世界近代后期科技史-第7章

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词表示”。按照这一理论，每种元素有一定的化合价，在原子化合时彼此相　

连结，同时抵消了相对应的原子价。因此在化合物中原子不是堆积在一起，　

而是处在一定的结构之中。分子的化学结构决定了它的化学性质；反之，依　

据已知的物质的化学性质，也可以推测化合物的结构。　

　　　　从1861年至1873年，布特列洛夫依据化学结构理论曾预言过叔醇类的　

存在及其结构；解释了同分导构现象；合成了一些有机化合物。但是初创时　

期的结构论是不成熟的，一些问题还有待深入研究。　

　　　　　1864年，肖莱马（1834—1892年，德国）较圆满地解决了布特列洛夫遗　

留下的问题，他证实了碳原子4个化合价具有等价性。并肯定当时认为乙烷　

有两种异构体是一大错误，从而排除了一个假想的烷烃系列。肖莱马对有机　

结构理论及异构现象作了正确的解释，预见到丙醇应有两个异构体存在。后　

来他分离出正丙醇，并合成了该物质。肖莱马的这些划时代成就使他成为现　

代的科学的有机化学的奠基人之一。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5。物理化学的建立　



　　　　　19世纪欧洲自然科学的迅速发展，使人们领悟到化学运动不再是一种孤　

立的现象，一些物理因素的变化，例如温度、压力、电场的改变都会引起相　

应的化学变化。19世纪下半叶，一些物理学家和化学家，开始运用物理学的　

规律来探索化学现象的本质和化学运动的规律，在化学热力学、电化学、溶　

液理论、化学动力学等领域取得了开创性的进展，从而为近代物理化学开辟　


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了新天地。　



　　　　　（1）化学热力学的发展　

　　　　　化学热力学是研究化学反应为什么能发生？怎样发生的？以及能发展到　

什么程度的学科。还在19世纪初，人们已注意到化学反应与各物质的质量和　

化学反应产物的挥发性以及溶解度有关。1861—1863年，贝特罗和圣—吉尔　

　（1832—1863年，法国）在研究酯化反应和逆向皂化反应时，发现在平衡时　

二者反应都不完全，各物质的比例也是相同的。　

　　　　　1804年，古德贝格（1836—1902年，挪威）和瓦格（1833—1900，挪威）　

认为当一个化学反应同时存在正反应和逆反应并当这种作用相等时，体系便　

处于平衡。他们把这种思想发展成二条定量化的规律：①这种作用与自身的　

质量成正比；②当反应物有相同的质量但体积不同时，那么这种作用的大小　

与体积成正比。　

　　　　　1871年，古德贝格和瓦格根据分子碰撞理论导出质量作用定律；指出分　

子碰撞仅仅一部分导致反应。后来有人用气体检验这一条定律，结果证明了　

质量作用定律的正确性。　

　　　　　19世纪50至60年代，哥本哈根大学教授J·汤姆逊（1826—1909年，　

丹麦）和贝特罗（1827—1907年，法国）试图从化学反应的热效应来解释反　

应过程的方向性。他们认为“每一个简单或复杂的纯化学反应作用，伴随着　

热量产生”，当无外部能量影响时，化学变化将向放出最大热量的物质或物　

系的方向进行。他们几乎是同时发现这一定律的，因此称贝特罗——汤姆逊　

原理。　

　　　　　霍斯特曼　（1842—1929年，德国）在60～80年代里，发现在热分解反　

应中，分解压力与温度的关系。范霍夫（1852—1911年，荷兰）由此建立了　

平衡常数与反应温度及体系吸收热量间的函数关系，他称之为动态平衡原　

理。他说：“在物质的两种不同状态之间任何平衡，因温度下降，向着产生　

热量的两个体系和平衡方向移动。”1879年，罗宾发现增加压力有利于体积　

减少的反应发生。1884年，才由勒夏特里指出了更加普遍的规律：一个化学　

平衡总是向消除外界因素影响的方向进行。　

　　　　　19世纪70年代，由于盐矿的综合利用和合金性能的研究，迫切要求化　

学家们提供多相系统平衡的知识。杰出的物理学家和化学家吉布斯（1839—　

1903年，美国）在热力学中引入了“浓度”的概念，将定组分的浓度对内能　

的导数定义为“热力学势”，这样使热力学可用来处理多组分的多相体系，　

从而可以处理化学平衡问题。他得到了关于物相变化的相律。而相律表明的　

自由度为零的状态即是宏观下的平衡态。吉布斯奠定了近代物理化学的理论　

基础，相律是物理化学中最普遍的定律。其数学表达式是f＝n＋2－r。f为　

自由度，即整个体系可以独立变动的强度量的数目，如温度、压力、浓度等。　

n为独立组分数，r为相数。　

　　　　　相律自　1878年提出后，未能被人们立即理解，后来罗津布姆　（1854—　

1907，荷兰）把相律成功地应用于盐水体系的研究，他在论文里使用了易于　

理解的图解法，才使相律引起应有的重视。　



　　　　　（2）溶液理论和电离理论　

　　　　　溶液理论起源于测定盐水的浓度。后来人们对溶液的认识不断深化，贝　


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托雷　（1748—1822年，法国）在研究埃及盐湖时，于1798年提出溶液是没　

有定比的化合物的观点，曾得到很多人的支持。　

　　　　　格雷厄姆　（1805—1869年，英国）系统地研究了溶解物质的扩散作用，　

他把能较快地从溶液的一部分扩散到另一部分的晶体叫凝晶体，而溶解后扩　

散极慢的非结晶体叫胶体。　

　　　　　植物学家在19世纪初已经知道水可以经过细胞膜渗入细胞之中，生理学　

家们还试图通过实验定量地测出这种渗透压力。1867年，特劳贝（1826—1894　

年，德国）利用多孔磁筒得到一种半透膜，这种膜只让水透过，植物学家浦　

菲弗（1845—1920年，德国）用这种半透膜准确测出了渗透压，由此得到一　

条重要结论：在给定温度下，渗透压与溶液浓度成正比。范霍夫（1852—1911　

年，荷兰）认为渗透压和其它因素的关系很象气态方程，渗透压随温而增加，　

与体积成反比，所以可以设想具有渗透性的细胞象一台理想热机。由此他推　

断渗透压也服从阿佛加德罗定律，并把热力学的一些结论应用到溶液上去。　

他还证明稀溶液的渗透压与同浓度的气体压力相同。他把酸、碱、盐的渗透　

公式改写成PV＝iRT（i＞1），对同一物质i随浓度的减小而增大。这些现　

象范霍夫虽不能完全理解，但却成为后来建立电离理论的实验依据。　

　　　　　由于伏打电池的发明随之带来了关于溶液导电机理的研究，当时人们感　

到不解的是为什么氧和氢出现在不同的电极？水分子是在什么地方分解开　

的？1805年，格罗斯（1785—1822年，德国）提出一种理论来解释水的电解。　

他认为水在电解时水分子交替分解再化合，在正极附近水分子分解为带正电　

的氢原子和带负电的氧原子，这些带负电的氧原子被吸引到正极并中和，然　

后化为氧气放出。带正电的氢原子就和后面带负电的氧原子化合，这样顺序　

延续到负极附近，使带正电的氢原子在负极上被中和，生成氢气放出。这个　

理论同样适用于酸、硷、盐溶解的电解。格罗斯的电离理论简明形象，一直　

流行到1890年。　

　　　　　法拉弟曾研究过电解现象，他把分解前的溶液叫电解质，即电可以分解　

的物质。他认为在溶液中电流是带电荷的分解物运动的结果，他称之为离子，　

意为被电分离出的物质小颗粒，带正电的粒子叫阳离子，带负电的叫阴离子。　

　　　　　1885年，青年化学家阿伦尼乌斯（1859—1927年，瑞典）提出了电解电　

离度的公式。2年后发表了《论水溶液中物质的电离》的著名论文。他认为　

盐溶于水就自发地离解为正、负离子。溶液越稀，电离度越高，分子电导率　

也越大。到无限稀时，分子将全部电离，此时溶液电导率达到最大值。按他　

的理论，在电解中两极间的电位差只起指导离子运动方向的作用。相同当量　

的离子都带有相同电荷，因而在两个电极上得到的物质当量也是相同的。　

　　　　　阿仑尼乌斯的电离理论受到当时多数学者的反对。直到本世纪初这一理　

论才得到承认。　



　　　　　（3）催化理论的建立　

　　　　　人类很早就知道催化剂，古代已应用酶酿酒，用硝石制造硫酸。19世纪　

由于化学工业迅速发展，发现了大量的催化现象，促使化学家们去思考与此　

有关的问题。　

　　　　　1835年，贝采里乌斯首先提出“催化”概念。1838年，德拉托尔（1777　

—1859年，法国）和施旺（1810—1882年，德国）分别发现糖能发酵成酒精　

是由于一种微生物作用的结果。贝采里乌斯指出：发酵与铂粉的催化作用相　


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似。他还认为生物体中生成的许多化合物，可能也是一些类似催化剂的有机　

体。后来人们把这些有机催化剂叫“酶”。　

　　　　　催化剂为什么能够改变化学反应的速度？1835年，贝采里乌斯在解释NO　

对SO的氧化催化作用，提出生成过渡性中间化合物的假说，即一氧化氮与　

　　　　　2　



氧生成NO，NO与SO反应生成硫酸再还原成NO。这里，NO就是把氧转　

　　　　　　　　　23　　23　　　　　　　　2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　23　



交给SO的活性中间物。后来威廉逊（1824—1904年，英国）对乙醇脱水也　

　　　　　　　2　



作了类似的解释。从此，催化剂生成中间化合物的概念为人们接受。　

　　　　　在研究催化现象时，人们还发现催化反应不仅是在均相中进行，事实上　

反应物在相界面上的浓度比在相中的浓度大，这叫“吸附作用”。1824年，　

意大利学者波兰尼提出催化反应的吸附原理，他认为吸附是由于静电产生的　

分子引力，结果使参与化合物质的质点相互接近，因而容易反应。但是法拉　

弟认为吸附作用并不靠静电力，而是靠固体物质吸引呈现的气体张力。在19　

世纪，自法拉弟之后催化理论没有更大的进展。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四、近代后期数学　



　　　　数学在这一历史时期　（1815—1872）取得了飞跃发展，这种发展的特征　

主要表现在它的几个主要分支学科，如几何学、代数学与分析学等都发生了　

深刻的变化，它们所蕴涵的新思想，对于以后数学的发展有着深远的影响。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　1。非欧几何学的发现与几何学的发展　



　　　　在这一历史时期，数学中最为引人注目的工作之一应当说是非欧几里得　

几何学　（简称非欧几何学）的创立，欧几里得（约公元前330年——公元前　

275年，古希腊人）在他的《几何原本》中以所谓的公设和公理的形式给出　

了几何学的一些基本前提，其中平行公理（在《几何原本》中称之为第五公　

设，在《几何原本》的