元素週期/原子量的測定
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關於物質組成研究的延伸,是貝采裏烏斯的第二個方面的事業。現敍述如下:
原子量 關於道爾頓原子的實際存在,當然是不容置疑的。至少,各種元素在化合時都表現有一定的重量單位是不容置疑的。但是,如果把這一重量單位稱之為原子量,則原子量就是一個研究所有化學變化數量關係的最重要常數了。這樣就應當盡可能地把它加以精密確定。如果這個確定是不準確的話,那麼,可以說這個重要的原子學說也就將失去全部意義。然而,正如過去所說過的,道爾頓所求得資料都是相當粗糙的。
貝采裏烏斯對於原子學說的重要意義是很瞭解的,因而他並不滿足於道爾頓的那些資料。照他的說法就是,“只要這項工作不能圓滿地完成,就有如白晝的光明已經來臨,而朝陽卻尚未升起一般。所以這是一件當務之急的工作。我們應當敢於去承擔。”這樣,貝采裏烏斯就開始著手了原子量的測定工作。
選定原子量的方法 首先應當確定原子量的標準。因為所謂原子量本來就是一個相對的數量。所以一定要選定一種元素做為標準,即選出一個適當的元素,以其原子量做為標準,然後再比較求出其他所有元素的原子量。那麼,選擇哪種元素做為標準更為合適呢?
原子量的標準 最初道爾頓選擇了氫,因為它的原子量最小,可定其值為1。而湯瑪斯·湯姆生、武拉斯頓和貝采裏烏斯則主張選擇氧。因為自從拉瓦錫以來,氧已經成為化學界中特別重要的元素。它的重要程度,用貝采裏烏斯的話來說,就是當時的化學界已經到了一切都是以氧為中心運行的時代了。不僅如此,以氧為標準在實驗方面也有很多有利之處。首先同氫相化合的元素不是很多,而氧卻可以直接同其他大多數元素相化合。所以,以氧為標準就能直接測得許多元素的原子量。反之,若以氫為標準,就在許多場合下都需要間接測定,很為不便。其次,一般對氫的化合物的分析處理均較困難,不易得到準確結果。而氧化物在這方面則非常有利。這樣,就最後選擇了氧作為標準的元素。
接著的問題就是氧的原子量數值應當選定為多少。有人主張定為1(湯姆生)。如果定為1,則對於比氧還輕的氫和氮等原子來說,它們的原子量就是小數了,很麻煩。有人主張定為10(武拉斯頓),但是這也不能完全避免上述的不便。貝采裏烏斯主張定為100。這樣,雖然小數點以下的原子量是沒有了,但是隨之而來的是出現了1000以上的大數,也難免不便。最後,還是依照比利時人斯塔司(J.S.Stas,1813~1891)的建議,確定為16。所謂16,就是過去以氫的原子量為1作標準時所得到的氧原子量的數值。這樣,氧和氫的化合量的比例就是16∶1。這一資料儘管將來可能由於精密的分析結果而有改變,然而不管怎樣,對於氫的原子量,即最小的原子量來說,也總是能夠得出1或接近於1的數值,也就是最簡單的數值。根據這些理由,就把氧作為中心,並將其原子量定為16。這一決定由於能較好地表明瞭原子量之間的關係,所以後人也把它定為一種比較適當的和合理的方法。
一例:銅的原子量 關於求原子量的方法已如前述,即把欲測的元素同氧相化合,並實測出它們的重量比。例如銅與氧化合可生成黑色的氧化銅,分析後得知其中含銅79.825%,氧20.175%(此為貝采裏烏斯的資料,現在的精確值是銅為79.892%,氧為20.108%。由此可知百年前貝采裏烏斯的實驗結果是如何的令人信服)。這樣就可推知,同1個氧原子即16份重量相化合的銅的重量是63.306。
原子數目的比例 然而這個數值並不等於就是銅的原子量。因為同一個氧原子相化合的銅不僅限於是一個原子。如果是1個氧原子和1個銅原子相化合,則63.306也就是銅的原子量。如果是1個氧原子同2個銅原子相結合,則63.306就是2個銅原子的重量,它的一半才是銅的原子量。如果是2個氧原子和1個銅原子相結合,則它的倍數才是銅的原子量。
那麼,在氧和銅化合時二者原子數目的比例究竟是多少呢?能夠找出一種確定方法是很必要的。
在這個關鍵時刻,正好發表了兩篇人們所期望的研究論文。一篇是在法國,一篇是在德國。前者是關於原子量和比熱關係的杜隆——培蒂定律;後者是關於化合物組成與晶形關係的米希爾裏希定律。
貝采裏烏斯的史料
1.自傳
Werden und Wachsen, 1779~1821,——《誕生和成長》(1899)。
Selbstbiographische Aufzeichnungen——《自述傳記》(1903)。
2.傳記
W.Prandtl:Humphry Davy,J.Jacob Berzelius(1948).
3.往復書簡
O.Wallach:Briewechsel zwischen J.Berzelius und F.Wohler.Ⅰ,Ⅱ,(1901).
J.Carrière:Berzelius und Liebig.Ihre Briefe von 1831 bis 1845(1893).
4.論文
Jacob Berzelius: Versuch die bestimmten und einfachen Vethaltnisse aufzuf-inden,nach welchen die Bestandteile der unorganischen Natur mit einanderverbunden sind(1811~1812)。定比定律的實驗證明的原文,見奧斯特瓦爾德經典叢書,第35集。
5.回想
F.Wohler:Jugenderinnerungen eines Chemikers(一個化學家在年青時期的打算)。
6.評論
Rudolf Winderlich:Jons Jacob Berzelius.Journal of Chemical Education 25,500~508(1948)。
——:Berzelius and Goethe.同上雜誌,27,68~69(1950)。
W.M.Mac Nevin:Berzelius—Pioneer Atomic Weight Chemist.同上雜誌,31,207~210(1954)。
7.像集
Arne Holmberg:Berzelius—Portrat 瑞典科學院版(1939)。
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