世界科技全景百卷书 化学大发现 - 1

天狼晓月

世界科技全景百卷书 化学大发现 - 1
发表时间：2007-5-22 15:47:28

对汞的早期认识
金属汞和汞的化合物具有特殊和奇妙的化学性质，曾经对化学知识的萌芽产生过极大的影响。这种化学元素及其性质对于古代的人曾有过很强的魅力，尤其是在炼金术方面，在他们那些建立在空想主义基础上的“点石成金”的幻想中，汞曾经扮演了一个非常重要的角色。在古代，汞及其化合物也曾被看作是带有神秘色彩的治百病的良药，甚至还被描绘成能够炼制长生不老的仙丹。然而除了个别的例子（如我国商代曾经利用汞的化合物冶癫疾）以外，很少有记载能用这种良药治好疾病的例证，相反，汞及其化合物含有剧毒性却常有书记载，用汞来当成药治死人的传说倒是时常有的。
我国是最早使用汞及汞的化合物的国家之一，除了商代用汞的化合物治癫疾以外，根据《史记·秦始皇本记》记载，在秦始皇墓中就灌入了大量的水银，以为“百川河”，可见当时就已经掌握了水银的提炼方法。我国著名的炼丹家葛洪进行过有关硫化汞的试验，而辰砂（天然硫化汞矿物，也称朱砂）也在很早的时候就被我国民间用做红色颜料。
埃及和希腊也是最早利用汞的国家之一，在发掘出来的公元前的埃及古墓中，曾发现有水银的存在，它是由考古学家希拉曼发现的。在古希腊的文字中，也已经有“液态的银”这个说法。亚里士多德则称汞为水银。
从现存的拉丁文著作中，发现对金属汞及其化合物研究和记载得最为详细的古代科学家当首推希腊的维特鲁维夫斯和普里尼，他们为我们提供了一些最早的有价值的资料，他们描述了如何从矿物中提取金属汞的方法，这就是：
“铅丹（当时的人常常把辰砂误认为铅丹，因为辰砂HgS 和铅丹Pb3O4都是红色的）是一种矿物质，人们在采掘这种矿石时，贮存和聚集在矿石缝隙间的水银便会一滴一滴地流下来。另外，由于开采出来的矿石都比较潮湿，需要先把它们投入到炉子中用火烘干，如果将从矿石中蒸发出来的蒸汽冷凝，这时就会发现有水银的液滴，而且当人们将烘干以后的矿石取走以后，便会在炉子的底部发现残剩的水银小液滴。它们是如此的细小，甚至无法收集起来，但是却可以将它们冲刷到一个盛水的容器中，这时，水银就能聚集起来成为一体。”这说明了水银的一个基本性质即水银比水要重很多。
维特鲁维夫斯曾经特别记录了一些有趣的关于水银密度的实验：“首先将水银放在一个容器内，然后把一块重量为50 千克的石头放在水银的上面，这时，石头只是漂浮在水银的液面上，而没有沉到水银液体的底部，这充分说明了水银能够承受50 千克石块的重量，而石块既不会把液体压缩，也不能将液体排开。如果将石块从水银中取出，再放进很少量的黄金，这时黄金却不会在水银的液面上漂浮，而是下沉到容器的底部。这两个实验充分地证明了，放进盛有水银的容器中的各种物体之后所发生的现象并不取决于物体的大小和重量，而是与物体的性质有关。”
这个实验曾是物理学中的一个著名的实验，它使人能够深入地了解什么是“密度”的科学定义，这是有史以来，第一次记载的关于质量与重量之间的区别。
维特鲁维夫斯还是第一个描述汞能和金相互起化学反应以及汞可以用来提取金子的科学家，他对于汞齐作了十分生动有趣的描述，他写道：“水银可以有多种用途，没有它，就无法在银和黄铜的表面上镀金。另一方面，当金作为某些器皿的装饰外表已经变得陈旧和没法使用时，可以把这层金箔剥下来，然后放在泥钵中熔炼，再将熔炼后所得到的渣子倒入盛有水和水银的容器中，并将渣子捣碎研磨。这样做了以后，便能使渣子中的金子全部与汞化合，便于把金子都收集起来。然后，把水倒掉，将水银和金的
化合物残渣装在一个布袋内，用水挤压使水和水银都通过布的细孔流出来，布袋内便会留下金渣。”
在公元前就已经发现过金汞齐，在我国出土的战国时代的鎏金器物即已说明当时人们已经学会了汞齐的制作方法，而古希腊和古罗马时代也已经用汞齐加工装饰性的包皮。在埃及，曾发现一本被称为“莱顿纸草”的古书，这一点有力地证明了古代已经制得过数量可观的各种类型的汞齐，有的制作简单，有的却很复杂，在这些秘方里，其中记载金汞齐的制作方法是：“金子液体的制备方法：先将金叶和水银放在臼（研钵）内，然后把它们捣碎，这样就制得金液（即金汞齐）。”
在这些原始资料的秘方中并不曾记载过银汞齐的制法，而且从后来的记载中也确知，古代人并没有掌握银汞齐的制法。但是铜与汞能够很好地化合却是早已被古人所掌握的，这种秘方是这样的：
“铜的覆盖法——假若你想要使铜器具有银子的颜色，则只要先将铜器经过纯化（表面纯化）后，放入汞和白铅溶液中，最后只有水银单独地完全地将铜器的表面覆盖了起来。”
当时，锡汞齐也是一种众所周知的化合物，关于它的制备古书中曾这样记载过：
“使铜制的物件具有银白色的外观——用2drachmas（古希腊的一种重量单位）的锡棒，drachmas 的汞和2drachmasbo Chios 土，先将锡熔化后，倒入压碎的土中，然后加入水银，用铁棒搅拌，最后就可将生成的锡汞齐装饰在器具的表面上。”
在这本古书的许多秘方中，还记载着汞与两种或两种以上的金属化合所生成的汞齐，它们可以用来装饰各种物件，使之成为银或琥珀金（金与银的合金）的仿制品，从种类繁多的制作汞齐的方法来看，说明在古代已经具有了制备汞齐的良好工艺。
普里尼关于汞和辰砂（硫化汞矿物）的描述也是很详细的：“在银的矿脉中人们发现有一种矿石，用它能够产生出一种液体，这种液体被人们称为水银。水银对于我们来说，是一种剧毒药，它能够穿透我们
的脉管，并通过脉管对我们起着毒害作用。”除了金子以外，所有其他物质都只漂浮在水银的液面上，金子这种物质能被水银所吸引，因此水银是用于精制金子的一种最好的物质。当我们将水银和金子同放在一个陶罐中使劲摇动，水银便能够将混杂在金子中的所有的杂质都除去。”
“当水银把金子中的这些多余的杂质都清除掉以后，剩下的事情就是如何将水银和金子分开。为此，人们把汞和金子的混合物倾倒在一个经过很好地鞣制过的皮囊中，然后使水银像一种分泌物那样通过皮囊的细孔渗透出去，最后皮囊里面便留下了纯净的金子。”
很显然，在普里尼所处的时代，汞齐化作用已经是一种人们非常熟悉的科学方法了。从普里尼的描述中，我们可以发现古代的人们已经掌握了用过滤的方法作为分离物质的一种手段，像普里尼所描述的把水银放在皮革里面，施以很大的压力，迫使水银穿过皮革的细孔渗透出去。
普里尼还介绍了从矿石中提取水银的方法，一共有两种：“一种是从劣质的铅丹（即辰砂）中提取水银的方法，这方法便是将矿石和醋放在臼中，然后用黄铜做的杵捣碎并研磨，就会产生汞。”
第二种方法是：“将矿石放在一个陶罐中，上面加盖上一个杯形的盖子，然后再在它的上面放一个铁锅，接着用陶土将这一套装置完整地密封起来。准备完毕以后，便在陶罐底下点火，为了能使火焰持久一些，还需要借助于风箱。在操作过程中产生出来的蒸汽需要特别小心地清除掉（因为其中包含有有毒的水银蒸汽）。待反应完毕以后，等陶罐冷却再把盖子打开，这时会发现颜色像银子一样的，而且具有流动性的物质沾附在盖子上，这些液体很容易聚集成小球而被收集起来的。”
据记载，这种方法最早可能是由达可赖斯发明的，而他所采用的这种最原始的蒸馏方法恐怕也是有关蒸馏操作的最早记载。

在汞的化合物中，唯一为古人所熟悉的汞盐是辰砂（天然的硫化汞矿物）。在古代，辰砂曾广泛地被用作颜料（涂料）使用，同时也是制取金属汞的原料。辰砂以其鲜艳的颜色吸引着原始人类的注意力。维特鲁维夫斯用了大量的篇幅介绍怎样利用辰砂来达到装饰（涂料）的目的，通常，人们把这种颜料与蜡混合在一起，用于室内的墙壁装饰。
对于现今的化学家来说，有些历史非常让人感兴趣，像其中记载的有关鉴别辰砂这种颜料是否掺假的方法（当时有些人将辰砂和白垩混合起来作颜料，而白垩是一种白色的土，并不像辰砂那样稀有和珍贵）：
“为了识破这种假的骗局，人们便将这种矿物放在一块灼热的铁片上，如果铁片上的矿物由原来的红色转变成黑色，并且当这种被加热了的黑色物质冷却以后，它又重新恢复到原来的颜色（红色），那么我们就能够确信辰砂内没有掺假（即掺入白垩）。”
维特鲁维夫斯解释了这种变化：
“因为将纯的辰砂加热得不是很厉害的话，它就会转变成黑色的物质，然而当它冷却以后，它又会恢复原来的颜色即由黑色转变成红色，尤其是将它磨成粉末以后，红色便更为明显。”
而掺了假的颜料在加热后发生的变化便是这样的：
“在辰砂中如果掺进了白垩，加热以后同样也会变成黑色，然而在冷却后，虽然颜料大部分能恢复原来的红色，但其中的白垩却留下了永远不会变化的黑色的痕迹。”
用现代的化学知识来说明其中发生的反应，乃是因为掺在辰砂里的白垩（氧化钙）受热后与硫化汞发生反应，于是生成了氧化汞，它再受热后又分解产生单质的汞，而在这种条件下生成的单质汞却是黑色的颗粒，而并不像一般的水银那样是银白色的液体。虽然，古代的化学知识很缺乏，人们无法剖析其中的化学原理，但是从现代化学的角度看来，他们判断辰砂颜料是否掺假的方法是完全合乎科学道理的，并且是十分有效的，从这点也可以看到古代人们的智慧非常了不起。
普里尼对于辰砂矿的来源进行了研究，并有过不少记载：“人们在银矿中可以发现辰砂矿，它是一种当时在人们心目中评价很高的颜料。早期，罗马人就曾经使用辰砂作为寺庙等建筑物的涂料，大多用于
满足宗教上的需要。在埃塞俄比亚这个古国里，辰砂矿曾受到了更高的崇拜，因此人们养成了一种习惯，即用辰砂来为人体染色。
“按照美洲土著的说法，辰砂是卡尔马尼亚的矿产，另一个产地是埃塞俄比亚，这两个地区出产的辰砂曾经输出到罗马和西班牙。”
普里尼详细地描述了汞的毒性，并介绍说古代人早已认识到这一点：“辰砂矿是有毒的，这个事实早已被人们普遍接受，我认为介绍汞的化合物用作药物的所有秘方都具有非常大的危险性。”
普里尼还详尽的叙述了在生产辰砂颜料的工场里，工人们是怎样防止尘土的毒性的：“在制备辰砂颜料的工场里，雇工们为了保护自己的脸部，使用宽大的膀胱做成皮囊，以作为防护面罩，它要求透明得足以能够看到周围的东西便可以了。”当时工人们就是利用这种既简单却是很有效的方法，使他们避免
吸入这种非常有害的尘土。而普里尼所描绘的面罩可能是一种最古老的防毒面具，是近代的防尘防毒气工具的先驱。
今天，人类已经进入到20 世纪科学的时代，化学这门科学已经相当发达了，然而当我们回顾古代关于汞的知识时，便能够发现，古代人们所积累的化学知识，仍然是我们今天的知识宝库里不可缺少的部分，现代化学是建立在古代化学知识基础上的，是总结前人的宝贵经验，吸取前人血的教训，才建立起来的一个日趋完善的学科。
发现氧气
中学生学习化学，课堂上第一个看到的大型实验，就是各种物质在氧气中的燃烧。他们在课堂上，从未见过如此精彩、光辉夺目的现象。老师在实验时，那一瓶瓶的氧气是用什么方法收集到的呢？世界上又是谁最先发现了氧气？
大约在3 亿年前，在地球表面的空气中，就含有跟现在浓度相似的氧气了。虽然地球上有很多的动物呼吸，及人为的和自发的燃烧都在直不停地消耗氧气，但是又有更多的植物在进行光合作用，往空气中补充新鲜的氧气，因此空气中所含氧气的总量及其相对浓度，并没有减少。
氧气是无色、无臭、无味的气体，它在空气中的含量估计约有1.5×1015吨，它还取不尽，用不完的总在我们身边存在着，只要你随手拿起个空瓶，其瓶中就含有占体积21％的氧气，但要收集到老师在实验时瓶中氧气的浓度，那就不是一件简单的事了。在很久以前曾经是一件很不容易办到的事。
空气不像水、火那样有形有力，常常不容易引起人们的注意，它又是那样的看不见、摸不着，很长一段时间人们都没去研究它的成分，更不知道其中含有氧气这种东西。虽然物理学家们早就用空气做过很多著名的实验，证明物体在空气中运动会受到一定的阻力，证明空气的体积会随压强增大而按一定的规律缩小，证明大气压强的存在，大气压强加在我们身上的力量大得惊人，等等。能够正确的说出空气中都包含有哪些成分，并能把这些成分分开，这却是18 世纪后半期以后才相继做到的事。
氧气的化学性质在高温条件下是非常活跃的。氧气能够跟很多种物质发生化学反应，并生成各种氧化物或含氧化合物。一些氧化物和含氧化合物在一定条件（如高温或加催化剂）下，又会释放出氧气等等。
在我国封建社会初期，最迟在公元前2 世纪，就已经开始流行炼丹术。炼丹术士用一些天然的矿物，经过神秘的加工，制成丹丸，企图让人吃了长生不老，然而这其中大多丹丸含有对人体有毒害的元素，如砷、汞、铅、硫等。人们对矿物加热，这时空气中的氧气必然参与反应，甚至有的还是反应过程中起主要作用的，但是炼丹时，他们只能看到固体的、液体的以及似气非气的烟、雾，却总是忽略了无色、无臭又无形的空气，因此人们也就意识不到空气的存在和变化了。我国古代比较有名的炼丹术家葛洪（284 年～364年），曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银，积变，又还成丹砂”的说法，“丹砂”就是硫化汞，加热到它变成水银，要经过两个反应，即：
2HgS+3O2 2HgO+2SO2
2HgO 2Hg+O2
实际这两个反应是在同一容器内一次性完成的， 又可简化为HgS+O2 Hg+SO2，但葛洪在著作中没有说必需气体参与，可见他的观察不细致， 也许他用了铁的容器来盛丹砂， 就会有如下的反应：
HgS+Fe Hg+FeS，这时确实跟气体无关，但由于当时的生产技术，不可能做出完全不透气的密封容器，也不可能控制温度。对于当时的情况，他只用简单的一句话来作结论，是不严谨不科学的，然而要求他有重大的科学发现也是不现实的。
传说在公元8 世纪，我国有一个叫马华（译音）的人，著有一本叫《平龙认》的书，书中记载到了燃烧和空气有关，并把空气中的成分分为阴气和阳气，这是由于我国古代流行“阴、阳”之说。马华指出，属阳的金属、硫、木炭等燃烧后，和大气中阴的成分结合。这就很难确定他发现氧气是个十分明确的事实，在很大程度上可能是和实际巧合。
在国外，早期也有很多人碰到过类似的情况，做过类似的解释，有的还的确制出并收集到了氧气，但由于思想上受到“燃素说”的束缚，因而把已经得到了氧气叫做“火气”或叫做“脱燃素空气”，并没有人真正的认识它，瑞典的舍勒和英国的普利斯特利，便是如此。他们虽然都发现了氧气，但由于受“燃素说”的影响，因而没有能够正确地认识它。
发现氧气的关键，在于首先要明确氧是一种元素，这一认识是法国人拉瓦锡确定下来的。
舍勒及普利斯特利和拉瓦锡都是同时代的人，他们的共同成就，都已被载入了化学史册，他们用化学方法（加热氧化汞、硝酸镁等物质）制出了氧气，拉瓦锡又用实验方法精确地测定了空气中有五分之一的体积是氧气，并用氧气和别的物质发生了化合反应。最后在1777 年确定下来，氧是一种元素。拉瓦锡给氧起名叫“Oxygene”。氧气的发现，并被明确为一种元素，这是化学发展史上一个很重要的里程碑。在理论上，因此彻底推翻了错误的燃素说，建立了包括燃烧在内的氧化学说，为后来的氧化、还原理论，奠定了实践基础。在科学上为人们深入研究大气的成分开辟了道路，使当时化学界很多错误的看法，也得到了纠正。
氧气是一种极为普遍的气体，并且在地球上已存在了数百亿年，而它被科学家们认定，却是非常不平凡的，从而引起了如此巨大的震动，不能不说是一个惊人之举。
异想天开发现了磷
我们所说的化学元素磷，原文的意思叫做“冷光”。民间传说中的“鬼火”，就是一种磷的氢化物产生的自然现象，自然界中的这种磷的氢化物是由人及动物的尸体腐烂分解而形成的，它是一种气体，当遇到空气，就会自动地燃烧起来。我国古代又把鬼火叫成燐火，因此我国就把叫做“冷”光的物质叫做“燐”。由于磷是非金属元素，常温下单质为固态，于是又把原来的“火”字旁改为“石”字旁，写成“磷”。这也是用中文汉字对化学物质命名的一大特色。
令人感到有趣的是，最早发现的磷是从尿液中提炼出来的。
在那时，谁也不知道人和动物的尿液里到底含有什么东西，而当时有一个想发财的商人，千方百计地寻找生财之道，偶尔听人说，从人的尿液里可以制造出黄金或是能够点石成金的宝贝。于是他就偷偷地收集了大量的尿液，一点一点的慢慢蒸干后，又胡乱的加上各种各样的东西，今天用煮的办法，明天又用烧烤的办法，一次一次地干下去。终于有一次，他发现了一种在黑夜中能发出萤光的物质。这就是他初次得到的磷，一小块白色柔软的白磷（磷的一种单质）。这是1669 年的事，这个人的名字叫波兰特，是德国汉堡人。
尿液的成分，除了绝大部分水之外，主要的是尿素。此外还有一些新陈代谢的废物，其中便含有极少量的硫、磷等元素，而且是以极其复杂的有机化合物的形式存在的，只有在经过长时间的发酵蒸发后，才能变成磷酸盐。
磷原来以多种形式的化合状态，遍布于人及动物体内，主要的有各种酶及促使营养成分发生同化作用，为生理需要提供活力机制的，含磷的有机化合物。另外磷也存在于骨骼和牙齿中。平常，我们所吃的食物里，都普遍的含有磷。同时由于饮食情况的不同，排泄物中所含磷的量也有所不同。
磷可以形成各种各样的化合物，要用磷的化合物来制取单质，都需要经过复杂的化学反应。工业生产上，经常是用磷矿石[Ca (PO ) ]为原料，加3 4 2-上石英和焦炭，在经过1500℃的高温，而产生的磷蒸汽（实际是P4 分子），在隔绝空气的状态下，冷疑到凉水中，成为固体的白磷。化学方程式可以表示为：
Ca PO SiO C CaSiO CO P 3 4 2 2 3 - ( ) + 3 +5 = 3 +5 + 2
真是无巧不成书，波兰特经过几十次的改变配方，更换方法，他居然在一次将尿渣、砂子和木炭放在米中加热时，用水冷却产生的蒸汽而得到单质磷。这种十分巧合的事，实在是很少有的。
当制出奇怪发光的宝物时，波兰特真是惊喜若狂，他想如果要发财，制法就要十分保密。他得到磷的消息在外界传开以后，人们只知道他是用尿做实验，于是便有很多人也想碰运气的做了起来。德国人孔柯尔居然在1687年，也从尿渣中制出了磷，其做法跟波兰特的方法如出一辙。1680 年英国的化学家波义耳和他的助手德国人亨克维茨，独立地从尿中制出了磷，并对制法加以改进，大量生产使其成为商品。1775 年瑞典化学家舍勒，又从骨头中制出了磷。磷从此有了正式的名称，叫“发光体”。
这一段离奇的故事，说的并非是一个不学无术的人，只知道原料是尿，就能从中把磷提制出来。当时之所以能成功的人，都是接触或是研究化学的。
波兰特本人的职业就是医生，西方的医生并不像中医那样，以本草为生。他们在配药的同时，还兼做化学实验，有些医药学家也同时是化学家，所以他们头脑里都有一定的化学知识，并且又有动手能力，能够解决一些问题。波兰特及其同时代的人，能从尿里提取磷，都有他们本人的职业特长，首先是波兰特的惊人毅力，几年如一日的把实验坚持做下去，仅此一点就很值得后人敬佩。
波兰特制磷的配方，既可以认为是巧合，也可以认为其中存在着必然。因为沙子、术炭等是他们的常用之物。只要某物中含有磷元素，经过多种氧化还原反应，加之收集方法得当，是会得到磷的化合物甚至是磷的单质。像这样的情况，在化学实验中，曾经出现过多次。
白磷被发现以后，又大量投入生产并成为商品出售，它到底有什么用途呢？它在最早时期，除了供应实验室用及制造磷头火柴之外，几乎没有其他的用途。磷头火柴是当时使用最方便的引火工具。然而白磷有剧毒，又极易着火，很快就被较安全的火柴所代替。我们现在所用的安全火柴也要用磷，那就是涂在火柴盒两侧酱紫色的东西，它的主要成分是红磷。红磷跟白磷互为同素异形体，但红磷的着火点比白磷要高得多，而且毒性也极小。现在生产的白磷主要用于合成含磷的农药，这类农药有极强的毒性，使用时要特别小心。
磷是一种化学性质很特别的元素，它的单质及化合物有的含有剧毒，有的几乎没有毒性。它还是动植物体内必需的营养元素，缺少它，植物的果实便不能丰硕饱满，人的骨质特别是神经的发育就会受到影响。因此人在青少年发育时期，就应吃含磷质较多的食物。
三元素组和八音律
在门捷列夫发现元素周期律以前，化学这门学科已经诞生了200 年以上。在这段时间里，这门学科虽然有了很大进展，但是，它只是积累了很多零散的知识而已。这些知识之间的内在联系如何，怎样才能把它们系统起来，还是没有解决的问题。因此，这时的化学学科，就像个管理不好的库房一样，虽然各种材料很多，但是东一摊、西一摊，放得个乱七八糟，毫无规律。
当时学校里的化学老帅，包括大学里专门教化学的教授在内，在这一大堆乱七八糟、漫无秩序的材料面前，对于如何组织教学，谁也拿不出好主意来，只能各行其是。有的人先从氢讲起，因为它最轻；有的先讲氧，因为它分布最广；有的先讲铁，因为它是最常见的金属；⋯⋯
化学家们实在不能继续容忍这种混乱的状态了！大家都在想，怎样才能找到一个规律，把这些各种各样的元素有系统的排列起来，把这些杂乱无章的化学现象和化学知识系统化起来。
1829 年，德国化学家段柏莱纳在比较各种元素的原子量的时候，注意到有几个化学性质很相似的元素组，每组包括三个元素。在每一组的三个元素中，按原子量的顺序排列，中间那个元素的原子量大约是两边的元素原子量的平均值。
例如：锂、钠、钾三种元素的性质就很相似，它们都是金属，能和水激烈地反应放出氢气，并且生成很强的碱。排在中间的元素钠，它的原子量（23）正好是锂（7）和钾（39）原子量之和的二分之一。
氯、溴、碘三个元素都是非金属，都能和金属起反应，它们的原子量也有上边说的那种情况。
这样三个元素一组、三个元素一组，共找到五组。段柏莱纳把它叫做三元素组。
三元素组的分类方法，虽然比过去进了一步，但它只包括了15 个元素，还有几十种元素没有归纳进去。另外，这一组一组的元素相互间有什么关系，段柏莱纳也说不出来。
在这以后，还有许多人尝试过用各种方法分类和归纳元素，试图从中找出规律性的东西。其中比较引人注意的一种方法，就是英国人纽兰兹提出的八音律。在音乐中，当我们把音符1（do）、2（Le）、3（mi）、4（fa）、5（So）、6（La）、7（Ti）、i（do）、2（Le）、3（mi）⋯⋯排起来的时
候，你从任意一个音数起，数到第八个音时，一定和第一个音的的唱法一样，这两个音之间的距离就是八度。纽兰兹把当时已知的元素按原子量一个比一个增加的顺序列成行的时候，他发现，从任何一个元素开始，数到第八时，就会出现一个和第一个元素性质相似的元素，好像音乐中的八度音一样。纽
兰兹把这种现象叫做八音律。
纽兰兹根据八音律把当时已经知道的元素编了号，排成了一张表。从这张表里元素排列的顺序来看，在第一行氢、锂、铍、硼、氮、氧这七种元素之后的氟、钠、镁、铝、硅、磷、硫分别和前七种元素相似。第二行的氯、钾、钙也分别和氟、钠、镁性质相似。再往后就不能令人满意了，
比如22 号位置上的钴和镍，同前面的氟、氯的性质便没有什么相似的地方。1866 年，纽兰兹在英国化学会的年会上报告了它的这种分类方法。遗憾的是，他不但没有受到应有的鼓励，反而因为回答不出听众提出的许多问题而受到了奚落。伤心的纽兰兹失去了勇气和信心，放弃了他的理论研究工作而改行去干别的事了。这样，化学家们尝试把元素系统化的努力又一次失败了。
氯气的故事
古代的炼金术士用王水（一般用三份盐酸与一份硝酸相混合）溶解金子。当他们在实验室里加热王水的时候，便会发生一种刺激性很强的烟雾，当时他们还不知道这种烟雾就是氯气，然而至少可以说，古代的炼金术士们就已经接触过氯这种元素了。
氯气的发现应该归功于瑞典化学家舍勒（1742 年～1786 年），他是在1774 年发现这种气体的，当他加热黑色的二氧化锰与盐酸的混合物时，发现产生了一种烟雾，并与加热王水时所生成的烟雾是完全一样的。在氯这种元素被发现以后，当时人们把它叫做脱燃素的盐酸气，因为按照当时流行的说法，把盐酸中所含的氢称为燃素，这样在制备氯气的过程中，锰取代了盐酸中的氢，从而得到氯气，用当时的术语便是锰取代了燃素，因此就被叫做盐酸脱掉燃素以后产生的一种气体。
舍勒制备了氯气以后，把它溶解在水中，却发现这种水溶液对纸张、蔬菜和花都具有水久性的漂白作用；他还发现氯气能与金属氧或金属化合物发生化学反应。从1774 年舍勒发现氯气以后，一直到1810 年，这种气体的性质先后经过贝托霍、拉瓦锡、盖一吕萨克、泰纳、贝采利乌斯等人的研究，
然而第一个指出氯气是一种化学元素的科学家却是戴维，他在伦敦英国皇家学会上宣布这种由舍勒发现的气体是一种新的化学元素，它在盐酸中与氢化合。他将这种化学元素定名为氯，这个名称出自希腊文“Chloros”，这个词有多种解释，例如“绿色”“绿色的”“绿黄色”或“黄绿色”。戴维的这
种推论获得了公认，只有贝采利乌斯持有异议，因为他一直认为盐酸是一种含有氧的酸。
1785 年贝莱梯，1786 年卡斯登各自在有水汽存在的情况下，将舍勒所发现的这种气体加以冷却，随后他们便获得了一种黄色结晶物质（实际上它就是氯的水合物Cl2·6H2O），他们暗示，舍勒所发现的气体不是一种简单的物质，当然就不是一种化学元素。
1805 年诺斯莫尔将这种气体液化，他在描述其实验时说：“当我把这种含氧的盐酸气（诺斯莫尔和贝采利乌斯的认识是一样的，他们都认为氯气是盐酸与氧气的化合物，所以把这叫做含氧的盐酸气）压缩
到一个2 英寸的接受容器中，它立刻转变成了一种黄色的液体，它在普通14的大气压力下具有极大的挥发性，当把耐压的接受容器的阀门打开时，这种液体物质便立即完全挥发了。我发现这种物质的浓度非常之大，以致让我感受到一种难以忍受的刺激。当这种气体挥发以后，接受容器中只留下微不足
道的黄色的残留物。这种气体能够破坏疏菜的颜色，并且很难控制。”
1810 年，戴维通过试验进一步证实了，如果在-40℃下将氯气冷却，就能获得贝莱梯和卡斯登所制备出来的黄色晶体物质。
1823 年3 月5 日当法拉第正在操作封在一支玻璃管里的氯的水合物时，他的好友帕里斯正好来拜访他，当看到玻璃管中有一些油状物质，因此而责备法拉第，说他不该使用带油污的仪器（因为帕里斯以为这支玻璃管是法拉第没有洗净的器具）。帕里斯走了以后，法拉第继续进行实验，他想把这支玻璃管打开来看，但是不小心却把玻璃管打破了，与此同时，管内的油状物也马上消失了。这个偶然的事故使法拉第认识了这种油状物的性质。帕里斯第二天便收到了法拉第写来的一封信：“亲爱的先生，昨天您注意的油状物已经变成了液态氯。”
1888 年克尼许用加压冷却的方法将液态的氯装在一种耐压的容器中，以便于运输和使用，为使用氯气的单位提供了很大的方便，从此以后，液氯的生产才达到商品的规模。
漂白粉的生产始于18 世纪末朗。在此以前，欧洲人在漂白麻纤维和棉纤维的时候，需要花费很长的时间及笨重的体力劳动。他们把棉、麻纤维放在草木灰、石灰水或皂液中煮沸，然后取出来浸泡在牛奶中，最后取出来铺在草地上，充分地暴露在空气中和阳光下，这时纤维才被漂白。这种方法需要耗费长达七个月的时间。
1785 年法国人贝托雷最早利用氯气做漂白剂。它把舍勒发现的那种氯气溶解在水中，这种溶液便具有了漂白作用。1789 年贝托雷改进了制备漂白溶液的方法，即把氯气通入巴黎一家化工厂生产的碱性草木灰（即氢氧化钾）的溶液中，效率又提高了很多。后来，蒸汽机的发明人瓦特从贝托雷那里了解到制造这种漂白剂的方法，并把这种制造方法转让给苏格兰的英国化学公司的创始人泰纳以便生产这种漂白剂，1798 年泰纳把生产漂白剂的方法改为将氯气通到石灰水中，这样改进以后生产成本便大大地降低了。1799 年泰纳经过多次加工又把这种液体的漂白剂改进成为固体的产品，当时叫做氯化石灰，也就是我们现在所用的漂白粉。这种固体产品的优越性就要大多了。
氯气在卫生方面应用的历史也是非常悠久的，早在1800 年，英、法等国家就用氯水作为消毒剂；1854 年英国就已经采用漂白粉来消除污水的气味；到了1903 年，英国人便已经大量使用氯气来为饮用水清毒了。氯气的生产方法也曾经历了漫长的发展过程。一直到1936 年为止，人们还一直沿贝托雷发明的方法来生产氯气，这种方法是把氯化钠、软锰矿（即二氧化锰）和硫酸的混合物装在铅蒸馏器中，经过加热后便能产生出氯气。
1936 年古萨格发明了一种焦化塔，用来吸收路布兰法生产苏打（即碳酸钠）的过程中所排出的氯化氢气体（在当时这种含有氯化氢的气体被人认为是一种废气，从古萨格开始，这种气体才得到了充分利用），从这以后盐酸也就成为一种比较便宜的酸，可以广泛利用。舍勒所发明的生产氯气的方法
（即用盐酸与软锰矿反应用以制取氯气）经过改进后，才成为大规模生产氯气的方法。
1868 年狄肯和洪特又发明了用氧气来氧化氯化氢以制取氯气的方法。
4HCl+O2=2Cl2↑+2H2O
这种方法叫做狄青法。
以上这些生产氯气的方法虽然在氯气生产史上都起过一定的作用，然而这些方法与电解法生产氯气和烧碱相比较，无论是从经济效益和生产规模上来说，都要大为逊色，所以当电解法普遍运用以后，所有其他的生产氯气的方法就一下子都被淘汰了。
电解法可制出氯气要追溯到1833 年。当时法拉第经过一系列的试验，发现当把电流作用在氯化钠的水溶液，也就是电解氯化钠水溶液时，就能够获得氯气。到了1851 年瓦特获得了一份关于电解生产的英国专利，其中包括了氯气、氢氧化钠、金属钠的生产方法。但是，由于当时没有实际可用的直流发电机用以产生足够的电流，因此瓦特的发明也只能停留在实验室规模，并不能付诸大规模的生产。瓦特获得的这一份专利一直没有利用来起。直等到19 世纪 70 至 80 年代，有了比较好的直流发电机，德国人便在1890 年开始用电解祛大规模地生产氯气和烧碱，而英国和美国采用这种生产方法，则要推迟到1893 年，比德国人晚了3～4 年。从发明电解法生产氯气和烧碱，一直到让这种方法付诸工业生产这一过程，使我们想到先进的发明创造必须有一定的生产条件的帮助，才能发挥它的作用。电解法生产氯气的发明也只有在强大的直流电机发明以后，才能真正成为一种工业生产的方法。
元素凶神
每一个搞化学研究的人都有一个习惯，这就是每当他拿到一种从来没有见到过的新物质时，总想要弄清楚这一物质里含有哪些成分？是用什么原料，经过怎样的方法制造出来的？它有什么特性？可以用来做什么？等等。想要一下子解答这一串的问题，并不是一件简单的事，也不是三言两语就能说清楚的。解答化学之谜，需要有许多人经久不息的努力去做很多实际而又艰苦的工作，甚至为此而献出宝贵的生命！这其中最有代表性的就是氟元素从被发现到制出氟气单质的过程。可以说它是经过百年孕育，带着一身的煞气，才得以出世的凶神。
化学中的氟、氯、溴、碘四种元素，氯被最早发现。早在1774 年，就已经制出了氯气，1786 年发现了氟的化合物，直到1886 年才制出氟，中间经过了一个世纪还多，这并不能完全责备氟的脾气怪，而是因为在很长时间内所用手段的能力达不到。发现溴、碘制出单质的时间，分别是1824 年和1811
年。
氟、氯、溴、碘好像是同一父母所生的四兄弟，有着相同的血统，在性格上既有相同的地方，又有其各自不同的特点。人们把它们按氟、氯、溴、碘的顺序排行，并不是按发现的年代来分的，这是为什么呢？这是化学家比算命先生更讲究实际的地方。
氟、氯、溴、碘四种原子，都具有跟金属原子相结合的能力，而且能力有大有小，但肚量却是一样的，如它们结合钠原子，就都只能接纳一个，结合时氟原子是如狼似虎，而碘原子却是温文尔雅，氯、溴则介乎两者之间。
这种性格上的差别是由它们天生的性质所决定的。化学家是以它们这些不同性质为依据给它们排行顺序的，并把它们作为元素体系中的一个很重要的家族。而氟这个元素，因为其化学性质非常活跃，因此它让化学家们吃了很大的苦头，经过几代人的努力，才把它接生到这个世上来。在发现氯气前，人们就发明了盐酸。这是用食盐加浓硫酸时所产生的一种气体，人们把这种气体用水吸收后，便成了一种有酸性的液体，就称这种液体为盐酸。第一次单质的氯气是用盐酸加软锰矿粉制出来的。
在1786 年有人发现把萤石加浓硫酸，也会产生制盐酸时那样的气体，它溶到水中，也同样会得到酸性的液体，但是这种酸性的液体和其他任何物质，包括软锰矿粉一起反应，就无论如何也得不到成分更简单的物质了，人们企图用它也能制出像氯气那样的一种新气体，然而希望总是以失败而落空。但是实验越是失败，化学家却越是坚信，在这种酸性液体和萤石中，一定含有一种从来未被人知道的新元素，并在它尚未制出单质前，就起了名字（ Fluorum，含有活泼流动的意思），规定了符号（F），找好了住地（元素周期表上第二周期第Ⅶ A 族）。
在1786 年以后的漫长岁月里，化学家们煞费苦心，不屈不挠地辛勤劳动，他们抱着一个共同的目的——制出氟气。他们实验操作时，一刻也离不开氢氟酸（跟盐酸同为姊妹酸），这种氢氟酸及其气体氟化氢，跟盐酸（氢氯酸）及其气体氯化氢不一样，前者是有剧毒性的，很多化学家因此中了毒，甚至献出了宝贵的生命！
氟为什么总让人见不到它的真面目呢？这是因为氟的化学性质太活泼了，它在化合物中跟别的元素结合的能力特别强，没有一种物质能够把它从化合物里的位置上分离出去。用化学反应的方法，在当时情况下，是完全不可能制出氟气单质来的，制来制去不过是氟从这一种化合物中转移到另一种化合物中去而已。
化学家们因此就有些绝望了。真是行到山前疑无路，竟然柳暗花明又一村。科学家后来发现了电的威力，它不仅可以照明、开动机器，而且可以使难以分解的化合物发生分解反应，这一种方法叫做电解。
化学家们运用电解的方法，从而发现了多种新元素并制出它们的单质。
当然电解氟的化合物，必然也可以制出氟气。由于氟的化学性质太活泼了，在常温下它就能跟很多物质发生反应，只要它在电极上刚一产生，便和电极以及电解容器的材料发生反应，怎么也难得到一点可见的氟气泡，当然在这一过程中还会有人中毒。法国人莫瓦桑有着超人的毅力，曾因为身体中毒，而受到严重损伤导致四次中断实验，最后直到1886 年，终于在他的实验室里制出了气体的氟。
莫瓦桑采用金属铂制的电解容器，以铂铱合金为电极，他认为这些金属的化学性质极不活泼，绝大多数的化学药品都不能腐蚀它，也不会发生反应，也很有可能不会被氟气腐。他在这一电解容器中，放入氢氟化钾和无水液体氟化氢的混合物，充分运用冷却剂冷却到零下二十几度，然后通上电流，让容器里的化学物质发生分解反应。聪明的莫瓦桑又想到，如果用玻璃导管和玻璃瓶来导出和收集氟气是行不通的，因为他知道氢氟酸能腐蚀玻璃，这也是其他酸所没有的特性，再根据氯气的性质，他推断出氟气必会跟硅单质发生剧烈的反应。因此莫瓦桑便采用以硅单质来检验氟气存在的方法，当他打开电解容器上用萤石做成的帽盖，伸入一根硅条，这时在阳极的上面，硅条突然着火燃烧起来。这个现象表明阳极这一边，已产生了大家盼望已久的氟气。
现代化学上已有更好的装置来生产氟气了，防护的设备也更加完善。然而，人们总也忘不了莫瓦桑，以及在莫瓦桑以前的许多科学家，为制氟气所做的贡献及作出的牺牲。
认识化学结构
在19 世纪，西欧工业比较发达的国家，炼铁技术得到飞速发展，他们把煤经过干馏制成焦炭用于炼铁，但对在炼铁过程中同时产生的煤焦油和煤气等，这些乌黑、气味难闻而又容易着火的东西要找个出路，曾经大伤脑筋，并为此经历了很长一段时期。但在当时，化学家们却对它们很感兴趣。化学家把这些煤焦油和煤气拿来，经过仔细的分离提炼后，得到了无数种有机化合物。原来，有机化合物中，它们是非常特殊的大家族，有机化学家们把它们称为芳香族化合物。
起初，人们从香树脂、香料油等天然物质中得到一些有特殊香味的纯物质，现在又从煤焦油等物中，得到了其组成、化学特性与前者相类似的东西，尽管其气味并不芳香，但品种却更多，在科学研究上的意义更大，作为有机化合物的一族，也更具有代表性，只是它的含义已不再是表面上有香味而已。
芳香族的有机物中，最主要的化合物便是苯。最早发现苯的人是英国化学家和物理学家法拉第。他是偶然从贮运煤气的桶里所凝集的油状物中，经过分离后得到了一种无色的液体。他用当时原子量H=1、C=6 的标准测出它的实验式是C2H，并测出它的蒸汽比重是氢气的39 倍。但他并没有推出它的分子式。如照现在原子量标准H=1、C=12、苯的实验式则应该是CH，根据蒸汽比重就能算出它的分于量是78，便很容易知道苯的真正分子式是C6H6。在约9 年之后的1834 年，又有人把安息香酸和石灰
放到一起干馏之后，也得到一种碳氢化合物，才给这个化合物取名叫“苯”（benzene），接着又有人测定出它的分子式是C6H6。
19 世纪中叶，有一位德国有机化学家凯库勒（1829～1896），在研究芳香族有机化合物方面，做出了卓越贡献。他发现所有芳香性（族）有机化合物有一个共同的特点：就是这们进行非彻底破坏（不燃烧）的激烈反应后，经常失去了一部分碳，但主要产物总是至少含有6 个碳原子。这种包含有6个碳原子的化合物，就是以苯为主体的化合物。于是1865 年凯库勒提出了以苯为基团的芳香族化合物的设想，并曾用多种图式来表示苯的分子结构，最后确定为正六边形图式，也就是我们现在学化学时常用的苯的结构式。早些时候，凯库勒在研究有机化合物的分子组成过程中，于1857 年提出了“原子数”的概念，指出：氢、氯、溴、钾为“一原子的”，氧和硫是“二原子的”，氮、磷、砷是“三原子的”，而碳是“四原子的’”。这是化合价的早期说法，也就是说，这些元素分别是一价、二价、三价和四价。在这一基础上，凯库勒认为有机化合物中，碳原子之间可以连成链状，这就能很好的说明。例如碳氢化合物中，由甲烷（CH4）开始，随着碳原子数目的增多，就分别能有组成不同的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等一系列化合物存在的道理了。
几乎是同时，英国的有机化学家库帕，于1858 年也独立的提出了碳是四价及碳原子间可以相连成链的学说。
凯库勒和库帕所提出的这些学说，为有机化学结构理论的建立奠定了非常重要的基础。
“化学结构”这个概念，在19 世纪上半叶就已为化学家们所采用，“化合价”概念，特别是碳为四价的共识，更为探索有机化合物分子结构铺平了道路。但是苯（C6H6）分子的出现，让凯库勒等一直认为碳原子能够连成链条的人，为难了好久，实验的事实证明，苯分子中六个碳原子、六个氢原了的性质分别完全相同，即它们分别以相同的关系，处在相同的位置上，如果这6 个碳连成一个有头有尾的链条，而且又性质完全相同，若用碳四价的理论，是根本解释不通的。
凯库勒经过冥思苦想，终于认为可能这六个碳原子是连成一个环，经过现代的结构理论研究确认了这个六碳环是真实存在的。
对于凯库勒的设想，有人传说是他一次睡梦中见了一条蛇，咬着自己的尾巴直打转而受到启发的。不知是否确有其事，而他提出的苯的环状结构学说，在有机化学发展史上的确起到了巨大的作用。1890 年，在纪念苯的结构学说发表25 周年时，伦敦的化学学会指出：“苯作为一个封闭链式结构的巧妙构想，对于化学理论发展的影响，对于研究这一类及其相似化合物衍生物的异构现象的内在问题所给予的动力，以及对于像煤焦油染料这样巨大规模的工业的前导，都已为举世公认。”
前面说到的芳香族有机物，人们自从认识了苯环之后，它的真实含义便是具有苯环的化合物的简称了。这其中包括了很多种染料、医药、香料和炸药。
自然界的煤，开始对被人们当成黑色的石头，在后来却发现它能燃烧，因而在很长的时间内只被当作燃料。随着炼铁工业的发展，大量的煤堆着闷烧成焦碳时，便产生了浓烟而被排放到大气中，污染环境，损人健康。后来改为干馏炼焦，一方面提高了焦碳的产量和质量，同时所产生的煤气和煤焦油，也被当作气体燃料和化工原料，都有其各自的用途，这样又降低了炼焦生产的成本。
化学家们研究了苯结构后，发展了以煤焦油为基础的焦化工业。芳香烃有机物的提取和合成，更极大地丰富了有机化学的内容，并且也极大地丰富了人们的物质生活。
几代人辩论的定律
纯净的化合物，必然各有其固定的组成，也就是定组成定律，又称为定比定律。在初中化学里，虽然不提这一定律的名称，然而在讲化合价和分子式时，学生却必须掌握有关的概念，并认识到纯净的化合物，之所以性质固定，是由于它的组成固定，而且原子间排列的关系也是固定的。
就是这样一个现在看来似乎简单的定比定律，在科学史上却由1781 年争论到1860 年才被确定下来。这一事实，充分说明科学家们的态度是十分严谨的。
从17 世纪末起，西欧的一些药剂师和化学家们，在进行一系列的科学实验中，就已对各种类型的化学反应进行了定量的研究，有些人已经从研究碳酸钙，水及氧化汞的过程中，明确的发现了它们的组成是固定的。如 1755年，英国化学家布拉克在他研究石灰石的论文中提到：石灰石经过煅烧后，重量会减轻44％。1781 年，英国化学家凯文第旭研究水的合成时，发现所消耗氢氧气体的体积比总是1∶2，由此而认识到水是化合物而不是一种元素，曾提出科学的燃烧理论的法国化学家拉瓦锡，从1772 年到1777 年用了五年多的时间，做了大量的燃烧实验，进行了精确的定量分析研究。例如他在进行氧化汞的合成与分解实验时，将45 份重的氧化汞加热分解，恰好得到41.5份重和汞和3.5 份重的氧气。这也就是说，拉瓦锡的实验，不仅说明化合物有其固定组成，并且用具体数据，证明了化学反应中的质量不灭定律。
明确的用文字描述定组成定律的是法国的一位药剂师普罗斯，他在1799年明确地写道：“两种或两种以上元素相化合变成某一化合物时，其重量之比例是天然一定的，人力不能增减。”这是早于化合价形成共识之前50 多年提出的，这显然是普罗斯根据自己大量的实验数据为基础而建立起来的自信。
但普罗斯的关于定比定律的理论，却遭到了当时法国化学界的权威贝托雷的激烈反对。原来是在此之前，贝托雷正好发表了他的《化学亲合力之定律》，其中说道：“一物质可与有相互亲合力的另一物质以一切比例相化合。”
一个是以一定的比例，一个却以一切的比例，两者针锋相对而互不相容。那么到底是谁正确呢？看一下他们两人的实验内容就明白了。贝托雷以溶液、合金或玻璃类物质，可以形成多种组成的铅的氧化物和铜的碱式盐等物质为例子，这些都是混合物或是不同的化合物。表面看来它们是以“亲合力”而形成，然而它们都不是真正的或单一的化学反应，当然“化合”的比例，就不会存在“一定”的问题了。
既然贝托雷用的是错误的实验例证，为什么又能长时间的坚持自己的错误观点呢？这还得再来看看普罗斯的说法和做法才能得到解答。普罗斯确切的发现了贝托雷的实验对象并不是纯净物和单一化合物，于
是先后从1802 年到1818 年，写了许多文章，发表在法国《物理杂志》上，用来答复贝托雷的错误的批评。按贝托雷的说法，他认为化合物的组成会随着生成该物质的物理条件不同而不同。普罗斯则指出，一种化合物无论是天然的还是人工合成的，无论是产生在地球深处，还是产生在人们的实验室里，也无论是取自什么地方，其组成都是相同的。普罗斯还指出，即使是铅和氧化合，铅跟氧的量之间，
也只有几个固定的比例（即PbO、Pb2O、PbO2 和Pb3O4），而绝不会是任意的比例，显然它们是组成各不相同的铅的氧化物，而根本不能混为一谈。
普罗斯还用铜、锡、锑、钴等多种金属和硫化合，用在各种条件下所得硫化物，其组成都相同的事实来证明自己的观点正确。然而在普罗斯的时代，化学界还没有足够精确的定量分析的技术手段和方法。普罗斯的实验结果，对同一物质的分析往往也存在很大的误差，这就使他心有余而力不足的遗憾终身。“定组成定律”就只能暂时作为假说，停留在当时人们的心中。到了19 世纪的中叶，定量的化学分析，已得到完善，人们已能在实验时得出相当精确的结果，但极小的偏差仍是难免存在。就因为这些，因此依然有人认为“这个定律（指定组成定律）或者也有些偏差，⋯⋯”而仍然不愿十分肯定的承认它。
后来，比利时的分析化学家斯达（1813～1891）曾经用多种不同的方法制取金属银，又用多种不同的方法把银制成氯化银，所有实验偏差都在千分之三左右。在斯达1860 年发表了他许多精确的分析实验结果之后，这场围绕着定比定律是否实在可信的辩论，前后经历了大约80 多年才算结束。
而一个叫“倍比定律”的，却在1804 年就被确认下来，在时间上比“定比定律”的确定要早50 多年。

倍比定律的内容是：“当相同的两元素可生成两种或两种以上的化合物时，若其中一元素之重量恒定，则其余一元素在各化合物中之相对重量有简单倍数之比。”
倍比定律是英国化学家道尔顿提出来的，当时道尔顿正在构思他的原子论，首先提出了原子量这一概念，认为：“同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的”，他还认为：“不同元素的原子以简单数目的比例相结合，因而形成化学中的化合现象”，等等。道尔顿根据其原子论的设想，用推理的方法而得出了倍比定律，并还测定了碳的氧化物（CO、CO2）氢化物（CH4、C2H4）中碳氧之比和碳氢之比，确实在碳的量一定时，两种氧化物中氧的重量比是1∶2，两种氢化物中氢的重量比为2∶1。
后来精于化学分析的瑞典化学家贝采利乌斯，分析铅的两种氧化物和铜的两种氧化物以及铁的氧化物和硫的氧化物，也都取得了精确的结果。而斯达也做了碳酸气（CO2）和一氧化碳之间转变关系的实验，发现两种氧化物中碳的重量一定时，氧的重量比确为2∶1。这些事实都比确认定比定律要早十多年。
从现在的原子、分子观点和化合价的概念来看，定比定律和倍比定律实际都是定组成定律的内容在形式上的不同表现。因为历史的原因，它们的发生和被确认的过程，却是那样的不同，这实在是一件令人回味的事。
质量守恒定律
一场工业革命从英国开始，工业技术和生产力的发展引起了人们对生产原料产生更深刻的认识。而纺织工业的发展又促使人们去研究染料，研究酸碱，因而向化学领域提出了新的要求，而在这方面领头的，却是一个法国人，他叫拉瓦锡（1743～1794 年）。1743 年8 月26 日，拉瓦锡生于巴黎。父亲是一个非常有钱的律师，拉瓦锡从小就不愁吃穿，上了中学又上大学，从法律系毕业后很顺利地也当上
了律师。然而不知是什么缘由让拉瓦锡对矿物特别感兴趣。在他办公桌的抽屉里，常常放着一些石头、硫磺、石膏等等，就连卷宗里也时常可抖出一些红绿颜色的矿粉来。出乎意外地他的一篇论文在一次竞赛中竟获得法国科学院一枚金质奖章，这便让他下决心辞掉了律师职务，而献身于自己酷爱的化学事业。
然而个人研究化学，需要建实验室，买仪器，是需要一笔不小的资金的，那么钱从何来？拉瓦锡凭借他律师的阅历，用特有的眼光在财政界一扫，便发现了一个生财之道。原来18 世纪中叶，法国新兴的资产阶级已聚成了一股强大的势力。但封建王朝却不甘退位，更加紧了对人民钱财的搜刮。其中的一个妙法就是收重税。但政府并不出面，而是承包给“包税人”。包税人预先向国家交一笔巨款，然后再去收税。包税人只要保证向国家缴钱，至于再向老百姓收多少，国家便不管了。为了研究化学，拉瓦锡便从父亲那里借来钱作抵押金，违心地当上了一名包税人。这样，很快拉瓦锡便有了自己的化学实验室，而且还认识了一位金发碧眼的姑娘玛丽，玛丽是包税公司经理的女儿，才14 岁。但他们感情笃深，很快结为夫妻。玛丽性情温柔，又写得一手好字，并擅长绘画，为丈夫抄论文，绘图表，天赐一个贤内助。一年后，拉瓦锡当选为科学院院士。在这以后，他大部分时间是在实验室里渡过的。1789 年一个冬夜，寒气笼罩着巴黎，拉瓦锡和娇妻玛丽正围炉闲聊，玛丽手中拿着一篇刚收到的文章正在朗读，拉瓦锡听完以后便再也坐不住了。他一把抢过文章连续看了两遍。文章中说到将一块金刚石用高温灼烧以后，便会消失得无影无踪。他认为这是不可能的，任何东西烧完后总要留下一点灰烬。拉瓦锡立即钻进实验室，照着做了一次实验，果然如文章所说，金刚石不翼而飞了。整整一夜，拉瓦锡无法入眠。天刚亮时，他翻身坐起：“玛丽，我们赶快进实验室去，办法有了，也许问题就出在这里。”
拉瓦锡只穿一件睡衣坐在实验台旁，他用不怕火的石墨软膏厚厚地将一块金刚石裹起来，然后放在火上进行高温灼烧。他考虑过去人们研究燃烧都是在空气里进行的，谁敢保证这种看不见的空气里会不会有什么物质在燃烧时参加进去，或是带走什么呢？现在将这金刚石裹得严严实实不与空气接触，看它会出现什么现象。他就这样睡衣托鞋、蓬头黑手地在实验台旁忙着。这时在高温火焰下，那裹着厚厚一层石墨的金刚石已被烧得通红，就像炉子里的红煤球一样。拉瓦锡小心地熄灭火，等它慢慢冷却后再剥开一看，发现金刚石竟完好无损！
“看来燃烧和空气有很大的关系。”他一边洗脸，一边说。“燃烧不是物质内的燃素在起作用吗？”玛丽一边收拾仪器，一边问道。
“大家都这么说，我看未必就是这样。”
拉瓦锡早就对燃素说产生了怀疑。今天这个实验更加明确地证明了，燃烧现象根本不在燃素，而在于空气。然而在燃烧过程中空气发生了什么样的变化呢？最好的办法就是检测一下它的重量。拉瓦锡立即又设计出新的实验方案。
他在密闭的容器里烧炼金属，在燃烧前后他都仔细地用天平称过重量，发现重量没有一点变化，他再称金属灰的重量，增加了，又称烧过后的空气的重量，却减少了，而减少的空气和增加了的金属灰正好重量相等。于是拉瓦锡便推断出化学上一条极重要的定律即：重量（质量）定恒定律。物质既不能创造也不能消灭，化学反应只不过是物质由这种形式转换成另一种形式的形式转换。
当拉瓦锡由燃烧金属发现燃素说并不可靠后，他便放下了其他研究课题而专攻各种燃烧现象。他又投资添置了一些设备，带了几个助手，将自己的实验室重新布置一番，实验室真成了一个燃烧展览馆。他这个豪华的实验室曾接待过许多科学名人，瓦特、富兰克林都曾到这里作客。一天英国学者普里斯特利又来这里访问，拉瓦锡陪他在实验室边漫步边讨论问题。当来到几个玻璃罩前时，普里斯特利问：“这是在干什么？”
“我将磷用软木漂在水面上罩着燃烧，烧后水面就上升，占去罩内空间的五分之一，你再看这个罩内是烧硫磺的，水面也是上升了五分之一。这个现象说明燃烧时总有五分之一的空气参加了反应。”
“对。我也曾发现空气中有一种‘活空气’，蜡烛遇见它时会更亮，而小老鼠没有它很快就会死亡。拉瓦锡先生，你知道舍勒在1772 年就曾找见过这种空气，他叫它为‘火焰空气’，我想，这和你找到的那五分之一的空气很可能是一回事。但是，我觉得物质燃烧是因为有燃素，恐怕和这种空气没有关系。”
“不，有没有它大不一样。你看这玻璃罩里剩下的五分之四的‘死空气’，你若再放进什么含有‘燃素’的东西，无论磷块还是硫磺，它也不会燃烧了。尊敬的普里斯特利先生，你的发现对我太有启发了，看来空气里一定包含有两种以上的元素，起码这‘活空气’就是一种，空气并不是一种元素。”
“这么说，水也不应该是一种元素了。因为我已经发现在水里也包含有这种活空气，而且用一种活空气和另外一种空气（氢气）在密封容器里加热，就又能生成水。”
“真的吗？”拉瓦锡突然停下脚步，眼睛直盯着普里斯特利。
“真的。你这里的实验条件太好了，让我们重新做一次。”
普里斯特利熟练地制成了两种气体，然后将它们混合到一个密封容器里，便开始加热，一会儿容器壁上果然出现了一层小水珠。拉瓦锡等实验一完就拉着普里斯特利到客厅里，连叫玛丽。
“玛丽，你知道吗，我们今天不但进一步发现了燃烧的秘密，还找到了新的元素，它既存在于水中，又存在于空气中，这可就打破了水和空气是一种元素的说法，说明了它们都是可分的。这种东西能和非金属结合生成酸，又能使生命活下去，就叫元氧吧。”
“拉瓦锡先生，你真是一个很大胆的科学家，我曾经做过不知多少次实验，你就是不敢放弃燃素说，总也没有找到问题的关键。今天这个发现真是我们化学界的一件大喜事。”
氧气本是舍勒和普里斯特利最先发现的，然而他们为什么看不到它与物质燃烧之间的关系呢？原来是受了旧燃素说的束缚，使他们不敢有任何非分之想。本来做学问首先靠观察积累，第二要靠思考比较。观察积累基本上还是在旧理论指导下的收集、整理，需要非常细心且能吃苦；而思考比较却是在新事实的基础上进行归纳与突破，要的是大胆与勇敢。一个旧理论的推翻也就是一个新理论的建立。只有少数既聪明又勇敢的人才会去不断的观察新问题，收集新材料，不断的打破旧的理论框框，摈弃旧假设，胜利便是属于他们这些人的。
段时间后，拉瓦锡的处境便开始困难起来，不久他正式被控贪污，又过了不久他的实验室也被查封了。拉瓦锡并不觉得会有什么大事发生。 他想，作为一个科学家，总要为社会办一点事，于是他便加紧编书。过去他曾出过一本《化学教程》，这本书总结了他多年来所做的实验，并提出了氧化学说，将统治化学界近百年的燃素说完全推翻。书刚一出版即被抢购一空。现在拉瓦锡又将这本书补充修订准备再版。并且他又将这几年新发现的元素整理成一张表，共33 种，分作四类：
1.气体单质：光、热、氧、氢、氮。
2.非金属单质：硫、磷、碳、盐酸根、硫酸根、硼酸根。
3.金属单质：锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、
铂、铅、钨、锌。
4.土类单质：石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。
这是化学史上的第一份科学的元素表。那些世界由水、土、气、火构成的四元素说到此也就彻底破产了。化学在拉瓦锡面前是彻底敞开了大门。许多新奇的现象，有趣的问题，接踵而至。但是他有一种预感，感觉有什么祸事就要临头了，手头的工作可能干不完了。这种莫名的念头又不敢对妻子说，因此他整天埋头写作，妻子也加紧帮他画插图。
果然，一天上午，拉瓦锡刚在桌旁坐定就有两人进来，说法庭传他去一趟。他知道那个预感今天可能要变成现实了。他冷静地站起来说：“幸好我的书已经全部完成了。”返身取了一顶帽子便随来人而去。在法庭上，审判也极为草率，他本是律师出身，但也未能够张口为自己辩护几句。一位好心的律师提醒法官说：“拉瓦锡先生可是一位全欧洲闻名的科学家啊！”法官却说：“革命不需要科学家，只需要正义。”当即判了他的死刑。
1794 年5 月8 日，拉锡被反绑着双手，押向广场中心的断头台。这时广场上已人山人海，将要断头的几个人一字排开的站在台上。拉瓦锡被判死刑的消息，惊动了巴黎的许多科学家，真是太荒唐了，什么时候听说过一个科学院的院士被抓来砍头呢？曾与他一起研究过化学命名法的柏托雷连忙赶来。妻子玛丽也来了，她一夜之间衰老了许多，这时正抱住拉瓦锡的头失声痛哭。拉瓦锡多么想用手为她拭去泪水，去拥抱一下这个从14 岁起就开始追随他的妻子，可是由于手被反绑着而无能为力。他让玛丽抬起头来，说要再仔细的看看她。拉瓦锡平静地说：“玛丽，你不要为我悲伤，感谢上帝，我已完成了自己的工作。我今年51 岁，可以说已经度过了非常愉快的一生，而且可以免去一个将会有诸多不便的晚年。我能够为后人留下了一点知识，可能还留下了一点荣誉，应该说我是幸运的。”玛丽瞪着两只泪眼，只是呆呆地望着他，喉咙里像被什么东西噎住发不出一点声音来。
这时，只听身后那面大铡刀由空而降，嗖地落下，卷起一阵凉风，扫得人心里发慌，接着就听“嚓”的一声，一颗人头像被菜刀剁下的一节黄瓜液在台上。刚杀掉的是一个僧侣。接着，那面铡刀又嘎吱吱地升了起来，就听监斩官吼道：“下一下，拉瓦锡！”玛丽听到这吼声，便昏倒在拉瓦锡的脚下，柏托雷还抱着一线希望，冲到监斩官面前，高声喊道：“不能杀他啊，法国不能杀掉自己的儿子。你们一瞬间就砍下他的头，可再过100 年也不会长出一颗这样的头了啊！”但是，这位现代化学的创始者倾刻间便人头落地了。
钾与钠的发现
由于伏打发明了电池组，从而开辟了电化学这一领域。这一领域刚拓开便有人大踏步走来。这人就是戴维（1778～1829）。
戴维出生在英国一个沿海小城的一个木匠家庭，小时候便是一个有名的浪荡子。父母很希望他能成才，好改换门庭，于是送他到学校去读书。然而小戴维虽头脑十分灵活，却不肯用在书本上，他每天左边口袋装着鱼钩鱼线，右边口袋装着一只禅弓，早晨上学前也经常要跑到海边去打几只鸟，钓几条鱼，因此经常迟到。有时正在上课，他也悄悄将口袋里的鸟放出来，学生们便一窝蜂地去捉鸟，老师知道是戴维这个罪魁，所以他一迟到就气得先提住他的耳杂厉声训斥几句，又追问去干了什么坏事，并没收了他口袋里的弹弓、鱼钩、小鸟等物。这天戴维又迟到了，两个口袋鼓鼓囊囊，疯了似的冲进教室正要向自己的座位上奔去。老师厉声喊道：“戴维！又到哪里闯祸去了！”
说着上来用一只手扯制着他的耳朵。谁知戴维向他鼓了鼓小眼睛，一句话也不答。老师便更提高嗓门吼道：“把口袋里的东西掏出来！”
“就不给你！”戴维说着还故意用手将口袋护住。
“给我！”当着全体学生，老师丢了面子，因此他一只手掐紧戴维的耳朵，另一只手便向他口袋里掏去。谁知他的手刚伸进口袋便“啊”的一声尖叫着抽了出来，连扯着戴维耳朵的那只手也早已松开。随着老师抽出的那只手，一条绿色的菜花小蛇落在老师的脚下。教室里一下炸了窝，学生们有的惊叫，有的哄笑。而戴维却不说也不笑，一本正经地拾起小蛇，装进口袋里，又慢慢的坐在自己的座位上，就像刚才什么事情也没有发生一样。他越是这样一本正经，学生们就越是笑得前仰后合，而老师更是气得脸红脖子粗一句话说不出来，最后挟起讲义，摔门而去。
老师离开教室后便径直向戴维家走去。戴维的父亲正在干活，老师气呼呼地推门而入，如此这般地学说一遍，把老木匠气得两手发抖、五脏乱颤。
戴维放学回来了，一进门就劈头挨了一巴掌，母亲闻声过来拖住父亲，一边心疼地喊：“你下手那么重，真要打死孩子吗！”
“这样的孽子不要也可以！”
一个要打，一个要拉，两位老人也扯缠在一起，累得上气不接下气。“你呀⋯⋯”老木匠气得一屁股跌坐在椅子上，“我这辈子算是对你没有指望了。”
发生这件事后不久，戴维的父亲便一病不起，过了一阵子便作古而去。戴维的母亲拖着五个孩子，日子实在无法维持下去，只得将他送到一家药店里当学徒，也好省一张吃饭的嘴。就这样戴维每天给人抹桌子扫地、端脸盆倒尿壶，到了月底别人都领了工资，他却分文没有。他伸手问老板去要，老板当众将他那只小手狠狠地打了一巴掌说：“让你抓药不识药方，让你送药认不得门牌，你这双没用的手怎好意思伸出来要钱！”店里的师徒也哄堂大笑，戴维满面羞愧转身就向自己房里奔去，一进门就扑在床上，眼泪刷刷地流了下来。他从前可没受过这种羞辱，可是现在不能跟学校和家里相比。现在是吃人家的，喝人家的，再说如果跑回家去吧，不也是让母亲为难吗？戴维在学校时功课学得不怎么好，却爱写几句歪诗，他一翻身揪起自己的衬衣，撕下一块来，随即又咬破中指在上面写了几句话，便冲出门去。外面店员们正闹哄哄地向老板敬酒，不提防有人啪地一声将一块白布放在桌子中央，只见上面写着：“莫笑我无知，还有男儿气，现在从头学，三年见高低。”大伙再一细看，竟然是鲜血写成的，大家非常吃惊，只见戴维挺身站在桌旁，眼里含着泪水，脸面绷紧，显出十二分的倔强来。他们这才明白，这少年刚
才自尊心受到伤害，忙好言相劝拉他入席。然而戴维却说：“等到我有资格时再来入席。”返身便走。
就这样戴维开始发愤读书了，他给自己制订了自学计划，光语言一项就有7 种。他还利用药房的条件开始研究化学。果然不到3 年，药铺里的伙计谁也不敢小看戴维了。我们常说的才学、才学，世上有许多人是苦学的，然而缺才；但也有很多人非常有才，却就是不肯用在学问上，所以成为歪才、废才。而戴维本是有才之人，一朝浪子回头，把才能用在治学上，其能量是不可估的。当时，恰好贝多斯教授在布里斯托尔成立了一个气体疗养院，专用新发现的气体为人治病，而戴维也被邀请去那里工作。在这里戴维发现了一种“笑气”（一氧化二氮），人一吸入这种气体便会不自觉地兴奋发笑，因此更是名声大振，第二年升为教授。第三年，他还不满25 岁便又当选为皇家学会的会员。
戴维本是一个钓鱼打鸟的顽童，浪子回头，发奋读书，十年工夫便取得了如此成就是难得的。他更知时间的可贵，条件难得，因此也就更加刻苦研究新的课题。在许多研究题目中他对伏打电池的电解作用非常感兴趣。他想用电解能将水分成氢、氧，那么其他物质也一定能分解出什么新元素来。当时化学实验最常用的物质就是苛性碱，不妨拿它试一试。戴维现在搞起科研来也还保留着少年时胆大豪爽的作风，他刚有这个想法便立即和他的助手、堂兄埃德蒙得把皇家学院里所有的电池都统统集中起来，其中包括24 个大电池，光是那锌、铜制的正负电极板就有35 厘米宽；还有100 个中等电池，其电极板都有18 厘米宽；另外还有150 个小电池。这真是一支电池的大军，戴维决心要让那苛性碱在他的手下分出个清清楚楚。
这天戴维和他的堂兄起了个大早，开始了这场计划已久的试验。他们先将一块白色的苛性碱溶解成水溶液，然后再将那庞大电池组的两根导线插入溶液中，这时溶液立即沸腾发热。两条导线附近马上出现了气泡，冲出水面。
开始他们还为这热闹的场面而高兴，但一会儿就发现上当了，发出的气泡是氢气和氧气，刚才被分解的只不过是水，而苛性碱却还是原封不动！这苛性碱真的就是一种元素而不能再分了吗？戴维的倔劲又上来了，他不信邪。水溶解不成，改用火攻。接着他将一块苛性碱放在白金勺里用高温酒精灯将它熔化，然后便立即用一根导线接在白金勺上，再将另一根导线插入熔化物中，果然电流通过了，在导线与苛性碱接触的地方出现了小小的火焰，颜色是淡淡的紫色，并且是从未见过的美丽颜色。戴维大叫：“埃德蒙得，快看，它出来了！”
“它在哪里？”
“就是这火，这淡紫色的火焰。”埃德蒙得也兴奋极了，他把鼻子凑近白金勺，仔细看着说：“但我们总不能把这火苗储存在瓶子里啊！”那么，怎么收集这种物质呢？戴维又犯了愁，看来这是因为熔融物的温度太高，这东西又易燃，一分解出来就着火了。水溶不行，火熔也不是个好办法。
1807 年11 月19 日，是英国皇家学会一年一度举行贝开尔报告会的日子，戴维满怀希望这次能拿一样新发现的元素去轰动一番。但是时间只剩个星期了，这奇性碱却软硬不吃，水火不成，他设计了很多种方案都不奏效。这些日子戴维就像只拧紧发条的钟，一刻也不停地摆动，他一会儿冲到楼上摆弄一下电池，一会儿冲到实验桌上，墨水飞溅地在记录簿上随便涂几行字。他到底不是书香门第出身，身上还留有那海边小镇上的野风与儿时的顽皮习气。实验再紧张也忘不了享乐，就像当年上学不误打鸟一样。每晚只要有舞会宴席，每场必到，只是忙得顾不上换衣服，从实验室里出来，在外面冉套一件干净外衣就去赴宴，回来后也不脱衣倒头就睡，第二天晚上去舞会时再套上一件。过几天猛然醒悟再一起脱掉。因此人们常说戴维教授常常胖几天，瘦几天，很叫人无法捉摸。他情绪极易冲动，冷静的时候不多，头脑极聪明，但又缺乏耐心，怕寂寞孤单，也爱慕虚荣，最顽强，又非常自信。对他这种风风火火的工作作风，助手们早已熟悉，而大家却极信任他的才气，因此总是每呼必应，实验室上下团结一致，倒也配合得非常默契。
戴维眼看报告会的日期就到，电解苛性碱还是水火攻不进。他焦虑地苦思苦干了十几天，比较了十几个方案。这天他忽然想出一个办法：何不把苛性碱稍稍打湿，令其刚好能导电却又不含剩余水份呢？这个点子一冒出来，他高兴地一拍大腿高喊一声：“成了！”倒把埃德蒙得吓了一跳，忙问：“什么成了。”
“不要多问，赶快拿碱块来。”
一个碱块儿放在一只大盘里端了上来。要让这东西轻轻打湿并不必动手加水。只须将它在空气中稍放片刻，它就会自动吸潮，表面成了湿糊糊的一层。这时戴维和他的一群助手围着这块白碱，下面垫上一块通电的白金片，等表面刚刚发暗变湿，就一声令下：“插上去！”不等话音落地，另一根导线便“咝”地一声穿入碱块。然后啪的一声，像炸了一个小爆竹一样，那导线附近的苛性碱便开始熔融，并且熔得越来越快。你想那小小碱块哪能经得起这数百个电池的电流的通过，一会便渗出滴滴眼泪，亮晶晶像水银珠，一滴一滴往下淌。有的刚一流出就啪的一声裂开，爆发出一阵美丽的淡紫色火焰，随即便消失得无影无踪，而有的“珠子”侥幸保存下来，却又很快失去了光泽，表面蒙上了一层白膜。
戴维看到这里突然离开了实验台，就地转了一个漂亮的舞步，如醉如狂地大跳起来，他边跳边拍着巴掌，嘴里念道：“真好，好极了！戴维，你胜利了，戴维，你真行啊。”他这样疯疯颠颠地在实验室里转了几个圈子，带倒了三角架，打落了烧杯、试管等，大约有五六分钟他才勉强使自己镇静下来，忙喊道：“拔掉，拔掉导线，埃德蒙得，不必要了，我们找到了，成功了！”
戴维确实成功了，他电解出来的那亮晶晶的珠子就是金属钾，接着他又用同样的方法电解出了金属钠。
作报告的日期到了。这些天来戴维已经疲劳到了极点，而且身上还时冷时热。但他怀着极兴奋的心情支撑着走上了讲台。讲演前，皇家学院的报告厅里早已水泄不通。那些上流社会的爵士、贵妇们其实根本不懂什么是科学，然而化学表演，就像魔术一般能满足他们的好奇心。这天，戴维不负众望，将自己这些日子辛苦制得的一小块金属钾泡在一个煤油瓶里，向人们介绍说：“这是三天前世界上刚发现的新元素。我给它起名叫锅灰素（英国人叫苛性钾是锅灰）。它是金属，然而性格却真怪，既柔软又暴烈，身体还特别轻，入水不沉，见火就着。”
戴维说着就用小刀伸进煤油瓶里轻轻一划就割下一块钾来，然后把它挑出来放进一个盛满水的玻璃盆里。这时钾块立即带着咝咝的呼啸声在水面上像着了魔似的乱窜，接着一声爆响，发出一团淡紫色的火焰，接着声音越来越小，体积越来越小，慢慢消失在水里，无影无踪⋯⋯世上哪有这样的金属？台下的人简直看呆了，大家都凝神屏息看着这种奇特的新元素突然出现又突然消失。也许那玻璃盆里一会儿还会出现什么新东西，他们看到戴维伏首在桌上也不说话，头都抵住盆沿了，全场一片肃静。
然而等了一会儿，盆里什么也没有，主讲人也不说话。突然有谁喊了一句：“戴维先生怎么了？”
这下提醒了人们，前排几个人立即跳上台去，将戴维扶起。一碰他的双手，早冷得像冰一般，人们狂呼着：“快送医院！快送戴维去医院！”送到医院以后，经过尽力抢救，才保住了生命，然而已元气大伤。因而没过几年，他就因身体欠佳被迫离开了皇家研究院。