世界近代中期科技史-第22节
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以及当量定律；法国化学家普吕斯（1754—1826年）于1799年发现了化学
反应的定比定律。这些新定律的发现，对化学的进一步发展有重要的实验意
义。
到了18世纪末和19世纪初，由于人们在实验化学与理论化学中相继取
得的新发现和新进展，人们越来越突出地感到这样两个问题：其一，氧化学
说并不能解释一切化学现象；其二，应当探索化学反映的本质。当新世纪到
来时，对于包括化学在内的整个自然科学来说，新的科学革命不但早已具备
了一种历史必然性，而且也逐渐具备了一定的现实可能性。
古希腊哲学家认为，世界本是由原子组成的，文艺复兴后原子论又开始
复兴。这对当时的科学产生了广泛而深远的理论。在早期近代科学中，波义
耳的“火粒说”和牛顿的“微粒说”明显受到古希腊原子论的启迪。在晚期
近代科学发展时期，古希腊原子论孕育出来的第一个理论成果是康德的天体
演化说，它所孕育出来的第二个理论成果是道尔顿的化学原子论。
道尔顿 （1766—1844年）生于英国坎伯兰的一个贫困的山村。1799年，
开始进行专门的化学研究，1801年，道尔顿在一些气体分析实验中，发现了
气体的扩散现象，发现了气体的热膨胀定律和分压定律，正是从这里出发，
使道尔顿最终走向了有关物质结构和化学反应的原子论。
道尔顿为建立化学原子论所作的直接研究，始于1803年。1803年9月6
日，他在笔记中写下了原子论的要点：（1）原子是组成化学元素的、非常微小
的、不可再分割的物质粒子。在化学反应中，原子保持其本来的性质。（2）
同一元素的所有原子的质量以及其他性质完全相同。不同元素的原子具有不
同的质量以及其他性质。原子的质量是每种元素的原子的最基本特征。（3）
有简单数值比的元素的原子结合时，原子之间就发生化合反应而生成化合
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物。化合物的原子称为复杂原子。（4）一种元素的原子与另一种元素的原子化
合时，它们之间成简单的数值比。
在9月6日提出原子论的要点之后，在同月内，他即根据当时一些化学
家对一些化合物分析的结果，并试用以氢的原子量为单位，初步计算出了氧、
氮、硫、碳等元素的原子量。与此同时，他还创用不同的圆型符号，用来表
示不同的元素的原子。由于当时尚未建立化合物的分子理论，道尔顿还提出
了复合原子的概念，并试用各种圆型符号的规则组合来表示化合物的复合原
子。这种表示方法，实际上是后来出现的分子式的先驱。
1803年10月21日，道尔顿在曼彻斯特文哲会上宣读了《论水对气体的
吸收》的论文，首次报告了他的化学原子论的要点，公布了他所编制的第一
个原子量表，以及说明为何用原子论来解释物质的化学结构和化学性质。同
年10月10日至11月13日这段时间内，他在笔记中记载了氧化氮与空气的
混合实验，试图用来证实他的原子论。1804年以后，道尔顿又进行了沼气（甲
烷）和油气 （乙烯）的化学成分的分析实验。他发现，甲烷中的碳与氢之比
是4。3：4；而乙烯中的碳与氢之比是4。3：2。他由此推论出碳与氢化合的比
例关系，并由此发现倍比定律：即相同的两元素生成两种或两种以上的化合
物时，若其中一种元素的重量不变，则另一种元素在其他化合物中的相对重
量为2：1。他认为，倍比定律很像是他的原子论的一个推论，也可以看作是
他原子论的一个重要证明。1807年，英国化学家汤姆逊（1773—1852年）在
他的 《化学体系》一书中，向人们详尽地介绍了道尔顿的原子论。同年，道
尔顿着手撰写他的主要化学著作《化学哲学的新体系》，该书的第一卷于1808
年正式出版，道尔顿把他的原子论的主要实验和基本理论写入这一著作中，
这样，道尔顿的化学原子论即由此正式问世。
道尔顿的原子论的建立，是继拉瓦锡的氧化学说建立以后，在理论化学
中所取得的最重大的进步，它对当时的科学和哲学都具有重大的意义。在科
学上，原子论首次揭示出了原子这一化学现象的物质载体，揭示出了一切化
学现象不过是原子的运动这一化学本质。由于原子论揭示了化学的这一核心
和本质，化学才真正明确自己的研究对象，才真正奠定自己的科学基础，化
学也才真正成为科学。在哲学上，由于原子论以元素的原子量为元素的本质
属性，这就初步揭示出了化学变化中的质与量的关系，揭示出了化学反应中
的本质与现象的关系，并由此初步揭示出元素的内在联系及其相互关系。因
此，在继天体演化学说诞生之后，原子论又一次冲击了当时僵化的自然观，
同时，对于科学方法论的发展，对于辩证自然观的形成，乃至对后来的整个
哲学认识论的发展，也都具有重要意义。
原子论的建立，极大地推动了化学以及与化学相关的一些学科的发展，
自此以后，化学及相关学科发展迅速。由于原子论的建立，导致了意大利物
理学家阿佛加德罗（1776—1856年）的分子论的建立；导致了瑞典化学家贝
齐力乌斯（1779—1848年）等人所进行的元素的原子量的测定工作；导致了
后来门捷列夫 （1834—1907年）的元素周期律的发现。因此，原子论为 19
世纪初理论化学进入新的发展时期的一个伟大的开端。正如恩格斯所说：“化
学中的新时代是随原子论开始的。”①
原子论提出后不久，法国化学家盖——吕萨克（1778—1850年）研究了
① 《自然辩证法》，人民出版社1971年版，第269页。
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各种气体物质反应时的体积关系，他发现，气体物质化合时，体积上有简单
的整数比关系，如：氢与氧化合成水时，体积比为2：1；一氧化碳和氧气化
合时，体积比为2：1；氮气与氢气化合时体积比为1：3；氨与氯化氢化合时，
体积比为1：1等。1808年，他根据原子论所揭示的“化学反应中的各种元
素的原子以简单数目相化合”这一结论作出如下推论：不同的气体在同等体
积中所含有原子数成简单的整数比；而不同的气体在化合时，它们的体积也
成简单的数值比；在相等的体积中，气体元素的重量正比于它的原子量。
吕萨克认为，自己所发现的气体反应的体积定律是对道尔顿的原子论的
一次有力论证，而道尔顿却反对他的定律，认为如果按照吕萨克的定律，在
相同体积中不同气体的原子数目相同，那么既然1体积氮与1体积氧化合生
成 2体积的氧化氮，则每一氧化氮原子中就应只含半个氧原子和半个氮原
子，这与原子论中“简单原子不可分割”是完全对立的。道尔顿认为，这是
吕萨克定律的实验基础不够确切。而证明吕萨克的气体反应的体积定律正确
无误的是意大利物理学家阿佛加德罗。
阿佛加德罗于1811年发表了一篇论文，论述了关于原子量和化学式的问
题，他以吕萨克的实验为基础，进行了合理的推理，首次引入了一个与原子
概念既有联系又有区别的分子概念。他认为，所谓原子是参加化学反应时的
最小质点，所谓分子是在游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点。
分子是由原子组成的。同种元素的原子结合成的分子即为单质，而不同元素
的原子结合的分子即为化合物。在分子概念的基础上，他提出了分子论，主
要内容是：①分子是物质具有独特性质的物质结构的最小单位，是物质结构
中的一个基本层次，无论是单质还是化合物，在其不断被分割的过程中，都
有一个分子阶段。②单质的分子可由多个原子组成。③在同温同压下，同等
体积的气体含有同等数目的分子。他的分子论使道尔顿的原子论与吕萨克的
气体反应的体积定律在新的理论基础上统一起来，从而成为化学和物理学的
统一的理论基础的原子——分子论。
阿佛加德罗以原子——分子论为依据，测定了气体物质的原子量和分子
量，并确定了化合物中各种原子的数目。他根据气体反应时的体积比，确定
了氨分子的组成为NH（道尔顿错误地定为NH），水分子的组成为HO（道尔
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顿错误地定为HO），这些结论都是正确的。但他的正确思想并未被当时的化
学界和物理学界所承认和重视，反而被冷落了大约半个世纪，主要原因是由
于当时的科学的发展还不足以对分子作出系统的、明确的论证。
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七、地质学
1。近代地质学的兴起
近代地质学是一门起步较晚的科学。因为在近代科学发展的初期，工场
手工业尚不发达，社会对金属矿产和其他矿产的需要量不大，因此使采矿业
还只处于最初的发展之中，这样使得人们对地球的地质状况缺乏了解，但随
着手工工场在 17世纪的进一步发展，社会对于煤和金属矿产的需求逐渐增
加，到了17世纪中后期，采矿业与采煤业迅速发展起来，因此人们的地质知
识也就逐渐丰富起来，特别是由于不同地层中的大量化石的发现，直接推动
了近代地质学的诞生。
17世纪中后期，第一个真正属于近代类型的地质学家，是意大利医学
家、比较解剖学的先驱斯台诺（1638—1687年）。斯台诺原是丹麦人，青年
时期留学于意大利后，即留居意大利任佛罗伦萨宫廷的御医。在行医之余，
他通过解剖学研究走向了对化石的研究。在解剖研究中，他把现代鲨鱼和狗
鱼与当时已经发现的一种化石作了比较，发现它们之间有相似之处。因此他
认为，那种化石是现代鲨鱼和狗鱼的祖先，并由此得出化石是古生物遗迹的
结论。通过对化石的研究，斯台诺不仅奠定了比较解剖学和古生物学的最初
基础，而且还由此走向了地质学的研究。
在地质学中，斯台诺以化石鉴别为基本内容和主要方法，对地层学进行
了初步的研究。他认为，化石是鉴别地层的主要依据，而含化石的地层则是
地层演化史的直接记录。他指出，若某一地区的地层中的化石生物与现代海
洋生物相似，则可以证明该地区的地层为海洋沉积；若某一地区的地层中化
石生物与现代陆地生物相似，则可证明该地区的地层为陆地沉积，这样，斯
台诺就以化石鉴别为实验基础，建立起了地层学的基本原理。而由于实验方
法的初步引入，属于近代科学范畴的近代地质学，也才产生了自己的萌芽。
斯台诺把实验方法初步引入地层学之后，还对地层演变规律进行了初步
探讨。通过对化石的鉴别和佛罗伦萨郊外的考察，他提出了地层演变三定律：
迭加定律、原始连续性定律、原始水平性定律。他在三定律中指出，若地层
未经变动，则下层地层老于上层地层，而上层地层新于下层地层，这是迭加
定律；若地层未经变动，则地层应呈现连续性减薄，这是原始连续性定律；
若地层未经变动，则地层应呈现出水平或接近水平的产状，这是原始水平性
定律。他认为，运用他所提出的地层三定律，就可以从未经变动的地层产状
来鉴别发生过地层变动的地层演变。
在提出地层演变三定律的基础上，斯台诺还对地史学进行了最早的研
究。他通过对佛罗伦萨郊外的托斯卡纳地区的地层考察，把这一地区的地质
史划分为六个演变时期，亦即六个地质幕：第一幕，沉降而接受沉积；第二
幕，抬升为陆；第三幕，发生断裂与岩层倾斜；第四幕，再次沉降接�
