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而在18世纪和19世纪，化学家们又发现了化学反应中的几条非常有意思的定量规律。分别是: 质量守恒定律、当量定律、定比定律、倍比定律。 质量守恒定律: 俄国化学家洛蒙诺索夫通过实验发现化学反应前后反应物和产物的总质量不变，这后来得到拉瓦锡等化学家的进一步验证。 当量定律: 卡文迪许在实验中发现，中和同一质量的碳酸钾所消耗的硫酸和硝酸可以和相同质量的大理石反应。18世纪末，德国化学家里希特对酸碱反应进行了大量精确的研究，最后提出:化学物都有确定的组成，化学反应中，反应物之间存在定量关系，两种物质发生化学反应，一定量的一种物质总是需要确定量的另一种物质。 定比定律: 法国药剂师普鲁斯特发现不同来源的同一物质的元素组成是不变的。比如，他收集了来自日内瓦、非洲等世界各地的海水、湖水等各种类型的水，经过研究发现，除去水中的杂质后，所得纯净水的组成一律都含氧88.9%，含氢11.1%(质量分数)。他进一步得出这样一个结论:两种或两种以上元素化合成某一化合物，参与反应的各元素的质量比例是一定的。这跟当量定律一致。但这遭到了贝托雷的反对。贝托雷研究了不同条件下铁和氧的化合现象，以铁和氧能以不同的质量比相化合这一实验结果反对定比定律。然而普鲁斯特却认为，几种不同元素可以生成少数几种不同的化合物，而每一种都有自己固定的组成。 倍比定律: 几种不同元素反应可以生成几种不同组成的化合物的观点得到了英国化学家戴维的验证。1800年，戴维发现，相同质量的氮和氧化合后生成三种化合物:一氧化二氮、一氧化、二氧化氮，三种化合物中氧的质量分数的比例为1:2.2:4.1。这没引起戴维的注意，却引起了道尔顿的注意，因为这个比例接近简单的整数比，而且具有倍数的关系。 为什会有会有这种整数和倍数的关系呢？道尔顿认为物质是由可数的最小单位构成，从而提出了原子学说。他认为物质是由具有一定质量的原子构成的；元素(即简单物质)是由同一种类的简单原子构成的，简单原子不可以再分割；不同的简单原子可以结合成复杂原子，而化合物则是由复杂原子构成。既然复杂原子由整数个不同的简单原子结合而成，那么由两种相同元素组成的不同化合物中，同种元素的质量分数就满足简单的整数比，一定条件下也可以成倍数关系，从而倍比定律得到解释。当然，按照原子论的观点，质量守恒定律、当量定律与定比定律也可以得到完美的解释。 盖—吕萨克定律: 有意思的是，法国科学家盖—吕萨克发现，在两种气体的化合反应中，参与反应的气体的体积在同温同压下成也成简单的整数比。参考原子论的观点，他提出了一个新的假说: 在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子，即盖—吕萨克定律。这样参与反应的各种物质的原子的数量之间就成整数比，符合原子论的观点。 然而这个观点遭到了道尔顿的公开反对。因为道尔顿认为: (1)不同元素的原子的大小不一样，因此相同体积的不同气体不可能含有相同数目的原子；(2)此外，还有一体积氧气和一体积氮气生成两体积一氧化氮的事实与该假说矛盾。因为按照原子论的观点，要是该假说成立的话，那么一体积的氧气跟一体积的氮气化合也应该生成一体积的一氧化氮才对。而事实是生成两体积，要是盖—吕萨克的假说正确的话，那么就会存在半个氧原子跟半个氮原子生成一个一氧化氮原子的结论，这跟原子论中简单原子不可分割的观点矛盾。 对于一理由(1)，用现在的观点来看很容易解释，因为气体原子只占据了极少的空间，气体的体积并不等于原子体积之和。而对于理由(2)，就在道尔顿与盖—吕萨克争论不休的时候，意大利物理学教授阿伏伽德罗对这场争论产生了浓厚的兴趣，并发现了矛盾的根源，最后提出了分子假说完美的解释了这个矛盾。他明确提出了分子概念，他认为简单物质或化合物的最小构成单元是由原子构成的分子，而简单物质并不是由单个简单原子构成的，而是由多个简单原子结合而成的分子构成的。从而把盖吕—萨克定律改成: 同温同压下，相同体积的不同气体具有相同数目的分子。比如，要是认为氮气和氧气的基本构成单元分别是由两个氮原子和两个氧原子构成的分子，而不是单个的氮原子和氧原子的话，那修正后的盖—吕萨克定律跟道尔顿的原子假说之间便没有矛盾。 然而阿伏伽德罗的分子假说在之后的约半个世纪中一直没有得到普遍接受。由于不承认分子假说，原子量的测定结果以及化合物的原子组成存在很大的分歧，最终在第一次国际化学会议结束之际，康尼查罗的朋友向与会的化学家发了康尼查罗写的《化学哲学教程提要》，这本小册子回顾了从阿伏伽德罗的分子假说提出以来，原子和分子等概念的发展历程，谈到只有接受阿伏伽德罗的分子论才能才能破解当前的迷局。这一举动使人们理解了分子假说的重要意义，从而使分子假说得到普遍接受。 |
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