教育新闻：几代人辩论的定律是什么

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纯净的化合物, 必然各有其固定的组成, 也就是定组成定律, 又称为定比定律.在初中化学里, 虽然不提这一定律的名称, 然而在讲化合价和分子式时, 学生却必须掌握有关的概念, 并认识到纯净的化合物, 之所以性质固定, 是由於它的组成固定, 而且原子间排列的关系也是固定的.

就是这样一个现在看来似乎简单的定比定律, 在科学史上却由1781 年争论到1860 年才被确定下来.这一事实, 充分说明科学家们的态度是十分严谨的.

从17 世纪末起, 西欧的一些药剂师和化学家们, 在进行一系列的科学实验中, 就已对各种类型的化学反应进行了定量的研究, 有些人已经从研究碳酸钙, 水及氧化汞的过程中, 明确的发现了它们的组成是固定的.如 1755年, 英国化学家布拉克在他研究石灰石的论文中提到: 石灰石经过煅烧后, 重量会减轻44%.1781 年, 英国化学家凯文第旭研究水的合成时, 发现所消耗氢氧气体的体积比总是1∶2, 由此而认识到水是化合物而不是一种元素, 曾提出科学的燃烧理论的法国化学家拉瓦锡, 从1772 年到1777 年用了五年多的时间, 做了大量的燃烧实验, 进行了精确的定量分析研究.例如他在进行氧化汞的合成与分解实验时, 将45 份重的氧化汞加热分解, 恰好得到41.5份重和汞和3.5 份重的氧气.这也就是说, 拉瓦锡的实验, 不仅说明化合物有其固定组成, 并且用具体数据, 证明了化学反应中的质量不灭定律.

明确的用文字描述定组成定律的是法国的一位药剂师普罗斯, 他在1799年明确地写道: `两种或两种以上元素相化合变成某一化合物时, 其重量之比例是天然一定的, 人力不能增减.'这是早於化合价形成共识之前50 多年提出的, 这显然是普罗斯根据自己大量的实验数据为基础而建立起来的自信.

但普罗斯的关於定比定律的理论, 却遭到了当时法国化学界的权威贝托雷的激烈反对.原来是在此之前, 贝托雷正好发表了他的《化学亲合力之定律》, 其中说道: `一物质可与有相互亲合力的另一物质以一切比例相化合.'一个是以一定的比例, 一个却以一切的比例, 两者针锋相对而互不相容.那么到底是谁正确呢? 看一下他们两人的实验内容就明白了.贝托雷以溶液、合金或玻璃类物质, 可以形成多种组成的铅的氧化物和铜的碱式盐等物质为例子, 这些都是混合物或是不同的化合物.表面看来它们是以`亲合力'而形成, 然而它们都不是真正的或单一的化学反应, 当然`化合'的比例, 就不会存在`一定'的问题了.

既然贝托雷用的是错误的实验例证, 为什么又能长时间的坚持自己的错误观点呢? 这还得再来看看普罗斯的说法和做法才能得到解答.

普罗斯确切的发现了贝托雷的实验对象并不是纯净物和单一化合物, 於是先后从1802 年到1818 年, 写了许多文章, 发表在法国《物理杂志》上, 用来答复贝托雷的错误的批评.

按贝托雷的说法, 他认为化合物的组成会随着生成该物质的物理条件不同而不同.普罗斯则指出, 一种化合物无论是天然的还是人工合成的, 无论是产生在地球深处, 还是产生在人们的实验室里, 也无论是取自什么地方, 其组成都是相同的.普罗斯还指出, 即使是铅和氧化合, 铅跟氧的量之间, 也只有几个固定的比例 (即PbO、Pb2O、PbO2 和Pb3O4) , 而绝不会是任意的比例, 显然它们是组成各不相同的铅的氧化物, 而根本不能混为一谈.

普罗斯还用铜、锡、锑、钴等多种金属和硫化合, 用在各种条件下所得硫化物, 其组成都相同的事实来证明自己的观点正确.然而在普罗斯的时代, 化学界还没有足够精确的定量分析的技术手段和方法.普罗斯的实验结果, 对同一物质的分析往往也存在很大的误差, 这就使他心有余而力不足的遗憾终身.`定组成定律'就只能暂时作为假说, 停留在当时人们的心中.

到了19 世纪的中叶, 定量的化学分析, 已得到完善, 人们已能在实验时得出相当精确的结果, 但极小的偏差仍是难免存在.就因为这些, 因此依然有人认为`这个定律 (指定组成定律) 或者也有些偏差, ……'而仍然不愿十分肯定的承认它.

后来, 比利时的分析化学家斯达 (1813-1891) 曾经用多种不同的方法制取金属银, 又用多种不同的方法把银制成氯化银, 所有实验偏差都在千分之三左右.在斯达1860 年发表了他许多精确的分析实验结果之后, 这场围绕着定比定律是否实在可信的辩论, 前后经历了大约80 多年才算结束.

而一个叫`倍比定律'的, 却在1804 年就被确认下来, 在时间上比`定比定律'的确定要早50 多年.

倍比定律的内容是: `当相同的两元素可生成两种或两种以上的化合物时, 若其中一元素之重量恒定, 则其余一元素在各化合物中之相对重量有简单倍数之比.'

倍比定律是英国化学家道尔顿提出来的, 当时道尔顿正在构思他的原子论, 首先提出了原子量这一概念, 认为: `同一元素的原子, 其形状、质量及各种性质都是相同的', 他还认为: `不同元素的原子以简单数目的比例相结合, 因而形成化学中的化合现象', 等等.道尔顿根据其原子论的设想, 用推理的方法而得出了倍比定律, 并还测定了碳的氧化物 (CO、CO2) 氢化物(CH4、C2H4) 中碳氧之比和碳氢之比, 确实在碳的量一定时, 两种氧化物中氧的重量比是1∶2, 两种氢化物中氢的重量比为2∶1.

后来精於化学分析的瑞典化学家贝采利乌斯, 分析了铅的两种氧化物和铜的两种氧化物以及铁的氧化物和硫的氧化物, 也都取得了精确的结果.而斯达也做了碳酸气 (CO2) 和一氧化碳之间转变关系的实验, 发现两种氧化物中碳的重量一定时, 氧的重量比确为2∶1.这些事实都比确认定比定律要早十多年.

从现在的原子、分子观点和化合价的概念来看, 定比定律和倍比定律实际都是定组成定律的内容在形式上的不同表现.因为历史的原因, 它们的发生和被确认的过程, 却是那样的不同, 这实在是一件令人回味的事.

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