元素原子量的測定者 Theodore William Richards 1868-1928 里查茲是美國著名的化學(xué)家。他一生在化學(xué)發(fā)展中的主要貢獻是重新精確地測定了元素原子量。由于這項工作，他榮獲了1914年諾貝爾化學(xué)獎。"他是獲得這種榮譽的第一位美國化學(xué)家，因而在美國享有根高的聲望。" 科學(xué)的背景 道爾頓在他的原子論中明確指出：每一種元素以其原子的質(zhì)量為其最基本的特征。在19世紀上半葉，許多化學(xué)家都投入原子量的測定工作，他們把它當作化學(xué)發(fā)展中的一項重點"基本建設(shè)"。
在從事測定原子量工作的化學(xué)家中，瑞典化學(xué)家貝采里烏斯的工作是最突出的；在1310一1830年的大約20年問，在簡陋的實驗室中，他對大約2千多種單質(zhì)和化合物進行了準確的分析，為計算原子量提供了豐富的實驗資料。鑒于氧化物的廣泛存在，貝采里烏斯決定把氧的原子量作為基準，規(guī)定它的原子量為100。1814年他發(fā)表了列出41種元素的原子量表， 1818年被列入的元素增加到47種。由于貝采里烏斯沒有理解和接受阿佛加德羅的分子理論，致使他假設(shè)的一些氧化物的化學(xué)式出現(xiàn)錯誤，因此很多元素的原子量都有誤差，有的甚至高出一倍或幾倍。1819年法國科學(xué)家杜隆和培蒂發(fā)現(xiàn)的原子熱容定律， 1819年貝采里烏斯的德國學(xué)生米希爾里希發(fā)現(xiàn)的同晶定律，都曾被用來修正貝采里烏斯的原子量表。盡管貝采里烏斯這樣一些有豐富經(jīng)驗的化學(xué)家作了很大的努力，不承認分子理論所造成的原子量的測定上和化學(xué)式的表示上的混亂仍然無法消除，貝采里烏斯的原子量系統(tǒng)在1830一1840年間還遭到了懷疑原子學(xué)說的科學(xué)家的多方攻擊。
1860年在德國卡爾斯魯厄的國際化學(xué)家會議上，康尼查羅的工作終于使原子--分子論得以確立。消除了化學(xué)理論上的許多疑問和爭論，混亂的局面得以改善，原子量的測定工作也取得了較大的發(fā)展。不僅絕大多數(shù)元素的原子量能準確地測定出來，而且精確度也有較大提高。其中以比利時化學(xué)家斯塔的工作最為出色。他首先想方設(shè)法制備出最純狀態(tài)的化合物，通過分析和合成，確定元素的化合比，然后再推算出原子量。他材定了測定原子量的非常準確的方法，大量的實驗資料使他確定的原子量在精確性上遠遠超過了前輩和當時的其他化學(xué)家，他的原子量測定值一直被人們認為是最準確的，以至于直到1903年沒有一個化學(xué)家對這些原子量提出過懷疑，更沒有人試圖用新的實驗方法去檢驗它。在20世紀，第一個敢于對斯塔的原子量系統(tǒng)進行驗定和修正的是美國年輕的化學(xué)家里查茲。 原子量的修正 偉大的物理學(xué)家愛因斯坦曾明確他說："提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏�，而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學(xué)的真正進步。"發(fā)現(xiàn)問題、提出問題在學(xué)習(xí)和科學(xué)研究中是很重要的。
1887年，不滿20歲的里查茲從哈佛大學(xué)畢業(yè)。他來到他家的老朋友、哈佛大學(xué)化學(xué)教授庫克所領(lǐng)導(dǎo)的實驗室從事化學(xué)研究。他選擇的第一個課題是驗證普勞特假說。所謂普勞特假說即是1815年由英國醫(yī)生普勞特提出來的，認為所有元素的原子量均為氫原子量的整數(shù)倍，氫是原始物質(zhì)。眾多的實驗事實表明許多元素的原子量并非氫原子量的整數(shù)倍，因而化學(xué)家們都沒有接受這一假說。當門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律后，它所揭示的元素之間存在的內(nèi)在聯(lián)系又使化學(xué)家們感到各種不同元素的原子可能存在某種共同的東西，它們可能來自同一根源或者由同一基本物質(zhì)單位所組成。這一思潮再次使普勞特假說受到重視。斯塔最初幾乎完全相信普勞特假說是正確的，但是通過精確測定卻表明原子量實際上并非整數(shù)，其中有些偏差相當大，例如C1＝35．46。于是斯塔得出給論：普勞特假說只不過是一種假想，是一種肯定與實驗矛盾的純粹假想。
19世紀末，調(diào)射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，揭開了物理學(xué)革命的序幕，也使許多科學(xué)家開始悟到原子是可分的，原子存在著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在這種情況下，里查茲檢驗普勞特假說是有特殊意義的。為了測得氫和氧的相對重量，首先要精確地測定水的成分。經(jīng)反復(fù)實驗，他得到的氫和氧的原子量比例為1：15．96，再次證明普勞特假說不能成立。
在精確地測定氫和氧的原子量比值之后，里查茲致力于幾種金屬元素原子量的測定。在這些實驗中，他有三點收獲。他從不同地方得到的銅，它們具有完全相同的原子量，說明各地的銅都具有相同的性質(zhì)。他測定了鐳和鎳的原子量，雖然在周期表中鉆排在鎳的前面，但鉆的原子量確實大于鎳。再次證實周期表中確實存在這一個疑問。第二點收獲是他大大地改進了重量法測定原子量的技術(shù)。具體他說就是他發(fā)展了兩種重要的實驗方法，一是設(shè)計了一種裝置，可以用它變換所稱量的樣品而又避免樣品與潮濕的空氣接觸；另一方法是研制出散射濁度計，用這種儀器可以測量或比較懸浮體的散射光，由此計算出試樣溶液的沉淀量。里查茲的第三個收獲，也是他最大的收獲是根據(jù)他的測量，1903年已察覺到斯塔的原子量數(shù)值并非像以前設(shè)想的那么精確。里查茲的大部分化學(xué)分析都是利用了鹵化銀將某一金屬元素變成鹵鹽沉淀下來而進行的。1904年，通過他和他的學(xué)生對鹵化銀的反復(fù)測定，證明銀的原子量是107．87，而不是斯塔的107。93。致1905年，他進而發(fā)現(xiàn)了斯塔的經(jīng)典研究中的一系列錯誤，同時也找到了斯塔研究中的錯誤根源。
斯塔的錯誤在于兩個方面。斯塔名義上取氧的原子量＝16．00為標準，實際上他的測定值大多數(shù)是基于銀的原子量，所以銀的原子量的微小偏差也必然對其它元素原子量數(shù)值產(chǎn)生影響。另一方面，斯塔在測定中，還忽略了一些微小卻又重要的因素，例如氯化銀的溶解性，這又影響了原子量數(shù)值的精確度。在找到斯塔測定工作的錯誤后，里查茲領(lǐng)導(dǎo)著一個小組開始重新測定一些主要元素的原子量，例如氮、氯、鈉、鉀等25種元素。里查茲的工作使那些已公認的原子量得到了有意義的修正、雖然這些修正在數(shù)值上并不大，但是在化學(xué)研究中卻是不可忽視的。里查茲的學(xué)生也修正了其他30多種元素的原子量。
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