为确立原子——分子论立功的康尼查罗

Stanislao Cannizzaro 1826一1910

    1811年意大利物理学教授阿佛加德罗所提出的分子假说没有引起重视,更没有被承认。由此产生的严重后果,当时绝大多数化学家是没有预见到的。

    在1860年以前的近半个世纪里,由于不承认分子是单质或化合物在游离状态下独立存在的最小质点,不承认分子是由原子组成的这一正确假说,世界各国化学家们对原子和分子的认识就很混乱。当时化学家们所倚重的测定原子量的工作也遇到了麻烦,常被当作测定元素原子量的相对标准的氧或氢,由于不承认它们是双原子分子,那么采用例如蒸汽密度法等物理方法来测定原子量,数值就难免产生成倍的偏差。原子量不能准确地测定,分子组成自然就无法测定了。每个化学家各有各的一套元素符号和化学式的写法,例如有人把HO当作水,又有人把水当作过氧化氢。有人用CH2表示甲烷(应该是CH4),也有人用它来表示乙烯,以至于在著名化学家凯库勒编写的教科中,醋酸的化学式竞达19个之多。这种混乱的情况使许多著名的化学家甚至怀疑原子量是否能测定,原子量究竟是否存在。这实际上是对原子论提出怀疑。如此混乱的化学怎么能继续向前发展……。

    为了结束这一混乱局面,统一大家对元素符号、原子量、化合价、化学式的认识,凯库勒等人发起召开一次国际化学家大会。会议于1860年9月3日至5日在德国的卡尔斯鲁厄举行、主要来自欧洲各国的140名化学家出席了会议。会议经过了激烈的争论,没有取得统一的意见,只好不了了之,但在会议就要结束时,会下散发了一本名叫《化学哲学教程提要》的小册子,就是这本小册子使问题豁然明朗,很快统一了大家混乱不堪的认识。化学家们终于明白承认阿佛加德罗的分子假说是扭转这一混乱局面的唯一钥匙。这本小册子的作者就是意大利化学家康尼查罗。

集科学家、革命家于一身

    康尼查罗1826年7月26日出生在意大利西西里岛一个行政官员的家庭。在中学里他的学习很好,其中算术曾获得过金质奖章。15岁时结束了中学教育,根据他当时的志趣进入巴勒摩大学医学系。开始时他对各门功课都有兴趣,后来,由于巴黎科学院院士、生物学教授弗德拉的影响,他迷上了生理学。在弗德拉的指导下。他研究的第一个课题是输入神经与输出神经间的区分。在1845年拿不勒斯科学家代表大会上,他关于神经系统研究的论文受到了代表们的好评。当时研究生物学,必须进行化学实验。然而医学系的实验条件极差,康尼查罗只好时常到老师家做实验,还在自己的家里构筑了一个简陋的实验室。实验不仅培养了他对化学的兴趣,更重要的是使他发现了自己化学知识的不足,从此他的兴趣又从生理学转向到化学。

    正在这时候,巴勒摩大学闹学潮,康尼查罗是个积极分子,因而被迫离校,弗德拉对此很惋借,于是介绍康尼查罗到比萨大学继续深造。在比萨大学,化学教授皮立亚是个很有学问和威望的教授。康尼查罗到校后不久,在实验中就被皮立亚发现是个有才华的青年,任命他为自己实验室的助手。为了获得更多更系统的化学知识,康尼查罗一方面为皮立亚教授准备课堂实验:一方面坚持听皮立亚开设的无机化学和有机化学课程。实验和听课相得益彰,仅仅三年、有计划有系统的训练已经使康尼查罗成为一个基础知识扎实,实验技术精湛,学术思想洁跃的化学家。

    思乡之情使康尼查罗告别了他敬爱的老师皮立亚,于1847年夏天回到了巴勒鼠此时西西里的革命运动正在蓬勃地发展。康尼罗查一回到巴勒摩就奋不顾身地投入革命运动,和他的老师弗德拉一样成为革命运动的中坚分子。1848年之月西西里反对那不勒斯国王斐迪南二世的武装起义正式爆发,这是波澜壮阔的1848年欧洲革命的一部分。起义者们经过激战,把斐迪南二世赶出了西西里岛,建立了临时的革命政府、一在战斗中,康尼查罗担任炮兵指挥员赢得群众的信任,被推选为西西里议会的众议员,井被任命为众议院的秘书。好景不长,那不勒斯国王纠集了周围几个封建王国的军队进行反扑,1349年4月攻丹了西西里全岛,起义遭到失败。康尼查罗参加了最后的抵抗后,不得不流亡到法国。复辟的王朝宣布判处包括康尼查罗在内的12名起义领导人死刑,康尼查罗暂时无法回到家乡。

    在法国流浪的半年中,他仍然抓紧时间考察了里昂等地的化工企业,学习了在课堂上学不到的许多知识后经皮立亚和法国化学家卡胡尔介绍,他来到法国化学教授谢福瑞的实验室工作,在这里,他认真地开展有机化学的实验研究,对当时有机化学发展的新进展有了充分的认识。

    当时的意大利分裂成八九个小国,康尼查罗虽然暂时不能回到家乡西西里岛,但是他还是想回到意大利,回到离家乡近一点的地方。这时位于意大利北部有个叫皮埃蒙特的国家,在1848年曾支持西西里的起义,对康尼查罗等革命者十分尊重。1851年皮埃蒙特政府聘请康尼查罗到当地技术学院任物理、化学和数学教授。他到学院后的第一件事是建造化学实验室。因为他已充分认识到,没有化学实验室是不能创造科学成果,也不能培养科学人才的。就在这个学院,他取得了有机化学的一个重要发现:芳香醛类和碱液作用转变为相应的酸和醇的反应。这在教科书上称为康尼查罗反应。它无论在理论上还是在实际上都有重大意义。

    1855年,皮埃蒙特最著名的大学——热那亚大学聘请他为化学教授。在繁忙的教学之余,他系统、深入地考察了理论化学的发展和问题,《化学哲学教程提要》就是他这一时期的科研成果。

    1860年4月,西西里农民再度起义,包括康尼查罗在内的革命战士纷纷返回西西里,斐迪南二世再次被赶出了西西里,康尼查罗回到阔别11年的故乡,成为西西里国家的非常委员会成员,但是此时的康尼查罗没有忘记他的科学事业,在革命工作十分繁忙的9月,仍然赶赴德园卡尔斯鲁厄尔参加了第一次国际化学家代表大会。由于阅读了他的《化学哲学教程提要》的小册子,多数化学家从此理解并接受了阿佛加德罗的分子假说。34岁的康尼查罗也被公认为理论化学的权威。

    康尼查罗从德国回来后不久,西西里的那不勒斯王国与皮埃蒙特王国合并成立了意大利王国,到1870年,意大利玉国又统一了意大利全境。在这场完成国家统一的革命中,康尼查罗在科研和教学之外,以极大的热情从事社会政治活动。伟大的科学家也是当时一位杰出的政治活动家。

    统一后的意大利王国设首都于罗马。新政权在罗马建立一所全国最高级的学府一罗马大学。这里云集了意大利一批最优秀的学者。康尼查罗当然是第一批被推举的, 1871年他来到了罗马大学任化学教授。 在罗马,他一方面从事教学,为意大利培养了一批批优秀的化学家,一方面从事有机化学的研究,取得了突出的成就。此外他述是意大利王国的议员,副议长,国家教育委员会、国家财政委员会的成员,为建设统一后的意大利作出了杰出的贡献。

论证原子一分子学说

    简单他说,康尼查罗是通过研究化学史来论证原子一分子论的。他的方法充分地体现了逻辑与历史的统一。康尼查罗在热那亚讲授理论化学时,发现了由于不承认阿佛加德罗分子假说所造成的混乱。面对这一困境,他首先研究了道尔顿的原子论、阿佛加德罗的分子假说及其实验依据。通过这一历史的考察,他认识到争论的症绪。但是要解开这一症结,还必须掌握更多的化学事实。为此他又考察了贝采里乌斯的电化二元论及杜马对它的批判,总结了杜马等许多化学家所作的与分子论相关的工作,沿着历史的线索对化学理论和一些测定方法进行分析和总结,他解决了以下儿个大家所关心的问题:

    1.强调地指出阿佛加德罗的分子假说是盖·吕萨克气体化合定律的自然结论,从而说明了分子假说是有根据的。

    2.提出一些化学家不接受阿佛加德罗分子假说的一个重要原因是过分地信赖了贝采里乌斯的电化二元论。有机化学中的卤素取代氢的实验事实恰好证明电化二元论是不全面的。

    3.说明了怎样根据分子假说,运用蒸气密度法来求分子量。同时他运用气体密度怯测定了氢、氧、硫、氯、砷、汞、溴等单质和水、氯化氢、醋酸等化合物的分子量。

    4.在测定分子量的基础上,结合分析化学的资料,进而提出一个确定原子量的合理方法。还论证了阿佛加德罗假说与杜隆——珀替定律的关系。这一定律是法国物理学家杜隆和珀替在1818年由实验推导出来的关于固态单质的物质热容量与原子量的关系。

    5.指出当量与原子量不同,它是原子参加化学反应的数量单位,当量和原子价的乘积就是原子量。

    6.根据大量的实验资料证明无论在无机化学还是在有机化学中,原子量只有一套。化学定律对无机化学、有机化学同样适用。

    7.确定了写化学式的原则。

    康尼查罗所解决的这些问题澄清了许多模糊乃至错误的认识,为原子——分子论的确定扫除了障碍。他的上述观点正是《化学哲学教程提要》这一小册子所陈述的主要内容。

    康尼查罗的工作和他的小册子一样受到了同行们很高的评价。和门捷列夫一道发现化学元素周期律的德国化学家迈尔在结束卡尔斯鲁厄会议的回家途中就阅读了这本小册子,他感慨他说:“这本篇幅不大的论文对于大家争执中最重要的各点阐述得如此清楚,使我感到惊奇。眼前的屏障好象剥落下来,许多疑团烟消云散……这应归功于康尼查罗的小册子。”

    康尼查罗的合理阐述,把原子论和分子假说整理成一个协调的系统,原子一分子论因此才为广大化学家们接受。原子一分子论的确立,直接导致化学元素周期律的发现和有机化学系统的建立。

    康尼查罗对化学发展的巨大贡献,使他在全世界享有很高的声望。1862年英国皇家学会选他为会员。1872年英国皇家学会又授予他第一枚特制的法拉第奖章。 1906年为了庆祝他80寿辰,在罗马举行了国际应用化学代表大会,在会上,授予康尼查罗一座象征着传递真理的比立特之座像。1910年5月10日, 84岁的康尼查罗因年高而去世。