化学中的物理定律

" 质量作用定律（Iaw of mass action）在现代意义上理解，就是在一定温度下，一个均匀化学反映（homogeneous chemical reaction），其反映速率与反应物质的浓度成正比。事实上与反应物质的质量的浓度有关，所以此定律字面的意义是错了，但因为习惯也就沿用下来了。

在质量作用定律创立的发展史中，有3次比较重大的时间：一是贝托雷提出质量作用的思想；而是威廉米得出的第一个物质浓度与反应速率有关系的书决表示式；三是古得贝格比较完整地叙述质量作用定律。现对该定律创立过程的近180年的历史进行简单回顾。

1、从日夫鲁瓦到贝托雷 在18世纪初，英国著名物理学家牛顿（Sir Isaac Newton，1642~1727）在他的拉丁语版《光学》（Optics）（1705）的疑问31中，就从力学的角度发展了物质构造的微粒说，提出了他对化学亲合力的见解。他提出："我们已知物体间能通过重力、磁力和电力的吸引而相互发生作用，那么在不同物质的微粒间，当距离很小时（即相接触时），则还会有另一种吸引力使2中微粒以加速地相互发生冲击。"他把各种化学物理现象，都归结于这种使物体趋近的力。牛顿对化学亲合力的这种形而上学的机械论观点，使他在化学研究上没什有取得什么成就。 最早的这类表中，有日夫鲁瓦（Etienne Francois Geoffroy，1672~1731。法国化学家）制定的一种。他在1718年试图表明一种碱对各种酸或一种酸对各种碱的亲合性的次序。他从这样的假设出发：如果一种盐中置换它，即物质间的反应能力可以进行比较。因此，日夫鲁瓦指定了一些类似物质的表，它们按照在同表首所列物质相化合时，彼此置换的能力排列。然而，在此之后不久人们便发现，一种物质对另一种物质的亲合性不是不变的。尤其是法国药学家、波美（Antonine Baume，1728~1804） 在日夫鲁瓦以后，更应注目的是在1775年，瑞典化学家贝格曼(Torben Olof Bergman，1735~17

8

4)的著作《选择性引力研究》（Disquistio de Arractionbus Electivis）中提出的"有择亲合性"概念。根据贝格曼的提法，化学反应知识根据反应物的性质，通过其所决定的有择亲合力的大小而发生的，而这个有择亲合力的大小应由置换反映来决定。他在1775年~1783年间编制了这种亲合性表。贝格曼花了艰巨劳动研究了范围广泛的物质，编撰了2张亲合性表，每张表包括59种不同的物质，正式结果发表于贝格曼的《物理化学简论》（O puscula Physica et Chimica）中。可惜，贝格曼没有认识到且非常重要的是：要考虑一切参加化学过程的物理条件，而他倾向于把亲合性看做是不变的，很少受热以及外界条件的影响。他写到："在这篇论文学位论著中，我将致力于按照吸引的强度确定其次序；但是，每个吸引力的比较精确的量度（它可以表达为数字，并将表明整个这学说），则还知识迫切追求的东西。"他按照下述原则得出其结果："设A是一种物质，其他异质物质a、b、c等等都对它有吸引力；再设同c相化合而饱和（satuation）的A（我称这化合物为A c），在添加了b之后，便倾向于同b化合而排除c，于是可以说A对b的吸引强于c，或者说，A对b有较强的有择吸引；最后，设Ab的化合在加入a时破裂，设b被拒斥，a被选来取代b，则将可因出结论：a在吸引本领上超过b，这样,我们便有按效验排列的系列a、b、c我在这里称做吸引的东西，其他人命名其为亲合性，我以后将不加区别地使用这2个术语，虽然后者比较带隐喻性，从哲学上看不怎么合适。"贝格曼将亲合力看作是吸引力，是物体化合的原因，也是物体发生化学变化的原因。但贝格曼的有择亲合力概念，对于整理当时化学反应有关的知识起到了很大的作用。

1777年，即贝格曼提出有择亲合力概念的第二年，德国化学家、冶金家温策尔（Karl Friedrich Wenzel，1740~1793）对金属溶于酸中的溶解速率进行了研究，并根据这些研究估计这是化学亲合力的作用；同时，他还发现了金属的溶解速度率除了酸的种类之外，还受到酸的用量的影响，即他在《物质间亲合势的学说》（Lehre von der Verwandschafrt der Korper）中提出，化学反应的变化率与酸的"有效质量"（浓度）成正比。这是对质量作用的早期认识。

古德贝格和瓦格 但是，这个力不是唯一的作用，这样就弥补不了贝特罗和圣·吉尔工作的不足。"命A’+B’=A+B的反应中，A’B的活性质量为n1及q1，亲合性系数为k1,引起重新生成A及B的力是k1.n1.q1，这个力与第一个平衡，所以k.n.q= k1.n1.q1。通过实验测定活性质量n、q、n

1、q1,我们就可以求出系数k与k1之比。反过来，如果我们能求出这比k/k1,我们就能算出4个物质在任何初始条件下进行反应的结果。"这些结果在当时仍然没有引起人们的重视。 古德贝格和瓦格在描述他门的工作时说："从事本领域的研究，无疑地比那些手到大多数化学家们关注的即新化合物的发现更加困难、更家乏味很少有成果。"但是诸如此类的这些研究，对于把化学引到"真正的精密的一类科学里来"却是必要的。