資源簡介

化學發展史
2000年諾貝爾化學獎得主
瑞典皇家科學院10日宣布，美國科學家艾倫·黑格、艾倫·馬克迪爾米德以及日本科學家白川英樹由于在導電聚合物領域的開創性貢獻，榮獲今年的諾貝爾化學獎。
在人們的印象中，塑料是不導電的。在普通的電纜中，塑料就常被用作導電銅絲外面的絕緣層。但三位諾貝爾化學獎得主的成果，卻向人們習以為常的“觀念”提出了挑戰。他們通過研究發現，經過特殊改造之后，塑料能夠表現得像金屬一樣，產生導電性。
塑料是一種聚合物，而所謂聚合物，是由簡單分子聯合形成的大分子物質。聚合物要能夠導電，其內部的碳原子之間必須交替地由單鍵和雙鍵連接，同時還必須經過摻雜處理——也就是說，通過氧化或還原反應移去或導入電子。
黑格、馬克迪爾米德和白川英樹于70年代末在塑料導電研究領域取得突破性的發現。由于他們開創性的工作，導電聚合物成為對物理學家和化學家都具有重要意義的研究領域。目前，導電塑料已廣泛地用于許多工業領域，如抗電磁輻射的計算機視保屏、能過濾太陽光的“智能”玻璃窗等。除此之外，導電聚合物還在發光二極管、太陽能電池、移動電話和微型電視顯示裝置等領域不斷找到新的用武之地。導電聚合物的研究成果，還對分子電子學的迅速發展起到推動作用。將來，人類將能制造由單分子組成的晶體管和其他電子元件，這將不僅大大提高計算機的運算速度，而且還能縮小計算機的體積。
黑格1936年出生于美國衣阿華州蘇城，目前擔任加利福尼亞大學圣巴巴拉分校聚合物和有機固體研究所所長；艾倫·馬克迪爾米德目前擔任美國賓夕法尼亞大學化學教授，他1927年出生于新西蘭的馬斯特頓；白川英樹1936年生于東京，目前任日本筑波大學材料科學研究所化學教授。
X射線/放射性/化學史
一、Ｘ射線的發現
Ｘ射線是１８９５年德國物理學家倫琴（RontgenW.K.1845-1923）發現的。１８９５年１１月８日晚，倫琴為了進一步研究陰極射線的性質，他用黑色薄紙板把一個克魯克斯管嚴密地套封起來，在完全暗的室內做實驗。在接上高壓電流進行實驗中，他意外地發現在放電管一米以外的一個熒光屏（涂有熒光物質鉑氰化鋇的紙屏）上發生亮的光輝。一切斷電源，熒光就立即消失。這個現象使他非常驚奇，于是全神貫注地重復做實驗。他發現即使在蹺儀器二米處，屏上仍有熒光出現。倫琴確信，這個新奇現象不是陰極射線造成的，因為實驗已證明陰極射線只能在空氣中進行幾厘米，而且不能透過玻璃管。他決定繼續對這個新發現進行全面檢驗。一連六個星期都在實驗里廢寢忘食地工作著。經過反復實驗，他確信發現了一種過去未被人們所知的具有許多特性的新射線。這種射線的本質一時還不清楚，所以他取名為“Ｘ射線”（后來科學界稱之為倫琴射線）。他在１２月下旬寫的論文中說明了初步發現的Ｘ射線的如下性質：（１）陰極射線打在固體表面上便會產生Ｘ射線；固體元素越重，產生的Ｘ射線越強。（２）Ｘ射線是直線傳播的，在通過棱鏡時不發生反射和折射，不被透鏡聚焦。（３）與陰極射線不同，不能借助磁體（即使磁場很強）使Ｘ射線發生任何偏轉。（４）Ｘ射線能使熒光物質發出熒光。（５）它能使照相底片感光，而且很敏感。（６）Ｘ射線具有很強的貫穿能力，比陰極射線強得多。它可以穿透射線具有很強的貫穿能力，比陰極射線強得多。它可以穿透千頁的書，二、三厘米厚的木板，幾厘米的硬橡皮等。１５毫米厚的鋁板，不太厚的銅板、銀板、金板、鉑板和鉛板的背后，都可以辨別熒光。只有鉛等少數物質對它有較強的吸收作用，對１．５毫米厚的鉛板它實際上不能透過。倫琴一次檢驗鉛對Ｘ射線的吸收能力時，意外地看到了他自己拿鉛片的手的骨髂輪廓。于是他請他的夫人把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，用Ｘ射線照射，底片顯影后，看到倫琴夫人的手骨像，手指上的結婚戒指也非常清晰，這成了一張有歷史意義的照片。
１８９６年元旦，倫琴將他的論文和第一批Ｘ射線照片復制件分送給一些著名物理學家。幾天之后，這個發現就傳遍了全世界，在公眾中引起轟動。其傳播之迅速，反應之強烈，在科學史上是罕見的。Ｘ射線很快就被應用于醫學和金屬探傷等領域，從而創立了Ｘ射線學。Ｘ射線究竟是一種電磁波，還是一種粒子流，曾經爭論許多年。直到１９１２年德國物理學家勞厄和他的助手發現Ｘ射線通過晶體后產生衍射現象，才證明它是一種波長很短的電磁波。
Ｘ射線的發現具有十分重大的意義，它是１９世紀末２０世紀初發生的物理學革命的開端。它的發現對于化學的發展也有重要意義：１９１３年，根據對各種元素的特征Ｘ射線光譜的研究發現的莫斯萊定律，確定了元素的原子序數等于核電荷數，這對元素周期律的發展和原子結構理論的建立起了重要作用。以Ｘ射線晶體衍射現象為基礎建立起來的Ｘ射線晶體學，是現代結構化學的基石之一。
倫琴由于發現Ｘ射線，于１９０１年成為第一個諾貝爾物理學獎獲得者。倫琴作出這個重大發現并非由于偶然的幸運。他的廣博深厚的科學素養，周密敏銳的觀察能力，頑強探索的科學精神和嚴謹細致的實驗工作，使他具有高瞻遠矚的科學遠見，能迅速地揭示出并捕捉住前人所未注意的有重要價值的新現象，緊緊抓住這種現象進行深入研究，終于取得成功。
二、天然放射線的發現
１８９６年法國著名數學家和物理學家彭加勒（Poincare,H.1854-1912）注意到Ｘ射線是從受陰極射線轟擊而發出熒光的玻璃管壁上產生的。他提出是不是所有能強烈地發熒光和磷光的物質都能發射出Ｘ射線。法國物理學家亨利·貝克勒（Becquerel,H.A.1852-1908）由此受到啟發，立即開始研究究竟有哪些熒光和磷光物質能發射Ｘ射線。他把許多磷光和熒光物質一一放在密封照相底片上置于陽光下曝曬，底片都沒有感光。他想起十五年前和他父親一起制備的磷光物質硫酸鈾酰鉀晶體，于是他把一塊這種晶體放在日光下曝曬，直到它發出很強的熒光，然后把它和用黑紙包封的照相底片放在一起，發現底片感光了。他錯誤地認為這種晶體發射Ｘ射線。１８９６年２月２４日他向法國科學院報告了這一實驗，認為Ｘ射線與熒光有關。
３月１日，貝克勒把在抽屜里和鈾鹽放在一起的一張密封的底片拿去沖洗，顯影后發現一件奇怪的事：這張底片已經感光，上面有很明顯的鈾鹽的象，和剛經過日曬的鈾鹽產生的影象同樣清晰。究竟日曬和熒光對于鈾鹽發出的這種神秘射線有沒有關系呢？于是他親自用純試劑合成一些硫化物熒光物質，并設法加強它們的磷光，但它們日曬后都不能使底片感光。經過幾個月的反復試驗，貝克勒確信使底片感光的真實原因是鈾和它的化合物不斷地放射出一種奇異的射線，日曬與熒光都與照相底片感光無關，他把這種射線稱為“鈾射線”。
１８９６年５月１８日，貝克勒宣布：發射鈾射線的能力是鈾元素的一種特殊性質，與采用哪一種鈾化合物無關。鈾及其化合物終年累月地發出鈾射線，純鈾所產生的鈾射線比硫酸鈾酰鉀強三至四倍。鈾射線是自然產生的，不是任何外界原因造成的（光照、加熱、陰極射線激發等不需要），所以既與熒光無關，也和Ｘ射線不同。鈾射線能穿透過黑紙使照相底片感光，能使空氣電離，使驗電器放電，這些性質與Ｘ射線相同。但它的穿透能力不如Ｘ射線，它不能穿透肌肉和木板。
鈾射線的發現，立即引起科學界的極大興趣。當時在巴黎大學攻讀博士學位的居里夫人，即瑪麗·斯克洛多芙斯卡（Sklodowska,M.1867-1934），決定選擇鈾射線的本質和來源問題作為自己的博士論文題目。１８９７年她開始研究。要深入研究鈾射線的本質，首先要有一臺能精確測量鈾射線強度的儀器。瑪麗的丈夫、法國物理學教授居里（Curie,P.1859-1906）設計了一個靈敏而簡易的鈾射線檢驗器。經過幾周的研究，瑪麗先弄清楚了鈾射線的強度與試樣中鈾的濃度成正比，而與含鈾化合物的化學組成無關，也不受外界光照和溫度起落的影響。由此可以確認這種輻射是鈾原子一種特性。１８９８年，她和德國人施米特（Schmidt,G.C.1856-1949）分別發現釷元素也具有這種性質，表明這種性質并非鈾元素所獨有。于是瑪麗建議把這種性質叫做“放射線”，把具有放射線的元素如鈾和釷叫做“放射性元素”。
三、放射性元素釙和鐳的發現
居里夫人對很多種礦物標本逐個檢驗有無放射性。檢驗了幾百種物質，都沒有放射性。但當她檢驗到一種瀝青鈾礦和一種銅鈾云母礦時，發現它們有很強的放射性，其強度比根據其中鈾或釷的含量所預計的強度大得多。她又根據天然銅鈾云母礦精確分析得到的組成，自己合成了銅鈾云母，發現天然銅鈾云母的放射性是人工合成試樣的４．５倍。這兩種礦物的異常的放射性，只能解釋為其中含有某種含量很少但比鈾和釷的放射性強得多的新元素。
１８９６年６月，居里夫婦開始合作搜索這種新元素。他們先到瀝青鈾礦中去找。他們把這種礦石分解后，用系統的化學分析程序把其中的各種元素按組一組一組逐步分開。每經過一步分離，就測定兩部分的放射線，根據溶液和沉淀有無放射性或放射性的大小來確定新元素在哪一部分中。經過幾次淘汰搜索的范圍逐步縮小，最后他們發現在瀝青鈾礦中有兩種而不是一種新的放射性元素。１８９８年７月他們根據放射性證實了一種新放射性元素的存在，當時他們還只得到了一點富集了這種新元素的硫化鉍，它的放射性遠比金屬鈾的放射性大得多。要知道在瀝青鈾礦中這種新元素的含量只有一億分之一，用一般的化學方法把它富集起來是何等艱巨啊！瑪麗為這個新元素命名為“Polonium”（釙），這是為了紀念她的祖國波蘭。五個月后，居里夫婦又根據放射性發現了另一種新的放射性元素，它已富集在氯化鋇結晶里。這種混有新元素的晶體比金屬鈾的放射性竟大九百倍。居里夫婦給該元素命名為“Radium”（鐳），意思是“賦予放射性的物質”。釙富集在硫化鉍沉淀中，鐳富集在氯化鋇晶體中，這說明它們的化學性質分別很象鉍和鋇，而與鈾相差很遠。但是，這時居里夫婦還沒有得到一點點純的鐳或釙的化合物。他們決定下一階段的工作是從瀝青鈾礦制取純的鐳化合物。他們估計從瀝青鈾礦中提取了鈾以后釙和鐳可能原封不動地存留在廢礦渣中，因為釙和鐳的化學性質與鈾相差很遠。于是他們便從奧地利處理瀝青鈾礦的國營礦場買到了便宜的廢礦渣。從１８９９年到１９０２年底，居里夫婦在物理學校的礦爛工棚里艱苦地工作了４５個月，一公斤一公斤地處理了兩噸廢礦渣。經過幾百萬次的溶解、沉淀和結晶等提煉工作，終于得到僅僅１００毫克的光說純氯化鐳。它的放射性強大得令人吃驚，竟是鈾鹽的二百萬倍！把它放在玻璃瓶里，玻璃瓶就放出紫色的熒光，它也能使金剛石、紅寶石、螢石、硫化鋅、鉑氰化鋇等發出磷光。他們對鐳的原子量進行了初步測定，大約是２２５，從而確定了它在周期表中處于ⅡＡ族鋇的下面。
１９０３年６月２５日，３６歲的瑪麗·居里夫人在巴黎大學通過了博士論文答辨，論文題目是《放射性物質的研究》。這年１１月，英國皇家學會授予居里夫婦載維金質獎章。１２月１０日居里夫婦和貝克勒一道榮獲這一年的諾貝爾物理學獎，分享獎金。
１９１０年，居里夫人和法國化學家德比爾納（Debierne,A.1874-1949）合作，通過電解氯化鐳取得了金屬鐳，研究了它的性質。１９１１年，居里夫人獲得了諾貝爾化學獎。全世界只有為數極少的幾位科學家兩次獲得諾貝爾獎，居里夫人是其中唯一的女科學家。
瑪麗·斯克洛多芙斯卡１８６７年１１月７日出生沙俄統治下的華沙，當時波蘭已經亡國一百多年了。她少年時就有強烈的愛國思想，在青年時代又愛上了科學，決心要以科學振興祖國，為波蘭爭光。她于１８９１年來到巴黎求學，先后以優異的成績獲得數學和物理學碩士學位，１８９５年與已是物理學教授的居里結婚，結成了一對后來非常著名的科學伴侶。從１８９８年６月起居里決定和瑪麗合作共同探索瀝青鈾礦中的新的放射性元素，他們的親密合作一直持續了八年。１９０６一天居里在大街上被載重馬車撞倒，車輪奪去了他的生命。居里夫人悲痛欲絕，幾乎神經失常。經過長期療養后剛剛康復，她就以驚人的毅力，不僅擔負起撫養兩個女兒的家庭重擔，承擔了居里在巴黎大學的教授席位，而且為放射科學的建立和發展又作出了重大貢獻，從而獲得了１９１１年諾貝爾化學獎。鐳的發現在科學界引發了一場革命，居里夫婦的工作是原子能應用研究的開端。但居里夫人不僅是有重大貢獻的科學家之一，而且是一位高尚無私的人。當時鐳的價格十分昂貴，但居里夫人甘于過著簡樸的生活，她毫無保留地公布了鐳的提煉方法，沒有申請專利。正如她所說“鐳不應該使任何人發財，鐳是化學元素，應該屬于大家”。她所獲得的巨額獎金，也幾乎全部用于接濟窮苦的學生，或支援了科學團體。１９３４年７月４日，居里夫人在長期患惡性貧血白血病后與世長辭。醫生的證明是：“奪去居里夫人生命的真正罪人是鐳”。她把自己的一生獻給了科學事業。
四、α、β、γ三種射線的發現
居里夫婦曾發現，鐳發出的射線有兩種。１８９８年，出生于新西蘭在劍橋大學卡文迪許實驗室工作的青年物理學家盧瑟福（Rutherford,E.1871-1937）開始投入放射性的研究工作。他用強磁鐵使鈾射線偏轉，發現射線分為方向相反的兩股，這表明它至少包含有兩種不同的射線，一種非常容易被吸收，稱為α射線；另一種具有較強的穿透力，稱為β射線。１９００年法國人維拉德（Villard,P.1860-1934）觀察到，鐳除了上面兩種射線之外，還存在著第三種射線，它不受磁場的影響，與Ｘ射線非常類似。在此之前，盧瑟福已于１８９８年發現一種比α和β射線穿透力更大的射線存在，這就是維拉德１９００年所確認的這種射線。后來盧瑟福把它稱為γ射線，并于１９１４年確定了它是一種波長比Ｘ射線更短的電磁波。貝克勒１８９９年發現β射線在磁場中偏轉的方向與陰級射線相同。居里夫人證明它荷負電。１９００年貝克勒測定了它的荷質比，確認β射線就是電子流。為了揭示α射線的本質，盧瑟福作了多年的努力。１９０２年，他用強磁場使射線發生的偏轉，證明了它是帶正電荷的粒子流，這種粒子被稱為α粒子。１９０６年他測定了α粒子的荷質比，證明它的數量級與氫或氦離子相同，但當時的實驗精度還不能分辨出它帶一個還是兩個電荷。１９０７年盧瑟福到英國曼徹斯特大學任教授后，和年輕的德國物理學家蓋革（Geiger,H.1882-1945)一起工作，利用他發明的計數管和克魯克斯創造的閃爍計數法，計數了一克鐳一秒鐘內放出的α粒子數，測量了從鐳源得到的總電量，從而計算出每個α粒子帶有兩個單位電荷。盧瑟福由此推測出α粒子是帶有兩個正電荷的氦離子。盧瑟福又和合作者拍攝了α粒子的光譜線，證明它和氦的光譜線一樣，由此判定，α粒子是氦離子。
阿佛加德羅：創立分子學說
在物理和化學中，有一個重要的常數叫阿佛加德羅常數。它表示1摩爾的任何物質所含的分子數。
在物理學和化學中，還有一常見的定律叫阿佛加德羅定律。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，這一定律是意大利物理學家阿佛加德多于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，人們通常把它稱為阿佛加德羅的分子假說。假說得到科學的驗證，被確認為科學的真理后，人們才稱它為阿佛加德羅定律。在驗證中，人們證實在溫度、壓強都相同的情況下，1摩爾的任何氣體所占的體積都相等。例如在0℃、壓強為760mmHg時，1摩爾任何氣體的體積都接近于22．4升，人們由此換算出：1摩爾任何物質都含有阿佛加德羅常數個分子，這一常數被人們命名為阿佛加德羅常數，以紀念這位杰出的科學家。
阿佛加德羅在科學史上占據這樣一個重要地位，那么他究竟是個什么樣的人呢？讓我們從分子論的提出說起。
分子論的提出
就在英國化學家道爾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系時發現，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。蓋呂薩克是很贊賞道爾頓的原子論的，于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，于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爾頓原子論的支持和發展，并為此而高興。
沒料到，當道爾頓得知蓋·呂薩克的這一假說后，立即公開表示反對。因為道爾頓在研究原子論的過程中，也曾作過這一假設后被他自己否定了。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（O2＋N2——>2NO）。若按蓋·呂薩克的假說，n個氧和2n個氮原子生成了2n個氧化氮復合原子，豈不成了一個氧化氮的復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。為此道爾頓當然要反對蓋·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，不能接受道爾頓的指責，于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采里烏斯也在私下表示，看不出他們爭論的是與非。
就在這時意大利一位名叫阿佛加德羅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·呂薩克和道爾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于蓋·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，正是阿佛加德羅假說的奇妙之處。由此可見，對科學概念的理解必須一絲不茍。對此他解釋說，之所以引進分子的概念是因為道爾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爾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，阿佛加德羅進一步指出，可以根據氣體分子質量之比等于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。最后阿佛加德羅寫道：“總之，讀完這篇文章，我們就會注意到，我們的結果和道爾頓的結果之間有很多相同之點，道爾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爾頓體系，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系出發，補充了一些精確的方法而已。”這就是1811年阿佛加德羅提出分子假說的主要內容和基本觀點。
分子假說的曲折經歷
現在，大家都認識到分子論和原子論是個有機聯系的整體，它們都是關于物質結構理論的基本內容。然而在阿佛加德羅提出分子論后的50年里，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，并被廣泛地運用來推動化學的發展，然而關于分子的假說卻遭到冷遇。阿佛加德羅發表的關于分子論的第一篇論文沒有引起任何反響。3年后的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阿佛加德羅很著急，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爾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后，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后，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。”盡管阿佛加德羅作了再三的努力，但是還是沒有如愿，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。
道爾頓的原子論發表后，測定各元素的原子量成為化學家最熱門的課題。盡管采用了多種方法，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。于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，分類工作就難于進行下去，例如醋酸竟可以寫出19個不同的化學式。當量有時等同于原子量，有時等同于復合原子量（即分子量），有些化學家干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。于是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。這時意大利化學家康尼查羅散發了他所寫的小冊子，希望大家重視研究阿佛加德羅的學說。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阿佛加德羅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，終于承認阿佛加德羅的分子假說的確是扭轉這一混亂局面的唯一鑰匙。阿佛加德羅的分子論終于被確認，阿佛加德羅的偉大貢獻終于被發現，可惜此時他已溘然長逝了。甚至沒有為后人留下一一張照片或畫像。現在唯一的畫像還是在他死后，按照石膏面模臨摹下來的。
科學的業績永載史冊
阿佛加德羅出生在一個世代相襲的律師家庭。按照他父親的愿望，他攻讀法律，16歲時獲得了法學學上學位，20歲時又獲得宗教法博士學位。此后當了3年律師。蝶蝶不休的爭吵和爾虞我詐的斗爭使他對律師生活感到厭倦。1800年他開始研究數學、物理、化學和哲學，并發現這才是他的興趣所在。1799年意大利物理學家伏打發明了伏打電堆，使阿佛加德羅把興趣集中于窺視電的本性。1803年他和他兄弟費里斯聯名向都靈科學院提交了一篇關于電的論文，受到了好評，第二年就被選為都靈科學院的通訊院士。這一榮譽使他下決心全力投入科學研究。1806年，阿佛加德羅被聘為都靈科學院附屬學院的教師，開始了他一邊教學、一邊研究的新生活。
由于阿佛加德羅的才識，1809年他被聘為維切利皇家學院的數學物理教授，并一度擔任過院長。在這里他度過了卓有成績的10年。分子假說就是在這里研究和提出的。1819年，阿佛加德羅成為都靈科學院的正式院士，不久擔任了都靈大學第一個數學物理講座的第一任教授。1850年，阿佛加德羅從這一教職上退休。
自從1821年他發表的第三篇關于分子假說的論文仍然沒有被重視和采納后，他開始把主要精力轉回到物理學方面。阿佛加德發表了很多著作，重要的著作是四大卷的《可度量物體物理學》。從歷史觀點來說，這是關于分子物理學最早的一部著作。
這些著作和論文是阿佛加德羅辛勤勞動的結晶。從一個律師成為一個科學家，他是作了很大的努力的。他精通法語、英語和德語，拉丁語和希臘語的造詣也很高。他那淵博的知識來源于勤奮的學習。他博覽群書，所做的摘錄多達75卷，每卷至少700頁。最后一卷是1854年編成的，是他逝世前兩年的學習記錄，可謂活到老學到老。
阿佛加德羅生前非常謙遜，對名譽和地位從不計較。他沒有到過國外，也沒有獲得任何榮譽稱號，但是在他死后卻贏得了人們的崇敬，1911年，為了紀念阿佛加德羅定律提出100周年，在紀念日頒發了紀念章，出版了阿佛加德羅選集，在都靈建成了阿佛加德羅的紀念像并舉行了隆重的揭幕儀式。1956年，意大利科學院召開了紀念阿佛加德羅逝世100周年紀念大會。在會上意大利總統將首次頒發的阿佛加德羅大金質獎章授予兩名著名的諾貝爾化學獎獲得者：英國化學家邢歇伍德、美國化學家鮑林。他們在致詞中一致贊頌了阿佛加德羅，指出“為人類科學發展作出突出貢獻的阿佛加德羅永遠為人們所崇敬”。
阿佛加德羅的分子學說
一、阿佛加德羅的一生
化學家阿佛加德羅（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都靈市人，出生于一位著名的律師家庭。１６歲時取得了法學士學位，２０歲時獲得法學博士學位，并當了幾年的律師。他厭倦律師工作，從２４歲起他開始對數學、物理學發生了濃厚的興趣。阿佛加德羅學習認真，工作負責。盡管他懂法文、英文和德文，可是他的科學理論除意大利外，外國很少有人知道。１８０４年都靈科學院推選他當通訊院士，１８１９年才正式選為科學院院士。１８２０年被聘為都靈大學數學、物理學教授，一直在這里教學和科研多年。他一生發表了５０多篇論文，內容十分豐富，還有最重要的著作《可度量物體物理學》共４大卷。阿佛加德羅生前沒有獲得任何榮譽稱號。死后才贏得人們的崇敬。１９１１年為紀念阿佛加德羅定律提出１００周年，意大利在都靈建立了阿佛加德羅紀念像，出版了他的選集，頒發了紀念章。
１９５６年，意大利科學院召開了紀念阿佛加德羅逝世１００年大會。在會上意大利總統將首次頒發的加佛加德羅大金質獎章授與兩位著名的諾貝爾化學獎獲得者──英國化學家欣謝爾伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美國化學家鮑林。他們在致詞中一致贊頌，他“為人類科學發展作出貢獻的阿佛加德羅永遠為人們所崇敬。”
二、三論分子未能得到重視
化學家道爾頓發表原子學說的第二年，化學家蓋·呂薩克提出了氣體化合體積定律。他將自己做的化學實驗結果與原子學說相對照，認為原子學說所說化學反應中各種原子以簡單數目相結合的論點，可以用自己的實驗予以支持，于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”他認為這一假說是對原子學說的支持和發展。沒想到，道爾頓堅決反對這個假說，因為原子學說認為不同元素的原子大小不會一樣，其重量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數目的原子。正當化學界對蓋·呂薩克提出的假說開展爭論時，阿佛加德羅對這個問題也發生了濃厚的興趣。他仔細考察了蓋·呂薩克和道爾頓爭論之所以相持不下，矛盾無法解決，關鍵在于沒有指出分子的存在。
１８１１年，阿佛加德羅在法國《物理雜志》發表一篇經典性的論文，題為《論測定物體中原子相對重量及其化合物中數目比例的一種方法》，論述了有關原子量的測定，化學式的確立等，他根據蓋·呂薩克的實驗事實，進行了合理的推論，引入了分子概念。文章指出，原子是參加化學反應的最小質點，分子則是游離態單質或化合物能獨立存在最小質點。分子由原子組成，單質分子由相同元素的原子組成，化合物分子則由不同元素的若干原子組成。他還根據蓋·呂薩克定律的實驗事實，修正了蓋·呂薩克假說中的錯誤。認為“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數目的分子。”此假說的奧妙之處在于把原子換成了分子，這樣跟道爾頓的原子學說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了，這樣跟道爾頓的原子學說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了。根據阿佛加德羅的假說，只要承認任何物質可以獨立存在的最小微粒是分子，那么單個的氣體分子就不是單個的原子，而是由兩個或兩個以上的原子所組成，如氫、氧、氮、氯的分子都是由２個原子組成的。雖然阿佛加德羅假說，言之成理，持之有據，可是并未獲得化學界的承認。１８１４年，阿佛加德羅發表了第二篇關于闡述分子假說的論文，仍然沒有引起什么反響，同樣遭到冷遇。就是在這一年，法國物理學家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也獨立提出了類似的分子假說，也沒有引起化學界的注意。這時阿佛加德羅更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。他對這種現象非常著急，于是在１８２１年又發表了闡述分子假說的第三篇論文。在文中寫道：“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爾頓的原子學說具有意義的人。沿著這種途徑我得出了氣體結構假說，它在相當大的程度上簡化了蓋·呂薩克定律的應用”。在阿佛加德羅論述了分子假說后，感慨地寫：“在物理學家和化學家深入地研究原子學說和分子假說之后，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。”盡管阿佛加德羅前后三論，作了最大的努力，但是，還是沒有獲得人們的認可。
三、分子學說的再生
道爾頓提出原子學說后，測定原子量已成為化學家研究的重要課題。但是由于不承認分子的存在，化合物的原子組成就無法確定，以至原子量測定的數據呈現一片混亂。于是有的化學家對原子量能否測定表示懷疑，甚至對原子學說是否正確也產生了懷疑，不承認分子假說，在有機化學中同樣產生了極大的混亂，如醋酸就可以寫出１９個不同的化學式，當量有時等于原子量，有時等于重合原子量（即分子量），無論無機化學還是有機化學中的混亂局面，都使化學家無法容忍。因而他們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。于是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位化學家在會上爭論熱烈，但沒有統一的意見。明珠是不怕被土埋的，到一定的時候，仍然會破土而出，放出光芒。這時意大利化學家康尼查羅（Cannizzaro,S.1826-1910）散發了他寫的《化學哲學教程提要》的單行本。他回顧了５０年來化學發展的歷程，成功的經驗和失敗的教訓，都充分證實了阿佛加德羅的分子假說是正確的。這個單行本一開始就寫道：“我相信，近年來科學的進步、已經證實了阿佛加德羅、安培和杜馬關于氣態物質具有相似結構的假說，即同體積的氣體，無論是單質還是化合物，都含有相同數目的分子，而不含有相同數目的原子，因為不面物質的分子以及在不同狀態下的相同物質的分子可能含有不同數目的原子，其性質也可能相同，也可能不同”。接著康尼查羅在書中著重介紹了求原子量和分子量的基本方法，還研究了應用杜隆和培蒂的原子熱容定律來驗證自己所得原子量的正確性。康尼查羅還指出當量與原子量的不同，原子有自己不變的原子量，但也可能具有不同的當量。化學家經過５０來年的曲折歷程，終于承認阿佛加德羅的分子假說了。阿佛加德羅的偉大貢獻被發現，立即光芒四射，成為扭轉這一混亂局面的理論武器。
阿累尼烏斯建立電離理論的爭論
自１７９９年意大利物理學家伏打發明電池以后，英國化學家尼柯爾森（Nic-holson,W.1753-1815）和卡里斯爾（Carlisle,A.1768-1840）最先發現溶液具有導電性。他們把兩根鉑絲的一端放在不很純的水中，而把兩根鉑絲的另一端連接電池的兩極，發現兩極上都有氣體出現，據檢驗負極上是氫氣，正級上是氧氣。這是他們在１８００年發表的實驗結果。接著，他們電解酸、堿、鹽溶液，也得到同樣的結果。人們感到奇怪的是，為什么氫氣和氧氣會出現在不同的電極。后來，英國化學家法拉第（Faraday,M.1791-1867）將分解前的物質稱為電解質，把電流進入溶液的極叫做陽級，把電流從溶液出來的極叫做陰極。他認為，在溶液中電流是由帶電荷的分解物運送前進的。他把這樣的運輸物叫做離子。意思是說這種物質是用電經分解出來的。其中帶正電荷向陰極移動的離子叫做陽離子；帶負電荷向陽極移動的離子叫做陰離子。其他如法國化學家希托夫（Hittorf,J.W.1824-1914）和柯爾勞希（Kohlrausch,F.W.1840-1910）都研究過離子在溶液中的遷移，但他們也都認為離子是通電流后產生的。在眾多的電解質導電的研究者中，只有英國化學家威廉遜（Willianson,A.W.1824-1904）和德國化學家克勞胥斯（Clausius,R.J.E.1822-1888）認為，電解質的分子與形成它們的原子之間存在著動態平衡，電解質分子與鄰近分子之間不斷地交換原子，因此分子的離解和原子的化合永遠在連續不斷地進行著。但是，他們又認為這些離解出來的原子只能在很短的時間內存在，即他們只相信電解質只有極小的離解度，認為在常溫下溶液中的分子不可能大量的離解。
瑞典化學家阿累尼烏斯（Arrhenius,S.1859-1927）從１８８２年秋開始對溶液的導電性進行了一系列的測量，直到次年才結束。他把實驗的結果通過整理、概括、計算又花了幾個月時間。同時，他還查閱了學術刊物中與這個問題有關的論文，對有關數據都作了比較，探索各種物質意想不到的現象和解釋。最使他驚奇的是氨的性質。這種物質在氣體狀態時是不導電的，而它的水溶液卻是導體，溶液越稀，導電性越好。阿累尼烏斯查明鹵酸也都有類似的性質。為什么會出現這樣的現象呢？到１８８３年５月阿累尼烏斯才根據實驗作出這樣的結論：溶液稀釋時，導電性增加的原因是水。
阿累尼烏斯興致勃勃地把他的新理論向化學家克利夫（Cleve,P.T.1840-1905）介紹：要解釋電解質水溶液在稀釋時導電性的增加，必須假定電解質在溶液中具有兩種不同的形態。即非活動性的分子形態和活動性的離子形態。實際上，稀釋時電解質的部分分子分解為離子，這是活性的形態；而另一部分則不變，這是非活性的形態。因為當時代學家一般都認為溶液中的離子是通入電流后產生的。所以當克利夫聽到阿累尼烏斯的解釋，毫不掩飾他的不滿，說阿累尼烏斯的論點純粹是胡說八道。阿累尼烏斯又重申了他的看法，克利夫卻尖刻地冷笑地說：“這是蠻好的理論嘛！”阿累尼烏斯本想獲得克利夫的認可和支持，沒想到是這樣的結果。
阿累尼烏斯肯定那些認為通電流后電解質才離解的看法是錯誤的，深信自己的解釋是正確的。因而他對克利夫的挖苦絲毫沒有使他喪失信心。于是他又到醫學院去找研究化學的生理學教授漢馬爾斯騰（Hammerstein.A.1841-1932）。漢馬爾斯騰懷著極大的興趣聽了阿累尼烏斯的介紹。他發現這種見解非常獨特，而且是對現象的合理解釋，建議他繼續研究。阿累尼烏斯決定對他的想法進行理論上的概括，并準備寫成論文發表。他把第一篇題名為《電解質的導電率研究》，第二篇題名為《電解質的化學理論》。這兩篇論文于１８８４年６月經斯德哥爾摩科學院討論后推薦發表。阿累尼烏斯渴望留在烏普薩拉工作，把兩篇論文的校樣作為學位論文向大學提出。學術委員會接受了這兩篇論文，并指定在１８８４年５月進行答辨。阿累尼烏斯獲得委員會的贊許，答辨得很好。但克利夫教授仍然不同意他的理論。他認為：“純粹是空想，我不能想象，比如，氯化鉀怎樣會在水中分解為離子。鉀在水中單獨存在可能嗎？任何一個小學生都知道，鉀遇水就會產生強烈的反應，同時形成氫氧化鉀和氫氣。可是氯呢？它的水溶液是淡綠色的，又有劇毒，而氯化鉀溶液則是無色的，完全無毒。”
答辯進行得很強烈，特別費力的是同克利夫教授的辯論。當時，不同意關于在分子、原子和離子之間存在著本質的差別。阿累尼烏斯竭力證明，在溶液中，特別是在氯化鉀溶液中，存在的不是鉀原子和氯分子，而是兩種元素的離子。鉀離子不同于中性的鉀原子，它帶陽電荷。因此，性質上與中性原子不同。氯離子帶陰電荷，不同于中性的雙原子的氯分子，而完全具有另一種性質。
雖然溶液中離子的形成不決定于電流的想法，威廉遜、克勞胥斯等化學家早已提出過，但僅僅是一種沒有驗證的假設。阿累尼烏斯不但論述得很明確而且通過實驗證明了這個假設的正確性。他甚至還計算出，在氯化氫的溶液中，有９２％的溶質處于活性形態，也就是說大部分溶質分解為離子了。這些結果也為其他科學家所證實。例如，德國化學家奧斯特瓦爾德（Ostwald,W.1853-1932）雖不是研究電離過程的，可是，他在研究鹽酸的催化作用時卻查明，它的總量中只有９８％對過程起加速作用。這一數值與阿累尼烏斯計算出來的數值是接近的。用硫酸進行試驗時，也得到相似結果。根據奧斯特瓦爾德的意見，由于硫酸的濃度不同，起催化作用的硫酸可以由５０％到９０％，而阿累尼烏斯查明的數值則是４７．６％到８５％。盡管阿累尼烏斯搜集了大量的實驗材料，以及無可辯駁的證據，但是，由于委員會支持克利夫等人的意見。對論文答辨還是給以第三級評語。
阿累尼烏斯論文答辨以后。更加堅信自己的理論是正確的。次日，他把自己的兩篇論文分別寄給歐洲最著名的研究溶液的科學家克勞胥斯、范霍夫（van'tHoff,J.H.1852-1911），萬爾（Meyer,J.L.1830-1895），奧斯特瓦爾德，獲得四位化學家的贊揚和肯定。其中奧斯特瓦爾德專程與他討論。
阿累尼烏斯進一步研究認為，在電解中兩極間的電位差只起指導離子運動方向的作用，并沒有分解分子；相同當量的離子，不管溶質是什么，都帶有同量的電荷，因而在兩極沉淀物的當量是相同的，這與法拉第的認識是一致的。這個理論還解釋了各種溶液中的反應熱。例如稀釋的強酸和強堿的中和熱，不管它們是什么，都是相同的。這是因為在強酸和強堿之間的反應都是氫離子和氫氧根離子結合成水分子的反應，中和熱都相同。其它溶液中的反應熱都可以從電離理論得到解釋。分析化學反應中的許多現象，如沉淀、水解、緩沖作用、酸和堿的強度以及指示劑的變色等也都可以從電離理論得到合理的解釋。
阿累尼烏斯由于提出了電離學說，于１９０３年榮獲了諾貝爾化學獎。阿累尼烏斯的電離理論為物理化學的發展開創了新階段，同時也促進了整個化學的進步。
甚至歸初反對過電離理論的克利夫，也在阿累尼烏斯獲得諾貝爾獎后認為：“這一新的理論是在困難中成長起來的。那時化學家不認為它是一種化學理論，物理學家也不認為它是一種物理學理論。但是，這種理論卻在化學與物理學之間架起了一座橋梁。”克利夫還認為阿累尼烏斯與貝采里烏斯是瑞典的驕傲。他在紀念貝采尼烏斯的講演會上說：“從貝采里烏斯肩上卸下的斗篷，現在已經由阿累尼烏斯戴上了。”
氨氣和發現與合成
1727年英國的牧師、化學家哈爾斯（Hales,S.1677－1761），用氯化銨與石灰的混合物在以水封閉的曲頸瓶中加熱，只見水被吸入瓶中而不見氣體放出。177４年化學家普利斯德里重作這個實驗，采用汞代替水來密閉曲頸瓶，制得了堿空氣（氨）。他還研究了氨的性質，發現它易溶于水、可以燃燒，還發現在氨氣中通以電火花時，其容積增加很多，而且分解為兩種氣體；一種是可燃的氫氣；另一種是不能助燃的氮氣。從而證實了氨是氮和氫的化合物。其后戴維等化學家繼續研究，進一步證實了2容積的氨通過火花放電之后，分解為1容積的氮氣和３容積的氫氣。
19世紀以前，農業生產所需氮肥的來源，主要是有機物的副產物和動植物的廢物，如糞便、種子餅、腐魚、屠宰廢料、腐爛動植物等。那時哨石的產量很有限，而且主動用于軍工業生產。1809年，智利的沙漠地區發現了一個巨大的硝酸鈉礦床，很快就開發利用。到1850年世界上硝鹽的供應，主要是智利。隨著農業的發展和軍工生產的需要，迫切要求建立規模巨大的探索性的研究。他們設想，能不能把空氣中大量的氮氣固定下來。于是開始設計以氮和氫為原料的合成生產氨的流程。
尤其是在18４7年，德國發生了農業危機，首都柏林爆發了搶奪糧食的“土豆革命”，引起了政府重視生產糧食，因而開展了對土壤的研究。在土壤的肥料問題上，曾經流行一種腐殖質理論，認為作物是依賴土壤中的腐殖質為養料的。而腐殖質這種東西只能來源于腐敗的動植物體，因此肥料的來源是有限的。當時德國的著名化學家李比希致力于研究植物所需要的碳和氫的來源問題。為此，他對稻草和其它許多干草的分析中發現，植物中含碳的量不是因土壤的條件不同而有所不同，因此他支持植物中的碳來自大氣的觀點。他在分析各種植物的汁液時，發現其中都含有氨，同時發現雨水中也有氨。大氣中的氮很不活潑，也不能直接被植物所吸收，而氨卻容易被植物吸收，因此他判斷植物是通過吸收氨來獲得含氮養料的。李比希的實驗結論，第一，指出腐殖質理論的局限性，把植物氮的來源限制于腐殖質；第二，指出了腐殖質理論的表面性，只知道植物氮來源于腐殖質，而不知道氮是怎樣被植物吸收的；第三，指明了開辟新的氮肥源的重要性。
1900年法國化學家勒夏特利是最先研究氫氣和氮氣在高壓下直接合成氨的反應。很可惜，由于他所用的氫氣和氮氣的混合物中混進了空氣，在實驗過程中發生了爆炸。在沒有查明發生事故的原因的情況下，就放棄了這項實驗。德國化學家能斯特（Nernst,W.1864-1941），對于研究具有重大工藝價值的氣體反應有興趣，民研究了氮、氫、氨的氣體反應體系，但是由于他在計算時，用了一個錯誤的熱力學據，以致得出不正確的理論，因而認為研究這一反應沒有什么前途，把研究停止了。
雖然在合成氨的研究中化學家遇到的困難不少，但是，德國的物理學家、化工專家哈伯（Haber,F.1868－1934）和他的學生勒·羅塞格諾爾（LeRossignol,R.）仍然堅持系統的研究。起初他們想在常溫下使氨和氫反應，但沒有氨氣產生。又在氮、氫混合氣中通以電火花，只生成了極少量的氨氣，而且耗電量很大。后來才把注意力集中在高壓這個問題上，他們認為高壓是最有可能實現合成反應的。根據理論計算，表明讓氫氣和氮氣在600℃和200個大氣壓下進行反應，大約可能生成8％的氨氣。如果在高壓下將反應進行循環加工，同時還要不斷地分離出生成的氨氣，勢必需要很有效的催化劑。為了探索有效的催化劑，他們進行了大量的實驗，發現鋨和鈾具有良好的催化性能。如果在175－200個大氣壓和500－600℃的條件下使用催化劑，氮、氫反應能產生高于6％的氨。
哈柏把他們取得的成果介紹給他的同行和巴更苯胺純堿公司，并在他的實驗室做了示范表演。盡管反應設備事先做了細致的準備工作，可以實驗開始不久，有一個密封處就受不住內部的壓力，于是混合氣體立即沖了出來，發出驚人的呼嘯聲。
他們立即把損壞的地方修好，又進行幾小時的反應后，公司的經理和化工專家們親眼看見清澈透明的液氨從分離器的旋塞里一滴滴地流出來。但是，實驗開始時發生的現象確實是一個嚴重的警告，說明在設計這套裝置，必須采取各種措施，以避免不幸事故發生。哈伯的那套裝置，在示范表演后的第二天發生了爆炸。整個設備傾刻之間變成一堆七歪八扭的爛鐵。隨后，剛剛安裝好的盛著催化劑鋨的圓柱裝置也爆炸了。這時金屬鋨粉遇到空氣又燃燒起來，結果，把積存備用的價值極貴的金屬鋨幾乎全部變成了沒有多用處的氧化鋨。
盡管連續出了一些爆炸事故，但巴登公司的經理布隆克和專家們還是一致認為這種合成氨方法具有很高的經濟價值。于是該公司不惜耗巨資，還投入強大的技術力量、并委任德國化學工程專家波施（Bosch,C.1874－1940）將哈伯研究的成果設計付諸生產。波施整整花了5年的時間主要作了兩項工作。第一，從大量的金屬和它們的化合物中篩選出合成氨反應的最適合的催化劑。在這項研究中波施和他的同事做了兩萬多次實驗，才肯定由鐵和堿金屬的化合組的體系是合成氨生產最有效、最實用的催化劑，用以代替哈伯所用的鋨和鈾。第二，是建造了能夠高溫和高壓的合成氨裝置。最初，他采用外部加熱的合成塔，但是反應連續幾小時后，鋼中的碳與氨發生反應而變脆，合成塔很快地報廢了。后來，他就將合成塔襯以低碳鋼，使合成塔能夠耐氫氣的腐蝕。第三，解決了原料氣氮和氫的提純以及從未轉化完全的氣體中分離出氨等技術問題。經波施等化工專家的努力，終于設計成了能長期使用的操作的合成氨裝置。1910年巴登苯胺純堿公司建立了世界上第一座合成氨試驗工廠，1913年建立了大工業規模的合成氨工廠。這個工廠是第一次世界大戰期間開始為德國提供當時其缺少的氮化合物，以生產炸藥和肥料。
貝采里烏斯發現硒
硒是1818年內瑞典化學家貝采里烏斯發現的，硒的發現以及其后對曬化物的研究有很多軼聞趣事，從中我們不難看出，在化學發展的進程個，化學家不辭辛苦，勇于實踐的精神。
貝采里烏斯(1779～1848)是與道爾頓、阿佛加德羅同時代的人，他從事了多力面的研究工作，作出了很多重大貢獻，成為十九世紀上半葉最著名的化學家之一．道爾頓的原子論提出后，對原子量的測定就成了當時促進化學發展的最重要的“基本建設”，貝采里烏斯十分重視這項工作，他花費了20多年的時間，在極其簡陋的實驗室里，對兩千多種物質進行了準確的分析，為計算原子量和提出其它學說提供了豐富的科學實驗根據．同時，他還發明了許多新的分析儀器，創立了許多新的實驗方法，使定量分析獲得了極大的進步．他的分析技術在當時被公認為是最高超的．他從烏拉爾鉑礦中首次分離出了鈀、鋨、銠、銥四種元素，從四氟化硅中制得了單質硅，又從鉛室中發現了新元素硒．他首創了用拉丁字母作為元素的符號，并用以表達物質的化學式．他提出的“電化二元論”，幾乎解釋了當時已知的全部無機化合物的構成，1835年他又首次提出催化的概念，所有這些，對化學的發展都起到了極其重要的作用。
在長期的科學實踐中，他培養了大批的化學人才，當時歐州各國的許多杰出的化學工作者都樂于到他的實驗室進行學習和工作，維勒、李比希、杜馬等都是他的助手和學生。
1818年，剛過不惑之年的貝采里烏斯為了分析鉛室沉積物的組成，研究它們對硫酸生產的危害，同時也為了取得生產利潤，為他的實驗室籌措資金，給瑞典的一家硫酸廠投了資，并承擔了該廠的檢驗工作．但是不久，這家工廠就毀于一場大火，投資不但沒有獲得利潤，連本錢也搭進去了，這無疑便他十分沮喪．但他仍懷著極大的熱情堅持不懈地分析著收集到的沉淀物的組成，在多次認真細仔的分析中，意外地發現了硒這一稀有的新元素，這是他從這次投資和檢驗工作個得到的最大的收獲，是比金錢更貴重的回報．貝采里烏斯如獲至寶，馬上對硒展開了研究，很快就發現這一新元素與碲很相似．碲是1700年發現的，在拉丁文中碲(Teiius)是行星地球的意思．貝采里烏斯給他的寵兒起名硒．硒(Selenium)在古希臘語中是月亮女神的意思．他進一步認識到：硒與硫之間有更多的相似性，在他的第一部出版物中說道：“硒正好居于硫和碲之中間，并與硫的性質更接近”．“硒的性質介于金屬與非金屬之間”．
貝采里烏斯沒有足夠的時間去研究所有的硒化物，只能把有機硒化物的研究交給他的學生們去做，同時給予關注和指導。1847年1月23日這天正是他的壽誕之日，他的學生維勒教授寫來賀信，并向他報喜：“今天，您的一個小孫子、硒的孩子—硒巰基已經來到世界．”這指的是乙硒醇，它是被維勒的學生C·西蒙制備出來的．但此后有機硒化學的發展是十分艱難的，甲硒醇-這一系列的第一個同系物直到1930年后才見報道．貝采里烏斯曾指出：C-Se鍵不如C-S鍵牢固，Se-Se鍵也要比S-S鍵弱得多，化學的和物理的因素都能引起鍵的分解破壞，這會給有機硒化物的合成和分析工作帶來極大的困難，利用硒化氫的強酸性(比硫化氫的酸性大2000倍，與甲酸接近)可能會做一些事情．但是硒化氫對于鼻粘膜的特殊刺激作用早已被貝采里烏斯領教過，他給這一不愉快的經歷以生動的描述：“我確信，沒有一個化學家在經受這種氣體一吹之，終生會忘記它”！維勒就乙硒醇的合成給貝采里烏斯的信中用了意為地獄的和惡魔的宇來形容這種氣味．硫化物的氣味早已是“臭名昭著”的，而硒化物比它還要難聞得多，并且這種氣味又極易穿透和附著在衣服、鞋襪、毛發和皮膚上．化學家為了研究工作可以盡量忍受，但他的家庭成員、鄰居和朋友們卻不能容忍．瑞德教授就有過親身的經歷：當他還是劍橋大學的一名青年助教時，泡普教授建議他制備甲基乙基硒．瑞德很快發現在室內進行實驗定會惹人討厭，他把實驗搬到樓頂上去做，以為這樣“通風”最好，不會再遭人反對，不料氣味很快擴散到整個劍橋，以致引起了全校的騷動，破壞了正在這里召開的達爾文誕生一百周年紀念會．氣味源很快就被找到了，瑞德當然遭到了指責、但也得到了與會科學家們的同情與諒解．無奈，瑞德把他的實驗搬到遠離市區的一個沼澤地去作，工作和生活上的不便瑞德都能克服，但公眾對這一實驗的恐懼和反對仍不能消除，尤其是招來了大批喜歡這種氣味的蚊蟲的包圍和叮咬，干攏得他難以把實驗進行下去．
這個故事告訴我們：在貝采里烏斯時代，化學家們的工作，尤其是對有機硒化物的研究是何等的艱難!
進入本世紀50年代以來，隨著科學技術的發展，對硒及硒化物的研究提出了新的要求．硒是優良的光電和半導體材料，大量應用在光電管、激光器、整流器的制造和無線電傳真、電視技術上．這一時期，微量元素在生物學和醫學個的作用已引起人們的高度重視．1936年，在美國科達他州發現牛、羊等牲畜普遍患有土磷病．癥狀是脫毛、牙、蹄發軟，并有不育和畸胎．經研究方知：當地的土壤中含硒量較高，硒被植物吸收，再被動物食入即引起中毒．有趣的是：不同類族的植物吸收硒的量的差異是很大的，一部分植物的生長是依賴于曬的，在無硒的土壤中是找不到它們的，而這樣的“指示植物”又能維持一些寄生蟲、昆蟲幼蟲的生長，這表明，硒對于植物學和動物學來說是十分重要的。
1950年發現低濃度的硒能防止實驗動物的肝壞死，減少各種因營養不良引起的病癥．世界不同地區都報導了用硒化物治療家畜疾病的病例，這就促進了人們對硒化物用于醫療方面的研究．各國學者的研究都表明：硒對人體是一個十分重要的元素，它直接參加酶的代謝，缺硒可引起許多營養缺乏病的發生，導致腫瘤和心血管疾病發病率的提高．與心血管疾病有關的微量元素除了釩、鉻之外，最主要的就是硒．中國學者對克山病的研究結果在這方面作出了重要貢獻．美國學者的研究又證實，硒和維生素E共用可以抗癌，可以對抗Pb、Hg、Cd、Ta的毒性；硒化物的防輻射性遠高于硫化物．
從貝采里烏斯發現硒至今已有175年的歷史，硒是一種稀有而分散的元素，對它的研究工作的進展是艱難而緩慢的．這可能是它的稀缺、“奇臭”和毒性造成的．但硒在生理、生化等方面的獨特的功能巳引起生物化學、藥學、公共衛生、醫療、保健等各個領域的科學家的高度重視，相信有更多的化學工作者會投身到硒化學的研究中。
苯的發現和苯分子結構學說
苯的發現和苯分子結構學說
苯是在1825年由英國科學家法拉第(MichaelFaraday,1791-1867)首先發現的。19世紀初，英國和其他歐洲國家一樣，城市的照明已普遍使用煤氣。從生產煤氣的原料中制備出煤氣之后，剩下一種油狀的液體卻長期無人問津。法拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學家。他用蒸餾的方法將這種油狀液體進行分離，得到另一種液體，實際上就是苯。當時法拉第將這種液體稱為"氫的重碳化合物"。1834年，德國科學家米希爾里希(E.E.Mitscherlich,1794-863)通過蒸餾苯甲酸和石灰的混合物，得到了與法拉第所制液體相同的一種液體,并命名為苯。待有機化學中的正確的分子概念和原子價概念建立之后，法國化學家日拉爾(C.F.Gerhardt,1815-856)等人又確定了苯的相對分子質量為78，分子式為C6H6。苯分子中碳的相對含量如此之高，使化學家們感到驚訝。如何確定它的結構式呢？化學家們為難了：苯的碳、氫比值如此之大，表明是高度不飽和的化合物。但它又不具有典型的不飽和化合物應具有的易發生加成反應的性質。德國化學家是一位極富想象力的學者，他曾提出了碳四價和碳原子之間可以連接成鏈這一重要學說。對苯的結構，他在分析了大量的實驗事實之后認為：這是一個很穩定的"核"，6個碳原子之間的結合非常牢固，而且排列十分緊湊，它可以與其他碳原子相連形成芳香族化合物。于是，凱庫勒集中精力研究這6個碳原子的"核"。在提出了多種開鏈式結構但又因其與實驗結果不符而一一否定之后，1865年他終于悟出閉合鏈的形式是解決苯分子結構的關鍵，他先以(Ⅰ)表示苯結構。1866年他又提出了(Ⅱ)式，后簡化為(Ⅲ)式，也就是我們現在所說的凱庫勒式。
有人曾用6只小猴子形象地表示苯分子的結構.關于凱庫勒悟出苯分子的環狀結構的經過，一直是化學史上的一個趣聞。據他自己說這來自于一個夢。那是他在比利時的根特大學任教時，一天夜晚，他在書房中打起了瞌睡，眼前又出現了旋轉的碳原子。碳原子的長鏈像蛇一樣盤繞卷曲，忽見一蛇抓住了自己的尾巴，并旋轉不停。他像觸電般地猛醒過來，整理苯環結構的假說,又忙了一夜。對此，凱庫勒說："我們應該會做夢！……那么我們就可以發現真理，……但不要在清醒的理智檢驗之前,就宣布我們的夢。"應該指出的是,凱庫勒能夠從夢中得到啟發,成功地提出重要的結構學說,并不是偶然的。這是由于他善于獨立思考,平時總是冥思苦想有關的原子、分子、結構等問題,才會夢其所思；更重要的是,他懂得化合價的真正意義,善于捕捉直覺形象；加之以事實為依據,以嚴肅的科學態度進行多方面的分析和探討,這一切都為他取得成功奠定了基礎。
苯的發現者—法拉弟
1825年6月16日，在英國皇家學會舉行的一次學術會議上，法拉第（MichaelFaraday1791－1867）宣讀了他的關于發現苯的論文，敘述了他是怎樣從一種復雜的混合物中分離出這種碳氫化合物的，還介紹了這種化合物的性質和測定組成的方法和結果。當時年輕的法拉第還只有三十四歲，但是他已經在皇家研究院工作了十二年之久。
法拉第用來分離出笨的原料是一種油，在當時，倫敦這個城市為了生產照明用的氣體（也稱煤氣），通常是將鯨魚或鱈魚的油滴到已經加溫的爐子里，以產生煤氣，然后再將這種氣體加壓到十三個大氣壓，把它儲存在容器中，供各方面使用。在壓縮氣體的過程中，同時得到了一種副產品—油狀液體。
法拉第對這種油狀液體發生了興趣，幾乎花了五年時間來研究它。為了從混合物中分離出他所想要得到的組份，法拉第設法弄到了數量相當可觀的油狀液體，他細心地進行蒸餾，每隔10℃更換一次接受容器,把氣體冷凝成各個組份。他覺得這樣做還不夠細致,于是再重復地精制這些餾份,最后法拉弟終于得到了具有重大意義的結果。他發現在80℃到87℃區間內蒸餾時，沸點比較恒定，在這個時候蒸出大量的液體時，溫度沒有多大變化。而在蒸餾其他組份時，溫度經常要升高。這一點啟發了法拉第，他繼續研究在這個溫度區間內獲得的某種固定組份的物質，最后終于分離出一種新的碳氫化合物。
法拉第描述這種碳氫化合物，略帶杏仁味，在一般的條件下，它是一種無色透明的液體當把這種液體放在冰水中冷卻到零度時，它就會結晶變成固體，在玻璃容器的器壁上長出樹枝狀的結晶，如果從冰水中取出容器，讓溫度慢慢上升，這種固體在5.5℃時熔化，如果把熔化后的液體暴露在空氣中，最后它會完
全揮發。
值得注意的是，法拉第當時測得這種化合物的熔點為5.5℃，沸點82.2℃，在15.5℃時它的比重是0.85。與現在所測得的苯的熔點(5.5℃)，沸點(80.1℃)，10℃時比重為0.87865，在數值上是比較接近的，它們之間的差別是因為當時法拉第分離出來和苯還不夠純。
法拉第還觀察了這種液體不導電，微溶于水，易溶于油、醚和醇中，在陽光照射下，讓氯氣與這種物質作用，生成兩種物質，一種是結晶，另一種是粘稠狀的液體，它們無疑是對二氯苯與鄰二氯苯。
法拉第將這種液體的蒸氣通過熱的氧化銅，把它分解成二氧化碳和水，例如在60℃時，0.776克蒸氣分解產生的二氧化碳和水相當于0.711704克碳和0.064444克氫，說明這個化合物中碳與氫的重量之比為12:1。但由于當時法拉第所用的原子量與現在不同，當時的標準是C=6，H=1，所以法拉第就認為這種化合物的實驗式是C2H，并把它稱為是重碳氫化物(bicarburetofhydrogen)。如果法拉第能采用現在的原子量標準C=12，H=1的話，它肯定能正確地表達出苯的實驗式是CH。
法拉第還用引爆這種化合物的蒸氣與氧氣的混和物的方法，測得它的蒸氣密度是2.44(以氧氣的密度等于1為標準)，但是由于法拉第當時此還認識得不夠清楚，所以他也沒有能進一步推測出苯的分子式是C6H6。盡管如此，法拉第畢竟應該算是第一位分離出苯這種碳氫化合物的化學家，而且第一次研究了苯的性質，測定了苯的組成，所以發現苯的功勞應該歸于法拉第。
波義耳：把化學確立為科學
化學史家都把1661年作為近代化學的開始年代，因為這一年有一本對化學發展產生重大影響的著作出版問世，這本書就是《懷疑派化學家》，它的作者是英國科學家羅伯特·波義耳。革命導師恩格斯也同意這一觀點,他譽稱“波義耳把化學確立為科學”。波義耳是怎樣一位科學家？在發展化學科學上作出了哪些突出的貢獻呢？
巨人輩出時代的平凡經歷
波義耳生活在英國資產階級革命時期，也是近代科學開始出現的時代，這是一個巨人輩出的時代。波義耳在1627年1月25日生于愛爾蘭的利茲莫城。就在他誕生的前一年，提出“知識就是力量”著名論斷的近代科學思想家弗蘭西斯·培根剛去世。偉大的物理學家牛頓比波義耳小16歲。近代科學偉人，意大利的伽利略、德國的刻卜勒、法國的笛卡爾都生活在這一時期。
波義耳出生在一個貴族家庭，家境優裕為他的學習和日后的科學研究提供了較好的物質條件。童年時，他并不顯得特別聰明，他很安靜，說話還有點口吃。沒有哪樣游戲能使他入迷，但是比起他的兄長們，他卻是最好學的，酷愛讀書，常常書不離手。8歲時，父親將他送到倫敦郊區的伊頓公學，在這所專為貴族子弟辦的寄宿學校里，他學習了3年。隨后他和哥哥法蘭克一起在家庭教師陪同下來到當時歐洲的教育中心之一的日內瓦過了2年。在這里他學習了法語、實用數學和藝術等課程，更重要的是，瑞士是宗教改革運動中出現的新教的根據地，反映資產階級思想的新教教義熏陶了他。此后波義耳在實際行動中雖然未參與任何一派，但是他在思想上一直是傾向于革命的。
1641年，波義耳兄弟又在家庭教師陪同下，游歷歐洲，年底到達意大利。旅途中即使騎在馬背上，波義耳仍然是手不釋卷。就在意大利，他閱讀了伽利略的名著《關于兩大世界體系的對話》。這本書給他留下了深刻的印象，20年后他的名著《懷疑派化學家》就是模仿這本書的格式寫的。他對伽利略本人更是推崇備至。
波義耳的哥哥們和他們的父親一樣，在英國的資產階級革命中都是保皇派。1644年，他父親在一次戰役中死去。家庭情況的突變，經濟來源的中斷，使波義耳回到戰亂的英國。回國后他隨著同情革命的姐姐萊涅拉夫人一起遷居到倫敦。在倫敦他緒識了科學教育家哈特利怕，哈特利泊鼓勵他學習醫學和農業。
波義耳在家里是14個兄弟姊妹中最小的一個：在他三歲時，母親不幸去世。也許是缺乏母親照料的緣故，他從小體弱多病。有一次患病時，由于醫生開錯了藥而差點喪生，幸虧他的胃不吸收將藥吐了出來，才未致命。經過這次遭遇，他怕醫生甚于伯病，有了病也不愿找醫生。并且開始自修醫學，到處尋找藥方、偏方為自己治病。哈特利伯的鼓勵使他下決心研究醫學。當時的醫生都是自己配制藥物，所以研究醫學也必須研制藥物和做實驗，這就便波義耳對化學實驗發生了濃厚的興趣。
在研究醫學的過程中，他翻閱了醫藥化學家的許多著作，他很崇拜比他大50歲的比利時醫藥化學家海爾蒙特。海爾蒙特不論白天黑夜，完全投入化學實驗，自稱為“火術的哲學家”。這就成為波義耳學習的榜樣。波義耳為自己創造了一個實驗室，整日渾身沾滿了煤灰和煙，完全沉浸于實驗之中。波義耳就是這樣開始了自己獻身于科學的生活，直到1691年底逝世。
英國皇家學會的元老
一批對科學感興趣的人，其中包括教授、醫生、神學家等，從1644年起定期地在某一處聚會，討論一些自然科學問題。他們自稱它為無形學院。1648年因為倫敦戰局不穩，更因為資產階級革命派的軍隊攻占了牛津，革命派首領克倫威爾任命無形學院的成員維爾金斯擔任牛津瓦當學院的院長，無形學院的部分成員也紛紛遷往牛津，活動的中心從倫敦轉移到牛津。1660年，因政局趨于穩定，活動中心又轉回到倫敦。隨著無形學院的隊伍擴大，在1660年的一次集會上，宣布正式成立一個促進物理——數學實驗知識的學院。不久經國王批準，這學院變成以促進自然科學知識為宗旨的皇家學會。皇家學會根據培根的思想，十分強調科學在工藝和技術上的應用，建立起新的自然哲學，成為著名的學術團體。
波義耳1646年在倫敦就參加了無形學院的活動。后來由于厭倦首都上層社會生活中的空虛，更重要的是想集中精力做一些科學實驗，于是遷往他父親一所偏遠的莊園，在那里讀書、進行科學實驗，一住就是8年。莊園的生活雖然安靜，但是對于波義耳的科學活動畢竟有很多不便之處，特別是他很想念那些無形學院的朋友們。1654年，他遷往牛津，寄宿在牛津大學附近一個藥劑師家里。以后他又建立了自己設備齊全的實驗室，并為自己聘用了一些助手，有些助手還是些很有才華的學者。例如羅伯特·虎克后來也戌為一個著名的科學家，他發現了形變同應力成正比的固體彈性定律，制成了顯微鏡，觀察到植物細胞。這些助手在波義耳領導下進行觀察和實驗，并幫助波義耳收集整理科學資料和來往信件。這樣就在波義耳的周圍形成了一個科學實驗小組，波義耳的實驗室也一度成為無形學院的集會活動場所。波義耳的一系列科研成果都是在這里取得的，那本劃時代的名著《懷疑派化學家》也是在這里完成的。據統計，在1660一1666年的6年里，他寫了10本書，在《皇家學會學報》上發表了20篇論文。在牛津，波義耳一直是無形學院的核心人物，正式成立一個促進實驗科學的學術團體也是波義耳的主張。不過當皇家學會在倫敦成立時，波義耳身在牛津，所以沒有成為該學會的第一批正式會員，但是大家都公認波義耳是皇家學會的發起人之一，固而被任命為首屬干事之一。
1668年，波義耳得知他姐夫去世的消息后，決定從牛津遷往倫敦，和他親愛的姐姐萊涅拉夫人住在一起。到倫敦后，他又在他姐姐家的后院建造了一所實驗室，繼續進行他的研究工作。對于社交活動，他看得很淡漠，甚至有點厭惡。但是他卻把自己的科學活動與皇家學會密切地聯系起來，因而在皇家學會贏得很高的聲譽，是科學界公認的領袖。1670年他園勞累而中鳳，經過很長時間的治療才痊愈。因此1680年波義耳被選為皇家學會會長時，他因為體弱多病又討厭宣誓儀式而拒絕就任。
杰出的成就，不朽的貢獻
波義耳在科學研究上的興趣是多方面的。他曾研究過氣體物理學、氣象、熱學、光學、電和磁、無機化學、分析化學、化學、工藝、物質結構理論以及哲學、神學。其中成就突出的主要是化學。
和當時的許多科學家一樣，波義耳首先研究的對象是空氣。通過對空氣物理性質的研究，特別是真空實驗，他認識到真空所產生的吸力乃是空氣的壓力。他做了一系列實驗來考察空氣的壓力和體積的關系，并推導出空氣的壓力和它所占體積之間的數學關系。在他的著作《關于空氣彈性及其物理力學的新實驗》中，他明確地提出：“空氣的彈性和它的體積成反比”。法國物理學家馬略特在此后15年也根據實驗獨立地提出這一發現。所以后人把關于氣體體積隨壓強而改變的這一規律稱作波義耳——馬略特定律。這一定律用當今較精確的科學語言應表達為；一定質量的氣體在溫度不變時，它的壓強和體積成反比。
1、正確地指出了研究化學的目的
17世紀以前的化學知識，一部分是煉金術的內容，目的在于變賤金屬為黃金或白銀；一部分是醫藥學的內容，目的在于發展醫藥，治病救人；一部分是化工生產的內容，目的在于增加產品的種類和提高產品的質量。化學研究沒有獨立性，主要由于沒有明確的、正確的研究目的，而是其它部分的附屬物。關于研究化學的目的問題，波義耳提出了與以前的煉金術家、醫藥學家和化工生產者有本質不同的見解。他認為研究化學的目的不是醉心于煉金術和醫藥，而是在于認識物質的本性。為此就需要進行專門的實驗，收集所觀察到的事實，使化學從煉金術和醫藥學中解放出來，發展成為一門專為探索自然界本質的科學。他說：“化學，到目前為止，還是認為只在制造醫藥和工業品方面具有價值。但是我們所說的化學，絕不是醫學或藥學的婢女，也不是甘當工藝和冶金的奴仆。化學本身作為自然科學中的一個獨立部分，是探索宇宙奧秘的一個方面。化學，必須是為真理而追求真理的化學。”波義耳的自然觀促使人們逐漸認識到，化學是具有自然特性的一門需要積極發展的科學。由于研究化學有了明確的研究目的、范疇和方向，使化學研究徹底地從煉金術、醫藥學、化工生產中解放出來，大大地推動了化學科學的發展。所以恩格斯高度評價說：“波義耳把化學確立為科學。”直到現在，波義耳所確定的化學研究的目的，對化學的研究和發展仍然具有指導意義。
2、第一個科學的元素定義
自文藝復光以后，歐洲出現了資本主義文化思想的萌芽，人文主義逐漸發展起來，提倡以人為本位的個性解放，反對以神為本位的宗教思想。同時科學家又提出了許多封建力量相對抗的觀點，沖擊著各種是的自然觀。到了１７世紀，由于資產階級的興起，在歐洲資本主義生產關系逐漸產生，資產階級民主革命先后在英、法、德、美等國取得勝利，推動了生產力的迅速發展，使工業和科學有廣闊的發展前景，大大擴展了人們的思想眼界，促進了人們對自然認識的飛躍。首先在天文學中，隨后在力學、光學和生理學中提出了一系列的新學說。這些科學的研究對象從可觀察的、可測量的宏觀物體和現象，進入到微觀領域的研究。在化學中積累了許多知識需要整理，對化學反應過程需要解釋。在這個時期波義耳在構成物質本源的研究提出科學的見解。
17世紀以前在物質構成的認識問題上，希臘哲學家亞里士多德提出的“土、水、氣、火四元素學說”和醫藥學家提出的“汞、硫、鹽三元素學說”一直在起作用，影響著化學的發展，甚至笛卡兒也相信不疑。但是年輕的波義耳對這個問題十分惑疑，難道亞里士多德和醫藥學家的見解真正是正確的嗎？一切物體都僅僅是由這幾種元素構成的嗎？如果是這樣的話，煉金術為什么不能找到點金石？這個問題應該通過實驗來解決。
波義耳用實驗證明，黃金不怕火燒，不會被火分解，更不會在火的作用下生成鹽、硫或汞；但它可以跟其它金屬融在一起變成合金，還可以熔解在王水里，而且所得到的產物經過適當處理黃金又可以恢復原性重現出來。他實驗得出把砂子和灰堿兩種東西混合在一起，經過加熱可以熔化成透明的玻璃；生成的玻璃再也不會分解成土、水等東西。把灰堿和油脂燒煮會變成肥皂，但將肥皂加熱所得到的產物卻是跟堿和油脂完全不同的渣塊。榨壓葡萄得到的果汁，經過發酵可以變成酒精，果汁和酒精也都不會變成鹽或硫。波義耳還指出，不少的化學變化都可以說明，同一物質經過不同處理可以轉變成其它各種東西。這說明物質的組成和性質是復雜的，即不是亞里士多德所說的四元素，也不是醫藥學家所說的三元素。他還研究了在冶金和金屬加工業中，金屬鍛燒以后所得的灰渣比金屬還重的現象，決不是金屬分解以后留下的元素，而得到的是比金屬本身更復雜的物質。波義耳通過許多事實的論證后，給元素下了一個比較科學的定義：“我指的元素應當是某些不同任何其他物質所構成的原始的和簡單的物質或完全純凈的物質”，“是具有一定確定的、實在的、可覺察到的實物，他們應是同一般化學方法不能再分解為更簡單的某些實物。”這是世界上第一個科學的元素定義。由于波義耳給化學元素提出了科學的定義，為人類研究物質的組成指明了方向。雖然波義耳提出了科學的元素概念，由于時代的局限性，他并沒有明確指出那些物質是真正的元素，而且仍然把火、水、氣等當作元素。
3、發展了古代的微粒說
古希臘唯物主義哲學家德謨克利特認為物質是由微粒構成的。到１７世紀這個觀點重新復活起來，并獲得了發展，牛頓、胡克、波義耳都是堅持微粒說的代表人物。關于光線通過棱鏡而折射的問題，他們都以微粒作解釋，可以微粒只是一種推想的東西實際上誰也沒有看過。化學家為了解釋化學反應過程，也求助于微粒的運動和變化。雖然波義耳深信微粒說，但把它應用于化學卻出現了問題。化學物質的性質是多種多樣的，反應過程是復雜的，只是用微粒及其運動是難以解釋的。他說：“我建議的關于特殊本源的微粒說，其重大困難就在于自然物體實際見到這種繁多的特性會起源于這樣少的兩種因素，而且簡單到只是物質和位移運動，這是不能令人置信的。”他根據鹽能溶于水而不能溶于油或汞，但黃金能溶于汞而不能溶于水和油，硫能溶于油而不能溶于水或汞等現象，認為應該在微粒說上面添加一些別的東西以補充其內容。他設想物質的基本微粒有各種不同形態和大小，并以不同的方式運動，或者相互固定在各種不同的次序和排列上，并在它們的細孔里保持著某些流出物或發散物。如同各個字母一樣，可以有各種不同的方式組合起來，每個組合體代表一個化學物質。這就是他給微粒說添加的所謂“物體中的變異原理”。波義耳的變異原理，豐富了古希臘以來關于微粒說的內容，發展了哲學家的微粒說。
實驗和觀察是一切的基礎
在波義耳眾多的科研成果中，還有幾項不能磨滅的化學成就。波義耳常說，“要想做好實驗，就要敏于觀察。”這幾項成就都是實驗中敏銳觀察的結果。
在一次緊張的實驗中，放在實驗室內的紫羅蘭，被濺上了濃鹽酸，愛花的波義耳急忙把冒煙的紫羅蘭用水沖洗了一下，然后插在花瓶中。過了一會波義耳發現深紫色的紫羅蘭變成了紅色的。這一奇怪的現象促使他進行了許多花木與酸堿相互作用的實驗。由此他發現了大部分花草受酸或堿作用都能改變顏色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明顯，它遇酸變成紅色，遇堿變變成藍色。利用這一特點，波義耳用石蕊浸液把紙浸透，然后烤干，這就制成了實驗中常用的酸堿試紙——石蕊試紙。
也是在這一類實驗中，波義耳發現五信子水浸液和鐵鹽在一起，會生成一種不生沉淀的黑色溶液。這種黑色溶液久不變色，于是他發明了一種制取黑墨水的方法，這種墨水幾乎用了一個世紀。
在實驗中，波義耳發現，從硝酸銀中沉淀出來的白色物質，“如果暴露在空氣中，就會變成黑色。這一發現，為后來人們把硝酸銀、氯化銀、溴化銀用于照像術上，做了先導性工作。
晚年的波義耳在制取磷元素和研究磷、磷化物方面也取得了成果，他根據“磷的重要成分，乃是人身上的某種東西”的觀點，頑強努力地鉆研，終于從動物尿中提取了磷。經進一步研究后，他指出：磷只在空氣存在時才發光；磷在空氣中燃燒形成白煙，這種自煙很快和水發生作用，形成的溶液呈酸性，這就是磷酸，把磷與強堿一起加熱，會得到某種氣體（磷化氫），這種氣體與空氣接觸就燃燒起來，并形成縷縷自煙。這是當時關于磷元素性質的最早介紹。
波義耳所以取得這么大的成就，正如他所說：“人之所以能效力于世界，莫過于勤在實驗上下功夫。”
波義耳研究化學的科學方法
波義耳的科學研究方法，也是他極其重要的貢獻，是影響科學研究和發展很重要的東西。
一、把科學實驗作為研究化學的基本方法
“實驗科學始祖”──弗·培根認為：“一般說來，要窺探大自然的奧秘，除了實驗之外，別無其它門徑可入。”作為培根哲學思想信奉者的波義耳也強調物理學、化學知識的真正基礎是實驗。他指出，不能停留在對自然界作偶然的觀察而要主動地向自然進攻。要作系統的而且往往是人為的調整自然界，調整物理世界，以使在非常不同的條件下觀察它，也就是，通過有目的的實驗去觀察自然現象。實驗和觀察的方法是形成科學思想的基礎，化學必須依靠實驗來確定自己的基本定律。
波義耳把比較嚴密的實驗方法引入化學研究，為使化學成為一門實驗科學打下基礎。波義耳一個有眼光的自然科學家，應該“比亞里士多德學派更經常地留心考究經驗；不要滿足于自然界自然地產生的現象，當人們需要找出經驗時，他們渴望通過有目的地裝備起來的試驗去擴大他們的經驗。”可見波義耳不僅要求科學工作者要注意實驗，而且要主動地實驗，從實驗中總結經驗。波義耳明確指出：“化學，為了完成其光榮而莊嚴的使命，就不能認為目前為止的研究方法是正確的。是必須拋棄古代傳統的思辨方法”，只有這樣，化學才能象“已經覺醒了的天文學、物理學那樣，立足于嚴密的實驗基礎之上。”他勉勵科學工作者說：“人之所以能效力于世界者，莫過于勤在實驗上做功夫。”這也是波義耳取得成功的重要科學方法，也是學習科學的重要科學方法。
二、重視對實驗的理論分析
波義耳認為實驗材料毫無疑問是非常重要的，因為沒有材料的理論是沒有根據的，也就是虛偽的理論。但是他也不相信科學原理、定律或規律是從實驗材料中現成地得出來的。他認為實驗材料是理論家用來進行思維加工的，用這些材料作研究的依據從中提出科學的見解，去對歷史上發生的事件或現象作出因果性的解釋。可見，波義耳重視實驗，并沒有忽視理論思維。
作為弗·培根信奉者的波義耳，雖然同培根一樣強調實驗方法的重要性，但他跟培根卻有些不同。培根認為科學原理將會是通過對自然現象的研究以一種機械論的方式自然而然地涌現出來。波義耳則不同意這樣的觀點。他不僅重視以實驗為基礎的歸納法，而且也注意用笛卡兒的演繹法。對實驗進行理論分析，使實驗和理論、歸納法和演繹法的關系能夠有正確的理解。所以波義耳在科學方法論的研究和應用，對培根的實驗方法有所發展。
波義耳也和培根一樣，重視匯集浩瀚的自然科學史料，搜集繁多的化學實驗材料。他親筆記載了許多有關物質的流動性、堅硬度、多孔性、顏色、凝聚、火焰、空氣、液體、呼吸、人體血液、金屬等實驗材料。但搜集這些材料的目的，不是想機械地從中歸納出科學原理和定律，而是把它們作為理論家分析研究的原材料。所以，波義耳是把實驗和理論結合起來研究的，這就發展了培根提出來的實驗方法論。
三、重視假設的研究方法
波義耳認為實驗材料只能是科學家分析研究事物的依據，以便從中提出各種假設用以解釋自然現象或歷史事件。材料無疑是十分重要的，因為沒有材料的假設是毫無根據的空想。波義耳說：“恐怕很少有人比得上我對實驗懷著深摯的愛和重視了，然而對我來說，如果有人提出某個有創造力的概念……那么，我就會比他向我透露某個精巧的實驗更加感激他。”可見波義耳既重視實驗又重視假設的作用。他認為科學家孜孜不倦地進行科學實驗，但卻不要過早提出科學原理或公理，可以在提出原理或公理之前先提出猜測性的假設。看看所提出的假設是不是具有解釋問題的能力，即使這樣慎之又慎也還會有錯誤，但可以從錯誤中獲得教益。之所以需要這樣謹慎地對等科學，因為人們對待問題常常會被表面現象所迷惑，看不見事物的內在本質。假設有時可能不正確，只有對現象作出比較深刻的分析，才能確定假設是否具有真正的價值。他曾作過很好的比喻：“某些假設就象出售藥品的藥店一樣，第一眼看到的可能是毒蛇和鱷魚，還有其他可怕的和有害的物品，但實際上卻是有益于人們身心健康的有效藥物的儲藏室。”即使先錯誤地作出藥物都是有毒的假設，但經過謹慎地分析之后，就可以作出對人們健康有益的正確的假設了，所以人們研究事物，為了不被表面的現象所迷惑，先作個假設，再檢驗它解決問題的能力，以確定假設是不是能夠成立。這種過程是研究科學很需要的。
波義耳研究酸、堿的故事
酸、堿、鹽是古代人們早已知道的。醋酸可以說是古代人知道最早的酸。一般食醋中的含量不過4－5%。古時的人常認為果汁中含有的酸都是醋酸，其實各種果汁所含的酸是不同的。食鹽、硝、明礬、綠礬、鍋灰等物質也是古代人們知道的。如１５世紀德國煉金術家費來丁（Valentine,B.）提出物質是由汞、硫、鹽三種元素組成的觀點，其中就有鹽。關于酸、堿、鹽的系統研究，則是１７世紀中葉英國化學家波義耳開始的。他發現酸堿指示劑，對酸、堿進行了識別和分類，使人們形成了酸和堿的統一概念。
有一天，波義耳的園丁把一籃美麗的紫羅蘭送到書房里，當他欣賞紫羅蘭的鮮艷和芳香后，隨手摘了一束向實驗室走去。他一邊走一邊沉思著，現在實驗室里可能正在蒸餾礬類（重金屬的硫酸鹽）制取礬油（濃硫酸），不知道進行得怎樣了？走到實驗室把門推開，只見縷縷濃煙不斷地從蒸餾器流到玻璃接受器。象往常一樣他每天照例要檢查實驗人員的工作，這時候順手把紫羅蘭放在桌上，然后去傾注硫酸。一下子刺激性的硫酸蒸汽從瓶口冒出，很快漫延到桌子的周圍。蒸餾完畢后，他拿起紫羅蘭準備回到書房。這時他發現紫羅蘭也在微微冒煙，因為酸沫濺在上面去了。他想應該把這些酸沫洗掉否則紫羅蘭會遭到腐蝕，于是把花放在水盆里浸洗，自己坐在窗前。過了一會兒發現盆子中出現奇跡！這些紫羅蘭竟然變成了紅色。波義耳把書本扔到一邊，立刻拿起花籃回到實驗室。要求實驗員準備幾個杯子，在每個杯子中裝一種酸并注入一些水，然后他把紫羅蘭分成若干小束分別放入各種酸溶液中。他靜靜地注意觀察著，發現花朵的紫藍色逐漸變成淺紅色，過了一會兒全部變成紅色了。
波義耳認為這種現象十分有意義，他根據許多種已知酸使紫羅蘭變成紅色的事、實，概括出這樣的規律：不僅鹽酸、硫酸能使紫羅蘭變成紅色，其它的所有酸也同樣可以把紫羅蘭從藍色轉變成紅色，其它的所有酸也同樣可以把紫羅蘭從藍色轉變成紅色。他認為這是一個很重要的發現，以后只需要把紫羅蘭的花瓣放進一種溶液中能輕而易舉地確定它是是不酸性。他們用水或酒精分別制取紫羅蘭的不浸液或酒精浸液作為檢查酸的溶液，比直接用紫羅蘭花朵方便得多。
科學研究往往有這樣一類現象，由一種事物或理論的發現，而引起了對其它事物或理論的發現。波義耳研究各種酸對紫羅蘭的作用，從而聯想到，紫羅蘭對堿溶液是不是也有某種特殊的反應呢？是不是還有其它的有色植物，比紫羅蘭的效果更好呢？如果要解決這個問題，也只有用實驗室來回答。不畏疲勞、善于深思的波義耳為了尋求科學真理，進一步研究了有關鑒別酸、堿溶液的方法。他發現不僅紫羅蘭、玫瑰花等或它們的浸液可以鑒別酸、堿溶液，其它不少的藥草、地衣、有色樹皮和植物的根都具有區別酸、堿溶液的作用。其中以石蕊的效果最后，遇酸變紅，遇堿變藍。他們不僅把石蕊制成浸液，而且用浸液把紙浸透、烤干，制成石蕊紙。
他把能區別酸、堿的這些藥劑，稱為酸堿指示劑，用石蕊制成的紙，稱為石蕊試紙。把這種紙片放進被檢驗的溶液中，只要紙片改變了顏色，就能證明這種溶液是酸性還是堿性的。不僅用酸堿指示劑可以區分出酸、堿，而且根據變色的程度可以粗略地反映出酸、堿的程度。
波義耳還指出，酸除了具有酸味、能使指示劑變色外，還是一種強有力的溶劑；堿除了能使指示劑變色外，具有滑膩感和除垢的性質，它能溶解油類和硫磺，還具有與酸對抗和破壞酸的能力。波義耳駁斥了當時流行的一種酸堿論，即德國化學家塔亨尼烏斯（Tachenius,1620-1690）等人的觀點，他們簡化生命過程的化學現象，把生命機體中發生的化學反應都歸結為酸堿反應，因此他們認為所有的物質不是酸就是堿。波義耳指出，物質可以分為三類：除了酸堿外，還有鹽。波義耳的觀點雖然也不很全面，卻較其它的分類方法合理得多。
創立高分子化學的施陶丁格
棉、麻、絲、木材、淀粉等都是天然高分子化合物，從某種意義上來說，甚至連人本身也是一個復雜的高分子體系。在過去漫長的歲月中，人們雖然天天與天然高分子物質打交道，對它們的本性卻一無所知。現在我們已認識什么是高分子，并建立了頗具規模的高分子合成工業，生產出五光十色的塑料、美觀耐用的合成纖維、性能優異的合成橡膠，致使高分子合成材料與金屬材料、無機非金屬材料并列構成材料世界的三大支柱。面對這一輝煌成就，我們不能不緬懷高分子科學的奠基人、德國化學家施陶丁格。
論文發表的背景
什么是高分子呢？它是由許多結構相同的單體聚合而成的，分子量往往是幾萬、兒十萬。結構的形狀也很特別，如果說普通分子象個小球，那未高分子由于單體彼此連接成長鏈，就象一根有50米長的麻繩。有些高分子長鏈之間又有短鏈相結而成網狀。又由于大分子與大分子之間存在引力，這些長鏈不但各自卷曲而且相互纏繞，形成了既有一定強度、又有不同程度彈性的固體。因為分子大，長鏈一頭受熱時，另一頭還不熱，故熔化前有個軟化過程，這就使它具有良好的可塑性，正是這種內在結構，使它具有包括電絕緣在內的許多特性，成為新型的優質材料。人們對它們的組成、結構的認識和合成方法的掌握經歷了一個實踐——認識——實踐的曲折過程。
1812年，化學家在用酸水解木屑、樹皮、淀粉等植物的實驗中得到了葡萄糖，證明淀粉、纖維素都由葡萄糖組成。1826年，法拉第通過元素分析發現橡膠的單體分子是C5H8，后來人們測出C5H8的結構是異戊二烯。就這樣，人們逐步了解了構成某些天然高分子化合物的單體。
1839年，有個名叫古德意爾的美國人，偶然發現天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發粘軟化、遇冷發脆斷裂的不實用的性質，變為富有彈性、可塑性的材料。這一發現的推廣應用促進了天然橡膠工業的建立。天然橡膠這一處理方法，在化學上叫作高分子的化學改性，在工業上叫作天然橡膠的硫化處理。
進一步試驗，化學家們將纖維素進行化學改性獲得了第一種人造塑料——賽璐珞和人造絲。1889年法國建成了最早的人造絲工廠，1900年英國建成了以木漿為原料的粘膠纖維工廠，天然高分子的化學改性，大大開闊了人們的視野。1907年，美國化學家在研究苯酚和甲醛的反應中制得了最早的合成塑料——酚醛樹脂，俗名電木。1909年德國化學家以熱引發聚合異戊二烯獲得成功。在這一實驗啟發下，德國化學家采用與異戊二烯結構相近的二甲基丁二烯為原料，在金屬鈉的催化下，合成了甲基橡膠，開創了合成橡膠的工業生產。
上述對高分子化合物的單體分析，天然高分子的化學改變了實踐和在合成塑料、合成橡膠方面的探索，使人們深切地感到必須弄清高分子化合物的組成、結構及合成方法。對于這個基礎理論問題人們所知甚少，這一理論發展的緩慢與高分子本身的復雜特性有關。化學家們一直搞不清它們的分子量究竟是多少，它為什么難于透過半透膜而有點象膠體，它為什么沒有固定的熔點和沸點，不易形成結晶？這些獨特的性質以當時流行的化學觀來看是很難理解的。
早在1861年，膠體化學的奠基人，英國化學家格雷阿姆曾將高分子與膠體進行比較，認為高分于是由一些小的結晶分子所形成。并從高分子溶液具有膠體性質著眼，提出了高分子的膠體理論。這理論在一定程度上解釋了某些高分子的特性，得到許多化學家的支持。盡管也有化學家提出了不同看法，但均未引起注意。我們將支持格雷阿姆的高分子膠體理論的稱為膠體論者。他們拿膠體化學的理論來套高分子物質，認為纖維素是葡萄糖的締合體。所謂締合即小分子的物理集合。他們還因當時無法測出高分子的未端基團，而提出它們是環狀化合物。在當時只有德國有機化學家施陶丁格等少數兒個人不同意膠體論者的上述看法。施陶丁格發表了“關于聚合反應”的論文，他從研究甲醛和丙二烯的聚合反應出發，認為聚合不同于締合，它是分子靠正常的化學鍵結合起來。天然橡膠應該具有線性直鏈的價鍵結構式。這篇論文的發表；就象在一潭平靜的湖水中扔進一塊石頭，引起了一場激烈的論戰。
一場

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