三 化学实验是化学科学理论建立和发展的基础

道尔顿(J.Dalton，1766—1844)原子论就是在化学科学实验的基础上建立起来的。他通过化学实验，研究了许多地区的空气组成，发现各地的空气都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸气四种重要物质的无数个微小颗粒(道尔顿称之为“原子”)混合起来的。他进一步分析一氧化碳和二氧化碳、沼气(CH4) 和油气(C2H4)的组成，发现前两种气体中氧的重量比为 1：2，后两种气体中与同量碳化合的氢的重量比为 2：1。这使道尔顿发现了倍比定律。这个实验定律成为他确立化学原子论的重要基石。

1805 年，法国化学家盖·吕萨克(J.L.Gay-Lussac，1778—1850)在研究氢气和氧气的化合时发现，100 个体积的氧气总是和 200 个体积的氢气相化合；在进一步研究氨与氯化氢、一氧化碳与氧气、氮气与氢气的化合时，居然发现都具有简单整数比的关系。于是，他于 1808 年发现了气体化合体积定律。为了对这个实验定律进行理论解释，意大利化学家阿佛加德罗(A.Avo- gadro，1776—1856)引入了“分子”的概念，提出了著名的分子假说。

① 拉瓦锡：化学纲要序言，自然科学哲学问题丛刊，1984 年第 4 期，第 24 页。

1824 年，年仅 24 岁的德国化学家维勒(F.Wöhler，1800—1882)做了一个在化学实验发展史上非常著名的实验，即用氯化铵(NH4Cl)水溶液同氰酸银(AgCNO)作用来制取氰酸铵(NH4CNO)。然而，当他滤去氯化银(AgCl)沉淀，并对溶液进行蒸发时，并没有得到所期望的氰酸铵，而得到了一种白色结晶状的物质。为了确定这种白色结晶物，维勒又用了 4 年的时间，采用不同的无机物和不同的方法，对其进行了一系列的定性和定量实验研究，最后终于完全确认实验中所得到的这种白色结晶状物质，正是动物机体内的代谢产物尿素。1828 年，他发表了“论尿素的人工合成”的论文，以雄辩的实验事实公布了这一重大成果。这一实验成果，意义重大，动摇了传统的“生命力论” 的基础，开辟了用无机物合成有机化合物的新天地。1845 年，德国化学家柯尔柏(H.Kolbe，1818—1884)用木炭、硫黄、氯水等无机物合成了酒精、蚁酸、葡萄酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸等一系列有机酸，进而还合成了油脂类和糖类物质；到了 19 世纪后期，有机合成更加蓬勃发展，先后用人工方法合成了染料、香料、药物和炸药等。

维勒不但用氰酸铵人工合成了尿素，而且还分析了氰酸银的化学组成， 结果竟与李比希(J.von Liebig，1803—1873)对雷酸银的化学组成的分析结果相当地吻合。而氰酸银和雷酸银确是两种性质不同的化合物。为此，维勒与李比希又共同研究了氰酸、雷酸和三聚氰酸，发现他们的化学组成完全相同，而性质却不相同。化学大师瑞典的贝采里乌斯(J.J.Berzelius，1779— 1848)在这些实验事实的基础上，提出了“同分异构”的概念，认为之所以性质不同，是由于它们的化学结构不同。这导致了有机化合物经典结构理论的建立和发展。

1800 年，历史上第一个电池——提供稳定、持续电流的电源装置，即伏打(A.Volta，1745—1827)电堆诞生了。它是近代化学实验发展史上非常重要的实验手段之一。应用这种实验手段来引发化学反应，推动了电化学的诞生和发展。1800 年 3 月，英国化学家尼科尔森(W.Nicholson，1753—1815)和卡里斯尔(A.Carlisle，1768—1840)就用电堆电解了水；1807 年，英国化学家戴维(H.Davy，1778—1829)又用电解熔融盐的方法制出了金属钠、钾、镁、钙、锶、钡和非金属元素硼和硅。至此，电解法成了一种经常被采用的重要的化学实验方法。戴维的助手法拉第(M.Faraday，1791—1867)对电解过程进行了深入的研究，在他 1834 年发表的《关于电的实验研究》这篇论文中，提出了著名的“法拉第电解定律”。他的工作，使电化学的研究从定性走向了定量，对电化学的发展作出了重要贡献。

此外，近代化学实验还开辟了化学热力学和化学动力学两大研究领域， 推动了物理化学的完善和发展。