打开文本图片集

一、生平简介

意大利分子物理学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗，被称为分子物理学之父。1776年8月9日生于西北部皮得蒙区的首都都灵的显赫司法家族。阿伏伽德罗的父亲菲立波，曾担任撒伏以王国的最高法院法官。父亲对他有很高的期望；阿伏伽德罗勉强的读完中学，16岁进入都灵大学读法律系，成绩突飞猛进，20岁获法学学位；此后从事律师工作，曾任地方官吏。后来受兴趣指引，1800-1805年开始学习数学和物理学，30岁开始，毕生致力于化学和物理学中关于原子论的研究。1815年1月与马西亚结婚。

后来他到乡下的一所职业学校教书，1803年，27岁时发表了第一篇科学论文，28岁被都灵科学院选为通讯院士；1809年被聘为维切利皇家学院的物理学教授。1811年，《原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目之比的测定》，引入了分子的概念，提出了阿伏伽德罗假说，也就是今日的阿伏伽德罗定律，并提出分子概念及原子、分子区别等重要化学问题。1819年被都灵科学院选为院士；1820年任都灵大学设立了意大利的第一个物理讲座，他被任命为此讲座的教授。1822年由于政治上的原因，这个讲座被撤销，直到1832年才恢复，1833年阿伏伽德罗重新担任此讲座的教授，直到1850年退休。

1837-1841年，他出版了四大册理论物理学书籍——《有重量的物体的物理学》，是第一部关于分子物理学的教程。书中写下有名的假设：“在相同的物理条件下，具有相同体积的气体，含有相同数目的分子”，但未被当时的科学家接受。他还担任过意大利度量衡学会会长，由于他的努力，使公制在意大利得到推广。1856年7月9日在都灵逝世，终年80岁。他生前非常谦逊，对名誉和地位从不计较，因此得到了后被无数科学家的敬仰。

阿伏伽德罗最大贡献是提出了分子假说；第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成；分子学说使人们对物质结构的认识推进了一大步。阿伏加德罗定律认为：在同温同压下，相同体积的气体含有相同数目的分子。阿伏伽德罗常数指摩尔微粒（可以是分子、原子、离子、电子等）所含的微粒的数目。阿伏伽德罗还反对当时流行的气体分子由单原子构成的观点，认为氮气、氧气、氢气都是由两个原子组成的气体分子。

二、阿伏伽德罗分子假说

阿伏伽德罗的重大贡献，是他在1811年提出了一种分子假说：“同体积的气体，在相同的温度和压力时，含有相同数目的分子。把这一假说称为阿伏伽德罗定律。这一假说是根据盖·吕萨克在1809年发表的气体化合体积定律加以发展而形成的。当时由于道尔顿和盖·吕萨克的工作，近代原子论处于开创时期，阿伏伽德罗从盖·吕萨克定律得到启发，于1811年在他的论文《原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目之比的测定》中首先引入了“分子”的概念。阿伏伽德罗写道：“盖·吕萨克在他的论文里曾经说，气体化合时，它们的体积成简单的比例。如果所得的产物也是气体的话，其体积也是简单的比例。这说明了在这些体积中所作用的分子数是基本相同的。由此必须承认，气体物质化合时，它们的分子数目是基本相同的。”由此，阿伏伽德罗提出了一个对近代科学有深远影响的假说：在相同的温度和相同压强条件下，相同体积中的任何气体总具有相同的分子个数。阿伏伽德罗还反对当时流行的气体分子由单原子构成的观点，认为氮气、氧气、氢气都是由两个原子组成的气体分子。

但他这个分子假说却长期不为科学界所接受，主要原因是当时科学界还不能区分原子和分子，分子假说很难被人理解；同时由于有些分子发生了离解，出现了一些阿伏伽德罗假说难以解释的情况。当时，化学界的权威瑞典化学家永斯·雅各布·贝采利乌斯（1779.8.20-1848.8.7，现代化学命名体系的建立者）的电化学学说很盛行，在化学理论中占主导地位。电化学学说认为同种原子是不可能结合在一起的，因此，英、法、德国的科学家都不接受阿伏伽德罗的假说；阿伏伽德罗被冷落了半个多世纪。

由于没有使用阿伏伽德罗提出的分子假说，造成了当时化学领域的严重错误，科学家们各自行事，没有统一的原子定量，各人都自行其事，碳的原子量有定为6的，也有定为12的，水的化学式有写成HO的，也有写成H2O的，醋酸的化学式竟有19种之多。当时的杂志在发表化学论文时，也往往需要大量的注释才能让人读懂。

一直到1860年，欧洲100多位化学家在德国的卡尔斯鲁厄举行学术讨论会，会上意大利化学家S.坎尼扎罗（1826.7.13-1910.4.10，曾发现了苯甲醛和碱液作用生成苯甲醇和苯甲酸的反应）声言他的本国人阿伏加德罗在半个世纪以前已经解决了确定原子量的问题；他以充分的论据、清晰的条理、易懂的方法，很快使大多数化学家相信阿化加德罗的学说是普遍正确的。同时，坎尼扎罗散发了一篇短文《化学哲学教程概要》，重新提起阿伏伽德罗假说；这篇短文引起了德国青年化学家迈尔（1830.8.19-1895.4.11，元素周期表和元素周期律的发现人之一）的注意，他认真研究了阿伏伽德罗的理论，在1864年出版了《近代化学理论》一书，更多科学家从这本书里了解并接受了阿伏伽德罗假说（后称为阿伏伽德罗定律），才结束了上述混乱状况。可惜那时候，阿伏伽德罗已经去世多年了，他致死也没有看到自己的学说胜利的那一刻。这一定律对近代科学发展以及原子量的测定工作都有着极大的推动作用。直至今日，阿伏伽德罗定律已为全世界科学家所公认。

三、阿伏加德罗常数的概念

著名的阿伏伽德罗常量以他的姓氏命名，单位符号：NA。物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，摩尔是物质的量的单位，1 摩尔任何物质中都含有阿伏加德罗常数个微粒。阿伏伽德罗常数，也叫作阿伏伽德罗常量，为一个热学常量，经常用符号NA来表示；它的正式定义是0.012Kg碳12中包含的碳12的原子的数量，其近似值为6.0221367×1023，可通过单分子膜法、电解法等测出。正式提出阿伏加德罗常数这个称呼的是法国物理学家让·巴蒂斯特·佩兰（1870-1942）。也许是出于对阿伏加德罗的崇敬，佩兰提议用阿伏加德罗数这个名称（后来改成阿伏加德罗常数），来表示1摩尔分子氧气（约32克）中所含有的氧分子数。克分子是以前所使用的一个定义，当物质以克为单位计量质量的数值等于其相对分子质量时，该些物质就是1克分子，等同于现在所说的1摩尔。

四、阿伏加德罗常数的测定

在相同的温度和压强下，同样体积的气体里有同样数量的气体粒子。到底有多少粒子呢？阿伏伽德罗也说不清楚。不过，他把气体中有多少粒子的问题引入了热力学中；此时正是热力学大发展的时期。人们开始用质量、体积、温度、压强等宏观指标描述气体，也开始脑补其中粒子微观的运动规律。但是，似乎还缺少了某种东西连接两个尺度的知识。如果能随着阿伏伽德罗的工作，进一步的探寻气体中的粒子数量问题，这个问题便有望解决[1-4]。

阿伏伽德罗常量的值最早由奥地利化学及物理学家约翰·约瑟夫·洛施米特于1865年所得，这个高中教师通过研究气体/液体中粒子的自由程向答案迈进了一步。他透过计算某固定体积气体内所含的分子数（理想气体的数量密度，“洛施米特常数”），成功估计出空气中分子的平均直径。洛施米特常数大约与阿伏伽德罗常量成正比。

自由程，是随机运动的一个粒子，和另一粒子碰撞两次，这之间走过的距离。就像越地拥挤的地铁站里越容易被别人撞到一样，这一数字和一个容器中粒子的数量成反比。在知道某一体积气体粒子的平均自由程后，洛施密特估算了一下一立方米气体中粒子的数目；答案是，2.6867773×1025个。虽然这不是阿伏伽德罗常数，但他在思想上已经与其意义十分接近了。随后，大牛如汤姆逊等都曾进行过计算。

法国物理学家让·佩兰[5，6]也致力于用科学实验测定阿伏加德罗常数的值，1909年，他在爱因斯坦新提出的布朗运动模型基础上进行了一次新的尝试。佩兰使用的模型专用于描述受重力影响的颗粒在水中的运动：总之，规律就是越来越多的颗粒会沉底，而它们的分布遵循一个函数。通过一系列的计算，佩兰首先得到了另外两个重要物理常数的值：气体常数和玻尔兹曼常数；二者相除就是阿伏加德罗常数；在算出这个数之后，佩兰决定用老前辈阿伏伽德罗的名字命名；佩兰因此获得了1926年诺贝尔物理学奖。阿伏加德罗常数因为能将宏观（比如质量、体积等物理量）与微观（即所含的分子数）等联系起来，在科学研究上是一个很有用的常数；所以精确测定阿伏加德罗常数意义重大，也是一些科学家孜孜不倦研究的方向。

要准确地量度出阿伏伽德罗常量的值，需要在宏观和微观尺度下，用同一个单位，去量度同一个物理量。随着技术的进步，人们还尝试过更多高端的方法修正阿伏伽德罗常数。1910年，美国物理学家罗伯特·密立根进行了著名的油滴实验，测量了在电场中把带电油滴悬浮起来所需的电压，据此推导出了单个电子所带的电荷量，成功量度到一个电子的电荷，借助单个电子的电荷进行了微观量度。一摩尔电子的电荷是一个常数，叫法拉第常数，在麦可·法拉第于1834年发表的电解研究中有提及过。把一摩尔电子的电荷除以单个电子的电荷可得阿伏伽德罗常量。

到了上世纪中叶，像X射线衍射这样的技术已经使科学家们可以测量物质原子层面的结构了。这下，人们确实可以通过“数原子”——也就是统计样品中原子排列的密度——测算出一摩尔物质的量了。在物理和化学界的两大联盟——IUPAC和IUPAP的一次联合会议上，双方决定将12克碳12原子的数量定义为1摩尔。1971年的国际度量衡大会确立了“摩尔”作为国际标准单位的地位，自此“物质的量”就被认定是一个独立的量纲。

六、学术影响力：

他是第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成的人；他提出的分子假说，促使道尔顿原子论发展成为原子-分子学说，使人们对物质结构的认识推进了一大步，推动了物理学、化学的发展，对近代科学产生了深远的影响。阿伏加德罗定律、阿伏伽德罗常数均以他的名字命名。另外阿伏伽德罗还详细制定了分子量和原子量的测定方法，他同时也是第一个认识物质由分子构成，分子由原子构成的人。

作为意大利十八到十九世纪时期有名的化学家，阿伏伽德罗对日后的物理学和化学发展都做出了极为重要的贡献，阿伏伽德罗的成就也是相当突出的，他提出了阿伏伽德罗假说，是物理和化学史上的重大发现。1911年，为了纪念阿伏伽德罗定律提出100周年，在纪念日首次颁发了阿伏伽德罗纪念章，出版了阿伏伽德罗选集，在都灵建成了阿伏伽德罗的纪念像并举行了隆重的揭幕仪式。

1956年，意大利科学院召开了纪念阿伏伽德罗逝世100周年纪念大会。在会上意大利总统将首次颁发的阿伏伽德罗大金质奖章授予两名著名的诺贝尔化学奖获得者：美国化学家鲍林（因对化学键本质和复杂分子结构理论的研究获得1954年诺奖，因反对核实验获得1962年诺贝尔和平奖）和英国化学家邢歇伍德（提出了分支支链式反应理论，并发现了爆炸反应的界限，获得1956年诺奖）。他们在致词中一致赞颂了阿伏伽德罗，指出“为人类科学发展作出突出贡献的阿伏伽德罗永远为人们所崇敬”。

七、客观评价

倘若没有阿伏伽德罗理论与假说的提出，化学界的这种定量混乱将会一直持续下去，因此阿伏伽德罗对于科学界产生了深远的影响。阿伏伽德罗的社会影响也是巨大的。他一生从不追求名誉地位，非常谦逊，对名誉和地位从不计较，只是默默地埋头于科学研究工作中，并从中获得了极大的乐趣。阿伏伽德罗早年学习法律，又做过地方官吏，后来受兴趣指引，开始学习数学和物理，并致力于原子论的研究，他提出的分子假说，促使道尔顿原子论发展成为原子——分子学说。使人们对物质结构的认识推进了一大步。但遗憾的是，阿伏伽德罗的卓越见解长期得不到化学界的承认，反而遭到了不少科学家的反对，被冷落了将近半个世纪。

不管取得多么巨大的成就，人都要谦逊；谦虚的态度可以使人进步，使人受到尊重，使人立于不败之地。淡泊名利，宁静致远；对名利地位计较越多，失去的就越多；对名利的态度往往反映着一个人的人品和格局，阿伏伽德罗就是一个人格高尚、格局远大的人。

参考文献：

[1] 孙毅，任雪明，张明.分层次解析NA在化学定量研究中的桥梁作用——谈“阿伏伽德罗常数相关计算”专题复习策略[J].化学教与学，2021，（12）：74-76+73.

[2] 丁同英.追溯化学计量史辨析物质的量和摩尔概念[J].高师理科学刊，2014，34（06）：99-102.

[3] 郭奕玲，沈慧君.阿伏伽德罗常量的测定[J].大学物理，1993，（08）：37-40.

[4] 沈乃澂.计量学与基本物理常数阿伏伽德罗常数测量的进展与突破[J].中国计量，2012，（08）：54-57.

[5] 王媛媛.让·佩兰在19-20世纪之交对物理学发展的重要贡献[D].首都师范大学，2005.

[6] 付明峰.测定阿伏加德罗常数第一人——佩林[J].中学物理教学参考，2002，（07）：62-63.

基金项目：

山东省本科教学改革项目：基于科教融合育人模式“三位一体”课程教学改革与创新实践-以《晶体学》为例 （Z2023155）；山东省本科教学改革研究项目：工程教育专业认证背景下材料类专业应用型人才培养模式研究（M2021115）；齐鲁工业大学（山东省科学院）校级教研一般项目：“材料结构与性能课程内容改革与教材建设”（2023yb27）；齐鲁工业大学（山东省科学院）校级教研一般项目：“材料专业课程知识、原理、方法三维架构问题的统一-以《复合材料结构设计基础》为例解析课程教学”（2023yb25）；齐鲁工业大学（山东省科学院）人才培养建设项目：“新工科背景下材料类专业《固体物理》课程内容重构与教材建设研究”；齐鲁工业大学（山东省科学院）校级课程建设项目：《材料结构与性能》。