3、简述原子论分子学说的形成和影
原子——分子论的形成和发展
王耀德
和任何一门学科一样，化学也经历了一个从自然哲学到科学的发展阶段，在以思辨、直观、猜测为主的自然哲学阶段，一些自然哲学家抱着万事万物都可以“还原”的信念，认为所有物质都应该由更微小的、种类不多或只有一种、性质恒定不变的单元组成。 例如古希腊哲学家恩培多克勒(Empedocles of agrigentum，约公元前490～435年)，认为宇宙间物质仅由四种元素即水、土、火、气组成。古希腊还形成了较为系统的“原子论”——由留基伯(Leucipps，公元前500～440年)提出，德谟克利特(Democrite，生卒年不详，鼎盛年约公元前435年)把它发展...全部
原子——分子论的形成和发展
王耀德
和任何一门学科一样，化学也经历了一个从自然哲学到科学的发展阶段，在以思辨、直观、猜测为主的自然哲学阶段，一些自然哲学家抱着万事万物都可以“还原”的信念，认为所有物质都应该由更微小的、种类不多或只有一种、性质恒定不变的单元组成。
例如古希腊哲学家恩培多克勒(Empedocles of agrigentum，约公元前490～435年)，认为宇宙间物质仅由四种元素即水、土、火、气组成。古希腊还形成了较为系统的“原子论”——由留基伯(Leucipps，公元前500～440年)提出，德谟克利特(Democrite，生卒年不详，鼎盛年约公元前435年)把它发展至最高峰。
德氏认为，世界上各种物质都由不可再分割的原子组成，各种原子的原质是相同的，只是形状与大小不同。原子既不能创造，也不能毁灭，但能互相结合，形成各种物体。元素论与原子论有着某种对立，因为前者认为有几种基质，而后者认为只有一种。
在此之后，原子论或元素说有过多种形式的发展变化，但都未形成一种真正意义上的科学。它们只是一些猜测性和思辨性的设想，还超越必要的经验材料作了一些独断性的结论。这些结论既可能引导也可能阻碍化学的发展。
例如，认为“火”也是最基本的物质单元——燃素的说法就是以后的化学革命所要克服和摆脱的一个主要观念。
将古代原子论注入近代科学思想之中的是法国哲学家伽桑狄(Pierre Gassendi，1592～1655年)。
他力图用原子论和当时的机械论哲学解释物质的性质和构成：热是由微小的圆形原子引起的，冷是由有锋利棱角的椎形原子产生的，固体是靠彼此交错的钩子连结起来的。伽桑狄的思想影响了英国化学家波义尔(Robert Boyle,1627～1691年)。
波义尔设想自然界的物质是由一些细小坚实的用物理方法不可分割的微粒所组成，这些微粒结合成更大的微粒团参与化学反应。波义尔反对水、土、火、气等形式的元素说，认为它们并非物质的最基本单元，而是可以相互转化的，因为物质的最基本单元只有一种??原子，而所有原子是同质的。
可见，他的原子论与元素论仍是对立的，元素论与原子论的结合将在18～19世纪完成。波义尔做过一个有助于摆脱燃素说的燃烧试验??虽然他自己并未意识到。他和英国科学家胡克(Robert Hook，1635～1703年)进行了燃烧试验，他们把木炭或硫磺放在一个器皿中，并把其中空气抽尽，尔后再将器皿加热，这些物质并不能燃烧。
但当他们把木炭、硫磺与硝石混合，则即使在抽尽空气的条件下仍会燃烧。于是他们认为燃烧必须依赖空气的硝石中的某种共同成份。但他们并未继续深入下去。此后很多化学家对与此类似的现象进行过研究，并做过一些解释，但均未超出燃素说的范围。
例如，虽然人们分离出了氧和氢，而且英国科学家卡文迪许(Henry Cavendish，1730～1810年)还发现了它们燃烧生成水，但卡文迪许仍坚持燃素说解释，即认为水是一种元素，氢=水＋燃素，氧=水－燃素，前者称为易燃空气，后者称为脱燃素空气。
直到1777年，法国科学家拉瓦锡(Antoine Laurent。Lavoisier,1743～1794年)对燃烧现象进行了更细致和严密的研究，发现：物体只能在纯粹空气(氧气＋热质)中燃烧，燃烧后重量增加，燃烧后增加的重量精确地等于空气中失去的氧的重量，从而认定氧是一种元素(水不是)，而燃烧则是一种氧与其它物质的反应即氧化反应，燃素是不存在的，这引起了一场化学革命。
确定了氧是一种“简单物质”(即以后的“单质”)，进而认识到与氧反应的硫、碳、磷、氢、铜、银等也是简单物质，这向科学的元素论迈进了第一步，也为元素论和原子论的结合提供了基础，后者将由英国科学家道尔顿(John Dalton，1766～1844年)完成。
拉瓦锡还区分了金属物质与非金属物质，认为简单的非金属物质被氧化后生成酸，而简单的金属物质则氧化为可以中和酸的盐基。这样，拉瓦锡成为近代化学元素说的奠定者。
拉瓦锡对元素的正确区分为化学的定量研究奠定了坚实的基础，在与拉瓦锡几乎同时代，酸碱当量定律已经出现，而在此之后，定组成定律由法国的普罗斯(Proust，1754～1826年)提出，倍比定律由英国科学家戴维(Humphry Davy，1778～1829年)及道尔顿各自提出，后两个定律与化学原子论的建立和发展直接相关。
道尔顿曾从事气象学研究，因而对气压、混合气体分压、气体扩散等现象有过细致的观察和分析，在此基础上，他发现了“道尔顿分压定律”：在一定的温度下，混合气体中每种组成部分的气体所产生的压力，同这个气体单独占有同一容器所产生的压力相同。
经过各种尝试后，他发现用微粒说很容易解释此现象。他设想，每一种元素都由最小的不可分割的粒子构成。如果一种气体的粒子均匀分布在另一种气体粒子之间，这将使得这种粒子表现出来的行为，如同另一种物体不在容器中是一样的，这样分压定律就不难理解了。
他把这种粒子称为原子。这与古代的原子论有本质上的区别。古代原子论认为，所有的原子都同质，只不过形状不同罢了。道尔顿则相反，认为不同元素的原子在本质上是完全不同的，而且他特别强调原子的重量，认为不同原子其重量是不同的。
他假定，每种元素的原子，其重量是恒定不变的，而不同物质的原子的重量、形状、大小必不相同。同质原子互相排斥，但不同质原子之间并不互相排斥。他把化合物的分子称为“复杂原子”，并把某一简单原子与另一简单原子按不同比例化合生成的化合物称为一元或多元化合物。
根据原子论还可以完满地解释化学反应中的物质守恒定律、定组成定律及倍比定律(当两种元素化合形成化合物时，二者参与反应的重量成简单的整数比)。由倍比定律，道尔顿进行了另一个重大研究：确定原子的相对重量(即原子量)。
1803年他制定出了第一张原子相对重量表。把最轻的原子氢的相对重量定为1。
尚不完善的道尔顿原子论不能很好地解释气体反应现象。法国科学家盖．吕萨克(Gay－Lussac，1778～1850年)根据气体体积在化合反应前后的简单比例关系，认为在同温同压下，相同体积的不同种气体所含的原子数目相同。
由于一体积的氧与二个体积的氢化合生成水，故认为“原子”中有一个氧和二个氢，这受到了道尔顿的极力反对，因为这违背了他的原子理论：由于一体积的氧与一体积的氮反应生成二体积的氧化氮，根据盖吕萨克假设，会导致有“半个氧原子与半个氮原子”的存在的结论。
这引起了意大利科学家阿伏伽德罗(Amedeo Avogardro，1776～1856年)的注意，并发现只要稍加修改二者的理论，就可以把二者完美地结合起来。他认为在物质和原子之间还存在一个层次——分子，原子由吸引力组成单分子，并假定所有单质气体的分子都由偶数个原子组成，他没有说明为什么不可以考虑奇数原子组成单个分子。
阿伏伽德罗大胆地修正了盖·吕萨克的假说“在同温同压下，相同体积的不同气体有相同的分子数目。”但是，他的“所有单质气体都是由偶数个原子组成”的结论过于武断了。
至此，原子——分子学说已基本形成，后来经过意大利科学家康尼查罗(Stanish Cannizzaro，1820～1910年)的梳理与论证(例如区分原子量与当量，对一些物质分子量的重新测定等)，为人们所普遍接受。
以后的化学及相关学科的发展为原子??分子论进一步完善提供了基础。热力学和气体分子运动论的发展既进一步确证了前面所说的气体分子一些性质和特征，又使人们不必为并不存在的“热元素”去归类，元素周期律的发现则加深了人们对原子的性质的理解，它甚至暗示了原子可能有某种结构。
20世纪前后，电子、X射线等的发现，使人们认识到还有比原子更深的层次，因而原子是有结构的。玻尔的原子模型、原子的电子层结构学说、化学键的电子理论、化学键的价键理论和分子轨道理论等等，从更微观的层次上解释了原子的结构和性质、原子何以形成分子、形成后又为什么表现出各种性质，这就从更深层的意义上支持和发展了原子??分子学说。
作者单位：北京大学科学与社会中心
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