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如今，人们似乎越来越*惯原子和分子，但是并非认为他们忽略了这些概念是理所当然的。原子和分子已经从思考转变为科学，经历了一个世纪的追求。我们脚下的平滑道路曾经充满不幸。本文将介绍现代原子分子理论的起源和流程，从阿沃加德罗（Avogadro）到坎尼扎罗（Cannizaro）的化学领域。每个小事实都在引导您提出一种新理论。每种理论思维都在促使您发现看不见的事实。在原子和分子方面，读者和朋友绝对不会对它们感到不熟悉。任何中学物理或化学教科书都会提及：原子是构成重要的基本粒子，并且根据某些规则相互连接原子，形成最小的单元——分子，以维持物质的化学特性。从教科书的扩展阅读材料中，您还可以了解现代原子和分子理论的主要创始人：J. Dalton（1766年至1844年）和A. Avogadro（1776年至1856年）的现代原子和分子理论。在当今的化学实验室中，我们可以使用X射线衍射技术来测量晶体中分子的三维结构。使用扫描隧道显微镜可以在固体材料表面观察甚至操纵原子。但是，如果您更加好奇，那么这两种表征材料结构的方法比道尔顿和阿沃加德罗的生活要晚得多。因此，如果没有先进的乐器的祝福，一百多年前，先驱者在看不见和无形的“雾”中依靠哪些推理和实验来确定原子和分子的存在，并询问来自微观世界的春季爆发，即感官无法直接接触？脱离障碍的“嫁接”原子和分子的概念具有悠久的历史，可以从它们的词源中看出。英语单词“原子”来自希腊语单词，意思是不可分割。 “分子”来自拉丁语单词mlcula，这意味着一小堆物质。古希腊的思想家列基普斯（Leucippus），民主和伊壁鸠鲁（Epicurus）都认为，重要的是由不可分割的颗粒组成，但是他们的话语显然不能偏离超凡的哲学思维类别。文艺复兴时期的科学革命为原子理论带来了新的活力。古典力学的巨大成功导致了十七世纪自然哲学家的普遍信念，即宏观物体的运动行为必须归因于肉眼看不见的粒子的特性和相互作用。最具代表性的例子来自I. Newton，他们发现，如果气体被认为是由相互排斥的颗粒组成的弹性流体，并且随着粒子间距的增加，排斥力会迅速降低，那么这种气体将遵守R. Boyle的实验定律（气体的压力与其在恒定温度下的体积成反比）。在Magnum Opus 《光学》的末尾，牛顿明确提出了一个假设，即物质由某些质量和不可渗透的粒子组成，并希望基于此解释复杂的化学变化。但是，牛顿还承认，他无法通过实验证明这一粒子假设。从思考体操到科学理论的升华原子理论的任务只能留给后代。道尔顿（Dalton）是牛顿指出的方向迈出决定性的后代。牛顿去世40年后，道尔顿出生于英格兰北部的一个贫穷的农民家庭。从小就开始他非常聪明，但他未能通过自学成才获得系统的大学教育，并成为人才。道尔顿一生都未婚，并没有重视名望和财富。他利用一个微不足道的收入来维持简单的生活。他“一直睡到午夜，在黎明起床”，将所有精力投入了对科学的探索，他的研究领域涉及气象，物理和化学。

自21岁以来，道尔顿每天早晨每天早上进行气象观察，直到他去世的前一天，持续了57年。关于温度，气压，湿度等第一手信息的长期积累已成为他研究气体特性的重要基础。 J. Dalton（1766年至1844年）在18世纪末，人们分离了各种气体，例如氧气，氮，碳酸（二氧化碳），并测量了其密度。一个自然而令人困惑的问题是，为什么可以将这些组件混合到均匀的空气中而无需根据它们各自的密度分层？此外，道尔顿通过实验发现了气体部分压法，即混合气体的总压力等于所有组件的压力之和。道尔顿遵循牛顿的想法，并认为将气体视为由特定质量原子组成的弹性流体，是解释上述事实的可行解决方案。但是，由于当时流行的“热量理论”，道尔顿的原子被无质量的热流动，就像用棉花包裹的硬球一样。道尔顿进一步假设相同原子的热流相互排斥，并且异质原子的热流不相互作用。这样，不同气体的原子可以在彼此的热流之间穿梭，从而实现均匀的混合。排斥仅发生在相同气体的热流之间，从而“确保”建立局部压力定律。图1。（左）道尔顿的作品《气象观测论文集》，其标题页引用了古罗马诗人Q. Horati flacci est Quadam prodire tenus，si non datur ultra的诗，这意味着“如果您不能走得更远，您就可以始终达到某个特定点”； （右）道尔顿的原子模型（从中心辐射的线代表了原子周围的热流），其中编号为1、13和5代表氢，氧气和水“原子”道尔顿真正超过了牛顿和所有以前的原子学家，因为他巧妙地“嫁接”了物理原子症与化学反应的质量。道尔顿提出了著名的比例定律：当可以将两个元素A和B组合成形成不同的物质时，B元素B的质量与这些物质中的一定元素A结合到了一个简单的整数比例。例如，沼气（甲烷）和石油和天然气（乙烯）仅包含两个元素：碳和氢。如果两种气体中的碳质量基于碳的质量，则沼气中的氢质量是石油和天然气的两倍。同样，碳氧化物（一氧化碳）中碳和氧的质量比为3:4，而碳酸气体中的该比率正好为3:8。道尔顿敏锐地意识到原子理论的使用可以完美地解释这一发现。由于原子是不可分割的，因此元素的组合必须基于它们各自的原子作为最小单位。在不同事物中，元素质量比的简单多重关系是否与组合中涉及的原子数的差异相对应？道尔顿以这一发现为起点，创造性地提出了一种计算相对质量（原子量）的方法。以氧气为例，当时的人们知道水仅由电解实验和氢燃烧实验组成。基于“最简单的比率”原理，道尔顿认为水是氢和氧的二元化合物，其化学公式（如今的商标表示）是HO。然后，将氢的原子量设置为1，并且可以根据实验测量的水中氢和氧的质量分数来计算氧气的原子量。如果使用a曲霉的值（氢和氧的质量分数分别为15和85），则可以将氧的原子量设置为5.7（85/15）；如果使用J. L. Gay-Lussac和A. von Humboldt的值（氢和氧的质量分数分别为12.6和87.4），则氧气的原子量为7（87.4/12.6）。 1803年9月，道尔顿在实验日志中写了第一个原子量表。

当年10月，道尔顿首次在曼彻斯特文学和哲学学会上宣读了他的原子理论和原子量表。 1808年，道尔顿（Dalton）出版了他著名的书《化学哲学新体系》，其中他使用原子理论来解释基本元素和Di-Element化合物的组成和特性。从今天的角度来看，道尔顿的原子理论存在太多缺陷。他认为，热量是一个完全错误的理论，确定物质化学公式的方法是任意的。他的实验技术不是很好，即使转换为正确的化学公式）也非常无错误。但这根本不会损害道尔顿在科学史上的地位。 “原子理论”是古老的，但道尔顿是第一个利用原子理论的观点来解释物质的化学组成，并使用可观察到的实验现象来证明原子的存在。正如当时英格兰皇家学会主席H. Davy所指出的那样，道尔顿提出的科学原子主义可以与J. Kepler在天文学方面的成就相提并论。他值得赞扬的“现代化学之父”的声誉。释放后，不受欢迎的混沌道尔顿原子理论引起了化学家的广泛关注，但它也面临着严重的挑战。问题的核心是道尔顿计算出的原子量很大程度上取决于未经证实的化学公式。例如，无论在氢和氧元素的质量分数上使用哪一组实验结果，如果水的化学公式从HO变为HO，则氧气的原子量将两倍。如前所述，道尔顿提出了处理这种不确定性的“最简单比率”原则。他认为，由两个元素组成的最稳定的物质必须是二进制（化学式AB）。在三元物质（化学式AB或AB）中，由于相同的相同原子的热流排斥，它们的稳定性将不可避免地降低。道尔顿甚至进一步猜测，基于几何形状中最紧密的原理，多种物质的化学公式的上限是AB或AB：一个球可以接触到相同尺寸的12个球（例如将橙子放在水果商店中交错的行中）。尽管道尔顿的“最简单比率”原则具有正式的美丽，但它与许多实验事实不一致。最著名的矛盾来自Guy-Lussack和Humboldt发现的氢和氧气的简单体积比。盖伊·卢萨克（Guy-Lussac）在19世纪初是法国的主要物理学家和化学家。他早年在Lavoisier的亲密合作者C. L. Berthollet学*，并继承了他的老师的披风。盖伊·卢萨克（Guy-Lussack）最著名的成就是以他命名的物理定律：气体的体积随着恒定压力下的温度升高而线性扩展。 1804年，盖伊·卢萨克（Guy-Lussac）在热气球中两次起飞（他第一次与物理学家J. Biot一起旅行）研究了大气温度，湿度和高度的地磁场的变化。他是历史上第一个达到7,000米的人。左：J。L. Gay-Lussac（1778年至1850年）；右：J。J. Berzelius（1779年至1848年）在热气球探险之后不久，Guy-Lussac与德国博物学家Humboldt合作，对氢和氧气反应进行深入研究。借助伏特测试气管（汞在倒置的长管中密封一定体积的氢和氧混合物，然后使用电气火花触发氢和氧反应，混合气体的减小是通过汞液位的上升来测量的，在反应后的汞液位升高时，它们的压力均可在2次氢化液中，它们的温度及其温度均高，并在一定的温度下进行了氢化，并在一定的温度下进行了氢化，并在一定的温度下及时。氧气的体积对产生2卷的水蒸气反应。这种简洁的数学关系立即使人们意识到可以将体积用作用于参与化学反应的气体的测量单位。

如果认识到化学反应是用原子作为基本单位进行的，则不难得出以下推论：“在一定温度和压力下，相同体积的任何气体都具有相等的原子数。”也许它是从教师的维持中出来的（Betole总是根据一定的计量比反对不同元素的化学反应），Guy-Lussack本人并没有太多解释氢- 氧反应的体积比的意义，但这种实验结果对Dalton的影响令人印象深刻。从当今的角度来看，很容易同意，“同一气体的原子数量相等”的说法在一定程度上支持气体部分压法和原子理论；但是道尔顿没有购买它，而是质疑了Guy-Lussack和Humboldt实验结果的准确性。对于道尔顿来说，作为氢和氧的“化合物原子”，其原子量应大于氧气（道尔顿认为水的化学式是HO，氧气的化学式为O）。如果承认“同一气体的原子数量相等”，则水蒸气的密度也将大于氧气，这显然与事实不一致。因此，道尔顿坚持认为，由于原子被无质量热流围绕，因此实验测量的气体密度（宏观特性）不能直接与其原子量（微观特性）联系起来，并且同一体积的不同气体中包含的原子数量不必等于。更严重的是，如果根据Guy-Lussack和Humboldt的体积比平衡氢和氧的反应方程，那么“半氧原子”将不可避免地出现在水的化学式中：2 H + 1 O2 HO（1）这是Dalton，这是Dalton，这是Dalton，这是Dalton，他相信“物理原子原子主义”，无论如何都不能接受！瑞典化学家J. J. Berzelius试图调和这一冲突并进一步发展原子理论。为了避免一半氧原子的尴尬，他提出可以将水的化学式可能更改为HO，同时，假设“同一气体的原子数量相等”仅适用于氢和氧气等简单原子，而像水（如水）的复合原子不必束缚。基于此，Becelius将公式（1）重写为公式（2），暂时避免了矛盾。 2 H + 1 O1 HO（2）图2。（左）Guy-Lussac和Bil的绘画在热气球中起飞； （右）纪念Becelius科学生涯的邮票始于对电化学的研究。电解是化学家当时了解复杂物质组成的重要手段。 Becelius注意到，在电解实验中，某些物质总是从阴极中沉淀出来，而另一些物质则从阳极沉淀，这使他相信物质的结合是由于不同电荷的相互吸引力所致。 Becelius进一步将物质的电性能与酸和碱度联系起来，并在无机物质的分类中构建了他的理论系统——电化学二元论。他将电负性氧化物（例如氧化物）分类为酸和电阳性氧化物（例如氧化铜，CuO）为碱，而酸碱则组合形成中性盐（例如硫酸盐，铜，Cuo•So或Cuso）。 Becelius carefully analyzed the composition of a series of oxides, sulfides and sulfates, and found that the mass fraction of some of the elements often showed a fixed integer ratio: for example, the mass ratio of copper sulfide (CuS) to copper and sulfur in copper sulfate, the mass ratio of sulfur to oxygen in barium sulfate (BaSO) and lead sulfate (PdSO) was equal;铁的两个硫化物（FES和FES）中硫的质量比为2:1（基于铁），铜的两种氧化物（CuO和CuO）的质量比为1:2（基于铜）。这些结果与道尔顿的多个比例定律一致。受到拿破仑战争的影响，19世纪初的欧洲国家科学家之间的沟通并不顺利。贝利乌斯（Becelius）取得上述结果时，他不知道他的工作。

他于1809年首先从英国化学家W. H. Wollaston的文章中学到了道尔顿的理论，但他没有收到Dalton直到1812年被Dalton发送给他的书《化学哲学新体系》。Becelius在给朋友的信中说：“ Becelius说：“没有什么比这本书更让我感到自己，但我对我的作者感到不安。”尽管Becelius高度赞赏道尔顿的原子理论的思想，但他不同意他的实验数据的粗糙度。自1814年以来，Becelius开始了自己的原子量计算工作。他将氧气的原子量设置为100，然后使用他积累的数千种无机物质的成分分析结果，并结合了诸如“质量般的同晶”等规则，以计算当时已知的49个元素中的45个重量。 Becelius是19世纪上半叶最杰出的无机和分析化学家。他的实验以其信息丰富且可靠的数据而闻名。他发明了一种使用元素符号和原子来表示物质化学公式的方法（例如在水中写HO，这只是当今常用的上下标记），他的原子量表也具有极大的影响力。表1。十九世纪初的各种原子量值注意：表的每组都基于O AS 8（水为HO）或16（水为HO）的转换值，最后一列是现代价值。来源：然而，Becelius面临与道尔顿相同的困难：物质化学公式的推定缺乏足够的基础。 Becelius将所有金属氧化物的化学公式设置为MO或MO，这使得某些（通常是便宜的）金属原子量的计算值是正确值的2或4倍。除了道尔顿和贝贝利乌斯，大卫，沃拉斯顿，汤姆森（T. Thomson，英国化学家），W。Prout（W。Prout）和其他人还计算了共同元素的原子量。尽管计算原理基本上是相同的，但他们接受的实验结果并不完全一致，并且它们基于的某些关键物质的化学公式也不同，因此计算结果大多不一致。这种不受欢迎的混乱对原子理论的发展产生了非常不利的影响。一些保守的化学家选择放弃虚幻的“原子”，并继续使用诸如“等效权重”之类的概念，这些概念与实验更紧密相关，以描述物质的组成和化学反应。历史是关于化学的笑话。 1820年代的化学家不知道解决难题的关键已经出现了，直到几十年后的一个特殊场合，该钥匙的正确用法才会被广泛知道。 1828年的“无时间”共识，Becelius的德国学生F.Whler使用无机物质（例如氰酸酯和氨）准备有机尿素，打破了有机物必须依靠“生命力”并将序幕推出现代有机化学的神话。尽管有机物仅由碳，氢，氧和氮等少数元素组成，但有很多类型，元素的内容比也有很大变化。由于缺乏普遍认识的原子量和确定物质化学公式的方法，根据当时的学者的统计数据，即使是简单的有机物（例如乙酸）也具有多达19种不同的化学式！为了扭转这种混乱，1860年9月3日至5日在德国南部的一个城市的卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）举行了一个前所未有的国际化学会议。来自15个欧洲国家的140多名化学家参加了会议。这是历史上第一次国际学术会议。

尽管已经讨论了很长时间，因为参与者反对举手投票的“民主”审议方法，但会议并未就其最初的意图构成任何决议。但是，在会议的最后一天，意大利化学家S. Cannizzaro在两年前为他在热那亚大学的学生写了一篇讲义。该书使用严格的逻辑和清晰的表达来阐明当时化学研究中最困难的问题。左：A。Avogardro（1776年至1856年）；右：S。Cannizzaro（1826年至1910年）Cannizzaro的生活经历曲折而丰富。他在意大利西西里长大。在他的早期，他参加了西西里岛独立革命，该革命抵制了波旁威士忌统治并担任炮兵官。后来，他去了意大利和法国的许多地方学*并从事化学研究，并发现了有机化学中著名的Cannizaro反应（在强碱性条件下苯甲醛不成比例地形成羧酸和酒精）。 Cannizaro在化学史上留下的最有力的举动是分子学说在Karlsruhe会议上的传播。该理论源自他的意大利前任阿沃加德罗（Avogadro）于1811年发表的一篇论文。阿沃加德罗（Avogadro）比卡尼萨罗（Kannizaro）大50岁，并且与道尔顿，盖伊·卢萨克（Guy-Lussac）和贝贝利乌斯（Becelius）同时。他出生于一个著名的法官家庭。他小时候担任律师很多年。他在30岁时开始研究自然科学。后来，他在他的家乡工作了很长时间，在他的家乡工作。阿沃加德罗（Avogadro）处于法国学术界的边缘，在他一生中在英语世界中并不众所周知（19世纪初期的几个重要贡献者是英国人，或者与英国学术界有着密切的联系）。提议后，阿沃加德罗的分子学说在近半个世纪之后没有得到认可，但他本人并不介意。他一生的大部分时间都与家人过着和平的生活。 Avogadro研究了Guy-Lussack和Humboldt对氢和氧气反应的实验结果，他同意这样的想法，即体积被用作用于参与化学反应的气体的测量单位。 Avogadro提出，只要公式（1）重写为公式（3），2 H + 1 O2 HO2 HO（3）将三种物质的化学式中的原子数量乘以2，不仅可以避免“半氧原子”的尴尬，还可以通过实验确定的体积比；支付的价格是识别识别氢和氧（Avogadro称为“组成分子”和MORculeconstituante）的颗粒，由两个较小的颗粒组成（Avogadro称为“基本分子”和Molculetemlmentere）。在当今的术语中，Avogadro首次以两个原子（例如O）组成的单个气体（例如O）和分子的原子进行区分：分子由保留物质化学特性的原子组成；在化学反应中，分子可以分配和重新组合，而原子不能。通过这种方式，陈述“在等热下和等化的相同气体的原子数量自然会被自然地修改，使得在等温下和等化下具有相同体积的气体的相等分子（如今已称为阿沃加德罗定律）。由于氧气被视为一种脱位分子的范围，即使是不在的范围，即使是不在的范围。 （1）公式（3）似乎是微不足道的，并调和了所有各方之间的矛盾，但是当时，这仍然是一个很大的大惊小怪，因为道尔顿的热流原子模型和贝利乌斯的电化学二元论允许直接的互斥原子构成，而是直接结合了互斥。甚至被视为一段时间的标准。

因此，尽管与Avogadro类似的观点后来由伟大的法国科学家A. M.Ampre重新提出，但它从未得到应有的关注。图3。Avgadro的手稿在1811年，箭头是指关于分子的讨论的开头。图像来源：分子理论可以在Cannizaro手中迈出重要一步的原因是，他建立了一个基于两个基于两种元素的元素量的分子量，分子式和元素原子量的分子量和元素原子量及其元素的元素的完整逻辑链。他将氢（H）的原子量设置为1，并且根据Avogadro对氢- 氧反应的体积比的解释，氢（H）的分子量（H）为2。只要在等热和等层化的相同体积的气体分子数量和等含量的分子数量就可以识别出该量的变量，就可以识别为cor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor sor s or s sOR。通过比较一系列气态物质的密度与氢的密度，可以估计它们的分子量。例如，氧气为32，碳氧化物和碳酸为28和44，氯为71，盐酸为36.5，汞蒸气为200，钙和汞蒸气分别为235.5和271。请注意，分子中每个元素对分子量的贡献值必然是其原子量的整数倍数，然后可以根据一个问题中每个元素的质量比确定化学公式和相应元素的原子量。例如，氧的化学式为O，氧气的原子量为16（162=32）；氧化碳和碳酸的化学公式为CO（16 + 12=28）和CO（12 + 162=44），碳的原子量为12；盐酸和氯的化学公式为HCl（1 + 35.5=36.5）和Cl（35.52=71），氯的原子量为35.5； calomel和汞的化学公式是HGCL（200 + 35.5=235.5）和HGCL（200 + 35.52=271），汞的原子量为200。Cannizaro的分子配方，分子式，分子量和氯化物的反应方程非常接近今天的注意。图像来源：由于通常可以更容易地确定有机物的蒸气密度和元素组成，因此Cannizaro的方法迅速消除了有机物化学式的疑问，并给出了一定的自洽答案。对于无法确定蒸气密度的物质，Cannizaro还基于关于晶体特异性热的Dulong-Petit定律获得了令人满意的结果。 “没有时间找到一个找到破碎的铁鞋的地方。”坎尼撒（Cannizaro）的精彩推理，例如水星涌入地面，征服了许多即将离开卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）的与会者。德国化学家J. L. Meyer喊道：“最初的混乱被瞬间剥夺了。”从那时起，原子和分子的概念在物质和化学反应组成的研究中的应用不再可访问，并且已经解决了有关原子重量值的各种冲突。年轻的俄罗斯化学家D. I. Mendeleev ——只是Karlsruhe会议的一名未知的国际学生。 ——按原子量从小到大的原子量顺序排列了不同的元素，最后在九年后发布了《伟大的元素循环法》。从道尔顿，阿沃加德罗到坎尼撒，现代原子和分子理论在19世纪上半叶经历了混乱和混乱之后，终于在化学理论系统中赢得了稳固的位置。但是原子和分子真的是客观地存在的微小实体吗？还是人为建立的理想模型？围绕这个问题的化学反应将展开更多的探索和辩论。它诞生了新的学科，创新的人们的认知，并塑造了20世纪的基本科学逻辑。

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承认这位作者对院士对本文的宝贵意见，You Shuli，上海有机化学研究所，中国科学学院，研究员Cao Zexian，中国科学学院，Zhang Shaodong教授，上海Jiaotong大学，上海大学，研究员Liu Jinyan，Instercess Insteration occience，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science，Science of Sci，

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