學(xué)科教育論文-化學(xué)中的物理定律--質(zhì)量作用定律的創(chuàng)立.doc

學(xué)科教育論文-化學(xué)中的物理定律-質(zhì)量作用定律的創(chuàng)立質(zhì)量作用定律（Iawofmassaction）在現(xiàn)代意義上理解，就是在一定溫度下，一個(gè)均勻化學(xué)反映（homogeneouschemicalreaction），其反映速率與反應(yīng)物質(zhì)的濃度成正比。事實(shí)上與反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量的濃度有關(guān)，所以此定律字面的意義是錯(cuò)了，但因?yàn)榱?xí)慣也就沿用下來(lái)了。在質(zhì)量作用定律創(chuàng)立的發(fā)展史中，有3次比較重大的時(shí)間：一是貝托雷提出質(zhì)量作用的思想；而是威廉米得出的第一個(gè)物質(zhì)濃度與反應(yīng)速率有關(guān)系的書決表示式；三是古得貝格比較完整地?cái)⑹鲑|(zhì)量作用定律?，F(xiàn)對(duì)該定律創(chuàng)立過(guò)程的近180年的歷史進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧。1、從日夫魯瓦到貝托雷化學(xué)作用的本質(zhì)是化學(xué)領(lǐng)域中最古老又最有吸引力的課題。古希臘哲學(xué)家恩培多可勤（Empedokles,公元前約490430）認(rèn)為物質(zhì)之所以能夠發(fā)生化學(xué)變化，只不過(guò)是由于愛(ài)和憎的2種力的作用，即元素在愛(ài)的作用下結(jié)合，在憎的影響下分離；古希臘醫(yī)學(xué)家希波克拉底（Hippocrates,公元前約466-377）用親疏關(guān)系結(jié)實(shí)化學(xué)作用。公元13世紀(jì)，德國(guó)煉金家馬格努斯（AibertusMagnus，11931282）提出親合力概念，其原意也是姻親關(guān)系，認(rèn)為一切化學(xué)結(jié)合都看做是因有關(guān)物質(zhì)的親合性所致。早期化學(xué)家們接受了這種觀點(diǎn)，把導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生的力稱為化學(xué)親合力（addinity或chemicalaffinity）。在18世紀(jì)初，英國(guó)著名物理學(xué)家牛頓（SirIsaacNewton，16421727）在他的拉丁語(yǔ)版光學(xué)（Optics）（1705）的疑問(wèn)31中，就從力學(xué)的角度發(fā)展了物質(zhì)構(gòu)造的微粒說(shuō)，提出了他對(duì)化學(xué)親合力的見解。他提出：我們已知物體間能通過(guò)重力、磁力和電力的吸引而相互發(fā)生作用，那么在不同物質(zhì)的微粒間，當(dāng)距離很小時(shí)（即相接觸時(shí)），則還會(huì)有另一種吸引力使2中微粒以加速地相互發(fā)生沖擊。他把各種化學(xué)物理現(xiàn)象，都?xì)w結(jié)于這種使物體趨近的力。牛頓對(duì)化學(xué)親合力的這種形而上學(xué)的機(jī)械論觀點(diǎn)，使他在化學(xué)研究上沒(méi)什有取得什么成就。英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家波義耳（Robertboyle，16271691）曾不滿于酸和堿之間假想的敵視，并表明，鹽是由一種酸和一種堿相化而生成的，一種酸或堿能取代一種鹽中的另一種酸或堿。他認(rèn)為：相異兩元素之微粒相互吸引，則生成第三物質(zhì)，即成為化合物。倘若此化合物中兩元素成分之相互親合力小于其中一成分與第四物質(zhì)之親合力，則此化合物即分解，而生成第五種物質(zhì)。波義耳試圖力學(xué)原理說(shuō)明化學(xué)親合力的性質(zhì)，又用這種親合力大小解釋各種微粒的分解和結(jié)合。因此，化學(xué)工作者都認(rèn)為反應(yīng)物間存在著親合力，且出現(xiàn)了多種親合力表。最早的這類表中，有日夫魯瓦（EtienneFrancoisGeoffroy，16721731。法國(guó)化學(xué)家）制定的一種。他在1718年試圖表明一種堿對(duì)各種酸或一種酸對(duì)各種堿的親合性的次序。他從這樣的假設(shè)出發(fā)：如果一種鹽中置換它，即物質(zhì)間的反應(yīng)能力可以進(jìn)行比較。因此，日夫魯瓦指定了一些類似物質(zhì)的表，它們按照在同表首所列物質(zhì)相化合時(shí)，彼此置換的能力排列。然而，在此之后不久人們便發(fā)現(xiàn)，一種物質(zhì)對(duì)另一種物質(zhì)的親合性不是不變的。尤其是法國(guó)藥學(xué)家、波美（AntonineBaume，17281804）在1773年表明，這些親合性是變化的，視溶液中反應(yīng)是在常溫（溫法）下還是這些物質(zhì)一起加熱到較高溫度（干溫）進(jìn)行而定的。因此，需要對(duì)這2種法即反應(yīng)條件下制定不同的表。在日夫魯瓦以后，更應(yīng)注目的是在1775年，瑞典化學(xué)家貝格曼(TorbenOlofBergman，17351784)的著作選擇性引力研究（DisquistiodeArractionbusElectivis）中提出的有擇親合性概念。根據(jù)貝格曼的提法，化學(xué)反應(yīng)知識(shí)根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)，通過(guò)其所決定的有擇親合力的大小而發(fā)生的，而這個(gè)有擇親合力的大小應(yīng)由置換反映來(lái)決定。他在1775年1783年間編制了這種親合性表。貝格曼花了艱巨勞動(dòng)研究了范圍廣泛的物質(zhì)，編撰了2張親合性表，每張表包括59種不同的物質(zhì)，正式結(jié)果發(fā)表于貝格曼的物理化學(xué)簡(jiǎn)論（OpusculaPhysicaetChimica）中?？上?，貝格曼沒(méi)有認(rèn)識(shí)到且非常重要的是：要考慮一切參加化學(xué)過(guò)程的物理?xiàng)l件，而他傾向于把親合性看做是不變的，很少受熱以及外界條件的影響。他寫到：在這篇論文學(xué)位論著中，我將致力于按照吸引的強(qiáng)度確定其次序；但是，每個(gè)吸引力的比較精確的量度（它可以表達(dá)為數(shù)字，并將表明整個(gè)這學(xué)說(shuō)），則還知識(shí)迫切追求的東西。他按照下述原則得出其結(jié)果：設(shè)A是一種物質(zhì)，其他異質(zhì)物質(zhì)a、b、c等等都對(duì)它有吸引力；再設(shè)同c相化合而飽和（satuation）的A（我稱這化合物為Ac），在添加了b之后，便傾向于同b化合而排除c，于是可以說(shuō)A對(duì)b的吸引強(qiáng)于c，或者說(shuō)，A對(duì)b有較強(qiáng)的有擇吸引；最后，設(shè)Ab的化合在加入a時(shí)破裂，設(shè)b被拒斥，a被選來(lái)取代b，則將可因出結(jié)論：a在吸引本領(lǐng)上超過(guò)b，這樣,我們便有按效驗(yàn)排列的系列a、b、c我在這里稱做吸引的東西，其他人命名其為親合性，我以后將不加區(qū)別地使用這2個(gè)術(shù)語(yǔ)，雖然后者比較帶隱喻性，從哲學(xué)上看不怎么合適。貝格曼將親合力看作是吸引力，是物體化合的原因，也是物體發(fā)生化學(xué)變化的原因。但貝格曼的有擇親合力概念，對(duì)于整理當(dāng)時(shí)化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的知識(shí)起到了很大的作用。1777年，即貝格曼提出有擇親合力概念的第二年，德國(guó)化學(xué)家、冶金家溫策爾（KarlFriedrichWenzel，17401793）對(duì)金屬溶于酸中的溶解速率進(jìn)行了研究，并根據(jù)這些研究估計(jì)這是化學(xué)親合力的作用；同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)了金屬的溶解速度率除了酸的種類之外，還受到酸的用量的影響，即他在物質(zhì)間親合勢(shì)的學(xué)說(shuō)（LehrevonderVerwandschafrtderKorper）中提出，化學(xué)反應(yīng)的變化率與酸的有效質(zhì)量（濃度）成正比。這是對(duì)質(zhì)量作用的早期認(rèn)識(shí)。不管怎樣，首先明確指出質(zhì)量效應(yīng)的還是法國(guó)著名化學(xué)家貝托雷（ClaudeLouisBerthoolet，17481822）。他在1798年隨拿破倫遠(yuǎn)征埃及，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)佧}湖沿岸有碳酸鈉，便設(shè)想了這是湖水（主要成分是氯化鈉）與巖石（主要成分是碳酸鈣）作用的產(chǎn)物。由此猜測(cè)到，當(dāng)產(chǎn)物過(guò)量時(shí)，化學(xué)變化會(huì)逆向進(jìn)行。貝托雷用這種觀點(diǎn)重新研究了化學(xué)變化。第二年他在開羅由一些遠(yuǎn)征者建立的開羅學(xué)院的學(xué)術(shù)會(huì)議上宣讀了題為親合力定律的研究（RecherchessurlesLoisdeLaffinit）一文，該文于1802年出版。文中提出：化學(xué)反應(yīng)不但要看親合力，而且更重要的是反應(yīng)中各個(gè)物質(zhì)及其產(chǎn)物的性質(zhì)，尤其是發(fā)揮性及溶解度。這篇論文中的思想在他1803年出版的兩卷本著作化學(xué)靜力學(xué)（EssaideStatiqueChimique）中得到進(jìn)一步推廣。他認(rèn)為增加濃度使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行；反應(yīng)通常是不完全的，而是建立起平衡狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，反應(yīng)產(chǎn)物也有變回原來(lái)物質(zhì)的趨勢(shì)：親合力并非是化合物中置換出某物質(zhì)的獨(dú)一無(wú)二的力量，但在化合和分解時(shí)，它有某種程度的決定性一個(gè)物質(zhì)被另外兩個(gè)物質(zhì)以相反力量作用，就被它們劃分開來(lái)，分配的比例不僅以來(lái)于親合力的固有強(qiáng)度，而且還以來(lái)于現(xiàn)存的作用物體的量，所以，為了產(chǎn)生相等的飽和度，分量可以補(bǔ)充親合力之不足。貝托雷比較全面地認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量效應(yīng)：首先，他發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)可以達(dá)到平衡狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，存在著產(chǎn)物變回反應(yīng)物的趨勢(shì)；其次，他看到不僅是反應(yīng)物，而且產(chǎn)物的質(zhì)量（濃度）也會(huì)對(duì)反應(yīng)發(fā)生影響，產(chǎn)物量可使反應(yīng)向相反方向進(jìn)行；最后他指出了物質(zhì)的發(fā)揮性和溶解度等影響物質(zhì)濃度的性質(zhì)對(duì)反應(yīng)的影響。這就比較系統(tǒng)地提出了質(zhì)量作用定律的思想。古德貝格和瓦格1862年1879年，挪威的克利斯蒂安娜（現(xiàn)在的奧斯陸）大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)教授古德貝格（CatoMaximillianGuldberg,18361902）和化學(xué)教授瓦格（PeterWaage,18331900），在貝特羅和圣吉爾工作的基礎(chǔ)上，研究了碳酸鋇與硫酸鉀作用產(chǎn)生硫酸鋇和硫酸鉀的反應(yīng)，他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果首先以最一般的形式宣布質(zhì)量作用定律。在1862年至1864年間，他們做了差不多300個(gè)實(shí)驗(yàn)，于1864年用挪威文發(fā)表了他們的研究結(jié)果。他們指出：對(duì)于一個(gè)化學(xué)過(guò)程，有2個(gè)相反方向的力同時(shí)在起作用，一個(gè)是幫助生成新物質(zhì)，另一個(gè)幫助從新事物再生成原物質(zhì)，當(dāng)這2個(gè)力相等時(shí)，體系便處于平衡。在這里，他們闡述了兩條規(guī)律性認(rèn)識(shí)：（1）質(zhì)量作用，也就是力的作用是與他們本身的質(zhì)量乘積成正比；（2）如果相同質(zhì)量的起作用的物質(zhì)包含在不同的體積中，這些質(zhì)量作用是與體積成反比。186年用法文以化學(xué)親合力研究（Etudessurlesaffinitsechimique