阿伏加德罗分子假说的提出和证实
盛根玉
(华东师范大学，上海200062)
摘要：叙述了阿伏加德罗分子假说提}f{和证实的史实经过，并阐述了其历史背景和意义。
关键词：阿伏加德罗分子假说；原子；分子
文章编号：1005—6629(201004—0065—04中图分类号：G633．8文献标识码：B
从十．／L世纪末到十九世纪中叶，化学学科呈现出从
收集材料向整理材料发展的势头。在此期间，化学积累
了庞大数量的实证知识材料，以致在化学研究领域中，
有系统的和依据材料的内在联系把这些材料加以整理
的要求，已经成为势在必然；而建立化学各个知识领域
相互间的正确联系，也同样成为不可避免。因此，化学
开始走进了理论的领域。而此时单纯经验的方法已远
远不够了''必须结合运用理论思维才能有所帮助。
由波义耳倡导、拉瓦锡加以发展的化学定量研究
方法，在十八世纪与十九世纪之交得到了化学家们普遍
的重视与运用。在这种背景下，质量守恒定律、f占比定律、
定比定律和当量定律等化学定量基本定律被发现和提
出。紧接着，对这些定律作出理论上的解释亦就成为化
学家面临的紧迫任务。
道尔顿首先把在化学实验基础上归纳总结得出
的定量定律跟物质由原子构成的观念相联系，并把原
子量概念引入化学，最早提出了科学原子论。该理论在
十九世纪初被公认为理论化学的最高成就，但它本身
还不够完善，它还得要经受实践的检验。令人感到意外
的是，对道尔顿原子论的检验和挑战来的那么陕，真可
说是始料未及的。
1“半个原子”的困惑
就在道尔顿的原子论观点系统发表的那一年(1808
年)，法国化学家、物理学家盖·吕萨克(J·L·Gay—Lussae
1778—1850)在对气体反应实验研究的基础上，发现了
气体反应体积简比定律(或称“气体反应体积定律”)，
下面就是盖·吕萨克所做的若干实验例证：
(1)氧+氢：水{水蒸气】
100体积200体积200体积
(2)氯化氢+氨=氯化铵
100体积100体积(651体)
(3)亚硫酸气+氧=硫酸酐
200体积100体积200体积
14)一氧化碳+氧=碳酸气
200体积100体积200体积
化学教学2011年第4期
由此可见，盖·吕萨克依据当时这样的一系列实验
事实总结：在相同温度和压力下''不论在任何气体之间
进行何种相互作用，都保持着这种简单的体积比。这乍
看起来似乎有些不可思议，但他却认为，这种实验事实
背后肯定隐藏着什么重要原因。
应该从“简单比例”人手来加以探究一一盖·吕萨
克迈出了自认为正确的第一步——它使盖·吕萨克很容
易联系到刚刚兴起的道尔顿原子论的内容。道尔顿曾
经指出：原子有简单原子和复杂原子之分，“复杂原子”
是由不同种元素的原子相结合而成。而当不同种元素相
互化合时，它们的原子数的比例总是保持着简单的比例，
例如l：l或l：2等。
当盖·吕萨克把这些想法相互沟通联系起来思考
时，就自然而然产生一个看法：气体反应中呈现出来的
简单体积比，究其原因是在于它对应着原子数的简单比
例。由此，盖·吕萨克作出了如下判断：“在同温同压下，
同体积的不同气体都会有相同数目的原子”。在他看来，
这是气体反应体积简比定律的必然推论。起初，盖·吕
萨克内心的喜悦溢于言表，认为他的发现与推论是对
道尔顿原子论的一个有力的佐证，起着一种助推的作
用。
但当人们深入探讨道尔顿原子论能否解释气体反
应体积简比定律及其推论时，却得到一个令人惊诧的
结果。也就是说，假设盖·吕萨克的推论是真实的话，
那么，在氧和氢化合成水蒸气时，若把1个体积的氧相
当于含有1个氧原子，则2个体积的氢就相当于含有2
个氢原子，所生成的2个体积的水蒸汽就相当于含有2
个水的复杂原子。这样，1个水的复杂原子也就必然是
由1个氢原子和“半个氧原子”所构成——“半个氧原
子”的困惑由此产生。它跟道尔顿原子论的基本观点之
一(认为原子是不可再分的)是相矛盾的。何况，这种
矛盾带有一定的普遍性：凡是1个体积的气体元素能
够生成1个体积以上的气体产物时，就总会碰到在这
万方数据
种同样性质的矛盾。如果盖·吕萨克的推论成立的话，
那么道尔顿原子论必须作出重大的修改。
面对这样一个严峻的局面，道尔顿本人究竟采取
何种态度?事实上道尔顿在创立原子论的过程中就曾
设想过这种假设或推论。问题是承认“半个原子”的存
在，还是坚持原子不可再分的观点，显然道尔顿选择的
是后者，并进而质疑盖·吕萨克气体反应体积简比定律。
他明确表示：“我认为，真理在于气体在任何情况下都
不以等体积相化合；如果是这样，那一定是测量不精确
所引起的”。同时道尔顿驳斥了盖·吕萨克的推论，他认
为“不同原子体积不同，所以相同数目的不同原子所占
体积也应不同。反之相同体积的不同气体也就不能含
有相同数目的原子”。
实际上，盖·吕萨克发现的气体反应体积简比定律
是一个实验定律，结果是正确的，而道尔顿反驳盖·吕
萨克的推论也是合理的。但两者均存在着片面性。那么，
究竟如何摆脱这一矛盾困境，从“半个原子”的困惑中
解脱出来，从而使道尔顿的原子论和盖·吕萨克的气体
反应体积简比定律相协调相统一。历史进程表明，盖·吕
萨克定律是既承接了道尔顿原子论思想又成为导出分
子假说的重要因素，而解决矛盾的钥匙则掌握在意大
利化学家阿伏加德罗的手中。
2分子假说的提出
阿伏加德罗(AmedeoAvogadro1776—1856)跟道
尔顿一样，是一位勤奋、谦虚和不计名利的科学家。他
也不大关心社交，只是程度上比较起来没有道尔顿那
么严重。他出生在一个著名律师和高级民事官员之家，
由此使他最初学习法律当了律师。不过，他对律师这一
职业始终缺乏热情。1800年，他24岁开始学习研究数
学、物理学、化学和热学。只有在这些领域，他才找到
了自己兴趣的真正所在。1806年，阿伏加德罗被任命为
都灵科学院附属学院演示实验教师，从此开始了他长
达40年的教书生涯。1809年阿伏加德罗被委任为维
切利皇家学院自然哲学(数学和物理学)教授，并一度
担任院长。他在此度过了一生中最重要的十年，分子假
说就是在这里孕育和形成的。
阿伏加德罗一生共发表有价值的论文有五十多篇，
涉及分子学说、原子体积、电和电化学、热容与热扩张、
气体和液体密度等化学和物理学的广泛领域。富有特
色的是阿伏加德罗的理论研究有一鲜明的指导思想，
就是他总是试图探寻出化合物的物理性质和化学性质
之间的联系试图找出不但用数学方法来表达物理性质，
而且还可用来表示化学性质的一种有效途径和方法。
正是循着这样的指导思想，他审视了道尔顿原子
论与盖·吕萨克气体反应体积简比定律的矛盾症结所在，
指出那就是要去破解“复杂原子”的内涵及其本质。道
尔顿对“复杂原子”的考察欠周全，还不够深入，在他
看来，同种元素的原子相互排斥，仅能以一种单原子状
态存在，而“复杂原子”只是不同种元素的原子之间按
简单整数之比而形成的一种结合。因此，在道尔顿原子
论体系中，单质和化合物均处在“原子”这样同一结构
层次上。而阿伏加德罗则认为，“复杂原子”是一种具
有固有性质的“原子复合体”微粒；这是一种同我们今
天所说的“分子”具有同样意义的微粒；无论物质处在
单质，还是化合物状态中，他们都可归结为处在一种具
有固有性质的分子结构层次上。在上述思想背景下''分
子假说孕育而生。
1811年6月，阿伏加德罗在法国《物理杂志》上发
表题为“论测定物体中原子相对质量及其进入化合物
中数目比例的一种方法”的论文。该论文的主旨是在盖·
吕萨克实验定律基础上进行合理推论，把“分子”概念
引人道尔顿原子论体系，提出了分子假说。其基本点是：
(1)无论是化合物还是单质，在不断被分割的过
程中都存在“分子”的阶段；分子是具有—定特性的物
质组成的最小单位(或微粒)。
(2)单质的分子是由相同元素的原子组成，化合
物的分子则由不同元素的原子组成；在化学变化中发
生的是不同物质的分子间原子的重新结合。
(3)在同温同压下同样体积的气体，无论是单质
还是化合物都含有同样数目的分子。(该数值后来发展
为著名的阿伏加德罗常数)
纵观分子假说，与盖·吕萨克实验定律的推论和道
尔顿原子论相比较，最明显之处是阿伏加德罗用‘分子”
一词取代了“原子”，尤其是“复杂原子”一词。这虽然
是一词之差，却彰现出了阿伏加德罗的一种超前的意
识。可以说，在那个时代只有阿伏加德罗才赋予‘分子”
这个词具有现代意义上的‘分子”概念的内涵。‘‘分子”
概念的引入使得人类对物质结构的认识发生了又一次
飞跃，阿伏加德罗在物体和原子这两个层次之间引进了
一个新的关节点——分子。
那么，阿伏加德罗为什么要用‘分子”来替代“原子”
或“复杂原子”呢?他赋予‘‘分子”以怎样的新内容呢?
对此，阿伏加德罗明确回答，他是为了协调与统一盖·吕
萨克实验定律与道尔顿原子论之间的关系。在阿伏加
德罗看来，盖·吕萨克气体反应体积简比定律的实验基
础是不容置疑的，道尔顿原子论应该做出局部修正以
化学教学2011年第4期万方数据
求完善。他指出：“与我们的假说相一致的解释这类事
实的方法就自然而然地产生了，这就是我们假设，无论
何种单质气体(即分子处于其相互作用力不起作用的
距离上)，其分子都不是由单个的原子组成，而是由一
定数量的这些原子依靠引力形成单个分子”。
分子既然由原子组成，那么一个分子究竟由几个
原子组成呢?阿伏加德罗在复查了通常已知的大部分
气体之后，发现所有这些情况之下都肯定有分子被分
裂成“两半”。也就是说，单质气体都是由双原子组成的。
这样，所谓“半个原子”的困惑是不存在的；存在的则
是“半个分子”。而分子的被分割确是理所当然的，只
是分割成了原子而已。
这样，阿伏加德罗以其分子假说使道尔顿原子论
和盖·吕萨克的气体反应实验定律统一了起来，“半个
原子”的困难也被克服了。从实质上看，阿伏加德罗分
子假说是道尔顿原子论的继续与发展。按理来说，分
子假说应该受到人们的关注，但实际情况又恰恰相反，
与道尔顿原子论(它一经发表就立即引起巨大反响并
很快被科学界所承认)形成鲜明对照的是，阿伏加德罗
分子假说并未引起当时化学界和物理学界的认可，‘哆子
子”概念也未被科学家所承认和接受，反而被搁置了半
个世纪。
3半个世纪的徘徊
历史证明，阿伏加德罗关于分子假说的论断是完
全正确的，他的分子假说应该在道尔顿开辟的道路上
发展和完善。但遗憾的是，他的正确思想在他生前始终
未得到承认，尽管他曾在1810年和1821年一再表明，
他的分子假说是道尔顿原子论的继续和发展，可以纳
入科学原子论体系，并以正确测定某些物质的分子量
及其化合物组成的事实，呼吁人们接受分子假说，但这
一切都无济于事。
而后的实践证明，由于不采纳分子假说而引起的
混乱在化学理论领域日益严重。直到1860年9月，在
德国卡尔斯鲁厄国际化学会议上，意大利化学家康尼
查罗(S·Cannizzaro。1826—1910)重申阿伏加德罗的分
子假说，指出：只要把分子和原子科学区分开来，化学
理论的混乱局面就可结束；并提出，测定挥发性物质的
蒸气密度可精确求出其分子量的实验方法，可以合理
论证阿伏加德罗的分子假说。这样。经过长期的实践检
验和化学家们的不懈努力，分子假说才得到了确认。
那么，阿伏加德罗分子假说为什么滞后、徘徊了半
个世纪才得到科学界的承认呢?原因是多方面的，主要
有两个：
化学教学2011年第4期
(1)就当时化学科学的状况来说，接受阿伏加德
罗分子假说的条件还不成熟。
其一是道尔顿的原子论刚刚兴起，人们还在对科
学原子论了解、熟悉和检验之中；在化学理论领域中全
面确立起原子论的体系还要有个过程。此时，“分子”
这一具有超前意识的概念提出，犹如划过长空的一道
闪电，虽然它闪耀着智慧的火花，但难以吸引住人们关
注的目光。
其二是电化二元论的流行。所谓“电化二元论”，
是瑞典著名化学家贝采里乌斯(又译成柏齐乌斯，
J·J·Berzelius1779—1848)把电学引入化学而提出的一
个学说，他认为：电性相反的物质(元素或化合物)才
能相互发生化学作用。例如，酸和碱分别是呈现电负性
和电正性的物质，它们可以相互作用形成盐类物质。按
照电性相反相成的原则，只有电性相反的元素原子才能
互相结合，否则会相互排斥。因此，单质元素不可能由
双原子分子形成，这跟分子假说观点是互不相谋的。
鉴于贝采里乌斯在化学的所有分支中，全面推进道尔顿
原子学说，确立了电化二元论在无机化学领域中的主导
地位，使得他获得几乎与道尔顿相当的崇高威望。因此，
他们对分子假说的不认可，在客观上延缓了人们对“分
子”概念的确认。
(2)证实阿伏加德罗分子假说的实验数据还不够
有力和不够充分。化学家们有理由对新的结构微粒的出
现表示怀疑，它们要求提供更有力的证据而不轻信，也
是可以理解的。阿伏加德罗深知要使人们信服，需要作
出不懈的努力。1821年2月14日，阿伏加德罗在都灵科
学院作了题为《关于测定化合物中比例和测定物体分子
量理论的见解》的报告，系统而又全面地向化学界陈述
了自己在这方面的努力。
他结合实验结果，用分子假说分析了氧、氢、氯、碳、
硫、磷、钙、镁、钡、锶、硅、铝、汞、银、金、铜、锰、钨
等31种元素及其化合物，求出了上述元素的单质分子
量。对于其中的非金属同体和金属，由于他错误地假设
它们的分子也是由双原子组成。所以他不可能正确地
测定出它们的分子量，这在相当程度上影响了／人们对分
子假说的可信度。看来分子假说还得经受漫长的实践
检验。
两个重大事件在化学界的发生，终于结束了分子
假说的漫长等待和徘徊。
一是由于没有接受分子假说，没有科学区分“原子”
与‘分子”概念，使得化学的理论领域日益陷入混乱。
在英国化学界，只认同把组成单质的最小、不可再
万方数据
分的粒子称作“原子’，把组成化合物的最小粒子称作“复
杂原子”，拒不接受“分子”观念。而在法国化学界，长
期以来将“原子”和‘分子”两词混淆使用，有时还将其
作为一种同义词。当阿伏加德罗赋予“分子”这个词语
以现代意义后，这个概念也逐渐为一些思想先进的法
国化学家所接受，如，杜马、罗朗及热拉尔等。大多数
化学家还是依照各人的习惯，使用不同的“原子”或“分
子”术语；甚至有人对同一概念使用几种术语。例如，
有人把原子称为“化学分子”，或把分子称为“物理原子”
等。
这种混乱局面，还出现在对原子量的测定上和化
学式的表达上，由于大批有机物的出现，使过去测定原
子量的方法(以氧原子量等于100为标准或换算成以
氧原子量等于16为标准)不再适用。人们在实验中开
始用元素当量来替代原子量，有的化学家甚至怀疑起
道尔顿的原子量没有什么实验基础，原子论学说也受
到了质疑。
由于存在原子量和当量两套测定系统的并行交叉
使用，使得当时的化学式也十分混乱。例如，若以原子
量测定来书写水和磷酸(五氧化二磷)的化学式则分别
表示为H：0和P20，；而若以当量测定来书写化学式：
水由一份氢八份氧组成，水的化学式应为HO；磷酸由
31份磷和40份氧组成，则磷酸的化学式应为PO，。令
人不解的还不止于此，因为这还是简单的无机化合物，
至于复杂有机化合物的化学式更是混乱不堪。在有的
化学教科书中甚至出现了醋酸的化学式竞达19个之多。
这种混乱状况使得瑞典化学大师贝采里乌斯也发出悲
叹：“连魔术师也能写化学教科书，因为每过几年，事
情就全变了o”
第二件大事，就是为了澄清化学理论领域的混乱
局面，由德国化学家凯库勒(F·A·Kekule1829—1896)
等年轻一代化学家发起召开了首次国际化学家代表大
会。会议于1860年9月3日至5日，在德国卡尔斯鲁
厄举行，有140名化学家出席会议。意大利化学家康
尼查罗也在邀请之列。与会的化学家还有法国的武慈
(A·Wurtz)、德国的迈耶尔(LetharMeyer)和俄国的门
捷列夫(Ⅱ·M·Mengeoleef)等一批后起之秀。会议经
过激烈辩论，公开了分歧，对于化学理论领域的混乱局
面表示了严重关切和求同存异的意向。尽管没有形成
统一的意见，但大多数化学家内心都期望统一化学理
论分歧的13子能早日到来，而且他们已经看到了希望的
曙光。
就在该会议即将闭幕之际，代表们拿到了-一本由
意大利化学家康尼查罗散发的《化学哲学教程提要》
的单行本。正是这本小册子对阿伏加德罗的分子假说
作了全面地论证和总结，使得笼罩在化学理论上空的乌
云疑团烟消云散，把道尔顿的原子论推进到了原子——
分子学说的新阶段。在康尼查罗的这篇代表作中，以下
论点是十分鲜明和关键的：
(1)在阿伏加德罗分子假说基础上，重申了测定
物质分子量方法的有效性(蒸气密度法)。
(2)在道尔顿原子学说基础上，提出了从分子量
求证原子量的新方法(后被称为“康尼查罗法”)。
(3)指出了某些金属和非金属的分子量不可能求
得的(因为它们不具有双原子分子的构成)。
(4)指出了原子量和元素当量的区别和联系。
(5)论证了无机化学和有机化学的同一性。
(6)确立了表达与书写化学式的基本原则。
由于康尼查罗在《化学哲学教程提要》中的清晰
和合乎逻辑的阐述，分子假说观点很快在众多化学家
中得到传播，并且得到了普遍的积极响应。
历经半个世纪的徘徊，阿伏加德罗分子假说终于
得到了确认，道尔顿原子论发展成为原子分子学说，
成为历史的必然。原子分子学说是现代化学理论得以
建立的基础，它的直接后果导致了化学元素周期律的发
现和有机分子结构理论的产生。众所周知，没有正确的
原子量和分子式，化学元素周期律和分子结构理论的
建立和发展是不可想象的。
1969年，国际纯粹和应用化学联合会(简称
IUPAC)把1摩尔任何物质所含的结构粒子数(包括分
子、原子、离子、电子或其他结构粒子)定义为阿伏加
德罗常数(符号为ⅣA)，并根据最精确的测定方法(x
射线晶体解析法)，测得这个常数NA=6．022045×1023
tool～。如今，阿伏加德罗常数已成为了最基本的物理常
数之·。阿伏加德罗在两百年前作出的科学预言：“在
同温同压下，同体积的任何气体皆含有相同数目的分
子”。已经完全得到实验的证明，分子的真实性得到了
公认。
抚今追昔，我们不禁对阿伏加德罗这位平凡而又
伟大的化学家产生深深的敬意。“凡是金子终会发光
的”一一用这句经典的话语来形容他及其分子假说，
那真是再贴切不过的了。
参考文献：
【1】刘劲生．伟大的化学家阿伏加德罗U】．大自然探索．1983，(3)
【2119】山冈望．化学史话【M1．北京：商务印书馆．1995．
化学教学2011年第4期万方数据
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