△原子学说的完善 

我们知道现在的科学发展如果离开了科学家之间的相互合作就寸步难行。其实在近代化学舞台上任何一个理论都不是一个人完成的,道尔顿的学说也是大批科学家的集体智慧结晶。远在19世纪20年代许多科学家就力图使原子学说完善起来,并消除其中存在的矛盾。1805年盖吕萨克受洪堡特的委托,分析在南美旅行时采集回来的空气样品。在一次实验中他证实,水可以用氧和氢按体积1∶2的比例制取。盖吕萨克对这一结果很感兴趣,后来(1808年)他证明,体积一定的整数比例关系不仅在参加反应的气体中存在,而且在反应物与生成物之间也存在着,他用许多气体反应的例子来说明这一定律,特别是各种氮的氧化物的比例关系(1812年)。他利用道尔顿原子论的基本原理来解释他所获得的结果,认为在同一条件下,等体积的各种气体含有相同数目的原子。气体反应定律使道尔顿陷入困境,因为他无法解释在氢氧反应中,一份氧怎样生成了两份水。盖吕萨克也陷入了矛盾之中,他也没有解决问题的方法。

在盖吕萨克定律出现后不久,人们试图努力去消除这一定律与道尔顿原子学说的矛盾。意大利物理学家阿佛加德罗在这方面取得了突破。他的气体反应体积比例关系的假说发表于1811年,文章引证了盖吕萨克定律。他注意到了道尔顿理论上的错误,引进当时人们不大熟悉的分子概念作为这种学说的补充。阿佛加德罗将化合物分子与元素单质分子加以区别,在这些概念的基础上,他得出了后来被叫做阿佛加德罗定律的原理。他写道:“因此应该承认,气体物质的体积与它们所生成的分子数目之间存在着极简单的比例关系。因此唯一可接受的第一个假设应该是:任何气体所生成的化合物分子的数目在同体积下总是相当的,在不同体积下,则与体积成比例”。这样就正确的解释了盖吕萨克定律的含义。他继续写道:“如果从这一假设出发,那么很显然,我们就很容易测定…化合物中分子(原子)的相对数目。”阿佛加德罗把盖吕萨克定律解释为如下的含义:一个氧分子与两个氢分子化合生成两个水分子,而氨是由一个氮分子和三个氢分子形成的。阿佛加德罗的合理假设,本应该在科学界得到积极响应,但很遗憾,事实上并非如此,由于旧观念根深蒂固,许多人对阿佛加德罗的假设不屑一顾,人们无法理解同种原子能生成双原子分子——道尔顿也绝不会想到这一点。在化学原子论的发展中,瑞典化学家贝采里乌斯起到了极其重大的作用。贝采里乌斯是在他知道了里希特关于计量化学的著作后,于1867年开始化学原子论方面的工作的。里希特定律表明:“所有酸和盐基是以各自有的当量相互作用而产生中性盐。”贝采里乌斯认为如果这一定律符合事实,那么,它对于拉瓦锡的新化学体系将是极为重要的,并准备亲自进行实验加以证实。在他的自传中曾叙述这一点说:“这一研究成为我一生中为之努力追求的科学研究方向。”他在开始研究后不久,读到了武拉斯顿所写的有关证明倍比定律论文。他认为如果这一定律通过实验能够加以确证的话,“那就是化学作为一门科学所完成的最大的进步”。为此,他更竭尽全力地去进行实验。开始时既无经验又无设备,更无可遵循的分析方法。但是他以顽强的精神,进行了种种实验尝试,正如他所说:“通过自己的错误,逐步确立了分析方法。”这样,各种元素的氧化物,氯化物、硫化物、硫酸盐、磷酸盐等物质的组成,以他坚韧不拔的精神与准确性逐步被确定。他将其结果总结成以《探索无机界各成分相结合的简单定比关系之尝试》为题的一系列论文,用瑞典文于1810——1811年发表,并立即被译成德文出版。至此,定比及倍比定律才得到完美的确证,而道尔顿的原子分子论也得到了有力的支持。此后,他把分析范围扩大到有机物,证实这个定律对有机化合物也是适用的,从此明确了原子分子学说是所有有机或无机化合物的基础理论。原子量构成道尔顿原子分子学说的核心问题,但道尔顿给出的数值不能做科学依据。

贝采里乌斯在继续深入进行上述研究的同时,开始致力于确定原子量的研究工作。于是自1808年至1818年的10年,对于当时被人们认识到的49种元素中除了钛、锇、铱、锆4种之外的45种元素和24种化合物,进行了比现行值误差范围≤1%的精密分析,确定了化学当量与原子量。其中,除水银、镍、钴、铋、铀、锂6种元素是在他的指导下,由他的学生实验外,其它39种全部是他自己完成的。1818年以后仍然继续进行对其余元素原子量的确定。贝采里乌斯之前,人们用各种各样的符号来表示相同的元素,极为不便。他建议用元素名称的首个字母(一个或两个)作为元素符号。这样,我们今天所用的大多数元素符号,从那时起逐渐得到了统一。1826年贝采里乌斯发表了他的新的原子质量表(原子量表),根据许多金属氧化物新的化学式,修订了许多金属及其元素的原子质量。不过钾、钠、锂、银和若干其它元素的原子仍不准确。