６年，意大利科學院召開了紀念阿佛加德羅逝世１００年大會。在會上意大利總統將首次頒發的加佛加德羅大金質獎章授與兩位著名的諾貝爾化學獎獲得者──英國化學家欣謝爾伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美國化學家鮑林。他們在致詞中一致贊頌，他“為人類科學發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

　　化學家道爾頓發表原子學說的第二年，化學家蓋·呂薩克提出了氣體化合體積定律。他將自己做的化學實驗結果與原子學說相對照，認為原子學說所說化學反應中各種原子以簡單數目相結合的論點，可以用自己的實驗予以支持，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目的原子”他認為這一假說是對原子學說的支持和發展。沒想到，道爾頓堅決反對這個假說，因為原子學說認為不同元素的原子大小不會一樣，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。正當化學界對蓋·呂薩克提出的假說開展爭論時，阿佛加德羅對這個問題也發生了濃厚的興趣。他仔細考察了蓋·呂薩克和道爾頓爭論之所以相持不下，矛盾無法解決，關鍵在于沒有指出分子的存在。

　　１８１１年，阿佛加德羅在法國《物理雜志》發表一篇經典性的論文，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》，論述了有關原子量的測定，化學式的確立等，他根據蓋·呂薩克的實驗事實，進行了合理的推論，引入了分子概念。文章指出，原子是參加化學反應的最小質點，分子則是游離態單質或化合物能獨立存在最小質點。分子由原子組成，單質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·呂薩克定律的實驗事實，修正了蓋·呂薩克假說中的錯誤。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說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了，這樣跟道爾頓的原子學說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了。根據阿佛加德羅的假說，只要承認任何物質可以獨立存在的最小微粒是分子，那么單個的氣體分子就不是單個的原子，而是由兩個或兩個以上的原子所組成，如氫、氧、氮、氯的分子都是由２個原子組成的。雖然阿佛加德羅假說，言之成理，持之有據，可是并未獲得化學界的承認。１８１４年，阿佛加德羅發表了第二篇關于闡述分子假說的論文，仍然沒有引起什么反響，同樣遭到冷遇。就是在這一年，法國物理學家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也獨立提出了類似的分子假說，也沒有引起化學界的注意。這時阿佛加德羅更清楚地認識到自己提出的分子假說在化學發展中的重要意義。他對這種現象非常著急，于是在１８２１年又發表了闡述分子假說的第三篇論文。在文中寫道：“我是第一個注意到蓋·呂薩克氣體實驗定律可以用來測定分子量的人，而且也是第一個注意到它對道爾頓的原子學說具有意義的人。沿著這種途徑我得出了氣體結構假說，它在相當大的程度上簡化了蓋·呂薩克定律的應用”。在阿佛加德羅論述了分子假說后，感慨地寫：“在物理學家和化學家深入地研究原子學說和分子假說之后，正如我所預言，它將要成為整個化學的基礎和使化學這門科學日益完善的源泉。”盡管阿佛加德羅前后三論，作了最大的努力，但是，還是沒有獲得人們的認可。

　　三、分子學說的再生

　　道爾頓提出原子學說后，測定原子量已成為化學家研究的重要課題。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。于是有的化學家對原子量能否測定表示懷疑，甚至對原子學說是否正確也產生了懷疑，不承認分子假說，在有機化學中同樣產生了極大的混亂，如醋酸就可以寫出１９個不同的化學式，當量有時等于原子量，有時等于重合原子量（即分子量），無論無機化學還是有機化學中的混亂局面，都使化學家無法容忍。因而他們要求召開一次國際會議，力求通過討論，在化學式、原子量等問題上取得統一的意見。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位化學家在會上爭論熱烈，但沒有統一的意見。明珠是不怕被土埋的，到一定的時候，仍然會破土而出，放出光芒。這時意大利化學家康尼查羅（Cannizzaro,S.1826-1910）散發了他寫的《化學哲學教程提要》的單行本。他回顧了５０年來化學發展的歷程，成功的經驗和失敗的教訓，都充分證實了阿佛加德羅的分子假說是正確的。這個單行本一開始就寫道：“我相信，近年來科學的進步、已經證實了阿佛加德羅、安培和杜馬關于氣態物質具有相似結構的假說，即同體積的氣體，無論是單質還是化合物，都含有相同數目的分子，而不含有相同數目的原子，因為不面物質的分子以及在不同狀態下的相同物質的分子可能含有不同數目的原子，其性質也可能相同，也可能不同”。接著康尼查羅在書中著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驗證自己所得原子量的正確性。康尼查羅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。化學家經過５０來年的曲折歷程，終于承認阿佛加德羅的分子假說了。阿佛加德羅的偉大貢獻被發現，立即光芒四射，成為扭轉這一混亂局面的理論武器。