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1811年，意大利物理學家阿伏伽德羅（A．Avogadoro，1776－1856）提出了分子學說。這一學說被長期擯棄，冷落了50年之久。這段化學發展史的曲折，很是發人深省。 化學進入19世紀，出現了突飛猛進的形勢。1803年，英國化學家道爾頓（Dalton，1766－1844）發表了著名的原子學說。他認為，自然界存在著不可分割的原子。不同元素的原子具有不同的質量。原子各以簡單整數比結合成化合物。這一學說的核心是每一元素的原子以其原子質量為其特徵。道爾頓引入了原子量的概念。原子學說合理解釋了當時已知的化學現象和有關的化學反應重量關係定律，所以原子學說迅速為當時的化學界所承認。這一學說，對化學的發展，做出了巨大的貢獻。但限於當時科學發展的水平和認識上的局限性，它還存在著不準確的地方。他忽視了原子和分子的區別，認為單質都是同類原子的推積。單質在不斷分割過程中，不存在分子這一層次。只有化合物才是分子（道爾頓稱為複雜原子）的組合。這一錯誤論斷，給後來的化學發展帶來了意想不到的巨大困惑。原子學說既然認為原子具有特徵重量，並且它們以簡單整數比相化合，那麼，理所當然地測定原子量和確定分子式，就成為原子學說進一步發展的必然趨勢了。後來，原子學說的遭遇和分子學說的建立，始終是和這兩個問題聯繫在一起的。很清楚，單是根據分析化合物的質量百分比，來同時確定原子量和分子式是不可能的。只有這兩者之一是已知的，才能確定另一個。但是在19世紀初，這兩者對化學家都舊未知的，道爾頓主觀地假定了一個「最大簡度原理」，認為如果兩種元不只形成一種化合物，在該化合物的分子中，只含有每種元素的一個原子等等。在1805年，水是唯一已知的氫和氧的化合物。所以水的分子式被定為HO。如果以氫的原子量等於1為標度，則氧的原了量為8。道爾頓根據他的假設，把一些化合物的分子式確定錯了。隨之，原子量也都計算錯了。至此，原子學說遇到了難以解決的困難。這給化學的發展也造成了相當長時期的混亂。 當原子學說在原子量和分子式問題上遇到困難的時候，法國化學家蓋．呂薩克（Gay Lussac，1778－1805），於1808年發表了氣體反應體積關係定律。他指出：在相同溫度、壓力下，氣體反應中各氣體體積互成簡單整數比。他引用原子學說認為，可能由於化合時的原子整數比，才形成了體積的整數比。即兩種化合氣體的體積比和組成它們的原子數目比是致的。據此，他武斷地提出了一個假說，在同溫、同壓下，同體積的不同氣體都含有相同數目的原子。他這種假定，暗示著氣體單質都是單原子分子。如果事情真是如此，就可以立即得出，兩種元素的原子量之比，恆等於它們同體積氣態單質的質量比。這一結論，很不確切，在我解決分子式問題上，遇到很大困難，並遭到道爾頓的堅決反對。因為這一假說成立，那必然要導致半個原子的存在。例如，合成的水分子中，就會存在半個氧原子。因為兩體積氫氣和一全積氧氣化合，合成兩體積水蒸氣。存在半個原子，這是直接違背道爾頓原子學說的。 1811年意大利物理學家阿伏伽德羅，在蓋．呂薩克假說的基礎上，進行了合理的推量，引入了分子概念。他假設氣態元素可以由多原子分子組成，並把它和原子區別開來，成功地使分合體積的數據和原子不可分的概念統一起來。他認為，無論是化合物還是單質，在不斷被分割過程中，都存在一個分子階段。並指出：在同溫、同壓下，同體積的任何氣體，都含有相同數目的分子。值得指出的是，他認為各種氣態單質分子一般都是雙原子分子。這是他失誤之處。阿伏伽德羅的學說，使半個原子的矛盾，迎刃而解。一種化合物分子中的不同原子數目比，就是分子式，由形成該化合物的各氣態單質的體積比求得。要測定分子量，只要把它變成氣體，測定它的密度就可以了。根據分子式、分子量，當然就可以得到原子量。可以看到，這些討論，都昌對氣態物質而言的。但是無論如何，阿伏伽德羅把原子學說和氣體反就關係定律統一起來，使原子學說擺脫了困難，並使其進一步發展了。其實，稍微推廣阿伏伽德羅的結論，不但可以完滿地解決當時迫切的原子量問題，而且還會有力地推動化學的迅速發展。我們只要想一想阿伏伽德羅常數在化學中的重要性，就可以理解它的重要作用了。但分子學說和阿伏伽德羅定律，競沒有得到當時化學界和物理界的承認。英國、法國和德國的科學家們都不相信阿伏伽德羅的理論。這一理論被冷落以致被埋沒了50年，在自然科學史上也是罕見的。他生前沒有多大名望。他在化學上卻貢獻很大。但法國巴黎科學院和英國皇家學會，都沒有推薦他任院士或會員。 分子論被冷落的原因是多方面的。這固然受到當時科學發展水平的限制。當時所知道的氣體或空易氣化的物質還不多，用來測定物質基本量而收集到的可靠數據多屬於不易揮發的無機化合物。對分子量測定很關重要而易揮發的有機化合物，在當時時只是剛剛開始研究。作為客觀原因，也和當時人們的注意力多是集中在原子量的測定，而對分子量的測定還不那麼迫切有關。但是，我們要充分認識到，當時對化學影響很大的形而上學思想和形而上學的自然觀，嚴重地阻礙了人們對分子學說的承認和肯定。情況大致是這樣的：當時化學界的權威道爾頓和瑞典化學家貝采裡烏斯（Berzelius，1779－1848）都強烈地反對分子學說。貝采裡烏斯的關於分子構成的電化二元論佔據著統治地位。當時有一個法國科學家高丁（Gaudin，1804－1880）曾對分子學說有著深刻的理解，並寫過支持分子學說的文章。但由於貝采裡烏斯在化學界的威望很高，後來高相竟然也認為分子學說是錯誤的。在這種環境下，分子學說的命運就可想而知了。 貝采裡烏斯的二元論認為，各種原子都有兩極。一極帶正電，一極帶負電。但一個原子上兩極所帶的電，其強弱並不相等。有的負電多於正電，總的看來顯負電性；有的則正電多於負電，總的看來顯正電性。由於不同原子（包括複雜原子）帶不同的電性，因而產生吸引力，由此形成化合物。例如，鉀（＋）和氧（－）可以生成氧化鉀。硫（＋）和氧（－）可以生成硫酸。氧化鉀（＋）和硫酸（－）可以生成硫酸鉀。貝采利烏斯這一套理論叫做電化二元論。它雖然從一個側面反映了物質相互化合的一些事實，但它的片面性是非常明顯的。它不是從結構上討論分子的形成，而是把各種物質納入他的正負電二元論中，用一種模式企圖概括所有物質的合成，結果出現牽強附會的現象。根據貝采裡烏斯學說，同一元素的原子必然荷相同的電性，彼此是互相排斥的。因而單質是不可能形成多原子分子的。他激烈反對分子學說。其實，貝采裡烏斯並沒有真正理解物質化合成鍵的本質，這是顯而易見的。化學界在貝采裡烏斯理論的統治下，分子學說被認為是錯誤的。很多化學現象用分子學說來說明本來可以輕而易舉，但竟被棄而不用，甚至被人們遺忘了。許多人放棄了分子學說，繼續致力於原子量的測定。在以後的年代裡，分析技術雖然有了很大的發展，也發現了一些與測定原子量有關的定律。但因分子式問題沒有得到解決，原子量的測定一直處於困境。法國化學家杜馬（Dumas，1800－1884）竟荒唐地主張有機化學和無機化學應各有自己的原子量系統。在這種情況下，很多化學家寧用由實驗直接得來無誤的當量，而不用莫衷一是的原子量。分子式的情況，也眾說紛紜。HO既可以代表水，又可以代表過氧化氫。C2H4既可可代表甲烷，也可能代表乙烯。反之，一種物質又可以有很多種分子式。這種情況一直延續了幾十年。1839年杜馬由醋酸製出了三氯醋酸。在這裡，醋酸中正電性的氫，竟被負電性的氯所取代，產生的物質，其性質並沒有多大變化。杜馬說：我所發現的事實與貝采裡烏斯的電化理論相矛盾。堅持電化理論的人反對杜馬的取代學說。杜馬的實驗以及後來的大量實驗事實，動搖了電化理論。由此，分子學說的復興和最後確立，額觀上才成為可能。而這一切功績應該歸於意大利化學家康尼查羅（Cannizaro，1826－1910）。他在分子學說的確立上，起到了決定性的作用。但這已經是1860年的事情了。他進一步闡明瞭分子學說，對蓋．呂薩克等人錯誤，一一加以澄清，並為確定原子量提供了一個非常合理的途徑。德國化學家邁耳（Meyer，1830－1895）1864年在他所著的《近代化學理論》一書中對分子學說積極給予推薦。因此，分子學說逐漸得到了世界範圍的承認。 分子學說的建立，經歷了半個世紀。這段歷史，給了我們許多有益的啟示。在自然科學發展史上，一種新理論的創建，由於認識的、歷史的多種原因，境遇往往是很不同的。阿伏伽德羅的分子學說是適應原子學說進一步發展的一個歷史必然步驟，但卻長期被世人擯棄。機械唯物論有一個很突出的特徵就是把人們的一些認識絕對化。貝采裡烏斯的電化理論反映了化合現象的某些規律性，有其歷史的價值。當時共價鍵的理論還沒有被闡明。雖是如此，但企圖把一切化合作用都看成為鹽的生成模式，以偏概全，就必然導致理論上誤入歧途。原子學說是具有劃時代意義的成就，它為近代化學發展奠定了基礎。道爾頓在原子學說方面的正確思想一旦為主觀主義的「最大簡度原理」所束縛，在理論上就無法向前推進一步。他的這種「原理」不能不說是受了他本人形而上學思想的限制。 人們的認識是一個歷史的過程。由於受科學發展水平和思想方法的限制，人們不能簡單地、直線地揭示出某些特定過程的客觀規律性。一種理論，通過曲折的道路才最後得到確認，這是可以理解的。但我們也明顯地看到，科學一旦離開辯證唯物主義哲學思想的指導，就往往會導致令人惋惜的後果。當我們有意識地運用正確的思想來指導我們的實踐時，就可以避免那些歷史曲折，使我們對客觀物質世界的認識，達到自由王國的彼岸。 ------------------ 亦凡公益圖書館掃校 |
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