阿莫迪歐·亞佛加厥

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Amedeo Avogadro
阿莫迪歐·亞佛加厥
Avogadro Amedeo.jpg
出生 1776年8月9日(1776-08-09)
義大利杜林
逝世 1856年7月9日(79歲)
義大利杜林
國籍  義大利
研究領域 物理學
任職於 杜林大學
著名成就 亞佛加厥定律
亞佛加厥常數

亞佛加厥(Amedeo Avogadro、1776年-1856年),義大利化學家,生於杜林。全名Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quaregua。1811年發表了亞佛加厥假說,也就是今日的亞佛加厥定律,並提出分子概念及原子、分子區別等重要化學問題。

亞佛加厥出生於義大利西北部皮埃蒙特區的首府杜林,是當地的顯赫家族,亞佛加厥的父親菲立波,曾擔任撒伏以王國的最高法院法官。父親對他有很高的期望。亞佛加厥勉強的讀完中學,進入杜林大學讀法律系,成績突飛猛進,1796年獲博士學位。

亞佛加厥30歲時,對研究物理產生興趣。後來他到鄉下的一所職業學校教書,1815年1月與馬西亞結婚。1832年,出版了四大冊理論物理學,其中寫下有名的假設:「在相同的物理條件下,氣體相同的體積,含有相同數目的分子。」但未被當時的科學家接受。後來經坎尼札羅用實驗論證,到1860年才獲得公認。

著名的亞佛加厥常數Avogadro's number)以他的姓氏命名, NA. 近似於 6.02214199 × 1023

個人簡歷[編輯]

  • 1776年8月9日生於杜林市。
  • 1792年進杜林大學學習法學。
  • 1796年獲得法學博士學位,開始從事律師工作。
  • 1800年起,開始學習數學和物理學。
  • 1804年被杜林科學院選為通訊院士,
  • 1809年被聘為維切利皇家學院的物理學教授。
  • 1819年被杜林科學院選為院士。
  • 1820年任杜林大學數學和物理學教授,不久被解聘。
  • 1834年重新被聘任為杜林大學教授,直到1850年退休。
  • 1856年7月9日在杜林逝世。


重大貢獻[編輯]

亞佛加厥的重大貢獻,是他在1811年提出了一種分子假說:同體積的氣體,在相同的溫度和壓力時,含有相同數目的分子。現在把這一假說稱為亞佛加厥定律。這一假說是根據J.-L. 蓋-呂薩克在1809年發表的氣體化合體積定律加以發展而形成的。亞佛加厥在1811年的著作中寫道:「蓋-呂薩克在他的論文裡曾經說,氣體化合時,它們的體積成簡單的比例。如果所得的產物也是氣體的話,其體積也是簡單的比例。這說明了在這些體積中所作用的分子數是基本相同的。由此必須承認,氣體物質化合時,它們的分子數目是基本相同的。」亞佛加厥還反對當時流行的氣體分子由單原子構成的觀點,認為氮氣氧氣氫氣都是由兩個原子組成的氣體分子。 當時,化學界的權威瑞典化學家JJ 貝採利烏斯的電化學學說很盛行,在化學理論中佔主導地位。電化學學說認為同種原子是不可能結合在一起的。因此,英、法、德國的科學家都不接受亞佛加厥的假說。一直到1860年,歐洲 100多位化學家在德國的卡爾斯魯厄舉行學術討論會,會上S.坎尼扎羅散發了一篇短文《化學哲學教程概要》,才重新提起亞佛加厥假說。這篇短文引起了JL邁爾的注意,他在1864年出版了《近代化學理論》一書,許多科學家從這本書裡了解並接受了亞佛加厥假說。現在,亞佛加厥定律已為全世界科學家所公認。亞佛加厥數是莫耳物質所含的分子數,其數值是6.0221367×10^23,是自然科學的重要的基本常數之一。


亞佛加厥定律 定義:同溫同壓同體積的氣體含有相同的分子數。 推論:

  • (1)同溫同壓下,V1/V2=n1/n2
  • (2)同溫同體積時,p1/p2=n1/n2=N1/N2
  • (3)同溫同壓等質量時,V1/V2=M2/M1
  • (4)同溫同壓同體積時,M1/M2=ρ1/ρ2


同溫同壓下,相同體積的任何氣體含有相同的分子數,稱為亞佛加厥定律。氣體的體積是指所含分子佔據的空間,通常條件下,氣體分子間的平均距離約為分子直徑的10倍,因此,當氣體所含分子數確定後,氣體的體積主要決定於分子間的平均距離而不是分子本身的大小。分子間的平均距離又決定於外界的溫度和壓強,當溫度、壓強相同時,任何氣體分子間的平均距離幾乎相等(氣體分子間的作用微弱,可忽略),故定律成立。該定律在有氣體參加的化學反應、推斷未知氣體的分子式等方面有廣泛的應用。 亞佛加厥定律認為:在同溫同壓下,相同體積的氣體含有相同數目的分子。1811年由義大利化學家亞佛加厥提出假說,後來被科學界所承認。這一定律揭示了氣體反應的體積關係,用以說明氣體分子的組成,為氣體密度法測定氣態物質的分子量提供了依據。對於原子分子說的建立,也起了一定的積極作用。

亞佛加厥常數[編輯]

亞佛加厥常數莫耳微粒(可以是分子原子離子電子等)所含的微粒的數目。亞佛加厥常數一般取值為6.023×10^23/mol。12.000g12C中所含碳原子的數目,因義大利化學家亞佛加厥而得名,具體數值是6.0221367×10^23。包含亞佛加厥常數個微粒的物質的量是1mol。它表示1莫耳的任何物質所含的分子數。它的內容是在同一溫度、同一壓強下,體積相同的任何氣體所含的分子數都相等,這一定律是義大利物理學家阿佛加德多於1811年提出的,在19世紀,當它沒有被科學界所確認和得到科學實驗的驗證之前,人們通常把它稱為亞佛加厥的分子假說。假說得到科學的驗證,被確認為科學的真理後,人們才稱它為亞佛加厥定律。在驗證中,人們證實在溫度壓強都相同的情況下,1莫耳的任何氣體所佔的體積都相等。例如在0℃、壓強為760mmHg時,1莫耳任何氣體的體積都接近於22.4升,人們由此換算出:1莫耳任何物質都含有6.02205xl0^23個分子,這一常數被人們命名為亞佛加厥常數,以紀念這位傑出的科學家。 例如1mol鐵原子,質量為55.847g,其中含6.0221367×10^23個鐵原子;1mol水分子的質量為18.010g,其中含6.0221367×10^23個水分子;1mol鈉離子含6.0221367×10^23個鈉離子;1mol電子含6.0221367×10^23個電子。 這個常數可用很多種不同的方法進行測定,例如電化當量法布朗運動法油滴法X射線繞射法黑體輻射法光散射法等.這些方法的理論根據各不相同,但結果卻幾乎一樣,差異都在實驗方法誤差範圍之內.這說明亞佛加厥常數是客觀存在的重要數據.現在公認的數值就是取多種方法測定的平均值.由於實驗值的不斷更新,這個數值歷年略有變化,在20世紀50年代公認的數值是6.023×10^23,1986年修訂為6.0221367×10^23。 由於現在已經知道m=n·M/NA,因此只要有物質的式量和質量,NA的測量就並非難事。但由於NA在化學中極為重要,所以必須要測量它的精確值。現在一般精確的測量方法是通過測量晶體(如晶體矽)的晶胞參數求得。


科學地位[編輯]

亞佛加厥在科學史上佔據這樣一個重要地位,那麼他究竟是個什麼樣的人呢?從分子論的提出說起。就在英國化學家道耳頓正式發表科學原子論的第二年(1808年),法國化學家蓋·呂薩克在研究各種氣體在化學反應中體積變化的關係時發現,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,常稱為蓋·呂薩克定律蓋呂薩克是很讚賞道耳頓的原子論的,於是將自己的化學實驗結果與原子論相對照,他發現原子論認為化學反應中各種原子以簡單數目相結合的觀點可以由自己的實驗而得到支持,於是他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。他自認為這一假說是對道耳頓原子論的支持和發展,並為此而高興。沒料到,當道耳頓得知蓋·呂薩克的這一假說後,立即公開表示反對。因為道耳頓在研究原子論的過程中,也曾作過這一假設後被他自己否定了。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日的原子。更何況還有一體積氧氣和一體積氮氣化合生成兩體積的一氧化氮的實驗事實(O+N——>2NO)。 若按蓋·呂薩克的假說,n個氧和n個氮原子生成了2n個氧化氮複合原子,豈不成了一個氧化氮的複合原子由半個氧原子、半個氮原子結合而成?原子不能分,半個原子是不存在的,這是當時原子論的一個基本點。為此道耳頓當然要反對蓋·呂薩克的假說,他甚至指責蓋·呂薩克的實驗有些靠不住。蓋·呂薩克認為自己的實驗是精確的,不能接受道耳頓的指責,於是雙方展開了學術爭論。他們倆人都是當時歐洲頗有名氣的化學家,對他們之間的爭論其他化學家沒敢輕易表態,就連當時已很有威望的瑞典化學家貝採里烏斯也在私下表示,看不出他們爭論的是與非。就在這時義大利一位名叫亞佛加厥的物理學教授對這場爭論發生了濃厚的興趣。他仔細地考察了蓋·呂薩克和道耳頓的氣體實驗和他們的爭執,發現了矛盾的焦點。1811年他寫了一篇題為:「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,在文中他首先聲明自己的觀點來源於蓋·呂薩克的氣體實驗事實,接著他明確地提出了分子的概念,認為單質或化合物在游離狀態下能獨立存在的最小質點稱作分子,單質分子由多個原子組成,他修正了蓋·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。 」「原子」改為「分子」的一字之改,正是亞佛加厥假說的奇妙之處。由此可見,對科學概念的理解必須一絲不苟。對此他解釋說,之所以引進分子的概念是因為道耳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。例如單質氣體分子都是由偶數個原子組成這一假說恰好使道耳頓的原子論和氣體化合體積實驗定律統一起來。根據自己的假說,亞佛加厥進一步指出,可以根據氣體分子質量之比等於它們在等溫等壓下的密度之比來測定氣態物質的分子量,也可以由化合反應中各種單質氣體的體積之比來確定分子式。最後亞佛加厥寫道:「總之,讀完這篇文章,我們就會注意到,我們的結果和道耳頓的結果之間有很多相同之點,道耳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耳頓體系,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繫出發,補充了一些精確的方法而已。」這就是1811年亞佛加厥提出分子假說的主要內容和基本觀點。分子論原子論是個有機聯繫的整體,它們都是關於物質結構理論的基本內容。 然而在亞佛加厥提出分子論後的50年裡,人們的認識卻不是這樣。原子這一概念及其理論被多數化學家所接受,並被廣泛地運用來推動化學的發展,然而關於分子的假說卻遭到冷遇。亞佛加厥發表的關於分子論的第一篇論文沒有引起任何反響。3年後的1814年,他又發表了第二篇論文,繼續闡述他的分子假說。也在這一年,法國物理學家安培,就是那個在電磁學發展中有重要貢獻的安培也獨立地提出了類似的分子假說,仍然沒有引起化學界的重視。已清楚地認識到自己提出的分子假說在化學發展中的重要意義的亞佛加厥很著急,在1821年他又發表了闡述分子假說的第三篇論文,在文中他寫道:「我是第一個注意到蓋·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耳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,呂薩克定律的應用。」在他講述了分子假說後,他感慨地寫道:「在物理學家和化學家深入地研究原子論和分子假說之後,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。」儘管亞佛加厥作了再三的努力,但是還是沒有如願,直到他1856年逝世,分子假說仍然沒有被大多數化學家所承認。道耳頓的原子論發表後,測定各元素的原子量成為化學家最熱門的課題。儘管採用了多種方法,但因為不承認分子的存在,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。於是部分化學家懷疑到原子量到底能否測定,甚至原子論能否成立。不承認分子假說,在有機化學領域中同樣產生極大的混亂。 分子不存在,分類工作就難於進行下去,例如醋酸竟可以寫出19個不同的化學式。當量有時等同於原子量,有時等同於復合原子量(即分子量),有些化學家乾脆認為它們是同義詞,從而進一步擴大了化學式、化學分析中的混亂。無論是無機化學還是有機化學,化學家對這種混亂的局面都感到無法容忍了,強烈要求召開一次國際會議,力求通過討論,在化學式、原子量等問題上取得統一的意見。於是1860年9月在德國卡爾斯魯厄召開了國際化學會議。來自世界各國的140名化學家在會上爭論很激烈,但役達成協議。這時義大利化學家康尼查羅散發了他所寫的小冊子,希望大家重視研究亞佛加厥的學說。他回顧了50年來化學發 ​​展的歷程,成功的經驗,失敗的教訓都充分證實亞佛加厥的分子假說是正確的,他論據充分,方法嚴謹,很有說服力。經過50年曲折經歷的化學家此時已能冷靜地研究和思考,終於承認亞佛加厥的分子假說的確是扭轉這一混亂局面的唯一鑰匙。亞佛加厥的分子論終於被確認,亞佛加厥的偉大貢獻終於被發現,可惜此時他已溘然長逝了。甚至沒有為後人留下一一張照片或畫像。現在唯一的畫像還是在他死後,按照石膏面模臨摹下來的。

科學貢獻[編輯]

亞佛加厥畢生致力於原子-分子學說的研究。1811年,他發表了題為《原子相對質量的測定方法及原子進入化合物時數目之比的測定》的論文。他以蓋·呂薩克氣體化合體積比實驗為基礎,進行了合理的假設和推理,首先引入了「分子」概念,並把它與原子概念相區別,指出原子是參加化學反應的最小粒子,分子是能獨立存在的最小粒子。單質的分子是由相同元素的原子組成的,化合物的分子則由不同元素的原子所組成。文中明確指出:「必須承認,氣態物質的體積和組成氣態物質的簡單分子或複合分子的數目之間也存在著非常簡單的關係。把它們聯繫起來的一個、甚至是唯一容許的假設,是相同體積中所有氣體的分子數目相等」。這樣就可以使氣體的原子量、分子量以及分子組成的測定與物理上、化學上已獲得的定律完全一致。亞佛加厥的這一假說,後來被稱為亞佛加厥定律!亞佛加厥還根據他的這條定律詳細研究了測定分子量和原子量的方法,但他的方法長期不為人們所接受,這是由於當時科學界還不能區分分子和原子,分子假說很難被人理解,再加上當時的化學權威們拒絕接受分子假說的觀點,致使他的假說默默無聞地被擱置了半個世紀之久,這無疑是科學史上的一大遺憾。直到1860年,義大利化學家坎尼扎羅在一次國際化學會議上慷慨陳詞,聲言他的本國人亞佛加厥在半個世紀以前已經解決了確定原子量的問題。坎尼扎羅以充分的論據、清晰的條理、易懂的方法,很快使大多數化學家相信阿化加德羅的學說是普遍正確的。但這時亞佛加厥已經在幾年前默默地死去了,沒能親眼看到自己學說的勝利!亞佛加厥是第一個認識到物質由分子組成、分子原子組成的人。他的分子假說奠定了原子一分子論的基礎,推動了物理學、化學的發展,對近代科學產生了深遠的影響。他的四卷著作《有重量的物體的物理學》(1837~1841年)是第一部關於分子物理學的教程。

社會影響[編輯]

亞佛加厥一生從不追求名譽地位,只是默默地埋頭於科學研究工作中,並從中獲得了極大的樂趣。 亞佛加厥早年學習法律,又做過地方官吏,後來受興趣指引,開始學習數學和物理,並致力於原子論的研究,他提出的分子假說,促使道耳頓原子論發展成為原子—分子學說。使人們對物質結構的認識推進了一大步。但遺憾的是,亞佛加厥的卓越見解長期得不到化學界的承認,反而遭到了不少科學家的反對,被冷落了將近半個世紀。 由於不採納分子假說而引起的混亂在當時的化學領域中非常嚴重,各人都自行其事,碳的原子量有定為6的,也有定為12的,水的化學式有寫成HO的,也有寫成H2O的,醋酸的化學式竟有19種之多。當時的雜誌在發表化學論文時,也往往需要大量的註釋才能讓人讀懂。一直到了近50年之後,德國青年化學家邁耶爾認真研究了亞佛加厥的理論,於1864年出版了《近代化學理論》一書。許多科學家從這本書裡,懂得併接受了亞佛加厥的理論,才結束了這種混亂狀況。

參考資料[編輯]