被冷落的假說

李冬子

“在同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數。”

這是高一化學的第一課，也就是著名的阿伏伽德羅定律（Avogadro's Hypothesis），這一定律基于的理論基礎，便是同樣由阿伏伽德羅所提出的分子假說。然而，正像大多數真理被發現時都會經歷一番艱難險阻那樣，阿伏伽德羅的分子假說在剛提出之時，并未獲得科學界的認可。

半路出家

1776年8月9日，阿莫迪歐·阿伏伽德羅（Amedeo Avogadro）出生于意大利西北部皮埃蒙特大區的首府都靈當地一個望族家中。他的父親名叫菲立波，曾擔任過薩福伊王國的最高法院法官。

伴隨這樣的家庭背景下成長的阿伏伽德羅，無疑被家里抱有很高的期望。讀法律系，成為一名法官，再像父親那樣步入最高法院，這條路對阿伏伽德羅來說似乎天經地義。

1792年，菲立波心中的大石終于落地。年僅16歲的阿伏伽德羅正如他的愿望那樣，考入了都靈大學，修讀法學，并且成績優異。又過了幾年，阿伏伽德羅取得了法學博士學位，開始從事律師工作，一切都順理成章。

令人意想不到的是，就在阿伏伽德羅的人生看似已塵埃落定之時，長期以來隱藏于他心中的對物理的濃厚興趣卻開始蠢蠢欲動，他開始學習數學和物理學。

阿伏伽德羅的科研生涯就此開始。

學術爭論

每一個學過化學的人都不會不知道阿伏伽德羅常量。因此根本無需論證，半路出家的阿伏伽德羅在科學史中占據著重要的地位。

然而，他那著名的分子假說和與之一起被提出的定律卻曾遭遇長久的冷落。

這個假說是根據約瑟夫·路易·蓋-呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac）在1 809年發表的氣體化合體積定律加以發展而形成的。

就在1808年，也就是英國化學家約翰·道爾頓（John Dalton）正式發表科學原子論的第二年，法國化學家蓋一呂薩克在研究各種氣體在化學反應中體積變化的關系時發現，參加同一反應的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡單的整數比——這就是著名的氣體化合體積實驗定律。蓋一呂薩克將自己的化學實驗結果與原子論相對照，結果發現原子論中，化學反應中各種原子以簡單數目相結合的這一觀點可由自己的實驗而得到支持，于是便提出了一個新的假說：在同溫同壓下，相同體積的不同氣體含有相同數目的原子。

蓋-呂薩克認為這一假說是對道爾頓原子論的支持和發展，并為此而高興。然而道爾頓并不這么想。

他認為不同元素的原子大小不會一樣，其質量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數目的原子。

蓋-呂薩克堅持自己的實驗是精確的，不接受道爾頓的指責，于是雙方展開了一場激烈的學術爭論。作為歐洲兩名同時頗有名氣的化學家，他們之間的爭論，沒有哪名化學家膽敢輕易表態。

甚至在化學界很有威望的瑞典化學家貝采里烏斯（Jons Jakob Berzelius）也在私下表示，看不出他們各自理論的孰是孰非。

就在這時，轉機出現了。作為物理學教授的阿伏伽德羅對這場不相上下的學術爭論產生了興趣。他開始仔細考察蓋一呂薩克和道爾頓的氣體實驗，并關注他們的爭論進展。然后，阿伏伽德羅發現了矛盾的焦點。

1811年，一篇名為《原子相對質量的測定方法及原子進入化合物的數目比例的確定》的論文被寫就。

這篇論文直接表明，其觀點來源于蓋-呂薩克的氣體實驗，接著明確提出了分子的概念，認為，單質或化合物在游離狀態下能夠獨立存在的最小質點稱作分子，單質分子由多個原子組成。

他還在論文中修正了蓋一呂薩克的假說，提出：“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數目的分子。”

正是這“原子”到“分子”的一詞之改，成就了阿伏伽德羅假說。

50年的冷遇

之所以引進分子的概念，是因為道爾頓的原子概念與實驗事實發生了矛盾，必須用新的假說來解決這一矛盾，阿伏伽德羅這樣解釋。

“總之，讀完這篇文章，我們就會注意到，我們的結果和道爾頓的結果之間有很多相同之點，道爾頓僅僅被一些不全面的看法所束縛。這樣一致性證明我們的假說就是道爾頓體系，只不過我們所做的，是從它與蓋-呂薩克所確定的一般事實之間的聯系出發，補充了一些精確的方法而已。”

然而，在阿伏伽德羅提出分子論后，這一理論卻遭到了冷遇，論文沒有引起任何反響。3年后的1814年，他又發表了第二篇論文，繼續闡述他的分子假說，卻再次石沉大海。1821年，阿伏伽德羅關于分子假說的第三篇論文發表，依然未被學界認可。

“我是第一個注意到蓋一呂薩克氣體實驗定律可以用來測定分子量的人，而且也是第一個注意到它對道爾頓的原子論具有意義的人。沿著這種途徑，我得出了氣體結構的假說，它在相當大程度上簡化了蓋一呂薩克定律的應用，”在第三篇論文中，阿伏伽德羅在講述分子假說外，還如此感慨，“在物理學家和化學家深入地研究原子論和分子假說之后，正如我所預言，它將要成為整個化學的基礎和使化學這門科學日益完善的源泉。”

再三的努力未能讓阿伏伽德羅如愿，直到他1856年逝世，分子假說仍然未被大多數化學家所承認。

由于分子的存在不被承認，化合物的原子組成難以確定，原子量的測定和數據呈現一片混亂，難以統一。化學家們自行其是，有人將碳的原子量定為6，有人定其為12，有人將水的化學式寫成HO，也有人將其寫成H₂O……

1860年，是阿伏伽德羅去世的第4個年頭。也就是在這一年里，意大利化學家坎尼扎羅（Cannizzaro）在一次國際化學會議上慷慨陳詞，聲言他的意大利同胞阿佛加德羅在半個世紀以前已經解決了原子量的確定問題。坎尼扎羅以充分的論據、清晰的條理，很快使大多數化學家知曉了阿伏伽德羅假說的正確性。

阿伏伽德羅的分子假說提出將近50年后，終于得到認可，化學式、化學分析方面的混亂局面由此得以平息。