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其他学科之中。
贝采里乌斯清楚地认识到,化学原子论的发展并不缺少理论观念,缺乏
的是可靠的、大量的实验数据。所以他就从基础出发,着手去分析各种盐、
酸、碱以及氧化物。这些研究对于化学原子论的进一步发展起到了决定性的
作用。后人评价道:“贝采里乌斯从1807年开始的并从1809年以更大力量
继续进行的勤奋而且持久的研究,对于原子论的进一步发展并将其应用到化
学各部门来说,贡献要比同时代的其他科学家所作的都要大。”
从1811年起,贝采里乌斯在进行了大量基础实验与工作后,开始遵循着
道尔顿的基本观念为正式测定一切元素的原子量进行了更大规模的系列实
验。
1814年,贝采里乌斯公布了他测定元素原子量的方法。他认为气体元素
的密度一定与它们的原子量成比例,所以就采用了盖·吕萨克的化合体积定
律来测定“元素体积重量”——这是此时他对原子量的称呼。在日记中他写
道:“盖·吕萨克发现,气体或者是以等分化合,或者为一种气体的量将是
另一种气体的量的倍数……如果在这些观察中把 ‘体积’和‘质量’两词换
成 ‘原子’和‘分子’两词,并把化合的气体想像成化合的物体,那就会发
现一个对道尔顿假说正确性的直接证明。盖·吕萨克其实没能从这个高度来
认识这一重要的发现,并得出普遍的规律,而仅仅满足于对气体化合的一般
定律的发现,这是应该加以提高的。”贝采里乌斯是最早应用盖·吕萨克的
气体反应体积简化定律来测定元素原子量的科学家之一。
贝采里乌斯测定了各种元素的同体积的重量,并把它们与作为比较数据
的氧的同体积重量进行了比较。在论证这个选择时他写道:“把各种元素的
原子量与氢的原子量比较,那就无法提供任何优越性,而且看来还最可能引
起诸多不便,因为氢是极轻的气体,在无机化合物中又很少见到。相反,氧
却包含了一切所需要的优点,而且可以说是整个化学所围绕的中心。它是一
切有机体和大多数无机体的必不可少的组成部分。”
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贝采里乌斯善于运用正确的研究方法与他出色的实验技巧,使他能够得
出精确的原子量。在《物理、化学和矿物学丛刊》上,他陆续发表了自己的
研究成果。英国科学家渥拉斯顿在编制原子量表时,就采用了贝采里乌斯所
测定的数据。
1814年,贝采里乌斯发表了他自己的41种元素的原子量表;1818年,
他在《化学教科书》第3卷里充分地论述了关于化合量的学说;1819年,他
以单行本形式发表了他的教科书中的这一部分,书名为《试论关于化合量和
电的化学作用的学说》。这本不厚的书发行后,立刻引起了化学界的巨大反
响。在这本书中,贝采里乌斯总结了自己多年来所从事的所有实验研究并论
述了自己的理论原理。可以这样认为,贝采里乌斯的这项研究成果是他那个
时期的化学家们最杰出的研究之一,为道尔顿的原子论打下了极为牢固的实
验基础。
在这项研究中,贝采里乌斯把原子论与电化学理论紧密地结合了起来。
他测定了45种元素的原子量,分析并测定了2000种化合物的百分比组成。
他所测得的氧化物、盐、酸和碱的百分比组成与现代数据十分接近。但由于
某些化学式的不正确,使得不少元素,特别是金属元素的原子量不够准确。
以后,贝采里乌斯测定原子量的工作是从两方面着手进行的。一方面,
随着定量分析的改进,从而使化合物的百分比组成更加精确,并在此基础上
得出化合物的原子量;另一方面,由于化合物化学式的改变,贝采里乌斯也
随之对原子量本身进行不断的修改。
1826年,贝采里乌斯大大地改进了自己的原子量系统。如果说在此之前
他只是应用化学计算定律,以元素与化合物在化学和物理学中的类比原则作
为为自己测定原子量的依据;那么,现在他开始考虑用杜隆的比热定律和密
克尔力特的同晶现象定律了。新知识理论的应用,使得他对原子量数据的改
进取得了巨大的进步,大多数金属元素的原子量很接近于近代数据。许多金
属的相应氧化物也都获得了正确的化学式。到他逝世之前已知的56种元素
中,只有硼、铍、硅、钒、锆、铀、铈、钇和钍的原子量不够准确,其它的
都已经是相当精确了。这些精确数据的取得,主要归功于贝采里乌斯。
那么,贝采里乌斯是用什么办法测出原子量的呢?下面,我们就举硫的
例子来说明。
要测定硫的原子量,就需要先确定硫酸的化学式。为此,贝采里乌斯分
析了硫酸铅,表明了“硫酸”里含的氧比氧化铅里的氧多两倍。因而贝采里
乌斯认为它的化学式里应包含有三个氧原子。但是,到底应该有几个硫原子
与这三个氧原子化合呢?他研究了一系列硫的氧化物,比如二氧化硫(SO)、
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三氧化硫(SO),最终得到这个问题的答案。
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比如在二氧化硫中有2个硫原子,那么,它的化学式就应该写成SO、
SO。可是采用双原子并没有必要,因为用SO和SO的化学式,得出的是更
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简单得多的比。
硫和氧的反应,是适用于下面这个化学式的,即:
S+O=SO
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硫的原子量就是按照这样先得出的“硫酸”的化学式然后测定的。
贝采里乌斯在证明了各种化学计算定律的合理性并测出了某些化学元素
的原子量以后,就给自己提出了这样的任务:弄清由一定整数的简单原子形
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成复杂原子的原因。他在自己的科学日记中写道:“即使在相当程度上证明
了物质是由不可分割的原子组成的,那也根本不能由此得出结论,说一定会
发生那些常出现的化学比现象,特别是在无机界见到的那些现象。对此还必
须知道那些调节着原子结合的方法并决定着它们的界限的定律,因为如果一
种元素的不定数原子可以跟另一种元素的不定数原子化合,那就会存在由这
些元素组成的无穷数的化合物,则这些化合物量的组成中的差别就会由于其
微不足道而无法被发现,甚至借助最精确的实验也不能发现。显然,化合量
正是取决于这些定律。”正是在以上的这段话里,包含着一整套的纲领,它
的实现导致了化学家们最终创立了当量学说。
贝采里乌斯对化学原子论发展的影响,还表现在他采用化学元素的原子
字母符号,以便于写成化合物的化学式。这些符号沿用至今。他制定了一个
简单易懂的化学符号系统,用以明确而直观地表现和解释化合物的原子组
成。在贝采里乌斯看来,化学式必须完全准确地表现出一种化合物是由哪些
元素组成的,并应该指出其中每种元素的原子比数。由于贝采里乌斯所制订
出的化学符号,符合元素的相对量,因此能够用它们来写成化合物的化学式。
他认为,通过化学式,他可以作出化合物组成的一个最简单扼要而又条理清
楚的理论说明,它可以使人一眼就看清楚那种用许多文字也难以如此简明地
加以解释的道理。
在1813年,贝采里乌斯第一次发表了他的化学符号。第二年,他在自己
的一篇论文中,更详细地叙述了这个问题。在论文中他写到:“化学符号要
解释所写的东西而不致于把印刷的书弄得拖泥带水,就应当用字母符号来表
示,因此,我将采用每种单质的拉丁文名称的开头字母作为化学符号。这些
化学符号永远表示1个体积的物质(1个原子)。假如需要表示出许多体积,
则可以标出它们的数目。例如氧化亚铜是由1个体积的氧与1个体积的铜组
成的,因此它的符号就是CuO;而氧化铜是由2个体积的氧与1个体积的铜
组成,故它的符号就是CuO。”
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当几种元素的名称开头第一个字母相同时,贝采里乌斯就在相同字母的
后面加上第二个或底下字母中的一个,以示区别。例如,同以“C”开头的元
素符号,C是碳、Ca是钙、Cr是铬、Cu是铜、Co是钴。
以下就是贝采里乌斯在《化学教科书》最后一版中提出的元素的原子符
号:
O…氧 H…氢 N…氮
S…硫 P…磷 Cl…氯
Br…溴 I…碘 F…氟
C…碳 B…硼 Si…硅
Se…硒 Te…磅 As…砷
Cr…铬 V…钒 Mo…钼
W…钨 Fe…铁 Mn…锰
U…铀 Ce…铈 D…钕
Ln…镧 Al…铝 K…钾
Na…钠 Sb…锑 Ta…钽