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化学史实(11)——分子学说的确立  

2012-06-22 19:15:23|  分类: 化学历史故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 化学史实(11)——分子学说的确立

正当道尔顿的原子说风行全球、众口皆碑之际,法国化学家盖·吕萨克竟意外地给原子论出一道难题,顿时使原子论陷入困境。

盖·吕萨克长期从事气体分析工作,在偶然的一次实验中,他发现用2体积氢气跟1体积氧气作用,得到的水蒸气不是3体积而是2体积。开始他还以为自己实验做错了。他反复验证结果仍是如此。接着,他又测定一系列气体反应的体积比,结果都十分意外:

100体积一氧化碳+50体积氧气=100体积二氧化碳

100体积氮气+49.5体积氧气=100体积氧化亚氮

100体积氮气+300体积氢气=200体积氨气

于是,盖·吕萨克在1809年发表著名论文《论气体物质彼此化合》中提出一条定律:当气体相互化合时,各气体的体积成简单的整数比。

盖·吕萨克的这一定律给道尔顿的原子论无情打击。下面以氧气和氢气化合为例,用下图表示。

由此可见,原子在这个化学反应中必须一分为二。这是违背道尔顿的原子论的。因此,当这个推论传到道尔顿那里时,道尔顿竟大发雷霆:“原子怎可分裂呢?”

为了解决这一难题,意大利化学家阿伏加德罗提出分子论。

1811年,阿伏加德罗详细研究道尔顿原子论和盖·吕萨克的气体反应定律后提出分子学说。他首先肯定原子论和气体反应定律都是正确的,关键是原子论忽略了一个重要事实,那就是分子的存在。于是他提出分子假说如下:

(1)元素的最小单元是原子,但气体的最小单元并非原子,而是由几个原子组成的分子。也就是说,气体由分子组成,而分子由原子构成。例如,氧气、氢气都是由双原子分子组成的。气态化合物则是由分子组成,而化合物的分子是由不同原子构成的。例如,氨气由氨分子组成,而氨分子由3个氢原子和1个氮原子构成。

(2)在同温同压下,同体积的任何气体含有相同数目的分子。有了这两条分子假说,道尔顿原子论和盖·吕萨克的气体反应体积定律就得到圆满解释。下面以氢气和氧气化合为例,用下图表示。

这就使气体反应定律和原子论完全一致了。

按理阿伏加德罗为道尔顿原子论释疑应受到人们欢迎才对,可是这竟遭到大多数化学家包括道尔顿本人在内的反对,使阿伏加德罗的分子论被埋没达50年之久。

直到1858年,阿伏加德罗死后3年,他的学生意大利年轻化学家康尼查罗(Cannizzar0,1826——1910)在德国卡尔斯鲁厄召开的国际化学家代表会议上散发《化学哲学教程概要》的论文,把阿伏加德罗的分子学说用通俗语言阐明,才得到许多化学家赞同。不久康尼查罗又用分子学说原理测定许多物质分子量,用实验事实证明分子的存在,至此才使原子学说和分子学说统一成原子-分子学说。

(1)一切物质都是由分子构成的,分子是保持物质化学性质的最小微粒。

(2)分子不能用物理方法分割,但是用化学方法能使它分解。分子由原子构成,原子是用化学方法不能分割的微粒。

(3)原子和分子都在不断运动。原子和分子的种类不同,它们的大小、质量和性质也各不相同。

化学家们在通力合作下,几乎经历半个世纪的努力,化学界才确认原子-分子学说,它为近代化学的发展提供扎实的理论基础,也是化学发展史上的又一里程碑。

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