科学史(下)-第8章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


化学亲合力或化学化合而产生的。不管它的性质怎样，只要它存在，它就必
定适合煞力学原理，在稀溶液中，如范特—霍夫所证明的，它就必定遵循气
体定律。可是它的原因未定，至少不是热力学所能确定的。

1887　年，瑞典人阿累利乌斯证明渗透压与溶液的电解性有关。我们都知
道，电解质的渗透压异常之大，例如氯化钾或任何类似的二元盐类的溶液，
其压力为同分子浓度的糖溶液的压力的两倍。阿累利乌斯发现，这种特大的
压力不但与电解的导电度有关，并且与化学的活动性，如酸类在糖发酵而变
为酒精的过程中的催化能力也有关系。他的结论是这种压力说明电解质中离
子互相离解。因此，举例来说，在氯化钾溶液中，虽然有若干中性的KCI　分
子存在，同时也有钾离子与氯离子各带着正电荷与负电荷，成为溶液导电度
与化学活动性的来源。溶液越淡，离解的盐越多，到溶液淡到极度时，液中
只有K＋离子和C1…离子。有人认为这两种离子彼此分开，是和溶剂化合在一
起的。

科尔劳施、范特—霍夫、阿累利乌斯的工作成了物理化学的庞大的上层
大厦的起点。在这座大厦里，热力学与电学结合起来，使理论的知识不断地
增进，并且愈来愈广泛地实际应用于工业。不但如此，我们也不要忘记后来
有一些伟大的物理学家研究了电在气体中的传导，建成了现代科学中最有特
征性的一个分支，而他们的离子观念却是溶液理论给予他们的。

从实验的观点来看，直接测定渗透压是很困难的，但是，美国的莫尔斯
（Morse）与怀特尼（Whitney），以及英国的贝克莱（Berke…ley）伯爵与哈
特莱（E。G。J。Hartley），却先后在1901　年和1906—1916　年间，对高浓度的
溶液中的渗透压进行了直接测定①。莫尔斯与他的同事所用的测定方法基本上
与佩弗的方法相同，只是在细节上大有改进。贝克莱与哈特莱并没有观察溶
剂的流入在半渗251　透的小室里造成的压力，而是使溶液受到逐渐增长的压
力，直到溶剂掉转运动的方向被排挤出去。他们把所得的结果和范·德·瓦
尔斯方程式（见232　页）加以比较；就蔗糖与葡萄糖而言，发现与下列公式
最符合：

Aa　

（　…p　＋　2　）（v　…b）　=　RT　

v　

奥斯特瓦尔德（Ostwald）把质量（v）　作用的化学定律（245　页）应用于阿累
利乌斯所想象的电解质的离解，找到一个稀化定律。

2

a　

=　K；

V（1　…a）　

式内a　代表电离度，V　代表溶液的容积，K　是常数。这个方程式对于弱的
电解质有效，如轻度离解的酸和盐，这时上式变为

a　=　


VK　
但此式对于高度离解的电解质无效，这（；）　一失败，有很长时间成为电离理

论不能为人接受的一个障碍。
这个困难为最近的研究大体上克服。1923—1927　年间，德拜（Debye）、

尤格尔（Huckel）与翁萨格（Onsager）指出，由于离子间的作用力，离子周

①　
Phil。Trans。RoyalSociety，A，1906，206，etc。AlexanderFindlay，Osmot…ic　Pressurc，London，1919。　


围形成一种异性的离子大气①。离子运动时，它须在前面建起一个新的大气，
而其背后的大气消散。这一作用形成一种阻挡的电拖曳，使它的运动，与其
浓度的平方根成比例而减少。这样就导出一个相当复杂的方程式。如将离子
的可能的缔合一并计入，这个方程式与实验而得的关系，即浓度与导电度的
关系，大致符合，就是对强电解质浓溶液来说也是如此。

阿累利乌认为强电解质只有部分离解，而最近的研究却表明是全部电
离。至于浓溶液里相对电离度的减少，那是由于离子速度的变缓的缘故。用
x　射线分析，表明原子就是在固态的晶体内，也是彼此离开，以后，也有人
提出这样的看法（见384，427—8　等页）。

①　
R。w。Gurney，LonsinSolution，Cambridge，1936。　


第七章十九世纪的生物学

生物学的意义——有机化学——生理学——微生物与细菌学——碳氮循

环——自然地理学与科学探险——地质学——自然历史——达尔文以前的进

化论——达尔文——进化论与自然选择——人类学

生物学的意义

在随着文艺复兴开始的科学时期里，天文学与物理学的进步所引起的思
想上的革命是最大的一次革命。当哥白尼把地球从宇宙中心的高傲地位上推
下来，牛顿把天体现象收服到日常习见的机械定律管制之下的时候，许多构
成整个神意启示理论基础的默认假设，恰好也遭到了破坏。这样，人们的观
点就发生了彻底的改变，可是还要经历相当长的岁月，效果才能表现出来。
地是宇宙的中心，人乃创造万物的唯一目的和意义一类的流行看法，在一般
人的信仰里虽然仍有其地位，可是有知识的人士早已把同这些看法有联系的
一些天文学观念抛弃了。

在十九世纪的飞跃进步中，最有效地扩大了人们的心理视野，促成思想
方式上的另一次大革命的既不是物理知识的大发展，更不是在这些知识基础
上建筑起来的上层工业大厦。真正的兴趣，从天文学转移到了地质学，从物
理学转移到了生物学和生命的现象。自然选择的假说，第一次给进化的旧观
念提供了一个可以接受的基础，使人类思想在它的无尽旅途中走上下一段漫
长的行程。在这个过程中，达尔文成为生物学中的牛顿——十九世纪思想界
的中心人物。单是自然选择也许不能完全解释后来出现的许多事实，但进化
论本身却建立在一个广博的基础上了。这个基础随着时间的推移，只是更加
巩固。

要追溯进化哲学的历史和意义，我们必须从第五章谈到的地方，去考察

生物知识的进步。在构成生物学的基础的各门科学当中，物理学与物理化学，

已经叙述过了，但是有机化学在十九世纪　253　才成为一个确定、独立的科

学，须要在这里加以叙述。

有机化学

动植物体内复杂物质的化学，主要是那个奇特的碳元素的化学。碳原子

有一个特殊的性质，既能自己互相结合，又能和别的元素结合，以构成很复

杂的分子。我们说过，自古以来就有两种对立的学说，一种学说主张生命是

一种特殊的生命原质，另一种学说认为在生命体中，和在外界的物质世界中

一样，机械作用可以最终地解释一切现象。有很长时间，人们一直以为组成

动植物组织的复杂物质只有在生命的过程里才能形成，因此有人认为，对于

生命的灵魂说的信仰就是随着这种看法兴起和衰落的。1826　年，亨内尔

（Hennell　）用人工的方法合成了乙醇，1828　年，韦勒（FriedrichWohler）

用氰酸与氨制成了尿素。这些事实说明以前仅仅存在在生物体内的东西，现

在也可以在实验室内制造出来了。以后跟着又制造出许多人工合成物，1887

年，费舍（Emil　Fischer），由碳、氢、氧等元素合成了果糖与葡萄糖。二

①
可参考：SirEdwardThorpe，History　of　Chemistry，London，1921。　


百年来有机物只能用干馏方法分析，分析的结果经过秤量，按份数记录下来，
即气、液、油和碳滓各占若干份①，可是到了十八世纪后期，就已经知道了许
多有机化合物，舍勒（Scheele）就分离出几种有机酸。

有机化学的头一个基本问题是测定化合物中的元素与其组成的百分数。

现今所用的方法是将要测定的化合物放在氧化铜放出的氧内燃烧，然后测量

燃烧后的产物的数量。这种分析的方法主要是由拉瓦锡、柏采留斯、盖伊—

吕萨克与泰纳尔（Thenard）等人发明出来的，又由李比希（Justus　Liebig）。。　

加以极大的改进，到1830　年，碳化合物的成分可根据经验得到相当精确的测

定。一个惊人的结果便是发现了“同分异构体”（即有些化合物组成成分百

分数相同而物理与化学性质不同），例如异氰酸银与雷酸银，尿素与氰酸铔，

酒石酸与葡萄酸都是。柏采留斯认为这种现象是由于两种同分异构体的分子

中原子的排列与联系不同的缘故。同样的现象也在元素中发现了，拉瓦锡证

明木炭与金刚石在化学上是同一物质。

柏采留斯的见解，在弗兰克兰（1852　年）、库珀（Couper）与凯库勒

（Kekule，1858　年）等人将原子价的观念阐明以后，得到进一步的发展。如

常用酒精的经验式C2H6O　可以写成构造式如下：

式中，凯库勒所指出的碳原子的四价，可用四条线表示，而每一条线可
与别的原子如H　或与别的原子团如羟基0H　相连接。

1865　年，凯库勒在讨论芳香化合物的文章中，把这些见解推广去解释这
类化合物中最简单的苯（C6H6）的结构。凯库勒指出苯与乙醇不同，乙醇的
碳链两端开放，而要解释苯的化学性质与反应，须将碳链的两端连结成一个
合闭的环，如下图所示：

只要设想有一个或多个氢原子被其他原子或原子团所置换，便可以表达
比较繁复的芳香化合物的结构。

这样，有机化学便理论化了。人们根据理论上可能的结构式，预言有某

些新的化合物存在，而许多预期的新化合物也真的合成或分离出来了。这样，

就有机化合物而言，结构式的理论就使我们可以把演绎的方法应用到化学上

去。

米彻尔里希（Mitscherlich）本来早已指出原子结构与晶状有关，在1844
年，他又促请人们注意一个事实：酒石酸的各同分异构物，虽然化学反应，
组成成分及结构式都是一样，可是光学性质却不255　相同。1848　年，巴斯德
（Louis　Pasteur，1822—1895　年）使葡萄酸盐重结晶时，发现有两种晶体
形成，它们的关系如右手与左手或实物与镜中的影像一样。如果将这两种晶
体分别取出，再加溶解，一种溶液可使偏振光的偏振面旋转向右，另一种溶
液则使偏振面旋转向左。第一种溶液后来证明含有一种普通酒石酸的化合
物，第二种溶液则含有另一新盐，与第一种混合，即得葡萄酸盐。葡萄酸和
类似物体的分解可以利用酵素一类有生命体的选择作用来实现。事实上，从
有生命的物质中得出的许多产物在光学上都是活泼的，而在实验室中合成的
同样的产物却是不活泼的。

1863　年，维斯里辛努斯（wislicenus）根据乳酸的类似现象断定，这两

①　
M。Nierenstein，Isis；No。　60，1934，p。　123。　


种不同的晶体一定是由于原子在空间的排列不同而造成的。1874　年，勒·贝
尔（Le　Bel）与范特—霍夫也各自独立地得到这个观念。他们推断说，一切
在光学上活泼的碳化合物都具有不对称的原子结构。范特—霍夫以为碳原子
C　位置在四面体的中心，其四角上放有四个其他原子或原子团（图8）。如果
这四个原子或原子团各不相同，就可得一种不对称的结构，这里可能有两种
安排，彼此的关系和实物与镜中影像的关系一样。勒·贝尔、琼斯（H。　O。
Jones）、波普（Pope）、基平（Kip　一ping）等人又发现碳以外的其他元素，
特别是氮的化合物也有同样的现象。

1832　年，李比希与韦勒指出：在许多情况下，一个复杂的原子团（后来
叫做“基”）通过化学作用在一系列化合物都是紧紧抱成一团的，就象一个
元素的原子一般。

例如氢氧基OH，不但发现于水中，就是在一切苛性碱类与醇类中也一样
存在。此外在有机化学与生物化学里还可找着无数的复杂的基，而且是有机
化学和生物化学的反应所必需的。

从基的观念自然而然要走到构型的理论。这个理论是罗朗（Laurent）与
杜马（Dumas）提出的：在1850　年以后，又由威廉森（Williamson）与热拉
尔（Gerhardt）加以发展。化合物可按照它们的构型分类，例如氧化物可以
看做是在水型的基础上构成的，氢原　256　子的一部或全部被同价的原子或原
子团所置换。这种基与型的观念代替了柏采留斯的电性二元论。

构成生物机体的无数有机物逐渐被分离出来，在十九世纪后半期又按其
元素用人工方法合成出来。它们都是以下三类化合物的某一类的成员或其衍
生物：

（1）蛋白质，含碳、氢、氮、氧，有时还有硫与磷。
（2）脂肪，含碳、氢与氧。
（3）碳水化合物（糖类），含碳、氢、氧，氢和氧的比例和它们构成水
的比例一样。
在这三类化合物中，蛋白质的化学结构最复杂，主要的基础是氮，它们
容易分解为许多大致相同的成分，一般叫做氨基酸，含有氢、氮二元素结成
的氨基NH2。这类酸中有许多在十九世纪里被分离出来，并加以化学的检验。
它们的结构是多样的，但都具有一个或多个酸性碳氧基（COOH　学名“羧基”）
和一个或多个碱性的氨基，所以它们同时具有酸、碱两性。各种有机体中发
现的各种蛋白质，即是许多氨基酸以不同的比例所构成的。

1883　年，库尔蒂斯（Curtius）用人工造成一种物质，其化学反应与蛋
白质产物相同。跟着，费舍研究了这种物质与类似化合物的结构。他发明了
几个方法来使氨基酸结合成复杂的物体。这种物体同消化酶作用于蛋白质而
造成的蛋白陈很相象，这些物质就叫做“多肽物”。这样，在十九世纪结束
以前，在测定生物机体的组成成份的性质方面，甚至在合成这些成分方面，
都有相当的进步，但对于更复杂的蛋白质，仍然了解得很少。

生理学

十九世纪生理学上最早的观念之一就是，身体的生命是组成身体的各个
组织的生命的总和结果。比夏（Bicliat，1771—1802　年）提出了这个理论，


并且在弄清这些组织的特性方面有很多贡献。他以为在生命中，生活力与物
理和化学的力量经常在斗争之中，后两种力量在生物死后，就重新主宰一切
而毁灭了生物的躯体。

有些个别的观察已经说明大脑的各种功能各有一定的部位。例如1558

年，威尼斯的马萨（Massa）注意到左眼后面的部位受伤可以妨碍说话的功能。

哈勒（Haller）①以为神经在脑髓中有一个共同的会合点，但迟到1796　年，

有资格的解剖学家仍然把脑室里的流体与盖伦的“动物元气”和亚里斯多德

的“感宫交会所”或“灵魂的器官”混为一谈。这种理论最后为先在巴黎、

后在维也纳行医的加尔（F。J。GaIl，1758—1828　年）的解剖所驳倒②。他把

马萨的见解加以发扬光大，揭示了大脑的真正构造，并说“灰质是神经系统

的活泼而必不可少的工具，白质只是联系的链条而已”。加尔被人指责为唯

物主义者。他坚持遗传的重要，尤为人所不满，因为遗传一说和当时教会的

道德责任观念是抵触的。他习惯于把无可置疑的事实与谬误丛生的学说混合

在一起，这就给他招来更多的纠葛。他所辞退的助手斯珀茨海姆（Spurzheim）

根据他对于大脑各部位功能的研究结果建立了荒唐的“脑相学”，因而使人

以为加尔本人也不过是一个走江湖的骗子。但现代脑神经学仍然是建立在加

尔的研究成果的坚实部分之上的