被冷落的假說

李冬子

“在同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數(shù)?！?/p>

這是高一化學(xué)的第一課，也就是著名的阿伏伽德羅定律（Avogadro's Hypothesis），這一定律基于的理論基礎(chǔ)，便是同樣由阿伏伽德羅所提出的分子假說。然而，正像大多數(shù)真理被發(fā)現(xiàn)時(shí)都會(huì)經(jīng)歷一番艱難險(xiǎn)阻那樣，阿伏伽德羅的分子假說在剛提出之時(shí)，并未獲得科學(xué)界的認(rèn)可。

半路出家

1776年8月9日，阿莫迪歐·阿伏伽德羅（Amedeo Avogadro）出生于意大利西北部皮埃蒙特大區(qū)的首府都靈當(dāng)?shù)匾粋€(gè)望族家中。他的父親名叫菲立波，曾擔(dān)任過薩福伊王國的最高法院法官。

伴隨這樣的家庭背景下成長的阿伏伽德羅，無疑被家里抱有很高的期望。讀法律系，成為一名法官，再像父親那樣步入最高法院，這條路對(duì)阿伏伽德羅來說似乎天經(jīng)地義。

1792年，菲立波心中的大石終于落地。年僅16歲的阿伏伽德羅正如他的愿望那樣，考入了都靈大學(xué)，修讀法學(xué)，并且成績優(yōu)異。又過了幾年，阿伏伽德羅取得了法學(xué)博士學(xué)位，開始從事律師工作，一切都順理成章。

令人意想不到的是，就在阿伏伽德羅的人生看似已塵埃落定之時(shí)，長期以來隱藏于他心中的對(duì)物理的濃厚興趣卻開始蠢蠢欲動(dòng)，他開始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。

阿伏伽德羅的科研生涯就此開始。

學(xué)術(shù)爭(zhēng)論

每一個(gè)學(xué)過化學(xué)的人都不會(huì)不知道阿伏伽德羅常量。因此根本無需論證，半路出家的阿伏伽德羅在科學(xué)史中占據(jù)著重要的地位。

然而，他那著名的分子假說和與之一起被提出的定律卻曾遭遇長久的冷落。

這個(gè)假說是根據(jù)約瑟夫·路易·蓋-呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac）在1 809年發(fā)表的氣體化合體積定律加以發(fā)展而形成的。

就在1808年，也就是英國化學(xué)家約翰·道爾頓（John Dalton）正式發(fā)表科學(xué)原子論的第二年，法國化學(xué)家蓋一呂薩克在研究各種氣體在化學(xué)反應(yīng)中體積變化的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，參加同一反應(yīng)的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡(jiǎn)單的整數(shù)比——這就是著名的氣體化合體積實(shí)驗(yàn)定律。蓋一呂薩克將自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與原子論相對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原子論中，化學(xué)反應(yīng)中各種原子以簡(jiǎn)單數(shù)目相結(jié)合的這一觀點(diǎn)可由自己的實(shí)驗(yàn)而得到支持，于是便提出了一個(gè)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。

蓋-呂薩克認(rèn)為這一假說是對(duì)道爾頓原子論的支持和發(fā)展，并為此而高興。然而道爾頓并不這么想。

他認(rèn)為不同元素的原子大小不會(huì)一樣，其質(zhì)量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數(shù)目的原子。

蓋-呂薩克堅(jiān)持自己的實(shí)驗(yàn)是精確的，不接受道爾頓的指責(zé)，于是雙方展開了一場(chǎng)激烈的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論。作為歐洲兩名同時(shí)頗有名氣的化學(xué)家，他們之間的爭(zhēng)論，沒有哪名化學(xué)家膽敢輕易表態(tài)。

甚至在化學(xué)界很有威望的瑞典化學(xué)家貝采里烏斯（Jons Jakob Berzelius）也在私下表示，看不出他們各自理論的孰是孰非。

就在這時(shí)，轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)了。作為物理學(xué)教授的阿伏伽德羅對(duì)這場(chǎng)不相上下的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論產(chǎn)生了興趣。他開始仔細(xì)考察蓋一呂薩克和道爾頓的氣體實(shí)驗(yàn)，并關(guān)注他們的爭(zhēng)論進(jìn)展。然后，阿伏伽德羅發(fā)現(xiàn)了矛盾的焦點(diǎn)。

1811年，一篇名為《原子相對(duì)質(zhì)量的測(cè)定方法及原子進(jìn)入化合物的數(shù)目比例的確定》的論文被寫就。

這篇論文直接表明，其觀點(diǎn)來源于蓋-呂薩克的氣體實(shí)驗(yàn)，接著明確提出了分子的概念，認(rèn)為，單質(zhì)或化合物在游離狀態(tài)下能夠獨(dú)立存在的最小質(zhì)點(diǎn)稱作分子，單質(zhì)分子由多個(gè)原子組成。

他還在論文中修正了蓋一呂薩克的假說，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?！?/p>

正是這“原子”到“分子”的一詞之改，成就了阿伏伽德羅假說。

50年的冷遇

之所以引進(jìn)分子的概念，是因?yàn)榈罓栴D的原子概念與實(shí)驗(yàn)事實(shí)發(fā)生了矛盾，必須用新的假說來解決這一矛盾，阿伏伽德羅這樣解釋。

“總之，讀完這篇文章，我們就會(huì)注意到，我們的結(jié)果和道爾頓的結(jié)果之間有很多相同之點(diǎn)，道爾頓僅僅被一些不全面的看法所束縛。這樣一致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(shí)之間的聯(lián)系出發(fā)，補(bǔ)充了一些精確的方法而已?！?/p>

然而，在阿伏伽德羅提出分子論后，這一理論卻遭到了冷遇，論文沒有引起任何反響。3年后的1814年，他又發(fā)表了第二篇論文，繼續(xù)闡述他的分子假說，卻再次石沉大海。1821年，阿伏伽德羅關(guān)于分子假說的第三篇論文發(fā)表，依然未被學(xué)界認(rèn)可。

“我是第一個(gè)注意到蓋一呂薩克氣體實(shí)驗(yàn)定律可以用來測(cè)定分子量的人，而且也是第一個(gè)注意到它對(duì)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(dāng)大程度上簡(jiǎn)化了蓋一呂薩克定律的應(yīng)用，”在第三篇論文中，阿伏伽德羅在講述分子假說外，還如此感慨，“在物理學(xué)家和化學(xué)家深入地研究原子論和分子假說之后，正如我所預(yù)言，它將要成為整個(gè)化學(xué)的基礎(chǔ)和使化學(xué)這門科學(xué)日益完善的源泉?！?/p>

再三的努力未能讓阿伏伽德羅如愿，直到他1856年逝世，分子假說仍然未被大多數(shù)化學(xué)家所承認(rèn)。

由于分子的存在不被承認(rèn)，化合物的原子組成難以確定，原子量的測(cè)定和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一片混亂，難以統(tǒng)一?；瘜W(xué)家們自行其是，有人將碳的原子量定為6，有人定其為12，有人將水的化學(xué)式寫成HO，也有人將其寫成H₂O……

1860年，是阿伏伽德羅去世的第4個(gè)年頭。也就是在這一年里，意大利化學(xué)家坎尼扎羅（Cannizzaro）在一次國際化學(xué)會(huì)議上慷慨陳詞，聲言他的意大利同胞阿佛加德羅在半個(gè)世紀(jì)以前已經(jīng)解決了原子量的確定問題。坎尼扎羅以充分的論據(jù)、清晰的條理，很快使大多數(shù)化學(xué)家知曉了阿伏伽德羅假說的正確性。

阿伏伽德羅的分子假說提出將近50年后，終于得到認(rèn)可，化學(xué)式、化學(xué)分析方面的混亂局面由此得以平息。