创立分子学说的科学家——阿佛加德罗
在化学和物理学中,分子像原子一样,是一个非常重要的基本概念。意大利化学家阿佛加德罗以盖-吕萨克的气体化合体积定律为基础,进行了合理的概括和推理,引入了“分子”的概念,并把它与“原子”的概念既区别开来,又相互发生联系。因此,阿佛加德罗的分子学说为化学和物理学的发展作出了重要的贡献。直到今天,阿佛加德罗常数仍然是科学上的基本常数之一,并且随着科学的发展,常数的值必然更准确。
阿佛加德罗的全名原文是很长的,如果用意大利文来表示,应当是Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quaregua a di Cerreto。现在化学书上,都简称他为阿梅代奥·阿佛加德罗(Amedeo Avogadro)。
阿佛加德罗是意大利人,1776年8月9日生于都灵市。他出身于一位著名律师的家庭。他在1792年16岁时也取得了法学学士学位,1796年20岁时得了法学博士学位,并且做了好几年的律师。
从1800年24岁起,阿佛加德罗的兴趣转到数学和物理学方面,因此在1820年被聘为都灵大学数学物理教授。尽管他的学识很渊博,但由于政治变化的原因, 不久他就失去了这个职位。
在1834年11月28日,阿佛加德罗重新被任命为都灵大学的教授,他在这里一直教课多年,到1850年退休时为止。
在1787年,阿佛加德罗得到了他父亲的遗产。他那时才21岁,不久结婚了,先后生了六个孩子。他于1856年7月9日在都灵市病故,享年80岁。
现在看上去,好像令人感觉很惊奇,阿佛加德罗的分子学说是1811年就发表了的,可是经过了五十多年之后,方才被科学界所普遍接受。分子的外文名molecule,这个词早就被一些科学家使用过,可是一直到1864年德文的《近代化学理论》一书出版(当时阿氏已病故),才得到化学家们的正式承认。这中间当然有一些是被十九世纪初期的化学权威疏忽或轻视之处,但是整个说来,可以认为那个时代还没有成熟,所以阿佛加德罗的分子理论,经过了那么多年,方受到人们的重视。现在,阿佛加德罗常数已成为理化上很重要的基本常数之一了。
阿佛加德罗对工作是很认真负责的,尽管他懂法文、英文和德文,他还用英文、法文写过论文, 可是他的理论,除了在意大利之外,当时很少有人知道。他不像同时代的英国人戴维和法国人盖-吕萨克那样在生前就很有名。他在晚年虽曾和国外的科学家通信讨论过物理和化学的问题,但为数很有限,没有引起人们的注意。
1804年他被都灵的科学院推选为通信院士。到1819年,他才正式被选为科学院院士;尽管他在化学上的贡献很大,法国的巴黎科学院和英国的皇家学会,却并没有推荐他任院士或会员。
阿佛加德罗曾经是意大利统计委员会的成员,后来还担任过度量衡学会的会长,由于他的努力,使量度的公制在意大利得到推广。1848年之后,他担任过教育委员会委员。
现在化学上,所以十分重视阿佛加德罗,是因为他在1811年,就提出了一种学说,使分子理论在后来获得大发展。这就是现在化学书上所讲的:“同体积的气体,在温度相同、压力相同时,含有同数目的分子。”这就是大家知道的阿佛加德罗理论。
过去道尔顿曾经考虑过,所有的气体等体积时含有相同数目的原子,可是他后来把这种想法抛弃了。阿佛加德罗的理论不是根据道尔顿的学说来的,而是根据盖-吕萨克在1809年发表的气体化合体积定律,加以发展和解释的。阿佛加德罗在1811年的经典著作中写道:“盖-吕萨克在他的论文里曾经说,气体化合的时候,它们的体积是用简单的比例化合的。如果所得的产物,也是气体的话,其体积也是简单的比例。这就说明了,在这些体积之中,他们所用的分子数是基本上相同的。由此必须承认,气体物质化合时,它们的分子数目是基本上相同的,只有这样才能解释。所以我认为对于任何气体来讲,等量体积的分子数是和气体体积成正比例的,否则就不好解释了。”
阿佛加德罗很谦虚地提出了他的理论,认为他的理论基础是盖·吕萨克定律的发展。
从阿佛加德罗的理论可以得到这样的结果,在同温度同压力之下,任何两种气体的相对分子量,都是这两种气体密度的正比例。因此,分子量可以直接测定得出来。
意大利化学家康尼查罗意最先了解他的同胞阿佛加德罗工作的全部意义。利用阿佛加德罗理论,从测定挥发性物质的蒸气密度可求出其分子量。挥发性物质的蒸气密度与标准物质的蒸气密度之比即是他们分子量之比。把最轻的气体——氢选为标准,由于氢分子含有两个原子,所以蒸气与氢的密度之比乘以2就可求出蒸气的分子量,蒸气的分子量等于原子量之和,原子量采用H=1为标准。
元素的原子量是在其任何挥发性化合物的分子量中所含的最小重量。在一系列挥发性化合物中,分子量所含某一元素的重量总是某一数值的整数(包括1在内)倍,这个数值必须用来做该元素的原子量。这样求出的原子量与原子热定律相符合。
在这里我们应当说明一下,分子一词虽不是阿佛加德罗首先使用的,可是他却比较经常使用。他用分子这个名词,一方面既表示现在的所谓原子和分子的区别。他又用了另一类名词,分别称为“整数分子”和“组成分子”,后者实际上就是原子。分子这个名词,首先在1766年马凯写的《化学辞典》法文书上就用了。
阿佛加德罗写道,我们承认任何简单气体的“组成分子”并不是由“简单分子”组成的,而是由许多分子所组成。他在1811年开始认为,一种气体分子中间的原子是双数的。例如:氮气、氧气和氢气,都是由两个原子组成的。但是他又说,双数并不等于两个,可是为了简便起见,我们还是承认两个的为好。
阿佛加德罗在1814年的第二篇论文里,认为除了这种解释以外,没有办法来说明盖-吕萨克的气体化合定律了。当时瑞典大科学家贝采里乌斯的理论正盛行,他认为同样的原子是不可能结合在一起的。因此,阿佛加德罗理论没有受到重视。由于人们认为贝采里乌斯的理论是正确的,所以英国、法国、德国都不相信阿氏的理论,因而被人们忽视了五十多年之久。
在1833年,一位法国科学家高丁曾经写过文章支持阿佛加德罗的学说。高丁做过法国度量衡局局长,研究过好些无机化合物和有机化合物的结构式。他是首先用氢氧吹管熔化石英的人,并且能做成人造宝石等。德国化学家洛塔尔·迈耶尔在1864年曾经说,阿佛加德罗之后,高丁是化学家中第一位利用一原子、二原子等等来代表分子里所含原子数目的人。高丁当时已经知道汞分子、磷分子和硫分子分别含有一个原子、四个原子和六个原子了。他利用实验方法,测定了二十三种比较正确的原子量数值。
尽管高丁对阿佛加德罗的理论有相当深的理解,可是由于当时在化学界里威望很高的贝采里乌斯认为阿佛加德罗的理论是错误的,所以阿氏的学说长期没有受到人们的重视。
下面是高丁当时所画的分子图:
1860年12月,欧洲一百多位化学家在德国的卡尔斯鲁厄开会,讨论原子量等问题,意见分歧,没有达成协议。会上,康尼查罗散发了一篇用意文写的短文,文题是《化学哲学教程概要》,重新提起阿佛加德罗的理论,也没有引起人们的注意。只有一位德国青年化学家洛塔尔·迈耶尔在散会后的归途中,仔细读了这篇论文,对于阿佛加德罗的学说,深为敬佩。迈耶尔于1864年写成并出版了德文著作《近代化学理论》,许多科学家从这本书里,懂得了并且接受了阿佛加德罗理论。现在阿佛加德罗理论已被视为定律,成为全世界科学家所正式承认的了。阿佛加德罗常数,就是一摩尔物质所含的分子数目,已被人们用好些方法测定了的。
参考资料:http://218.63.248.165/Resource/GZ/GZHX/HXBL/HXZYSS/20000060ZW_0021.htm