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原子量测定的历史回顾

2013-11-13 字号:[ ] 编辑:56hx 来源:网络整理 浏览:
 
原子量的测定在化学发展的历史进程中,具有十分重要的地位。正如我国著名化学家傅鹰先生所说:“没有可靠的原子量,就不可能有可靠的分子式,就不可能了解化学反应的意义,就不可能有门捷列夫的周期表。没有周期表,则现代化学的发展特别是无机化学的发展是不可想象的”,在已建立了科学的原子量基准,并且通过相当完善精密的原子量测定方法测得足够精确的原子量数值的今天,我们回顾一下化学科学发展进程中这段重要史实,对于深入研究化学发展规律,帮助我们正确理解和使用原子量,无疑是大有稗益的。
 
一、道尔顿的开山之功
  英国著名的化学家道尔顿(J.Dalton,1766~1844)在提出原子论观点的同时,就为确定不同元素原子的相对重量作了努力。从而成为化学史上测定原子量的第一人,成为这一领域的拓荒者。在当时的历史条件下,要确定各种元素的相对重量并非易事。这首先要确立一个相对标准,既以谁为参照基准。其次要有准确的定量分布手段,并且要明确单质和化合物分子中元素原子的数目,这在当时对于大多数化合物是很难做到的。正是由于这个原因,道尔顿只能采用主观武断的方法规定不同元素的原子化合形成化合物的原子数目比。例如,他认为水是由1个氧原子和1个氢原子组成的。这祥,根据当时拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743~1794)对水的重量分析的结果,以他选择的氢原子的相对重量为1做基准,算得氧原子相对重量为5.5。
1803年10月21日,道尔顿在曼彻斯特的“文学和哲学学会”上阐述他的原子论观点时,第一次公布了6种元素的原子相对重量,但他没有宣布数据的实验根据。此后,他又先后于1808年、1810年、1827年在其著名的《化学哲学新体系》一书的第一、二卷中不断增加元素种类,使之最终增至37种,并对部分数值做了修正……由于道尔顿以主观武断的方式确定物质的组成,因而所得的原子相对重量都与今天的原子量相差甚远。尽管如此,他的这项极富开性和科学性,使之一直沿用至今。更重要的是他的这项工作在当时为广大化学工作者找到了正确的前进方向,使得化学科学向系统化、理性化迈进了一步。正如恩格斯指出:“在化学中特别是由于道尔顿发现了原子量,现已达到各种结果都具有了秩序和相对的可靠性,已经能够有系统地、差不多是有计划地向还没有被征服的领域进攻,就象计划周密地围攻一个堡垒一样”。
 
二、贝采里乌斯的非凡工作
  道尔顿首创的确定元素原子相对重量的工作,在当时的欧洲科学界引起了普通的关注和反应。各国的化学家们在充分认识到确定原子量的重要性的同时,对于道尔顿所采用的方法和所得到的数值感到不满和怀疑。于是继他之后,许多人便纷纷投入测定原子量的行列中,使这项工作成为19世纪上半叶化学发展的一个重点。
  在这其中,工作非凡,成绩斐然的是瑞典的化学大师贝采里乌斯(J.J.Berzelius, 1779~1848)。这位近代“化学大厦”的卓越建筑师,对近代化学的贡献涉及诸多方面。其中最为非凡的是他用了近二十年的时间,在极其简陋的实验室里测定了大约两千种化合物的化合量,并据此在1814~1826年的12年里连续发表了三张原子量表,所列元素多达49种。其中大部分原子量已接近现代原子量数值,这在当时的历史条件下是极其难能可贵的。
贝采里乌斯之所以能在长达近二十年的时间里孜孜不倦、专心致志地从事原子量的测定工作,是因为他高瞻远瞩地认识到这项工作的重要意义。他认为“这就是那时候化学研究最重要的任务”。贝采里乌斯测定原子量的方法与道尔顿相似,但他的基准选定氧=100。对于化合物组成,他也采用了最简单比的假定。与道尔顿不同的是,他在坚持自己亲自通过实验测定化含量的同时,时时注意吸取他人的科研成果。比如像盖·吕萨克(L.J.Gay.Lussac,1778~1850)的气体反应体积简单比定律;杜隆(P.L.Dulong,1785~1838)和培蒂(A.T.peiit,1791~1820)的原子热容定律以及他的学生米希尔里希(E.E.Miischerlich,1794~1863)的同晶型规律等。大约在1828年,贝采里乌斯结合原子热容定律和同晶型定律把他长期弄错的钾、钠。银的原子量纠正过来。正是由于他能够博采众长,持之以恒,才得出了比较准确的原子量,以自己的辛勤劳动为后来门捷列夫发现元素周期律开辟了道路,在化学发展史上写下了光辉的一页。
 
三、康尼查罗的杰出贡献
  在19世纪上半叶的五十多年里,从道尔顿到贝采里乌斯,虽然有很多人致力于原子量的测定,但由于对化合物中原子组成比的确定一直没有找到一个合理的解决办法,更主要的是当时对分子和原子的概念尚混淆不清,因而使原子量的测定长期处于极其混乱的状态,陷入了困境。这期间,尽管法国著名化学家杜马(J.B.A.Dumas,1800~1884)曾于1826年发明了简便的蒸气密度测定法,并曾试图利用这一方法,通过测定分子量计算原子量。但因为他虽然有不同数目的原子。他还指出:“……只要我们把分子与原子区别开来,只要我们把用以比较分子数目和重量的标志与用以推导原子量的标志不混为一谈,只要我们最后心中不固执这类成见:以为化合物的分子可以含不同数目的原子,而各种单质的分子却都只能含一个原子或相同数目的原子,那么,它(指阿佛加德罗分子理论,包括安培后来的观点)和已知事实就毫无矛盾之处”。
康尼查罗正是在明确区分了原子和分子的基础上,通过测定分子量结合物质重量组成分析结果,提出了如下结论:当考虑一系列某一元素的化合物时,其中必然有一种或几种化合物中只含有一个原子的这种元素,那么在一系列该元素的重量值中,最小值就是该元素原子量的约值。康尼查罗的上述工作,澄清了当时一些错误观点,统一了分歧意见,为原子—分子论的发展和确定扫除了障碍,使得原子—分子论整理成为一个协调的系统,从而大大地推进了原子景的测定工作。对此德国著各化学家迈尔(J.L.Meyer,1830~1895)给予极高的评价。与前人相比,康尼查罗在原子量的测定上没有什么特殊的发现,但由于他决定性地论证了事实上只有一门化学学科和一套原子量,从而在化学发展的重要时刻做出了杰出贡献。
 
四、斯达与理查兹的卓越功绩
  康尼查罗虽然使原子量测定工作步入正确轨道,但所得到的只是原子量的约值。欲使化学真正成为一门精确的科学,这显然是远远不够的。在通向精确的“真实”原子量的道路上还布满荆棘,困难重重。这首先在于测定标样的化合物必须可以提高到高纯度,在诸多化合物中,只有极少数化合物能满足这一要求。其次,必须有严密的实验手段,十分干净的实验环境和相当精密的分析设备。最后,还要有高超准确的实验操作技能,以确保实验数据的高度重复性。所有这些都无不昭示要得到准确的“真实”原子量需要有非凡的实验化学家。自19世纪中叶开始到本世纪初叶,相继有两位卓越的化学家为此付出了艰辛的劳动。
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