分子学说,关于
物质结构的
学说。分子学说是对J.道尔顿的原子论的重大补充和发展。该学说提出的直接诱因是气体反应中体积简单比定律的发现。
解释
1808年法国化学家J.-L.盖–吕萨克综合了一系列关于气体反应时体积比的实验结果,发现了一项重要结论:各种气体(包括元素和化合物)在相互发生化学反应时,常以简单的体积比相作用;而且当反应产物也是气体时,则反应产物的体积与反应物的体积间也存在简单比关系(见气体化合体积定律)。
例如,1体积的氧与2体积的氢恰相化合成水;1体积的氮与3体积的氢反应,生成2体积的氨;1体积的氧与碳化合,生成2体积的煤气。盖–吕萨克想到,道尔顿的原子论中所包含的“化学反应中各种原子以简单数目相化合”的概念与之必有内在的联系。
经过综合推理得出:
①在同温同压下,同体积中的不同气体物质(无论是元素还是化合物)所含的原子数(简单原子或复杂原子)应成简单整数比。
②相同体积的不同气体元素的重量比与原子量比之间也当是简单比关系。他的上述论证是合理的,但他最后有些武断地提出一个假说:在同温同压下,相同体积的不同气体(无论是元素还是化合物)中含有相同数目的原子,即数目比为1。如果这一假说是正确的话,那么若规定氢的原子量为1,则不同气体元素的密度与氢的密度之比即为其原子量值了。盖–吕萨克曾表示,他提出的气体反应实验定律对道尔顿的学说是一个有力的支持。
然而盖氏的以上论述却遭到道尔顿本人的拒绝和反对,他反驳的理由主要是:
①不同物质的原子形状、大小必定不同,因此在相同体积内,不同气体物质不可能含有相同数目的原子。
②如果同体积中不同气体物质的原子数目相等,那么根据气体反应的体积比,每一个水原子、煤气原子中只含有半个氧原子;每一个氨原子中就应只含半个氮原子与2/3个氢原子,这与“原子的不可分割性”是势不两立的。盖–吕萨克定律有充分的实验事实为据,而一个复杂原子中又不允许存在半个某种原子,这一矛盾引起了意大利物理学家A.阿伏伽德罗的深思。他敏锐地看出:
①只要将道尔顿的原子论稍加发展,就可以使二者顺利地统一起来,即在宏观物体和原子这两种物质层次之间再引进一个新的关节点、一个新的分割层次——分子。对化合物而言,分子即相当于道尔顿所谓的“复杂原子”;对单质元素来说,同样也包含这样一个层次,只不过是由几个相同的原子结合成分子。
②对盖–吕萨克的气体反应定律的解释,只要认为在同温、同压下,同体积的任何气体都含有相同数目的分子,便仍然可以得到圆满的回答。他认为前述各气体实验中的氢、氧、氮都是双原子分子,那么就不致发生反应产物化合物分子中出现半个或一个半原子的困境了。
他于1811年和1814年两次在法国《物理杂志》上发表了上述分子学说,即阿伏伽德罗假说,但当时没有得到科学界的重视。
1855年意大利化学家S.坎尼扎罗鉴于当时化学理论上的混乱以及原子论的危机,在重读了阿伏伽德罗的文章后,认为只有分子学说才能澄清这种情况,于是写成《化学哲学教程概要》的小册子,全面阐述、剖析了分子学说的合理性。这本小册子1860年在德国卡尔斯鲁厄国际化学会议上散发。从此分子学说得到了化学界的普遍承认。