质量的单位是千克或公斤,原来规定为每边一分米的纯水在摄氏四度下的质量,但现在则等于1799年勒费贝-纪诺(Lefebre-Ginneau)与法布隆尼(Fabbroni)所制定的铂铱合金标准衡器的质量。他们的工作的精确度可从吉洛姆(Guillaume)在1927年所定的最新立特值去判断,即一立特之值等于1000.028立方厘米。
时间的单位是砂,定为平均太阳日的1/86400,所谓平均太阳日是把太阳中心第一次过子午线和接连第二次过子午线之间的时间作为一年计算出来的平均时间。
1822年,傅立叶在他的《热的理论》里指出副量或导来量按基本量来表示时,有某些是纲。假设以L表长度,M表质量,T表时间,则速度u(即在单位时间内所经过的长度)的量纲为L/T或LT-1。加速度是单位时间内速度的变化,其量纲为v/T,即L/T2或LT-2。力是质量与加速度的乘积,或MLT-2;功是ML2T-2。高斯由这些动力单位导出电与磁的单位,以后还要提到。
约在1870年,达成一项国际协议,一致同意采用一项科学的量度系统,以厘米(1/100米)、克(1/1000公斤)和秒三者作为基本单位,这就是常说的厘米、克、秒(C.G.S)制。
原子论
前几章内,我们已将德谟克利特时代以来的原子哲学叙述过了。这个哲学经亚里斯多德驳斥后,在中世纪陷于停止状态,直到文艺复兴以后,才重新活跃起来。伽利略赞同这个哲学,伽桑狄用伊壁鸠鲁与卢克莱修的语言重新加以叙述;波义耳与牛顿在他们关于化学与物理学的思辨见解中也用了它。从那时以后它又被搁置,虽然它仍然渗透在科学思想中。
到了十九世纪初年,它被人重新提出,以解释固、液、气物质三态的物理性质,以及化学变化上的定量事实。
推翻燃素说以后,人们对物质的三态或三相有了更清楚的认识。物质虽然有三态,我们通常认识最清楚的总是其中一态,如我们认识最清楚的水经常是液体;但水可变为三态中的任何一态,如冷凝则为冰,蒸发则为汽。随着这种认识的进步,人们开始研究化学化合定律。气体的化合定律,最容易发现,因此,气体就不再是一种神秘的、半灵魂的实体,而与其他物体发生关系了。
根据精密分析的结果,人们,尤其是拉瓦锡、普鲁斯特(Proust)与李希特(Richter)等发现一个化合物始终丝毫不差地由同量的成分所组成(在当时达到的精度下),这个定量化合的观念,在新化学的体系中起了重要作用,虽然它和贝尔托莱(Berthollet)的有分量的见解是不相合的。水不论是怎样得来的,总是氢与氧按1与8的比例而合成的。因此我们得到化合重的观念,如以氢的化合重为1,则氧的化合重为8。两种元素以多种方式化合成多种化合物时,一化合物中两种成分的比例与另一化合物中两种成分的比例,常有简单的关系:在一化合物中14分氮与8分氧化合,在另一化合物中则与16分氧化合,恰为前者的两倍。可是在同位素发现后,这种定量化合的概念稍有改变,以后还要谈到。
约翰·道尔顿(J.Dalton,1766-1844年)是威斯特摩兰(West
morland)一个手机织工的儿子,在他做小学教员的稀少闲暇里,学得一些数学与物理学的知识。他在曼彻斯特得着一个教书的位置,开始他对气体的实验。他看到气体的性质最好用原子论去解释,后来他把这种观念应用到化学上去,指出可以把化合的现象解释为具有确定重量的相异质点的结合,而每一元素的质点都有其特定的重量。他说:
物体有三种不同的区分或三态,特别引起哲学的化学家的注意,即弹性流体、液体与固体三词所代表的状态;我们所熟悉的很有名的例子是水,它在某些情况下,可以具有三种状态。在蒸汽,我们看见它是完全弹性的流体,在水,是完全的液体,在冰,是完全的固体。这些观察结果默默地引到一个似乎得到公认的结论:凡有相当大小的物体,不管它是液体式固体,都是由无数极微小的质点或原子所组成,他们为一种引力所束缚,这种引力因情况不同而有强弱的差异。……
化学的分解与合成不过是把这些质点分开或联合。物质的新创或毁灭是不在化学作用的能力范围之内的。我们要想创造或毁灭一个氢的质点,和在太阳系里增加一颗新的、或毁灭一颗固有的行星,一样的不可能。我们所能做到的改变,只是把粘着状态下或化合状态下的质点分开,以及把原来分离的质点联合起来而已。
在一切化学研究里,人们都正确地认为,弄清化合物中简单成分的相对重量,是一个重要的目标。不过,不幸的是,过去化学的研究就停止在这里;人们本来很可以从物质的相对重量,推出物体的终极质点或原子的相对重量,由此看出,它们在各种其他化合物中的数目与重量,用来帮助和指导我们未来的研究和改正研究的结果。因此,本书的一个重大目标,就是说明测定下列几个量的重要性和好处:单体与化合物中终极质点的相对重量,组成一个复杂质点的简单基本质点的数目,参与构成一个较复杂质点的比较不复杂的质点的数目。
如果有A与B两个可以化合的物体,以下为从最简的化合开始的各种化合的可能次序,有:
A的1原子+B的1原子=C的1原子,二元的。
A的1原子+B的2原子=D的1原子,三元的。
A的2原子+B的1原子=E的1原子,三元的。
A的1原子+B的3原子=F的1原子,四元的。
A的3原子+B的1原子=G的1原子,四元的。