本书第六章所叙述的热力学的基本原理引导汤姆生与焦耳对气体的自由.2
（Nernst）与约斯特（Jost），继后，哈伯（Haber）与勒?罗西诺尔（LeRossigno1）研究了氨、氮和氢在各种温度与压力下的平衡，并且利用各种催
化剂的帮助，于1905 年前后研究出一种实验室方法，从空气制成了氨，而且
到1912 年，哈伯的方法已经在工业和军事的用途上取得了成就，这是由于在
1914—1918 年的战争期间受了德国需要硝酸盐的巨大刺激的缘故。这个方法
就是使氮与氢在200 或更高的大气压与500℃的温度下，在一种催化剂上面
流动。再使氨与硫酸或硫酸钙起作用，而变成了硫酸氨，或将加热的氨和空
气一道通过象铂绒那样的催化剂，使氨变成硝酸氨。
一百多年前开始研究的一些催化剂，现在对于化学的动力理论与许多化
学工业，起了很重要的作用。催化剂很久以来就用于象哈伯法那样的反应中，
近年来应用得更广。将氢气通过混有镍屑的热油液，油便氢化，而变成一种
熔点较高更可口的脂肪。在高压下使氢气通过碳粉与煤焦油混合的热糊剂，
并用一种适当的催化剂，可使其氢化，生成物经过蒸馏，便成为汽车用的轻
油、中油和重油。催化剂用途的例子，多至难以一一列举①。
莫斯利的元素表中的缺空，现在已经差不多填满了。1925 年，W.和I.
诺达克（Nodack）使用X 射线分析，发现了43 和75 号元素，而命名为锝与
铼。1926 年B.S. 霍普金斯（Hopkins）宣布他发现了61 号元素鉯（ H 即钷
Pm）。这或许还没有得到完全的证实。周期表上的倒数第二个缺空——一个
元素属砹类名砹（At）——于1940 年由加利福尼亚大学的科森（Corson）、
麦肯齐（Mackenzie）与西格雷（Segre）发现。他们在回旋加速器里，用a
质点寺击铋而发现这个元素②。
卢瑟福一玻尔的原子理论，经过修改以后，使我们对于化学结构有了一
个电子的概念。电子可以占据的轨道或能级，由主量子数n＝1，2，3 等等规
定，这也表示壳层里的电子的数目。这些能级上可以存在的最多的电子数是
由下列级数（里德堡级数）给出：2×12.2×22，2×33 等，外层最多的电子
数是8。一满了8 这个数，便特别稳定；这种情况发生在除氦以外的一切情
气中；在n＝1 时，氦有两个核外电子，而氢只有一个。到了钠，开始形成量
子数为3 的另一个新的电子壳层，到了氩而满额。氩的电子结构是2，8，8。
这一理论给原子价的学说提供了物理学的根据。化合可以看做是电子从
一个原子迁移到另一个原子去。原子价代表一个原子必须获得或放弃的电子
数。这个原子必须获得或放弃这么多的电子，才能形成一个电子结构同最邻
近的情气一样的体系，或者说形成具有8 个电子壳层的体系。化合也可以由
于两原子共用一些电子而发生；这种原子价叫做共价。牛津的西奇威克
（N.V.Sidgwick）对这一原子价理论阐释得特别详细。
如果两个原子的轨道共用两个电子，它们便是靠所谓共价键结合起来
的。如果两个电子不是均等地共有，则一个原子具有多余的阳电，另一个具
有多余的阴电。这个分子将具有极性，并且具有偶极矩，这等于一个电荷同
① Rideal and Taylor， Catalysis in TheoryandPrcctice，London,1926.CarletonEllis, The Hydrogenafion of Oils,
London（U.S.A.Pr.）， 1931。
②
另一元素名钫（Fr），于1939 年为珀里（Perry）女士所发现。——译注
两电荷之间的距离的乘积。这些极矩可以根据介电常数（电容率）或不均匀
磁场里磁束的偏折度估算出来。雷德（Wrede）、德拜，还有西奇威克与包温，
都对偶极矩进行过研究，以此作为探索化学结构的指针。单质分子如H2、O2
没有偶极矩，因此是均等地共有电子，但是HCI 有一极矩，为1.03×10-18
静电单位，原子间的距离是1.28 埃；其他化合物也是这样的。
波动力学在化学上也如在物理学上有其重要性，特别表现在共振原理
上。共振的发生是由于一个分子由一电子结构跑到另一电子结构中，并且表
现出两者的某些性质。
原子发射出线状光谱，但从分子可以得到带状光谱，其分子的组态也可
以测定出来。一束单色光经过透明物体时发生散射，由此而形成各种频率的
辐射——散射介质的特征（斯梅卡耳-拉曼效应）。哈特利（W.N.Hartley）
等人新近证明，结构相似的化合物在紫外区有相似的吸收光谱。他们还从分
子结构的观点，研究了红外吸收光谱。
劳厄首先提出用X 射线考察晶体结构，先后有弗里德里希与基平，布拉
格父子（384 页）加以研究。这种研究表明，氯化钠的立方晶体由钠离子组
成。每个钠离子为六个氯离子所包围，相同地每个氯离子也为六个钠离子所
包围。金刚石里每个碳原子部处在四面体的中心，而与角上的四个碳原子互
相束缚。这种紧密的结构说明金刚石的硬性。用X 射线对二苯基晶体的分析
表明，它具有六个碳原子组成的环形结构，和凯库勒由苯与其衍生物的化学
现象推断的一样。新近罗伯森（J.M.Robertson）等人将傅立叶级数的方法应
用于茶与蒽①，以测定许多化合物组成原子的排列方向和化学键的性质。X 射
线也被用于考察合金、无机与有机化合物，都有成就。
对于晶体结构的分析，不但可以利用X 射线进行，也可利用电子衍射进
行，因为以上讲过，运动的电子挟带有波列，而可表现干涉现象等等。由电
子衍射和X 射线所得的结果是相合的。德拜使用X 射线研究晶体粉末，后来
发现用相似的方法，对液体与气体也可以得到干涉花样，并且可以测定原子
之间的距离。1930 年，维耳（Wierl）更使用了改进的方法。
凯库勒发现的苯的环形结构式以及范特一霍夫和勒?贝尔的碳原子结构
成四面体的理论，成为立体化学的伟大结构的基础。如果承认碳原子的四个
价电子作四面体的排列，则价电子键之间的角度将是109°28’。如果形成
环状，由于正五角形的角为108°，一列五个碳原子，首尾两端必然互相接
近，形成环状，键间很少应变，因而很稳定。W.H.珀金（Perkin）（子）制
出了具有3、4、5 和6 个碳原子的环状的化合物，近年来，化学家，特别是
索普（Thorpe）与英戈尔德（Ingold）等人①证明，从一个碳原子出来的两个
价电子之间的天然角度，显著地受到所附的基团（如甲基团）的影响，因而
应变可以减少，稳度可以增加。这种环结构出现在许多天然物里。如范特
霍夫所预测的，旋光性出现于不对称的分子，可是却没有不对称的碳原子。
梅特兰（Maitland）和米尔斯（Mills）已经证明丙二烯型化合物的情况就是
这样，它们的分子并不具有对称面②。化学这一分科的大发展是靠了X 射线分
① 萘是由煤焦油中提得的芳香碳氢化合物，白色晶体。它的衍生物是合成染料、树脂、药物的中间休。蒽
也是相似的碳氢化合物，淡蓝色荧光晶体，是合成蒽醌系染料的重要原料。——译注
①
lngold，J.Chem－Socl921。
②
Nature, vol ,CXXXV, 1935，vol.CXXXVII. 1936。
析的应用，因为这种分析将原子和分子的结构，表现得异常明白。
建立在煤焦油基础上的化学工业，范围极其广阔。它从理论科学产生，
而反转来对理论科学有很大的影响。翁韦多本（Unver-dorben）与霍夫曼
（Hofmann）从煤焦油分离出一种名叫苯胺（安尼林油）的物质。霍夫曼还证
明煤焦油里有苯。W.H.珀金（父〕于1856 年用重铬酸钾处理硫酸苯胺，而得
到紫色或紫红色的安尼林；这是首创的安尼林染料，以后发明了很多种这类
染料。1878 年，在库珀（Couper）和凯库勒奠定的基础上，E.和O.费舍
（Fischer）首先阐明了它们的化学结构。他们证明玫瑰芋胺（一品红）、洋
红等的来源是碳氢化合物，三苯甲烷。这工作引出许多新染料和合成这种染
料所必需的中间体。后来格里斯（Griess）制成具有偶氮基团（N：N）的偶
氮化合物。这又导出一个新系的偶氮染料。
茜素染料，如土耳其红，于1868 年合成，跟着而来的有蒽醌的其他衍生
物。约在1897 年，从苯基甘氨酸制出的工业蓝靛，开始将天然蓝靛逐出市场，
使印度的种植者破产。
染料在工业上虽属重要，药物对于人们的福利更有贡献。有机药物的合
成时代开始于解热药，如安替比林（1883），止痛剂非那西汀（1887）与水
杨酸，即阿斯匹灵（1899）。这些药物的发现，创立了现代的化学治疗学派，
主要的创始人当推欧立希（Paul Ehrllch,1854—1915 年）。他制成一种医
治马病的药物与一种名叫盐酸二氨基联砷酚（即六○六）的砷化合物，能杀
灭在人体内造成梅毒的螺旋体菌（1912）。尿素的一种复杂衍生物，于1924
年为富尔诺（Four－neau）所制成，能消灭造成昏睡病的寄生虫。以后几年，
一系列以氨苯磺胺和磺胺吡啶等磺胺类药物为基础的合成药，由梅（May）与
贝克（Baker）合成，叫做M.B.693，对于控制伤害人畜引起很多疾病的链球
菌和肺炎球菌都很有效①，而磺胺肌成了痢疾的特效药。
起初这些药物并无理论的基础，到1940 年菲尔兹（Fildes）、伍兹
（Woods）与塞尔比（Selbie）才证明，磺胺类药物的作用在于阻止病原菌获
得它们生长所必需的另一种同族物质，名叫对氨基苯甲酸。这个成就表明进
一步探讨的方向应当是研究细菌的代谢，寻找细菌所需要的物质，并找出防
止细菌利用它们的方法①。
青霉素最初是由弗莱明（A.Fleming）爵士在1929 年从笔毫霉制出并命
名的，后经牛津的弗洛里（Florey）等人加以研究，并证明比磺胺类药物更
有效②。
在帝国化学工业的曼彻斯特实验室里，于1945 年发现一种抗疟疾的特效
药名“白乐君”（paludrine）。杀虫药也经人研究，一种能杀昆虫而于人畜
无害，名叫六氯化苯（即六六六）的杀虫药制备成功了。
维生素的最新研究成果要在生物化学栏内作总的叙述，但关于维生素的
结构与合成的叙述，很自然地要放在化学栏里来。维生素A 是生长必需物，
其成分为C20H30O，卡勒（Karrer）提出了一个结构式，说明它的化学反应及
其与它的前身胡萝卜色素的关系。维生素B1，有抗神经炎的功能，为哥伦比
亚大学的威廉斯（WiIliams）所合成。抗坏血病的维生素C，存在于绿色菜
① Reports of Medical ResearchCouncil 1930—40，J.R.AgriC.Soc. l940。
①
Britain To-day, vol,LXXIX,1942，P.15
②
Britain To-day, vol,LXXIX,1942，P.15
蔬与柑属水果里，其结构式比较简单，表示如图18。这种维生素先经人提取，
后于1933 年为伯明翰的霍沃思（Haworth）合成，现在称为抗坏血酸。
以上讲过，有机化学的基础在于碳原子具有互相结合为复杂结构的能
力。大致类似的能力也为硅所具有，近年来也变得很重要。
1872 年，冯?拜尔（Von Baeyer）发现酚（石炭酸）与甲醛化合成为
一种树脂物。1908 年，贝克兰（Baekeland）发现这种树脂在碱性的催化剂
内加热，变成一种有塑性的物质。这叫做“电木”，在以甲醛为基本材料的
反应中还取得了其他塑料物。它们可以用作漆料、釉料，并可用来制造留声
机唱片、飞机骨架等。
橡胶于1892 年由蒂尔登（Tilden）用异甲基丁二烯合成。1910 年，马
修靳（Matthews）发现金属钠可以促进异甲基丁二烯的聚合化，但现今异甲
基丁二烯已经由碳氢化合物，丁二烯或氯丁二烯取代了。这些合成物常加在
天然产品内。
合成有机化学家对照相术作出了很多的贡献。起初，他们制成了显影剂
（焦性没食子酸等），继后制成一些染料，这些染料使胶卷对光谱可见区与
不可见区的不同的光线都具有感光作用。由于制出对于红外光具有感光作用
的照相乳胶，几哩以外的对象，也可摄得清晰的形象，这用普通底片是办不
到的。照相术对于许多学科，自天文学以至微生物学部很有帮助。
费舍对于单醣的基础研究工作（253 页），为许多人所继续，他提出一
个敞开的链形结构式，不过，人们现在公认的是霍沃思所提出的六成分型坏
形结构式。伊尔文（lrvine）与霍沃思和美国的赫德森（Hudson）使用甲醚
研究象蔗糖那样的双糖①。开始了氨基酸的现代研究的也是费舍。但迄今为止
用合成方法制出的结构最复杂的多肽类合成物，虽然分子量超过1300，还是
离蛋白质很远。蛋白质可以分为两类，其分子量分别为35，00O 与400，000
的简单倍数。现在虽然通过动物纤维的X 射线研究，得到了蛋白质分子结构
的形象，但仍有相当距离，人们还不能合成蛋白质①。
现代的物理与化学仪器，比五十年前的复杂得多了。个人很少能够建立
起一个实验室。业余爱好者虽然在过去对于科学作出了不少的贡献，但他们
的时代似乎过去了。现在大多数文明国家的政府都资助研究工作。英国将补
助费送结各大学和皇家学会去进行基础研究工作，至于工艺的研究则交给科
学与工业研究部、医学研究理事会或农业研究理事会去掌管。
①
Irvine，Chem，Rev.1927; Haworth，B.A.Repor，1935。
①
Vickery and Osborne, Physiol.Rev. 1928;Astbury，Trans,Faraday Soc.
