本文件探讨了科学发展史上的几个重要理论，包括燃素说、氧化理论和原子说。拉瓦节颠覆了燃素说，确立了氧在燃烧中的重要性，并提出质量守恒定律。最后，道尔顿和阿佛加德罗的研究进一步推动了原子和分子的理解，形成了现代化学的基础。

1. 科學的發展與變遷
講師：鍾曉蘭老師
2010/10/28

2. 綱要
 科學革命－氧化說代替燃素說
 科學變遷－原子說與分子說之爭
 科學研究的進行－做中學

3. 燃素說
 起源： 17世紀
 公用：解釋物體燃燒的一種學說
 觀點：燃燒是一種分解過程，物質燃燒時釋放出燃素，
是古代化學的最後形態。
 美因茨大學醫學教授約欽姆·貝歇爾 提出：
「石土」，存在於一切固體中的一種固定的土，相當
於早期醫療化學家的鹽元素
「油土」，存在於一切可燃物體中的一種油性的土
，相當於硫元素
「汞土」，一種流動性的土，相當於汞元素

4.  普利斯特里認為，一切可以燃燒的物體含有硫質
的、油性的「油土」，在燃燒過程中，它在與其
他「土」結合時逃了出來；也就是說，燃燒是一
種分解作用，物質燃燒後，留下的灰燼是成分更
簡單的物質。
 燃素說認為，燃燒和鍛燒的過程牽涉到化合物分
解為組成部分的過程，在最簡單的情況下，也就
是分解為硫質的「油土」和固定的「 石土」。理
論上，簡單的物體不能發生燃燒，因為含有「油
土」和另一種土的物質必然是化合物。

5.  1703年，德國哈雷大學的醫學與化學教授
格奧爾格·恩斯特·斯塔爾把普利斯特里的「油土」
重新命名為「燃素」，並把這個理論發展成更廣
泛的理論體系，用以說明氧化、呼吸、燃燒、分
解等很多化學現象。
 燃素說未能合理解釋定量實驗的結果；根據燃素
說，鎂在燃燒後會釋出燃素，但實際上質量不減
反增。其後拉瓦錫證明氧在燃燒過程中必不可少
，解釋了燃燒後增加重量的現象，並為其後的
熱質說奠下基礎。

6. 近代化學之父－拉瓦節
 拉瓦節在他 51 年的生涯中，以精確的定量實驗作
為依據，推翻了統治化學理論達百年之久的「燃
素說」，建立了以「氧」為中心的燃燒理論。
 針對當時化學物質的命名呈現混亂不堪的狀況，
拉瓦節與他人合作制定出化學物質命名原則，創
立了化學物質分類的新體系。
 根據化學實驗的經驗，他用嚴密的科學
方法證明了「質量守恆定律」。
 世人尊稱拉瓦節為「近代化學之父」。

7. 新的發現
 作為一個兼職的化學家，拉瓦錫的天才展現在當他周
圍的科學家都認為燃燒是一種金屬釋放燃素的過程，
照理說應該產生「重量減輕」的結果，他卻注意到燃
燒後「重量增加」的結果，認為燃燒是金屬與「某種
東西」結合的過程 。
 (Lavoisier as Tax collector) 他有這樣的想法並不全然因
為他是天才，而是與他曾經擔任法國的收稅官員，計算金
錢時需要「收支平衡」的運算技巧相關，這個經驗使
他特別重視燃燒時「重量平衡」的這件事，進而注意
到燃素說者都忽略的「重量增加」的現象。

8. 導正燃燒的理論
 1774 年，拉瓦節重做了波義耳關於鍛燒金屬的實驗
。
 他將已知重量的錫放入曲頸瓶中，密封後稱其總重量
。
 然後經過充分加熱使錫灰化（就是變成氧化錫）。
 待冷卻後，稱其總重量，確認其總重量沒有變化。
 之後在曲頸瓶上穿一小孔，發現瓶外空氣帶著響聲急
急衝進瓶內，
 再稱其總重量和金屬灰的重量，
 發現總重量增加的值恰好等於錫變成錫灰後的增重。

9. 氧化學說的引爆點－氧的發現
 1774 年英國化學家卜利士力首先發現在此金屬灰的
還原過程中釋放出一種會助燃作用的氣體，
 拉瓦節重覆卜利士力的實驗摻以自已的見解認為那是
一種極純的普通空氣，
 但後來卜利士力證明那是一種跟一般空氣不同的氣體
。
 拉瓦節起先稱呼卜利士力的氣體為『極適呼吸之空
氣』，但後來命名為「氧」。
 隨著氧的發現，這燃燒與灰化之謎總算得到了解決。

10. 氧化理論
 根據氧化理論， 1777 年拉瓦節發表論文，指出
動物呼吸是吸入氧氣，呼出碳酸氣。
 他與法國科學家拉普拉斯合作， 1782 年設計了
冰的熱量計，測定了一些物質的比熱和潛熱。
 同時證明動物的呼吸也屬於一種燃燒現象。

11. 關於氧氣發現與燃燒理論發展的年表
1774 年 2 Bayen 發現硃砂加熱可產生氣體，他認為此氣體是固定空氣。
月 普里斯利訪問法國，並提出硃砂加熱可能產生笑氣的看法
1774 年 10 。
月 拉瓦錫著手硃砂加熱的實驗。
1774 年 11 拉瓦錫發表復活節報告，指出硃砂加熱可產生一般空氣。
月 普里斯利糾正拉瓦錫的看法，認為硃砂加熱產生的不是一般空
1775 年 3 氣，而是不含燃素的空氣
月 拉瓦錫發表一種新的氣體「極適合呼吸的氣體」
1775 年 3 月 拉瓦錫發表「對燃素說的反省」
後
Cavendish 發現水的組成，並提出燃素說的修正版本
1777 年
拉瓦錫出版「化學原理 」教科書，提及空氣組成的研究
1783 年
拉瓦錫上斷頭台
1783 年
1789 年

12. 道耳吞與原子說
 道耳吞原是一位研究氣體的業餘化學家，
他看到人們經過改變某些狀況，如加壓或減溫，
能將氣體變為液體，再變為固體，即大為動心。
 很顯然氣體就是分散了的固體，如此古代的原子
說又成為很好的解釋模型了。
 他研究各種物質，尤其是研究氣體，終於在 1803
年創立了原子學說，道耳吞以這個模型去解釋定
比定律、倍比定律相當滿意。

13. 原子說
道耳吞的原子說認為:
1.一切物質都是由稱為原子的微小粒子所組成，這種粒子不能再分割。 (修正:原子可在分割
成電子、質子與中子)
2.相同元素的原子，其原子質量與原子大小均相同;不同元素的原子，其原子質量與原子大小
均不同。 (修正:同位素的發現，相同原子可能有不同的質量，1H 與 2H)
3.化合物是由不同種類的原子以固定的比例組成的。 (可說明定比定律與倍比定律)
4.所謂化學反應，是原子間以新的方式重新結合成另一種物質，在反應的過程中，原子不會
改變它的質量或特性，也不會產生新的原子，或使任何一個原子消失。 (可說明質量守恆定
律)
5.如果兩種元素只能組成一種已知化合物，則此化合物一定各含有此二元素之一個原子。

14. 原子說的矛盾
 1808 年法國化學家給呂薩克（ J.L.Gay–
Lussac ， 1778~1850 ）進行精密的實驗，得知
氫和氧結合成水蒸氣時，三者的體積比為
2:1:2 ，其它氣體反應時也都有一定的比例，
 所以提出「氣體反應體積定律」，內容為「在同
溫、同壓下，參與反應的氣體與生成物的氣體體
積成簡單整數比」。
 如果道耳吞的原子說正確，那麼「不可分割的氧
原子勢必要被分割成兩半」才行 ？？

15. 新的觀點－分子說
 （ 1 ）物質之最小質點，而仍能保持原物之組成
與
特性者稱為分子。
 （ 2 ）元素之分子由一個或數個同種原子結合而
成；化合物之分子則由數個不同種原子結合
而成。
 （ 3 ）原子為構成分子之單位，而分子為構成物
質
之單位。
 （ 4 ）發生化學反應時，可將分子分解為原子，
但
不能將原子再加分解。

16. 分子說的蒙塵
 亞佛加厥更進一步提出「在同溫同壓下，同體積
的任何氣體含有相同數目的分子」，
 其實，這只是將給呂薩克想法中的原子改成分子
而已，
 但只一字之差，卻劃開了兩個紀元，
 使化學邁入了分子的世界，
 超越時代的人通常都不見容於塵世，亞佛加厥也
一樣；他所提倡的分子說，並沒有實驗佐證，要
能廣泛地被人接受還需要一段漫長時間。

17. 分子說的崛起
 1811 年意大利物理學教授亞佛加厥所
提出的分子假說沒有引起重視，更沒有被承認。
由此產生的嚴重後果，當時絕大多數化學家是沒
有預見到的。
 在 1860 年以前的近半個世紀裡，由於不承認分
子是單質或化合物在游離狀態下獨立存在的最小
質點，不承認分子是由原子組成的這一正確假說
，世界各國化學家們對原子和分子的認識就很混
亂。

18. 為確立原子——分子論立功的康尼查
羅
 康尼查羅是通過研究化學史來論證原子一
分子論的
 他首先研究了道爾頓的原子論、阿佛加德
羅的分子假說及其實驗依據。
 沿著歷史的線索對化學理論和一些測定方
法進行分析和總結

19. 康尼查羅論述內容
1．強調地指出阿佛加德羅的分子假說是蓋·呂薩克氣體化合定律的自然結論，從而說明
了分子假說是有根據的。
2．提出一些化學家不接受阿佛加德羅分子假說的一個重要原因是過分地信賴了貝采裡烏
斯的電化二元論。有機化學中的鹵素取代氫的實驗事實恰好證明電化二元論是不全面的。
3．說明了怎樣根據分子假說，運用蒸氣密度法來求分子量。同時他運用氣體密度怯測定
了氫、氧、硫、氯、砷、汞、溴等單質和水、氯化氫、醋酸等化合物的分子量。
4．在測定分子量的基礎上，結合分析化學的資料，進而提出一個確定原子量的合理方法。
還論證了阿佛加德羅假說與杜隆——珀替定律的關系。這一定律是法國物理學家杜隆和珀替
在 1818 年由實驗推導出來的關於固態單質的物質熱容量與原子量的關系。
5．指出當量與原子量不同，它是原子參加化學反應的數量單位，當量和原子價的乘積就
是原子量。
6．根據大量的實驗資料證明無論在無機化學還是在有機化學中，原子量只有一套。化學
定律對無機化學、有機化學同樣適用。
7．確定了寫化學式的原則。

20. 原子與分子的確立
 康尼查羅的合理闡述，把原子論
和分子假說整理成一個協調的系統，原子
一分子論因此才為廣大化學家們接受。
 原子一分子論的確立，直接導致化學元素
周期律的發現和有機化學系統的建立。
 組成物質的最小粒子是原子，
 但具有該物質特性的最小粒子是分子。

21. 如何進行科學研究