不管是在日常生活中，還是在生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)實(shí)踐過程中，人們接觸、感受 和認(rèn)識(shí)最深的是有形物質(zhì)。在這過程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的各種性質(zhì)，如物 質(zhì)可以不斷地被機(jī)械分割而不改變性質(zhì)；物質(zhì)總是處于氣、液、固三種狀態(tài)之 一，并在一定溫度和壓力下可以在三態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化；物質(zhì)均有質(zhì)量并占有一定 的空間，固體和液體物質(zhì)還有固定的密度，有的物質(zhì)還有鐵磁性；物質(zhì)之間還可 以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。那么，物質(zhì)究竟是什么？不同物質(zhì)為什么表現(xiàn)出不同的性 質(zhì)？不同性質(zhì)的物質(zhì)之間有何聯(lián)系？物質(zhì)是否無限可分？如果物質(zhì)不能無限可 分，能夠保持物質(zhì)性質(zhì)的最小單元是什么？如果沿著物質(zhì)不能無限可分這一思辨 追問下去，必定得出任何物質(zhì)均由原子、分子組成的概念。

事實(shí)上，古典時(shí)代的思想家已經(jīng)提出了原子的概念。例如，我國古代思想家 墨子提出物質(zhì)不能無限可分的觀點(diǎn)，并假設(shè)組成物質(zhì)的最小單元是一種稱為 “端”的微粒。與墨子處在同一時(shí)代的古希臘哲學(xué)家Democritus,也持物質(zhì)不能 無限可分的觀點(diǎn)，認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的最小單元是原子。稍后的惠施也提出了類似的 觀點(diǎn)，認(rèn)為物質(zhì)是由被稱為"小一"的微粒組成。古羅馬詩人Lucretius還提出 了氣味的分子模型：人們的味覺器官上分布著許多不同形狀的小孔，一種形狀的 小孔可以感知一種氣味，不同形狀的小孔可以感知不同的氣味；同時(shí)，氣味由氣 味粒子組成，相同氣味的粒子形狀相同，不同氣味的粒子形狀不同；當(dāng)氣味粒子 剛好與某種味覺小孔匹配時(shí)，就感知了相應(yīng)的氣味。

近代化學(xué)建立后，化學(xué)家對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)有了更加深入的認(rèn)識(shí)，為今天的科學(xué) 原子論和分子論的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在科學(xué)原子論、分子論的建立過程 中，最重要的科學(xué)家包括以下幾位。

1. John Dalton (1766?1844)

1800年前后，英國化學(xué)家Dalton開始從證實(shí)科學(xué)的角度思考原子的概念， 提出原子是具有固定體積和質(zhì)量的球體，同種原子具有完全相同的體積和質(zhì)量， 不同原子具有不同的體積和質(zhì)量。這個(gè)假設(shè)無疑是正確的，抓住了原子的兩個(gè)最 本質(zhì)的屬性。他在1803年皇家學(xué)會(huì)的講座中提出了如下基本思想：

(1) All matter is composed of atoms (這個(gè)假論已經(jīng)存在了 2000 多年)。

(2) Atoms are indestructible and unchangeable (這個(gè)假設(shè)建立在質(zhì)量守恒 定律之上)。

(3) Elements are characterized by the mass of their atoms (現(xiàn)代物理學(xué)中該 假設(shè)被修正為 w Elements are characterized by the nuclear charge of their atoms") ?

(4) When elements react, their atoms combine in simple, whole-number ratios (這與化學(xué)定比定律一致)。

(5) When elements react, their atoms sometimes combine in more than one simple whole-number ratio (這條假設(shè)說明水和雙氧水等由相同元素組成不同分 子的現(xiàn)象)。

Dalton的原子假設(shè)可以說明許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，特別是化學(xué)定比定律。但 是，他錯(cuò)誤地假設(shè)兩種元素間最簡單的分子必須是按1 : 1配比的雙原子分 子，這引起了許多錯(cuò)誤的推論。按照這樣的假設(shè)，水的分子式應(yīng)為H()而不 是H2O,氨的分子式應(yīng)為NH而不是NH3,由此得到氧和氮的相對(duì)原子質(zhì) 量分別為8和5,而不是16和14,無法解釋許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。Dalton模型的 另一個(gè)缺陷是給出的相對(duì)原子質(zhì)量的數(shù)值不夠精確。例如，他給出的氧元素 相對(duì)原子質(zhì)量為7,而不是更精確的8。盡管Dalton的原子模型存在缺陷， 但該模型無疑是在正確的方向邁出重要的第一步。所以，Dalton被公認(rèn)為科 學(xué)原子論的創(chuàng)始人。

2. Amedeo Avogadro (1776?1856)

Avogadro是著名的意大利科學(xué)家，從中學(xué)時(shí)代起就已經(jīng)熟知的Avogadro 常量就是以他的名字命名，以表彰他在化學(xué)、物理學(xué)中的杰出貢獻(xiàn)。

Avogadro在研究氣體時(shí)提出了著名的Avogadro定律：在相同溫度和壓力 下，相同體積的不同氣體的質(zhì)量與該種氣體的相對(duì)分子質(zhì)量成正比。根據(jù) Avogadro定律，可以通過測(cè)定一定體積的氣體質(zhì)量，確定該種氣體的相對(duì)分子 質(zhì)量。

Avogadro的最大貢獻(xiàn)是明確地提出氣體由分子構(gòu)成，而分子又由原子構(gòu)成 的觀念，是正確區(qū)分原子與分子的基礎(chǔ)。Avogadro當(dāng)時(shí)雖然并未像今天那樣使 用原子和分子這兩個(gè)詞，但他認(rèn)為存在三種不同類型的分子，其中的基本分子 (elementary molecule)就是今天所說的原子(atom)?

雖然Avogadro的假設(shè)在今天看來完全正確，但在當(dāng)時(shí)并沒有引起科學(xué)界的 廣泛注意和立即接受。即使科學(xué)原子論的創(chuàng)立者Dalton也不認(rèn)為Avogadro有關(guān) 原子和分子的假設(shè)是正確的。直到后來，Charles F. Gerhardt和Auguste Laurent在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究才證明Avogadro關(guān)于相同體積的氣體中包含相 同數(shù)量的氣體分子這一假設(shè)的正確性。不幸的是，無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究似乎表明 Avogadro定律不適用于無機(jī)化學(xué)。直到I860年前后，Stanislo Cannizzaro才發(fā) 現(xiàn)由于有的氣體分子在一定溫度下的分解才造成了與Avogadro定律的偏離，證 明Avogadro定律也適用于無機(jī)化學(xué)。但是，這已經(jīng)是Avogadro去世四年以后 的事了。

3. Josef Loschmidt (1821 ?1895)

1861年，奧地利科學(xué)家Loschmidt在維也納的一所中學(xué)教書時(shí)，設(shè)想了 300 多種分子的結(jié)構(gòu)模型。Loschmidt的分子結(jié)構(gòu)模型建立在幾何推理之上，雖然可 以解釋這些物質(zhì)的許多化學(xué)性質(zhì)，但不被當(dāng)時(shí)的著名化學(xué)家認(rèn)可。例如August Kekule認(rèn)為，由于原則上無法推測(cè)分子的實(shí)際形狀，Loschmidt的分子結(jié)構(gòu)模型 只是一種想象，不是科學(xué)假設(shè)。但是，后來的科學(xué)發(fā)展證明Loschmidt的分子結(jié) 構(gòu)模型是正確的，是現(xiàn)代分子模型的先驅(qū)。

由于沒有得到化學(xué)界的認(rèn)可，失望的Loschmidt后來轉(zhuǎn)向物理學(xué)研究。例 如，他根據(jù)氣體動(dòng)理學(xué)理論推算出N?分子的直徑約為10A,與現(xiàn)代公認(rèn)的實(shí)驗(yàn) 值處于同一數(shù)量級(jí)。他還計(jì)算了每立方毫米空氣中的分子數(shù)，該數(shù)值被Boltzmann 稱為 Loschmidt常量。今天，雖然不再使用Loschmidt常量，但卻將

22. 4dm3氣體中所包含的分子數(shù)稱為Avogadro常量。

4. Jacobus Hendricus van't Hoff(1852?1911)

Loschmidt將分子模型畫在紙上，代表實(shí)際分子在平面上的投影。1874年， van't Hoff利用紙張制作了許多分子的三維模型，并把這些分子模型寄送給當(dāng)時(shí) 的幾位著名化學(xué)家，得到了他們中的大多數(shù)人的認(rèn)可。在van，t Hoff制作的分子 模型中，碳原子的4個(gè)化學(xué)鍵被安排成正四面體構(gòu)型，被現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和量子化 學(xué)理論計(jì)算所證實(shí)。van't Hoff的分子模型可以解釋許多有機(jī)分子的化學(xué)性質(zhì)， 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)教學(xué)和研究，成為現(xiàn)代化學(xué)不可缺少的一部分。

此外，van't Hoff還在有機(jī)化學(xué)的許多領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)，因此獲得1905年 的首屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。