测定原子量的艰巨任务

道尔顿提出原子学说的同时，就已经开始进行原子量的测定了。他认为不同原子的体积是不同的，其重量也应有所不同。要证实原子学说是真理，就必须把测定原子量作为研究化学的历史任务。１８０３年道尔顿分析碳的两种氧化物中碳和氧的重量比分别为５．４：７和５．４：１７。从这两个比数可以看出，两种氧化物中含氧的重量比为１：２。他对这个结果感到十分惊异。为什么一种氧化物中的氧含量会是另一种氧化物中氧含量的１倍呢？如果说一种碳的氧化物中是１个碳原子同１个氧原子化合，那么另一种碳的氧化物中就是１个碳原子跟２个氧原子化合，他研究铜的两种氧化物和氮的两种氧化物中各种成分的含量关系，同样发现在铜的化合物中１个氧原子可以同１个或２个铜原子化合；在氮的氧化物中１个氮原子可以同１个或２个氧原子化合。他觉得原子之间是可以按不同重量比化合的，而且比值呈简单的倍数。这就是道尔顿提出的倍比定律，反过来他也应用这种关系来推算原子量。由于道尔顿不了解分子和原子的区别，更不了解分子中有多少个原子，所以他测的原子量绝大多数都是当量。
　　
　　道尔顿测出的原子量虽然是不准确的，但它的影响在化学界确实很大。当时不少著名的化学家，如普利斯特里、贝采里乌斯、Ｔ·汤姆生、武拉斯顿、杜马等都参加了原子量的测定工作，当测定原子量感到很困难的时候，法国化学家盖·吕克研究气体反应的容积关系，而发现了气体化合体积定律（即盖·吕萨克定律）。
　　
　　于是有些化学家把倍比定律同盖·吕萨克定律结合起来研究。瑞典化学家贝采里乌斯（Berzelius,J.J1779-1848），使气体体积化合的相对数量与原子的相对数量相等。（例如２体积的氢与１体积的氧气化合成水，他就假定水中有２个原子的氢与１个原子的氧。由这样假定测得的氢与氧的原子量之比不是道顿测定的１：８，而是１：１６。同时他又以氧的原子量１００为作为测量的标准，则氢的原子量为６．６４，并在１８１３年制出１个原子量表。应用盖·吕萨克定律测定原子量并没有使贝采里乌斯满意，因为许多元素都不能变为气体，因而测定的范围有限，他测定的固体元素的原子量也有许多是不准确的。
　　
　　１８１９年法国化学家杜隆（Dulong,P.L.1785-1838）和培蒂（Petit,A.T.1791-1820）测定各种单质的比热时，发现许多固体单质的比热常与它的原子量成反比，即比热与原子量的乘积近似于一个常数（６．４）。这就是他们所提出来的原子热容定律。他们根据原子热容定律，修正了贝采里乌斯所测定的一些原子量。例如，把银的原子量修正为原来的１／４，钴的原子量修正为原来的１／３，金、锡、铅、锌、碲的原子量修正为原来的１／２等。
　　
　　贝采里乌斯的学生德国化学家米希尔里希（Mitscherlich,E.E.1774-1863），１８１８年提出同晶形定律：“如果相同数目的原子以相同的格局结合，其结晶形状应相同。原子的化学性质对结晶形状不是起决定作用的，但结晶形状却为原子的数目和结合方式所支配”。由于贝采里乌斯能采纳各家之长，因而能在１８２６年发表比较正确的原子量表，而为化学的发展建立了不朽的功勋。
　　
　　当时测定原子量的许多化学家中，比利时斯达（Stas,J.S.1813-1891），是最早对原子量进行精确测定的化学家。要达到精确，具体做起来就相当不容易，其工作的艰巨性是难以想象的。首先分析的化合物和所用的各种溶剂必须是高纯度的，
　　
　　分析用的各种仪器必须是高度清洁的，操作的各个步骤应不受污染，对每次测定的数据要求只有极小的误差。凡此种种都是摆在化学家面前的难题。斯达广泛使用了当时已经发展起来的各种制备纯物质的方法，他所用的蒸馏水经过多次蒸馏，他把天平的灵敏度提高到０．０３毫克。斯达在１８５７－１８８２年的２５年时间内从事测定原子量的工作，得出了一些元素原子的相当精确的原子量，这些原子量值与现在的原子量相当接近。而以氧的原子量等于１６为原子量基准，也是斯达于１８６０年提出来的。这个基准获得了大家的赞同，使几十年原子量测定中的各种主张，获得了统一，为化学发展建立了量的基础。
　　
　　美国化学家查兹（Richards,T.W.1868-1928）发现，斯达所测定的原子量值并不十分精确。于是他和他的学生，从１９０４年开始做了大量的分析工作，修正了斯达的原子量值，例如将银的原子量从１０７．９３修正为１０７．８８，氮的原子量从１４．０５５修正为１４．００８５，与现在的原子量（银为１０７．８６８２，氮为１４．００６７４）更为接近。由于他在测定精确的原子量上作出了重大的贡献，因

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