化学规律的内容

化学中的定律和原理多种多样，依据其内容，大致可分成几类，如组成定律、结构定律、化学反应定律，此外，还有气体定律、溶 289 液定律，等等。

从历史发展来说，最早发现的是所谓化学基本定律：质量守恒定律、化合量定律、定比定律、倍比定律等。

质量守恒定律主要是关于化学变化中反应物与产物间的质量关系的定律。我国古代著名哲学家张载，早在公元 11 世纪就已经从哲学的角度阐述了物质不灭思想。明朝的王夫之提出了“聚散变化而其本体不为之损益”的思想，宋应星在《天工开物》中已经将物质不灭原理应用于分析有关化学的生产过程了。在欧洲较早表达了类似的思想的是范·海尔孟（Van Helmont），他认为无中不能生有，重量是由其他同样重量的物体造成的。1789 年，拉瓦锡明确地指出，“⋯⋯由于人工的或天然的操作不能无中生有地创造任何东西，所以每一次操作中，操作前后存在的物质总量相等，且其要素的质与量保持不变，只是发生更换和变形，这可以看成为公理。做化学实验的全部技艺是基于这样一个原理：我们必须假定被检定的物体的要素和其分解产物的要素精确相等”①。意思是说，化学变化中只能改变物质的组成，而不能创造或消灭物质，有些化学教科书表述成参加化学反应的全部物质的质量等于全部反应产物的质量。

世纪末，一些化学家已经认识到化合物的组成是确定的，法国化学家普罗斯特（J·L·Proust）则系统地进行了研究，并阐述了定比定律。普罗斯特通过对矿物成分的分析确立了定比定律的思想，他在《铜之研究》中指出：必须承认，化合物生成时有一只看不见的手掌握着天平，并赋予化合物应有的性质，可以做出结论说在地球深处的自然作用比起地球表面和人手中的自然作用来说，没有什么两样，这些不变的比例，这些表示真正化合物的固有属性，对天然化合物和人造化合物都是一样的。普罗斯特的观点受到贝托雷的挑战，通过与贝托雷的论战，1806 年普罗斯特得出了如下结论：“化合物是特有的产物，自然给了它固定的组成。自然——有时也通过人——任何时候都不能制出在重量和大小方面不同的化合物，就象手中握有天平一样。从南极到北极，化合物都有同样的组成。它们的外表可能因它们产出的方法不同而有所区别，但是它们的性质任何时候都不会不一样。我们在南半球的氧化铁和北半球的氧化铁之间没有看到任何区别；日本的朱砂和西班牙的朱砂是一样的；氯化银，不管是来自秘鲁还是来自西伯利亚，都是完全一样的；在全世界只有一种氯化钠、一种硝石、一种硫酸钙盐，一种硫酸钡盐。

① J·R· 柏廷顿：《化学简史》，胡作玄译，商务印书馆，1982 年版，第 132 页。

分析总是支持了这个事实。”①

差不多与此同时，里希特（J·B·Richter）通过对酸碱中和反应的研究，明确指出：如果两种元素生成一种化合物，因为元素的性质总是保持不变的，发生化合反应时，一定量的一种元素总是需要确定量的另一种元素。1793 年，里希特在他的著作中提出了“化学计量学”概念，其意思是对组成物体

（化合物）的元素进行测量或计量。但是，里希特走到了当量定律的门口，却没有走进去。19 世纪初，费歇尔（E·G·Fisher）提出了一张盐基类和酸类化合的当量表。

世纪初，道尔顿根据对大气物理学的研究提出了原子学说，他已经意识到，从该学说可推出倍比关系，于是他进一步进行实验研究。1804 年，他分析了甲烷和乙烯，其中碳与氢之比分别为 4.3：4 和 4.3：2，明确提出了倍比定律；当相同的两种元素可生成两种或两种以上的化合物时，若其中一元素的重量恒定，则另一元素在各化合物中的相对重量为简单倍数之比。

1808 年，盖吕萨克综合实验结果，做出如下结论：各种气体在相互发生化学反应时，常以简单体积比相结合；他还发现，化合后，气体体积的改变与发生反应的气体体积之间也有简单关系。实际上，这个结论，指的是在同一温度、同一压力下、参加同一反应的气体之间的关系，而且只对理想气体才是正确的，当然，在室温和大气压下，大多数气体遵守此定律。盖吕萨克将自己的结论与道尔顿原子论结合起来，进一步得出结论：同样体积中的不同气体所含原子数彼此应该有简单整数比关系，相同体积中的不同气体含有相等数目的原子。这个结论遭到了道尔顿的反对和责难。

正是基于对盖吕萨克和道尔顿的争论所进行的考察，阿佛加德罗提出了分子假说，并以分子概念为基础，他指出：“气体物质无论是元素还是化合物，其体积与分子之间存在着非常简单的关系”，这就得设想“对于等体积的任何气体，其中所含的分子数目总是相等的”。①1814 年，阿佛加德罗进一步指出，“在相同温度、压力下，同体积的气体物质都含有相同数目的分子”②。

法国科学家杜隆（P·L·Dulong）和培蒂（A·T·Petit）曾对各种单质的比热进行测定，基于实验结果及其与贝采里乌斯于 1818 年发表的原子量联系起来，指出大部分固态单质的比热容与原子量的乘积近似为一常数。

19 世纪中叶前后，一方面，在化学研究领域内部，随着新元素的不断发现，原子量测定工作不断取得进展和原子价概念的提出，以及在有机化合物的实验研究和理论研究方面所取得的成果，又相继发现了一些定律，如欧洲化学家基于原子价概念建立了分子中原子联结定律③（即分子中原子与原子间按一定化合价相联结），门捷列夫发现了元素周期律。另一方面，在化学与物理学的接触点上，或者将物理学中发现的规律推广到化学领域，导致了一些重要定律的发现或确立。例如，研究化学变化中的热效应，黑斯（G·H·Hess）总结出一条定律，该定律指出：在任何一个化学过程中，不论该化学过程是立刻完成，或是经过几个阶段完成，它所发生的总热量都是相同的；研究电

① 转引自《化学通报》1983 年第 9 期第 64 页。

① 赵匡华：《化学通史》，高等教育出版社，1990 年版，第 109 页。

② 同上，第 110 页。

③ 参见凌永乐：《世界化学史简编》，辽宁教育出版社，1989 年版，第 181 页。

解（实质上是电引起的化学变化），法拉第（M·Faraday）发现：（1）电解所产生的某物质的量与通过的电量成比；（2）当相同的电量通过电路时，电解出的不同物质的相对量与它们的化学当量值成正比。一些化学家和物理学家，将热力学定律扩展到化学领域，奠定了化学平衡的热力学基础，使热力学定律成为研究化学平衡问题的定律，推导出一系列关系式。到 80 年代，勒夏忒列（H·L·Lechatelier）提出了平衡移动原理：在化学平衡中的任何体系由于平衡诸因素中一个因素的变动，在一个方向上会导致一种转化，如果这种转化是唯一的，那么它将引起一种和该因素变动符号相反的变化。

古德贝格和瓦格在别人工作的基础上，又通过自己的实验研究，总结出质量作用定律，简要地说就是化学反应的速率和反应物的有效质量成正比。溶液与化学变化有着密切联系，关于溶液的性质的研究，是化学研究的

一个重要方面。在这方面获得的规律性认识，确立了亨利定律，拉乌尔定律和分配定律等。

进入 20 世纪，一方面，由于揭示了原子的内部结构的奥秘，建立了现代科学的基本理论，对过去已经揭示的规律有了更深刻的认识；另一方面，基于新的实验又发现了一些新的规律，例如，放射性衰变规律，分子轨道对称守恒原理，有机化合物同系线性规律等。

在化学中，除了直接以定律、原理的名称存在的规律以外，还有以学说、理论形式存在的规律。学说或理论之所以成为学说或理论，是因为它们包含着规律性认识。学说或理论是规律的展开，是对定律和原理的解释、说明和应用。如经典结构理论包含着碳原子以四个价键与其他原子结合和自身结合的规律性认识，原子电子层结构模型包含着原子核外电子运动规律，化学热力学包含着热力学定律及其在化学中的具体应用所导出的基本关系式，化学统计力学理论包含着麦克韦——玻耳兹曼分布律，等等。

化学定律如同任何科学定律一样，在于揭示客观过程的普遍必然性，因此，在化学定律的表述中，含有“任何⋯⋯都⋯⋯”，“每一⋯⋯都⋯⋯” 的意思，有的定律就直接以这种形式来表述。让我们分析几个例子：

质量守恒定律，按照拉瓦锡的说法，摘其要者可表述成：每一次操作中，操作前后存在的物质总量相等；现在我们也可将这一定律表述为：在任何与周围隔绝的体系中，不论发生任何变化或过程，其总质量始终保持不变。

定比定律，依据普罗斯特的思想和陈述，可以表述为：一种化合物，不论是天然存在的还是人工合成的，不论是用哪种方法制备的，它的化学组成总是确定的。

阿佛加德罗定律，可以表述为：在同一温度、同一压力下，体积相同的气体所含的分子数都相等。

这些定律的表述中，可以直接看到这样一些说法：“每一⋯⋯（都）⋯⋯”； “任何⋯⋯始终⋯⋯”；“（任）一种⋯⋯总是⋯⋯”；“⋯⋯都⋯⋯”。有些定律的表述，虽然没有直接出现这类字或词，但从上下文中可以看出包含着这些字、词所表达的含义。例如，亨利定律的表述：气体溶解于液态溶剂而成稀溶液时，如气体分压不太大，且气体在溶液中不与溶剂起作用，或虽起作用而极少电离，则被溶解气体的重量与其分压成正比例。其中没有“任何”、“都”之类的字，但从中可以清楚地看出该定律所指的，凡具有所要求的条件的任何气体，被溶解的重量都与其分压力成正比例。又例如，分子轨道对称守恒原理指出：若在协同反应过程中自始至终存在某种对称要素，

反应物和产物的分子轨道都可以按照这种对称操作分类，则反应物与产物的分子轨道对称性相合时反应就易于发生，而不相合时就难于发生。其中说的反应物与产物的分子轨道对称性相合或不相合，从文意中可以看出“任何⋯⋯ 都⋯⋯”的含义。

从这些实例出发可以得出如下几点结论：第一，在化学规律的表述中，都指出了某种客体，如质量守恒定律中“操作”或“体系”，定比定律中的“化合物”，阿佛伽德罗定律中的气体，亨利定律中的“被溶解气体”，分子轨道对称守恒原理中的“分子轨道”等，都是规律所涉及的客体，也就是进入主体活动领域并和主体发生联系的客观事物，是主体实践活动和认识活动所指向的对象。规律的内容反映了关系，关系不能脱离载体，这里所说的客体就是关系的载体，因而是规律的承担者，规律总是某种客体的规律，是与某种客体分不开的。第二，在规律的表述中，直接的或间接的，明显的或暗含的，无论以什么具体形式都指出了条件，如质量守恒定律中的“在任何与周围隔绝的体系中”，阿佛伽德罗定律中的“在同一温度、同一压力下，体积相同的”，亨利定律中的“如气体分压不太大，且气体在溶液中不与溶剂起作用，或虽起作用而极少电离”，分子轨道对称守恒原理中的“若在协同反应过程中自始至终存在某种对称要素”等，都是规律发生作用的条件，定比定律中似乎没有什么条件，其实化合物就是条件。这两点，即客体和条件规定了规律起作用的范围，由此可推论出第三条结论，这就是在规定的范围内所具有的普遍性，也就是在规定的范围内，“任何⋯⋯都⋯⋯”，由此可知，规律的普遍性是某种范围内的普遍性。第四，在条件具备时，“任何⋯⋯都⋯⋯”，表现了必然性。

总起来说，可以概括成一个公式：某类客体具备 C 类条件。

则 E 类事件就会发生。