第三十四章  现代原子学说最初的发展

古希腊的原子学说纯粹是思辨的结果，它证明了人类的精神单靠逻辑思维就可以达到一个多么高的程度。科学提升了古希腊人的精神与道德，使人类高高地凸显于动物世界之上。

现代原子学说产生于对物质实用性的认识，开始于对物质元素和分子的认识。

17世纪，经历了文艺复兴之后的欧洲，科学重又开始萌芽，医学研究也开始融入科学的色彩，对于燃烧与呼吸的研究使人们认识到有一种有助于燃烧的成分存在于空气之中^①。

直到18世纪，法国人拉瓦希（1743—1794）用加热汞的方法，证明在化学反应中物质改变状态，而参与反应的物质的重量却保持不变^②。他将实验中发现的空气中这种有助于燃烧的成分称为“酸素”，也就是今天所称的“氧”。拉瓦希还和其他人用实验证明了在化合物中不同成分有固定的重量比例关系。例如，在水中氧与氢的重量比例总是8比1^③。

这是一个漫长的故事，如果追溯上去，会到达最早的原始朴素的化学实验——炼金术。在科学知识普及的现代，大多数人们鄙视炼金术士们的活动，将其归之为迷信。然而，炼金术在许多古老民族的早期发展中都存在，那是人们在没有现代科学知识的情况下，出自一种朴素的愿望尝试改变物质的努力。年代的久远，时光的流逝，现代的人们殊不知那时的人们在黑暗中摸索，是怎样地艰难。

拉瓦希所做的事与炼金术士们做的似乎是一样的，他将汞（水银）加热，流动的银白色的汞变成了红色的粉末状物质；然后他再用不同的方法加热这种红色的粉末状物质，它又变回成了流动的银白色的汞。不过，拉瓦希所做的在一些细节方面与炼金术不同，整个过程，拉瓦希是在密闭的玻璃器皿中进行的。这样，他就能测定参与反应的物质在数量上的变化，具体来说，就是汞和参与反应的空气中氧气的量。在第一次加热中，氧气与汞化合形成氧化汞，在后一次的加热中，氧化汞又释放出氧气还原成为汞。拉瓦希测量了实验前、第一次加热后和再次加热后汞、氧化汞、空气以及最后释放出的氧气的量，发现虽然性状发生变化，但是它们各自的量与总量都是不变的。

拉瓦希能够完成他的实验，一个最基本的条件是玻璃工业的发展，这使得他能够做成他的一套实验容器，直到现在为止，那一类器具也还是化学实验室里最基本的器皿。玻璃工业的发展与其它工业的发展是紧密联系在一起的，科学的发展与工业的发展也是纠缠在一起，不可分离的。到此为止，我们已经看到玻璃在三个方面与科学发生了密不可分的关系。一次是伽利略的望远镜，另一次是牛顿用三棱镜发现光的色彩组成，再一次就是现在说的拉瓦希的定量化学实验。

拉瓦希与炼金术士不同的另一点就是对于物质的看法不同，炼金术士们从直观的感觉上认为物质是可以由一种变化为另一种的，而拉瓦希则从理性的思维上认为物质的基本元素是不会变化的。

1789年，拉瓦希的著作《化学基础》出版，在书中拉瓦希定义了元素的概念，强调了定量分析的作用，建立了氧化学说与质量守恒定律。

拉瓦希的父亲是一位有名的律师，父母原本想让他继承律师的职业。虽然拉瓦希由巴黎大学法学院获得了律师资格，他却喜爱自然科学。毕业后，拉瓦希当了一位地理学家的助手，进行采集矿产和绘制地图的工作，并在法国科学院的一次关于城市照明的征文活动中获奖。在这位地理学家的建议下，拉瓦希成为一位著名化学家的弟子，并在化学科学上做出了他的贡献。

1768年，拉瓦希成为法国科学院院士。

自然科学的发展，使得从事自然科学研究的人们像其它的行业的人们一样，成立了自己的组织，这便是学会的出现，以便于学术的交流。1662年，英国皇家学会成立。1666年，法国科学院成立。之后，欧洲其他国家也纷纷成立这样的科学组织，并且发行科学刊物。

科学的发展增加了人们的知识和对世界的理解，促进了经济的发展，增强了国家的力量。天文学、地理科学与仪器制造技术，尤其是精密计时器的制造，使得欧洲人能够远渡重洋、发现新大陆和实现环球航行；钢铁业与化学工业的发展使得火器成为最有力的杀伤武器。科学增强了军事的力量，使各国在欧洲这样一个群雄争霸的环境里更有力量与它国抗衡，因而科学组织受到皇家（及其之后的政府）的支持与资助。

拉瓦希是一个勤奋的人，他早上六时起床，八时前从事化学试验与研究。白天，他从事火药局长和科学院院士的工作，作为国家付薪的院士，他必须完成指派给他的职位上的任务。晚上十点之前，拉瓦希还要继续他的研究。星期日则完全是他自由支配进行研究的时间。

拉瓦希基本上是一位化学家，他建立了物质不灭与质量守恒的概念。对于原子的认识，我们必须经过化学与分子这样的一个阶梯。原子组成了分子，分子表现出各种不同的性质，成为形形色色的物质。

在古希腊人那里，他们可以仅凭思维与无穷的想象力，建立他们的原子观念，他们得到了思维的乐趣与精神的升华。然而到了文艺复兴之后，人们要认识物质的本原的目的，除了思维的乐趣之外，还有实用性的目的，因而人们还要了解物质组成的细节，单靠思维这是不能完成的。于是，无论在物理学还是化学方面，实验成为必不可少的手段。除了思维的乐趣以外，人们还获得了操控物质的能力，使科学有了实际的功能。

道尔顿（1766—1844）是一位英国教师，他在教书之余进行气体的实验。他领悟到用原子论可以最好地解释气体的性质，进而他又发现原子论是化学反应现象的最好解释方法。

道尔顿这样说，“具有一定大小的物体，……都由许多微小的原子组成。……化学反应能够使这些原子分离或结合，却不能创造或者毁灭物质。”

法国人盖·吕萨克（1778—1850）证明气体在化学反应过程中的容积有简单的比例关系。

1813年，意大利人阿弗加德罗（1776—1856）指出，根据道尔顿的理论与盖·吕萨克的实验，一切相等体积的气体中所含有的原子数目有简单的比例关系。

到了19世纪下半叶开始，物质的化学上的分子概念与物理学上的原子概念才逐渐变得清晰并且区分开来，物理学和化学在物质概念上有了各自存在的基础。

之后，人们逐渐领悟到，阿弗加德罗假设的最简单表达形式为：同容积的气体含有同等数目的分子。因此，两体积的氢气与一体积的氧气反应产生两体积的水汽，是因为两个氢原子与一个氧原子组成一个水分子，而每个氢气分子与每个氧气分子中各自含有两个原子。两种气体混合燃烧以后，一个氧原子结合了两个氢原子，原来的三体积的氢气与氧气变为两体积的水汽，分子数减少了，体积减少了，原子数目并没有变。如果写出它的化学反应式，就是：

2H₂ + O₂ = 2H₂O

人们已经发现了大部分的元素，但是还没有一个统一的理论来对元素进行解释。

①《科学史及其与哲学和宗教的关系》，W. C. 丹皮尔著，李珩译，商务印书馆，1975年9月第一版，185—186页。

②同①，263页。

③同①，292—293页。