大河之源：法拉第对碳的氯化物的研究

王洛印

（哈尔滨工业大学科技史与发展战略研究中心，哈尔滨，150080）

大河之源：法拉第对碳的氯化物的研究

王洛印

（哈尔滨工业大学科技史与发展战略研究中心，哈尔滨，150080）

法拉第的纯化学研究以其关于碳的氯化物的研究为起点，该项研究有其深厚的哲学思维理论背景，反映了法拉第一生贯穿始终的思维方式、研究特点和理论基础，并对其以后的电磁学研究产生了重要影响。通过分析《法拉第日记》及其他相关研究资料，梳理法拉第关于碳的氯化物研究的详细过程，揭示其理论基础和法拉第的科学思想及思维方式，说明其化学研究对日后电磁学研究产生的重要影响。

法拉第 《法拉第日记》 高氯化碳 低氯化碳 康德力学理论点原子

0 引 言

法拉第（M.Faraday，1791～1867）是经典电磁学理论的奠基者，不仅在物理学领域作出了许多重要贡献，在化学领域同样有许多重要发现，是一位重要的化学家。不过，其化学研究的指导思想并不同于当时主流的化学思想理论，有其鲜明的个人特色。迄今为止，国内外科学史界对法拉第的研究较为深入，但大多集中于其电磁学研究方面，对其早期的化学研究则较少涉及，目前还未发现有人专门就法拉第关于碳的氯化物的研究进行过专题研究。而纵观法拉第一生的科学事业，可以发现指导其作出诸多重要发现的思想理论基础，无论是在化学还物理学方面，都是连续统一的，其间没有明显的割裂和突变点。“这（李比希的评价）①括号中的注释如非特别说明，均系笔者加注。意味着法拉第从事物理研究时，利用了其在化学学徒时期所学到的化学方法。”［1］如果对其早期的化学研究不作深入探究，从法拉第的整个科学生涯出发来全面考虑和评价其化学研究的价值与意义，就很难明确、清晰地说明法拉第科学思想的发展变化过程，而所作的相关论述也易陷入虚浮无力的境地。

《法拉第日记》作为研究法拉第的原始材料，具有重要的史料价值。而日记的最初部分也正是从碳的氯化物研究开始。1820年12月21日，法拉第在皇家学会宣读了基于日记所撰写的关于碳的氯化物研究的相关论文，并在会刊《哲学学报》上发表，这是他科学生涯的首次。［2］因此，从某种意义上说，法拉第关于碳的氯化物的研究是其纯科学研究生涯的真正开始。其叙述风格、研究特点以及内部暗含的理论观点基本上奠定了法拉第一生主要的研究特色和理论基础。从《法拉第日记》入手，结合书信、私人笔记及其他相关研究材料，我们将尝试还原法拉第的详细实验发现过程，并在此基础上对其科学思想进行探讨。

1 研究碳的氯化物之缘起及其理论基础

氯气是瑞典化学家舍勒（K.W.Scheele，1742～1786）于1774年发现的，但当时他并没有认识到氯是一种元素。由于该物质是一种气体，且产自于盐酸，依照当时流行的燃素理论，舍勒称该物质为“脱燃素盐酸气”，意即某种未知元素的氧化物。1778年，拉瓦锡（A.L.Lavoisier，1743～1794）提出酸氧理论，认为任何酸都具有酸性是因为含有氧的原因，该学说进一步强化了舍勒所谓的“脱燃素盐酸气”应该是氧元素与另一种元素的化合物的认识。1810年，戴维（H.Davy，1778～1829）通过实验发现该物质不可电解，由此确认其为一种新元素。

自1810年至20年代，作为氯元素的确定者和命名者，戴维一直对该物质及其化合物进行密切关注和陆续研究。他和法拉第逐渐发现氯具有一些当时流行的化学理论无法解释的特性。按照当时贝采利乌斯（J.J.Berzelius，1779～1848）的“电化二元论”，氧的电性和碳的电性相反，所以剧烈反应燃烧，氯的化学性质同氧相似，并且也可助燃，所以氯的电性也应与碳相反，二者应剧烈反应燃烧。但实验结果却并不如此。

当时化学界已经发现了碳、氢、氯的三元化合物，戴维之弟——约翰·戴维（J.Davy，1790～1868）也已制成光气（COCl2），这充分说明氯和碳以及其他元素能形成三元化合物。如何解释氯和碳能共存于三元化合物中，却不能反应形成二元化合物？当时基于原子论及元素理论的主流化学理论认为，由于氯、碳二元素之间不存在亲和力或亲和力很弱，所以无法形成二元化合物。而在三元化合物中，由于“碳与氧能形成化合物，氯与氧也能形成化合物。光气作为一种三元化合物，氯和碳通过氧的媒介作用而绑定在一起，从而存在于一个稳定的化合物分子中。氧的出现弥补了氯碳之间缺少的亲和力，由此形成了稳定的三元化合物”。［3］但戴维和法拉第则并不这样认为，他们认为氯和碳能共存于一个三元化合物分子中，就足以说明这两种元素之间的亲和力决不会弱：

氯和碳之所以很难形成化合物，可能正如戴维爵士所指出的那样，不是因为两种物质之间没有或缺少亲和力。因为存在氯、碳、氢所形成的三元化合物，所以可以得出结论，就是任何两种物质之间的吸引力决不会弱，并且戴维博士所发现的氯、碳、氧结合在一起的光气，是另一个支持这种观点的强有力的例证。［4］

戴维和法拉第持有的这种观点，在当时主流的化学理论来看，是荒谬和不可理解的。“仅仅一种化合物中出现三种物质并不能说明两种物质之间的亲和力大小。”（［3］，121页）研究法拉第的美国著名学者威廉斯（L.P.Williams）认为，“这段话非常有趣，因为他揭示了法拉第工作的理论背景。”（［3］，121页）他在相关著作中详细介绍了戴维和法拉第对波斯科维奇（R.G.Boscovich，1711～1787）“点原子理论”的认识与应用，认为正是基于点原子理论所形成的关于物质原子及分子的认识，造成二人这种奇怪的观点。点原子理论是戴维和法拉第二人研究纯化学、特别是研究碳的氯化物的最重要的理论基础。（［3］，73～80，121～122页）

1.1 点原子理论

点原子理论是意大利学者波斯科维奇于1758年提出的一种理论，是为调和牛顿（I. Newton，1643～1727）引力理论与莱布尼茨（G.W.Leibniz，1646～1716）“单子论”而创造的一种中间理论。牛顿及其追随者认为，物质由大量原子组成，这些原子类似完全弹性小球，完全坚硬，不可贯穿，由此带来解释上的一些难题。例如，如果原子是完全坚硬的，碰撞时形变就不可能发生，这在波斯科维奇看来是十分荒谬的。他借助“单子论”中的“单子”概念，认为物质是由类似单子的、不可分的点原子所构成。这些点原子可以看作是数学上的一个点。点原子之间按照距离的远近，分别出现出不同的引力和斥力。如图1所示，当一个点原子从无限远处靠近另一个点原子，它们之间的距离大于H时，二者之间遵循平方反比关系的引力作用。H点是宏观和原子世界的分界线。小于H，引力不再遵循平方反比关系。引力达到一个最大点后，又逐渐变小，至D点，作用力为零。从D点至A点，按照距离的不同，分别表现为斥力或引力，呈现几个波峰波谷式的变化。从A点至两原子之间距离无限近，作用力表现为斥力，随着距离变小而不断增大，在无限小时为无限大。（［3］，74～75页）

图1 点原子之间作用力示意图（［3］，74页）

当然，波斯科维奇的点原子理论并非上所述的那样简单，实际情况要复杂得多。在其二百多页的著作《自然哲学原理》中，他用详尽的叙述和大量的几何图形等数学工具充分描述了点原子理论的内容，并尝试用该理论给出各种自然现象的一个总的解释。［5］点原子理论可以很好地解释原子的碰撞和物质运动。它一方面保留了牛顿理论原子的不可贯穿性，因为距离无限近时斥力无限大，所以穿透是不可能的；另一方面，由于点原子之间是连续的引力或斥力作用，且点原子只是数学的一个点，没有大小，只表现为力的作用中心。而力的作用方式和大小用数学表述，这种处理方式既调和了自然哲学认识论上的一些争论，又借助数学方式增添了相当多的科学因素。所以该理论出现后不久，即在学术界产生了较大影响。

1820年之前，拉瓦锡创立的化学元素理论和道尔顿（J.Dalton，1766～1844）的原子论已在欧洲产生了重要影响，成为解释各种化学现象以及气体反应的最主要的化学理论。作为稍晚于道尔顿的英国重要的化学家和物理学家，法拉第一生都不承认道尔顿的原子论，并对拉瓦锡的化学理论相当拒斥，说明法拉第一定在借助别的理论来指导其化学研究，威廉斯认为该理论就是波斯科维奇的点原子理论。

1817年，法拉第通过实验研究发现气体除了比重不同之外，其他所有物理性质基本相同。（［4］，5页）按照道尔顿原子论，物质是由大小和质量不同的各种元素原子和虚空组成。据此推测，比重大的相对移动性应该较弱，小的则强。通常条件下，实验表明确实如此。但当条件改变后，情况发生了变化。在气体稀薄条件下，法拉第发现当气体通过小孔或细管流动时，重气体的流动速度并不慢，甚至还快：

乙烯与氢气在通过时一样容易，且几乎是一氧化碳或普通空气的二倍。二氧化碳比大多数较轻气体逃逸地都要快。如果缩小小孔或细管的口径，即使在更大的压力下，依然得到类似的结果。单独运动产生的效应受到其他因素的干扰，需要不同的时间。引起这些异常的原因可能是（气体）在细管中时，力减少或增加了。（［4］，6页）

法拉第这里所说的力，是每种气体微粒具有的特殊的力。1818年，他进一步的研究未发现原因，但是给出了这些异常现象出现的严格条件。法拉第最后总结道：“也许所有这些效应都可以由设想每一种气体具有其特殊的某种膨胀力来说明。”（［4］，10页）

威廉斯认为法拉第利用物质微粒本身具有的一种特殊的力来说明该特殊效应，正是符合了点原子理论的基本观点。（［3］，88页）不仅如此，威廉斯还试图利用点原子理论来详细解释戴维和法拉第所持有的上文所述的论点，即如果存在三元化合物，就可以说明任意两种元素之间的化学亲和力很强，足以形成二元化合物。威廉斯认为，在波斯科维奇及其后继者看来，化学科学中所说的元素原子①这里所说的“原子”并不同于我们今天的“原子”概念，而是指化学反应中的最小微粒，与现今“分子”概念有些类似。并不是简单的一个点原子，而是一定数量的点原子组成的集合。这些点原子之间存在复杂的引力和斥力作用，当集合在一起时，就会总体上呈现出复杂的、围绕这些点原子集合的一层力的“外壳”。这种力的“外壳”及力作用模式决定了该元素的物理和化学性质。不同元素原子的“力壳”和力作用模式不同，性质就不一样。只有两种元素原子的“力壳”互补，才能够发生反应形成分子。分子也具有其特殊的“力壳”和力作用模式，从而决定了分子的性质。例如该理论这样说明水分子的形成：如图2所示，一定数目的氢和氧的点原子的复杂组合分别构成氢和氧元素原子，原子图形外围的实线表示该元素原子的“力壳”及力作用模式。可以看出，氧元素原子的“力壳”有两处最为突出，表示这两个地方作用力最大，最容易结合氢原子。而氢原子只有一处最为突出，所以氧原子和氢原子相遇时，氧的两处如同一把锁的两个“锁眼”，恰好契合两个氢原子形成的两把“钥匙”，由此构成一个水分子。图中外围的虚线表示水分子的“力壳”和力作用模式，决定水分子的性质。（［3］，76～77页）

威廉斯指出，法拉第和戴维就是在该理论指引下，形成了上文所述的观点。元素原子周围围绕斥力和引力组成的复杂的“力壳”和力作用模式，很有可能碳和氯原子的“力壳”和力作用模式不能洽合，所以两种物质相遇时，不会形成二元化合物。但当第三种元素出现并形成三元化合物时，就会改变两种元素中某一种元素原子的“力壳”和力作用模式，从而两种元素“力壳”彼此洽合。此后，即使第三种元素原子移去，两种元素原子依然可以保持结合的状态，因此氧、碳、氯等三元化合物的存在说明了氯和碳之间存在强大的亲和力，两种物质可以形成二元化合物。（［3］，121页）

图2 点原子理论说明水分子的形成（［3］，76页）

威廉斯的上述论述乍看上去甚为合理，但仔细分析一下，却发现存在相当多的漏洞。首先波斯科维奇所说的点原子没有体积，只是数学上的一个点，而物质又由这些点原子构成，这在大多数科学家特别是实验科学家看来，无法理解。其次，按照威廉斯的解释，物质元素原子由一定数目的点原子构成。那么究竟由多少点原子构成，如何构成，原理如何，为什么物质元素原子不是构成物质的最小微粒？当时科学界应经计算出大多数已知元素的原子量，原子量各自不同，存在差异。如何用没有体积，甚至没有物质属性的点原子集合来解释各种元素原子量的差别？再次，如果说每种元素的性质由围绕点原子集合的“力壳”或力的模式所决定，那么在三元化合物中，原子“力壳”却发生了变化，这是否意味着元素的性质可以发生改变？如果可以改变，“力壳”就不具备了专一性，何谈自然界中各种元素的差异性呢？况且在氢氧合成水的说明中，如果说氧原子的“力壳”具有两个突起，从而和两个氢原子结合，那么如何说明有些元素形成的多种比例的化合物呢？例如氧和碳既可以以1：1比例结合，也可以2：1结合。

诸如上述的种种疑难问题，威廉斯并未给出有足够说服力的解答，这必然导致对其解释和论证的怀疑。而且他也在著作中表明，其上述论点纯属猜测，并无确凿资料的支持。（［3］，135页）

1844年1月，法拉第在《关于电传导及物质本性的一点思考》一文中明确表示：“……波斯科维奇的点原子对我来说比通常的概念有一个巨大的优越性。他的点原子，如果我理解正确的话，仅仅是力的中心，而不是力所居留的物质粒子。”［6］这个“优越性”依照此观点看来，“……物质将会是完全‘连续’的，并且在考虑一块物质时，我们没必要设想原子与它们之间的空间有任何区别”。（［6］，291页）这是法拉第首次提到点原子理论对他的影响。但须注意的是，此时距离其研究碳的氯化物已过去了24年，如果以此来推测法拉第研究碳的氯化物之前的思想状态，则未必准确。况且即使法拉第在1820年之前确实受到点原子理论的影响，我们也需要考察其对点原子理论的认识、接受过程及程度，其中是否掺杂有其他理论观点，他为何在长达20多年的时间从未提到过该理论。这些问题都需要在资料考察的基础上给出解释，并由此还原法拉第在研究碳的氯化物之前的思想状态。

仔细分析法拉第1844年的论述，不难发现他对波斯科维奇点原子理论的认识并不全面，且渗透有许多个人观点。回溯至1820年研究碳的氯化物之前，其相关认识就难免更有偏差。作为一名有相当深厚的哲学和宗教背景的数学家及物理学家，波斯科维奇在《自然哲学原理》一书中，全面介绍了点原子理论以及在此基础上构建的关于物理力学的基本观点和总的认识。该著作充满了复杂的几何图形及各种运算，远远超出了只有基本数学计算能力的法拉第的认识水平。该书于1758年首次出版，1763年在威尼斯出版第二版，此后直至1922年才在伦敦出版第三版英文本。1820年之前，几乎不懂数学又对其他语言知之甚少的法拉第，即使对波斯科维奇及其点原子理论有一定认识，也极有可能只是表面的大致认识，与原著所表述的并不一致。分析法拉第在研究碳的氯化物之前关于物质和力的基本认识，也可以证明这一点。

1.2 康德力学理论的影响

早在1816年，法拉第就在一次化学讲座中表露出有关力与物质的不同看法：

很明显有三种引力，重力引力、电引力和磁引力，……看上去……足以说明我们所熟悉的物体间所有的趋向和附着现象。……化学科学就是建立在物质凝聚力和亲和力基础之上，并且每一个化学聚合或亲和现象也同时是一个引力现象。……聚合引力和化学亲和力从实质上来说与重力引力是一样的，电引力我不能下结论，但是我相信它们是一样的。［7］

不难发现，法拉第受到了牛顿力学研究纲领的重要影响。法拉第将牛顿力学解释引入到新兴的电学、磁学和化学领域，认为化学力和重力引力、电引力、磁引力都是一样的，试图用引力和力的相互作用来说明所有的自然现象，如果说这是受到波斯科维奇理论的影响，那么从根本上说，这种影响也是来源于更为久远的牛顿力学传统。不过特别的是，由于法拉第几乎不懂数学，且没有受过正规教育，他所拥有的力与物质的观点与坚持牛顿传统的大多数科学研究者并不相同。法拉第所认识和研究的不是物质与物质之间的力作用关系，而是研究各种力及力与力之间的相互作用关系。在他看来，力不再是一种物质属性，而是一种实体，是一种物理实在。他不承认牛顿的物质实体性原子观点而坚持力实体的连续作用理论。因此从力及力与力的相互作用出发来解释各种自然现象，成为其自然科学研究的根本着力点和理论基础。这种思想与认识受到了康德力学理论的影响。

18世纪，机械论自然哲学在牛顿传统的指引下，无论在物理还是天文学领域，都取得了巨大成功，同时带来认识论上的巨大变革。为了弥补物质和精神二元论伴随机械主义带来的严重的宗教信仰危机，康德（I.Kant，1724～1804）建立了一套哲学体系，企图将“浩瀚的星空和心中永恒的道德法律”整合在一起，从而消除二元论带来的种种弊端，并规定科学研究的界限。康德在1781年的《纯粹理性批判》中试图对人类理性所达到的程度给出限定。通过严密的概念设定和命题分析，康德认为自然哲学所说的时间和真空，是没有经过实验检验的人类先天直觉的结果，因此不能应用于理性主导的科学研究中。物质概念和时空概念类似，也是人类直觉的结果，所谓的“物自体”和“精神”概念相似，是人类理性所不能达到的，是不可知的。科学所研究的空间是充满了实体的，这种实体是力而不是物质。物质直觉来源于人类理性可以理解和检验的力和运动。因此，从根本上来说，人类理性所能达到的最终界限只能是力，所以自然科学的基础和处理原则只能是各种力，而不是存在于时空中的物质。［8］

康德所说的力只有两种作用形式，引力和斥力。引力和斥力的各种冲突产生了力的稀薄和浓缩，由此产生了自然界的各种现象。因此，空间中的任何一点，都是引力和斥力作用的结果。空间的连续性由力的连续性所决定，力弥漫于整个空间，绵延不断。由于自然界的各种力只能表现为引力或斥力作用，所以我们日常生活中所观察到的各种力，无论是重力引力、电力、磁力还是热力，都是可以互相转化并最终保持统一不变。（［8］，239页）由上述论述可见，康德力学理论应用于自然科学研究中，产生了一系列命题和推论，与原子论有很大差异，并已基本暗含了能量的转化和守恒观点。

康德力学理论经过柯勒律治（S.T.Coleridge，1772～1834）和戴维的诠释与吸收（［3］，63～73页），几乎全部为法拉第所接受。［9］虽然戴维和法拉第都明确提到过点原子理论，但细察其有关表述，却实际上一直在用各种力来解释自然现象，其本质不过是借助点原子概念来表述力作用方式的康德力学理论。例如威廉斯所认为的点原子理论的基本观点，即每一种物质微粒都对应一种特殊的力，都与其本身的力作用模式具有特殊的、密切的对应联系，这其实表述的是一种力微粒实体论观点，看上去与康德力学思想更为近似。波斯科维奇理论的高度数学化，限制了法拉第对点原子理论的理解运用：“从未受过科学的正规训练（几乎没有人这样——作者原注），法拉第发展自己独有的一套方法，用实验方式探究自然现象并用一种非数学的方式加以诠释，尽管其具有高度的立体和视觉可感性。”［10］在这种情况下，法拉第不得不对点原子理论进行改造：首先，点原子不再是一种数学描述，结合康德力学理论变成了哲学性的实体存在。例如1818年，法拉第就认为：“……（力）粒子是力的集中，物质由一种或几种力组成，所以和物质粒子不同，力粒子之间没有空间。”［11］很显然，这里的“力粒子”即来源于点原子概念，但变成了一种实体性存在；其次，对点原子和原子等微粒之间的概念差别不作详细界定，借助点原子之间的力作用方式来描述物质微粒之间的作用方式，模糊点原子和原子等微粒之间的差别；再次，点原子之间相互作用的精密化数学表述变得简化笼统，仅凭借概念意义上的引力和斥力作用进一步细化康德理论的力作用方式，但不对具体的数学处理和详细的作用方式进行论述。

法拉第不接受道尔顿的原子理论，除了上文提到的实验证据外，更根本的原因在于康德力学理论。该理论认为空间是充满了力的，而力是连续的，所以不存在虚空。因此道尔顿所认为的物质由虚空和原子实体组成的观点，法拉第根本无法接受。而对于拉瓦锡学说，由于酸氧理论造成的缺陷，他们也不能接受。所以，必须寻求一种新的理论作为其化学研究的指导思想。借助点原子理论细化康德力学理论，用实体化的点原子或力粒子概念及简便、模糊后的粒子间的力作用方式，来描述和解释化学现象，遂成为戴维和法拉第研究化学的指导理论：

假设确定的分子在一些吸引和排斥作用的点，如波斯科维奇所指出的那样，拥有一定的极点。而且这些分子有重力和形状，即重量和广延，所有的化学现象都可以说明了。当它们的吸引和排斥平衡时，（分子微粒）会形成球形的一团。……化学结合决定于微粒在极点处的作用关系-如此，它们的球形吸引就会互相契合；不过我们要设想（微粒）有其固有的力（因此我们要设想对于磁铁来说，铁就具有其自然的极点——戴维注）-热有助于化学反应，是因为扩展了物体并从而增大了球形作用范围-电吸引和电排斥是微粒吸引的一种增加（所导致的结果）-导体、极……绝缘体……

（所有这些都归因于）极性沟通作用导致的晶体排列。［12］

正如上文威廉斯所指出的，分子或原子极点之间力的作用产生了化学的化合或分解现象。至于物质分子或原子是如何从点原子形成的，点原子、原子、力微粒以及分子有何差别，作为数学上一个点的点原子为什么具有了重力和形状？所有这些，戴维并未曾给予详细地说明。

1821年之前的法拉第，名义上虽然是皇家研究所的“‘实验室和矿物收集助手暨仪器设备主管’，但职责大多同以前一样。”［13］事实上，他依然与1813年刚进入研究所工作一样，大多数时间都是为戴维做实验助手。其与戴维的关系与其说是同事，更不如说是师徒更为确切。他早期的研究方向基本上都来自于戴维的指导，其早期的科学思想也受到戴维的重要影响，其科学生涯的起步、成长与戴维的联系异常紧密。“以戴维为榜样，法拉第对科学产生兴趣并进入这个领域。”［14］作为戴维实际意义上的学生和助手，法拉第在化学上的研究也大多承袭了戴维的研究方法和科学思想，并为其几乎所有的化学研究定下了理论基调。戴维异于化学界主流的、极富哲学和诗人气质的化学思想理论笼统而又模糊，对于化学科学理论的发展没有重要突破，这决定了他的贡献主要在实际的化学发现方面。同样的特点也存在于法拉第的化学研究之中。不过由于先天的不同及其后来的电磁学实验研究，法拉第在某些方面思考的更深、更远。如果说戴维还存有部分原子或分子微粒的实体观念，法拉第则逐渐抛弃了物质微粒的实体观念，而坚持力实体作用理论，这从上文其于1816、1818和1844相关论述可见一斑。

戴维和法拉第虽然反对道尔顿的原子论，但在化学研究过程中，他们公开显露的思想依然不得不向主流化学理论靠拢。一方面借助点原子概念来调和实体原子论观点，显得不离经叛道而符合传统；另一方面，借助点原子理论中数学化的力作用模式细化和掩盖实际的康德力学理论，让每一种物质微粒都对应一种特殊的力的作用，以微粒之间引力和斥力作用来说明各种化学现象。至于具体是如何作用的，如何细化，由于戴维和法拉第根本无法理解波斯科维奇点原子理论的具体内容，他们从未也无法给出明确的说明。戴维和法拉第对构成物质的基本微粒按照情形的不同，分别有不同的称谓。有时称之为点原子、原子、分子，有时则称之为力粒子、微粒等。众多的称谓反应出他们内心的矛盾。一方面说明化学现象时，不得不追随化学界的主流思想理论，需要借用原子和元素等概念，虽然其解释的本质依然是力实体论解释；另一方面，说明某些物理现象时，用力或力粒子的概念更加符合本质的解释及内心的哲学理念。因此从根本上来说，他们所用理论的本质依然是披着点原子理论外衣的康德力学理论。

纵观法拉第整个科学生涯，多处都存有康德力学理论的影子。此后，伴随着电磁学实验研究的逐步深入，他的科学思想逐步发展和细化，并最终形成力线思想和场理论思想，这个过程其实也是康德力学理论的具体化和实验验证与发展过程。［15］然而康德力学理论从本质上来说毕竟是一种科学哲学理论，无法得到实验的有力证实。对于持有培根实验科学传统的英国科学界来说，该理论处于假说范畴，科学界不会轻易接受。而波斯科维奇利用点原子理论建立的自然哲学理论体系，相比康德理论，无论是用数学化的点原子还是用数学模型处理力学现象，都具有更为扎实的科学性和可操作性。康德理论中存在的模糊、笼统和缺少科学操作性，注入点原子概念后，至少外表可以得到细化和夯实，避免了哲学表述中的泛化缺陷。在此基础上发展和充实康德力学理论，使其表象上具备科学所需要的基本数学性和实在性，科学性显得大为提高，就更容易为科学界理解和接受。

这套理论由于康德力学理论的哲学性而显得普适性强。配合模糊性的“点原子”概念在不同背景下的不同称谓，以及模糊后的微粒间的引力和斥力作用，使得该理论的应用非常灵活，在不同情况下，视需要可以有不同的外观和重心。既有理论深度又有科学外观。然而，某种理论的解释面越广，其精密性必然越差。法拉第在其科学生涯的前中期极少表露其理论观点，自然是意识到该理论的科学严密性不够，贸然说出，必然招致科学界的敌意和反对。但是到了晚年，随着其重要的科学发现越来越多，理论需求愈为迫切，同时其科学话语权也逐渐增强，其理论也在常年的思索和打磨下，注入了更多经过实验检验的个人观点和思想，精密性和科学性大为提高。在这种背景下，阐述、总结自己的思想理论自然水到渠成且易为学界接受。

正是在该理论的指引下，戴维和法拉第模糊而笼统地认为：既然氯、碳以及其他元素能形成三元化合物，则可以说明三种微粒之间能形成确定的引力和斥力作用关系。去除或用氯、碳二元素中的任意一种替代第三种元素后，碳氯微粒之间的作用距离和力作用模式并未发生变化，因此力的作用关系仍然保持大致不变。所以碳氯可以形成稳定的二元化合物。由此出发，法拉第开始了碳的氯化物的研究。

2 对高氯化碳的研究

在当时的实验条件下，氯气和炭黑很难直接反应生成二元化合物。不过依照上文所提到的戴维和法拉第所坚持的理论，如果有第三种元素作为媒介，在三种元素形成稳定的力的作用模式后，去除第三种元素，碳和氯的作用模式依然大致不变，就有可能生成碳和氯的化合物。法拉第所找到的第三种元素就是氢元素。

18世纪，荷兰化学家已经发现氯气能与乙烯反应生成一种油状液体，该液体遂被命名为“荷兰油”，即我们今天所说的二氯乙烷。当时科学家已经测明此液体由碳、氢、氯三种元素组成。法拉第试着让“荷兰油”与过量氯气反应，希望用氯替代和去除三元化合物中的氢，由此生成碳的氯化物。1820年9月，法拉第首次利用该方法制得六氯乙烷，命名为“碳的氯化物”，发现低氯化碳后，改称为“高氯化碳”（perchloride of carbon）。

氯气和荷兰油放入一蒸馏瓶中，置于日光下，很快发生反应，容器呈现有雾状，氯气颜色消失。气体由于反应中放出一点热，看上去增多了一些。气体中含有大量的盐酸气（即氯化氢气体），并有一点光气的气味。（可能有氧气混入——法拉第注）

有树枝状晶体逐渐形成；可以水洗，溶于酒精并（浓缩后）形成晶体。

该物质透明-无色-有挥发性，结晶后形成平滑的、有时长达半英寸的树枝状晶体-它①该处出版者标注为（字迹模糊），意指在法拉第的手稿中此处不能辨认。放于光下有强烈的芳香味，很像人造樟脑-溶于冷酒精，更多溶于热酒精-从热溶液中析出后呈树枝状或斜方晶状（四边形？——法拉第注）晶体。［16］

该实验用今天的化学方程式可表示为：C2H4Cl2+4Cl2→C2Cl6+4HCl。法拉第除了制得碳的氯化物，还观测了该物质的一些性质，结果与现今的观测大多吻合。

由于乙烯可以与氯气反应生成“荷兰油”，而“荷兰油”又与氯气生成碳的氯化物，所以自然可以想到氯气能与乙烯直接反应生成高氯化碳：

……先充满氯气，再放入乙烯-形成油-后放入更多的氯气-置于光下-注入水，等等-很多该物质形成。（［16］，3页）

自10月4日开始，法拉第又分别在10月5、6、7、9、13、14、和18日，通过多个实验在多种条件下制得高氯化碳，并且发现过量氯气与乙烯无论在有无阳光照射的情况下都可以生成高氯化碳；乙烯、氯气与生成的盐酸气的气体体积比约为1：5：4，这个结果与现今一致。当然实验由于客观条件所限，乙烯不可能与氯气完全反应，从而全部转化为高氯化碳，不过出现的数据偏差大多都在误差允许范围之内。他10月14日的实验非常具有代表性：

准备好三个小蒸馏瓶。1号瓶放入11.5立方英寸氮气，然后用抽气机抽干。放入1立方英寸乙烯与10.25立方英寸氯气（其不纯度为1/48——法拉第注），半小时后，又放入2立方英寸氯气。（密闭后）放入水中，置于阳光下直至晚上，白天几乎没有阳光。16日观察。

2号瓶放入11.75立方英寸氮气，……16日观察。

3号瓶放入12立方英寸氮气，……17日早上观察。……

1号瓶置于氯气上：没有（氯气）进入。放入水银中①用水银槽代替水槽，使瓶口没入水银中，水银会吸收反应剩余的氯气，所以最后蒸馏瓶中剩下的就是气压下降、体积膨胀的盐酸气和氮气等气体杂质。，并且让氯气的吸收整夜都在进行。

2号瓶置于氯气上：有0.5立方英寸氯气进入——放入水银中，如上那样吸收，16日观察。（［16］，18页）

放置几天后，法拉第分别在16日和17日观察实验结果：

星期六的两个小蒸馏瓶，即从那时其瓶口一直没入水银中的瓶子是1号和2号瓶。1号瓶中，水银进入瓶口，升至比外面高13.5英寸的刻度，气压为29.3。水银升入瓶颈中，达到的刻度（说明体积）等于3立方英寸。膨胀的盐酸气、氮气等为8.5立方英寸。经过水吸收后，在常压下约形成0.8+②意即稍多于0.8立方英寸。立方英寸的氮气，等等。因此订正后的数量是：氮气0.8+立方英寸，盐酸气3.688立方英寸，氯气7.032立方英寸，好实验。

2号瓶……，非常好的实验，两者都非常接近。（［16］，20页）

3号瓶最后……经（水银）吸收订正后的气体数量是：氯气7.325立方英寸，盐酸气4.327立方英寸，氮气0.75立方英寸。很接近。（［16］，22页）

上述实验以1号瓶为例。首先放入氮气然后抽干的目的是排出瓶里的空气，以免空气中的氧气与物质反应形成光气杂质。随后放入氯气和乙烯，使它们充分反应，再用水银吸收未反应的氯气，剩余的气体为生成的、体积膨胀后的盐酸气和氮气等杂质气体。这些气体置于常压下，可以计算出体积V。用水吸收后，剩余的就是未反应的氮气等杂质气体，约为0.8立方英寸。V-0.8=盐酸气的真实体积3.688，随后用总体积减去盐酸气和氮气等杂质的体积，就可以得到剩余的氯气的体积为7.032立方英寸。因此参与反应的乙烯、氯气分别是1和10.25+2-7.032=5.218立方英寸，生成3.688立方英寸盐酸气。由于实验持续了几天，加之外界气压有变化，所有计算出的气体体积有一定偏差，但是总的看来大致符合1：5：4的体积比例。由上述三个实验可以看出，法拉第此时已经完全掌握了制取高氯化碳的方法，并已明确了发应物和生成物之间的比例关系。

制得高氯化碳后，根据反应气体的体积比及元素相对质量，实际上就可以确定化合物中碳和氯的组成比例。不过法拉第并没有这样做，而是让高氯化碳通过一些高热的金属或氧化物，反应后生成碳或含碳气体以及氯化物，然后分别计算出碳和氯两种元素的质量。该方法的实验结果与上述实验结果相对照，可以更为有力地说明碳和氯在高氯化碳中的组成比例。

1820年10月16日，法拉第将5格令①grain，1格令=65毫克的高氯化碳晶体通过高热的铁，欲从生成的气体中计算出碳的含量，然后利用硝酸银溶液沉淀氯化物，由此计算出氯的含量。但由于操作和实验步骤不完全准确，这天所做的两个实验都没有取得有价值的结果。（［16］，20页）此后，法拉第又分别在10月20、24、28、31和11月1、2日等时间内做了大量的类似实验，分别使高氯化碳通过高温的锌、氧化锌、过氧化铜等物质，这些实验有的获得了比较准确的结果。他10月31日的实验较有典型性：

使5格令固体高氯化物通过绿色玻璃管中的过氧化铜：通过热水收集到2.65立方英寸的气体。其中1/37是一氧化碳，剩余的是碳酸气②即二氧化碳气体。，这些=0.34格令碳。现在看一下铜中有多少氯；加入硝酸银产生17.7格令氯化银=4.36格令氯+③“+”意即“以及”。一点物质在通过时未分解。（［16］，34～35页）

如果按照现在的数据来计算5格令高氯化碳中碳和氯的含量，则分别为0.51和4.49格令。因为实验中有些许物质未分解，且生成的气体有少许散失，还有一点物质与玻璃管在高温下也发生了反应等，导致实验结果稍有偏差。不过总体上开来，法拉第的实验结果与理论数据还是相当接近的。最终他通过多个实验得出的结论是：高氯化碳的组成将会是——3比例的氯和2比例的碳。（［4］，46页）考虑到法拉第所采用的氯和碳的原子量分别是33.5和5.7（［4］，50页），他得出这个结论也不足为奇。不过他由此以及其他因素所得出的一些推论，则深刻地反映了其化学研究的基本观点和理论基础，笔者将在下文相关处予以说明。

大致从1820年9月至11月22日，法拉第几乎每天都做一些实验，对高氯化碳进行观察和研究。他发现制得的高氯化碳非常稳定，一般条件下不与其他物质发生反应：“（高氯化碳）溶于酒精溶液不呈酸性-遇硝酸银溶液不产生沉淀。”（［16］，4页）11月3日，法拉第“将一些纯化过的高氯化碳与氢气放在一个干燥的蒸馏瓶里，置于阳光下，12月20日观察”。（［16］，36页）20日发现“高氯化碳和氢气所在的蒸馏瓶一直放在光下，一直到现在。不过没有反应发生”。（［16］，41页）这种稳定性可以说明“……氯和碳之间的亲和力（affinities）非常强”（［3］，122页）。而高氯化碳不与氢气发生反应，除了可以说明亲和力强之外，还可以说明氢作为媒介使乙烯与氯气反应生成碳氯化合物之后，并不会因为氢的再次出现而使氯碳之间的亲和力发生变化，因此该反应不具有可逆性。这些在法拉第看来，都说明了氯、碳、氢三元化合物在去除氢之后，形成碳氯化合物，碳氯之间的亲和力并不会因为氢的去除而减弱，反而加强了。这足以说明碳氯之间存在强烈亲和力作用，所有能够形成稳定的二元化合物。法拉第虽然偶尔用“亲和力”概念解释物质之间的反应关系，但纵观其整个科学生涯尤其是1821年之前思想状态，他更多的是用“力”（power）这一概念来表述其科学思想，说明物质之间的反应关系。（［3］，81～90页）他所说的“亲和力”从本意上来说也与今天专门的化学概念意义不同，更多指的是一种物质之间的引力作用（attraction power）关系。至于具体是如何作用的，法拉第并未给予详细的说明。利用笼统的力的作用关系来解释物质之间的化学反应，与其在1816年的表述一样，可以看出，这根源于康德力学理论的影响。

法拉第还“将已预先红热过的灯黑放在一个蒸馏瓶里，充满氯气，用吹管拉出瓶颈①用吹管吹酒精灯火焰，产生高热以熔化玻璃，由此密封玻璃容器。并全部密封好。放在屋顶上，一直受到阳光的影响”（［16］，44页）。两年多后的1822年4月4日，他发现“灯黑没有任何受影响的迹象-氯气像以前一样颜色鲜明”（［16］，64页）。即使到了同年5月10日再打开观察，也没有发生任何变化。这个实验说明氯和碳很难直接反应，必须借助于氢的媒介作用才能形成化合物，当然这种作用不是氢气单质的作用，而是碳和氢形成化合物后，在已经构成了一定的力作用模式下才能起到的媒介作用。从这些研究，不难看出法拉第研究碳的氯化物的理论基础。

3 对低氯化碳及其与高氯化碳关系的研究

法拉第在研究高氯化碳的过程中还发现了一种液体，他后来认识到该液体是另外一种碳的氯化物，于是分别将固体和液体氯化物命名为“高氯化碳”和“低氯化碳”（protochloride of carbon）。

1820年10月14日，法拉第在日记中首次记载了低氯化碳的发现：

使一些固体物质通过红热的玻璃管进行蒸馏，放出氯气，常温下变成液体，没有碳析出。怀疑可能是低氯化物-通电，发现是很好的绝缘体-将一点该物质放在氯气中，但看上去并不吸收-有很强的挥发性。戴维爵士在场。

……

使一些固体物质通过玻璃管中加热至赤红的无色水晶，很多液体化合物生成，而且像被（析出的）木炭染上一点颜色，并且生成的氯气几乎完全溶入水中。

管中的水晶由于木炭的形成而在某个地方变黑，形成一个明亮的表层。灼烧-一些固体物质消失了。液体物质下降到管子的底层，加热固体物质使其升华，再一次在管壁的某些地方凝聚，但是数量很少-冷却，在管壁结晶成弧线形，明显比固体物质更稳定。（［16］，18～19页）

法拉第在日记中记载戴维参与了该实验，且类似的记载在日记中不止一处，从这里可以看出其早期的化学研究受到戴维的指导和重要影响。在上述第一个实验中，法拉第通过加热高氯化碳获得了低氯化碳。第二个实验中，有一部分高氯化碳分解，形成低氯化碳和氯气。一部分则完全分解形成木炭和氯气。还有一部分未发生反应，这一部分经过升华纯化，法拉第不清楚它是更纯净的高氯化物还是其他物质，其实这只是高氯化碳外观上产生了一点差异。

在随后的实验中，法拉第分别在10月17、18、21、24、26日等时间内多次制成并研究了低氯化碳，其中10月24日的实验描述道：

使一些高氯化碳通过充满细碎无色水晶、加热至红热的绿色玻璃管子-目的是形成液体。没有木炭析出，只有液体和氯气生成。氯气漂白放在里面的石蕊试纸。液体浅黄色且溶有大量的氯气，仅利用手温加热使其放出-加热后氯气大量放出。驱除后，继续加热，物质挥发-变成苍白色-不是太具有挥发性-沉淀出一些晶体-沸点温度下不与锌、碳酸钙反应。硝酸银在一周或两周内都不与其反应-也不和水反应。

（［16］，31～32页）

这个实验中，法拉第获得低氯化碳液体后，继续加热得到的其实是两种碳的氯化物的混合物。它们都不与硝酸银反应，这在法拉第看来，足以说明两种氯化物都十分稳定，即碳和氯在两种物质中的亲和力非常强。

与研究高氯化碳的过程类似，法拉第在制得低氯化碳后，基本上采用了类似的实验及方法对其性质与组成进行测定研究。认识到“纯净的低氯化碳是一种非常清澈的液体，绝对无色。比重为1.5526，是电的绝缘体”（［4］，47页），等等。他还对低氯化碳与多种物质的反应进行了实验研究，这些研究大多与高氯化碳的实验研究类似，这里不再赘述。法拉第于11月16日的一个实验，简单有效地测定出了低氯化碳中两种物质的含量：

2.7 格令纯净的低氯化物通过红热的重晶石-燃烧并产生明亮的火焰，几乎没有什么木炭产生-冷却后，所有的重晶石溶于稀硝酸中，过滤并加硝酸银沉淀，产生9.4格令干燥的氯化银=2.32格令氯，应该是2.307，非常好的实验。（［16］，38页）

通过一系列的类似实验及碳和氯的原子量，法拉第最后得出结论：“这些实验说明液体低氯化碳的组成应该是1比例的氯和1比例的碳。”（［4］，50页）

至此，法拉第已经发现了两种碳的氯化物并分别测定了组成。另一个需要解决的问题就是明确二者之间的相互关系。在研究高氯化碳过程中，法拉第已经发现高氯化碳在高温下可以生成低氯化碳。1820年11月16日，他通过实验发现低氯化碳在一定条件下也可以生成高氯化碳：

将一些液体氯化物①即低氯化碳。和氯气放进一个干燥的2号蒸馏瓶里。……11月14日的2号蒸馏瓶昨天和今天一直露天放置。现在有大量的晶体形成，且液体几乎完全消失。晶体一些为树枝状，一些为方片状，一些在显微镜下则呈斜长方形。蒸馏瓶置于空气上，1.5立方英寸进入，容器充满。因此氯气被吸收，并有高氯化物形成-然后检查蒸馏瓶里的空气-没有盐酸气-物质升华-溶于酒精且遇水沉淀-有气味等等，是固体氯化物。（［16］，37～38页）

两种碳的氯化物在不同条件下可以互相转化，所不同的只是氯的含量。上文已经提到过，法拉第认识到高氯化碳由2比例的碳和3比例的氯组成。而低氯化碳的组成比例是1：1。由此明显可以看出，二者应该相差1比例的氯。法拉第不仅认识到而且多次用实验证明了这一点，他10月20日的一个实验就是一个很好的实验：

使5格令高氯化物通过一根加热至赤红的、约5英寸长的绿色玻璃管，产物收集到硝酸银溶液里-仍有一点固体氯化物剩余-然后收集形成的氯化银并干燥，称重为2.5格令=0.615①即0.615格令氯。。这几乎和上一个实验一样。（高氯化碳）三份分解，四份不分解。应该是高氯化物失去一个比例的氯。用晶体在绿色管子中再试一次。（［16］，27页）

4 对其他碳的氯化物及碘、碳化合物的研究

虽然法拉第对两种碳的氯化物及其相互关系有了准确的认识，但由于其所采用的原子量以及实验观测中出现的一些问题，导致他认为肯定还存在其他碳的氯化物，并由此产生了一系列错误认识，深刻地反映出其化学研究的思维方式和理论背景。

法拉第所采用的碳的原子量为5.7，大致为现在真实值的一半，在此基础上计算出的碳和氯在低氯化碳和高氯化碳中的组成比分别是1：1和1：1.5，而不是真实值的1：2和1：3。出现1.5在法拉第看来是不能想象的。他认为应该还存在另一种组成比为1：2的碳氯化合物，而一直所认为的1：1.5的高氯化碳正是两者混合形成的。此外，在实验观测中，法拉第最初发现高氯化碳是树枝状晶体，后来他发现除了树枝状，还有一些方片状或斜长方形晶体。外观的差异使法拉第错误地认为这种晶体正是他要寻找的物质：“我禁不住认为这种斜长方形的晶体就是我所要找的那种碳的氯化物。”（［16］，38页）两种因素综合起来，愈加坚定了存在另外一种碳氯化合物的想法，即他所谓的真正的高氯化碳。低氯化碳正是与其作用形成了碳氯比为2：3的碳氯化合物。在日记中，法拉第用形象的图示表示出三者之间的相互关系：

图3 日记中有关三种碳氯化合物形成和相互关系的文字及图示（［16］，44页）

正如图3所描述的，法拉第用1个“口”代表1比例氯，“—”代表1比例碳。1个“口”与1个“—”组成的低氯化碳和两个“口”、1个“—”、目前还未找到的高氯化碳，形成3个“口”、两个“—”、目前已经制得的高氯化碳，在法拉第看来，这个过程就像数学上的加减法一样自然。1个一氯化碳加上1个二氯化碳恰好形成1个三氯化二碳。因此，一氯化碳和二氯化碳是碳氯化合物构成的基本因子，任何中间形态的碳氯化合物都是这两种物质以不同比例结合而形成的。这种结合不是简单意义上的混合，而是基本因子借助微粒之间的引力和斥力作用牢固结合而形成的化合物。法拉第的这种思维方式和解释与贝托莱（C.L.Berthollet，1748～1822）根据亲和力定律所提出连续化合物理论颇为相似。而指导贝托莱进行化学研究的正是各种亲和力、静力等力学理论。［17］依照法拉第的力学作用理论，一氯化碳和二氯化碳分子可以通过它们之间复杂的引力和斥力作用而结合成稳固的三氯化二碳分子，而三氯化二碳也可以分解形成二氯化碳和一氯化碳，但是在变化过程中，力的总量不变，所以物质的总量也不变。至于分子之间的力的作用模式究竟如何，在现有法拉第的文献中找不到明确的说明解释，这又一次体现了指导法拉第化学研究的笼统而模糊的康德力学理论。

在坚信存在另外一种、碳氯比为1：2的碳氯化合物的思想指引下，法拉第通过多种方式，“……持之以恒地寻找这种化合物”（［4］，51页）。他让低氯化碳和氯气在强阳光照射下反应，发现有一些斜长方形晶体生成，但由于季节原因，生成的物质太少而未能检测。（［4］，51页）他不遗余力地利用松节油（［16］，32～33页）、乙醚（［16］，44～45页）、石蜡（［16］，64页）、萘（［16］，67页）等碳氢化合物与氯气反应，试图找到这种所谓真正的“高氯化碳”。这些实验时断时续地一直延伸至1822年，然而最终都无法证实这种碳氯化合物的存在。这些实验反映出指导法拉第化学研究的力实体作用理论，而根本没有化学有机反应的物质微粒结构概念。

1821年6月1日，一位工厂主送来一些样品，请法拉第检测其成分组成。经检测分析，（［16］，46～48页）法拉第认为这是一种新的碳氯比为2：1的化合物，并相信“它的构成增加了发现另外一种碳氯化合物的可能性，即由2份氯和1份碳所构成的物质”（［4］，56页）。依照法拉第所依据的力实体作用理论，化合物的组成完全取决于力的作用，而力的作用是连续的，所以化合物的组成也应该是连续多样的。多一种化合物的存在无疑增加了另一种同质化合物存在的可能性。现在看来，法拉第所检测的这种物质其实是碳氯比大致为1：1的某种物质或某些物质的混合物。就像法拉第将自己发现的“苯”命名为“二碳化氢”（bi-carburet of hydrogen）（［16］，213页）一样，由于采用的碳的原子量差不多是真实值的一半，他所发现的所有碳氯化合物的碳氯比均为真实值的二倍，由此导致的一些认识和结论错误，深刻地反映了其化学研究的康德力学理论背景。

氯和碘是戴维于19世纪初先后确认并加以认真研究的两种元素。经过系列的实验研究，戴维和法拉第发现氯和碘有非常类似的化学性质。这促使法拉第在发现两种碳的氯化物之后，推测“……有可能存在碳的碘化物，而且利用一种元素（氯）所获得成功的方式，提供了另一种元素（碘）同样可以取得成功的最好保证”（［4］，51页）。他自然而然地利用制备碳的氯化物的方法以制取碳的碘化物。1821年3月5日，法拉第“将一些碘放入乙烯中，并露天放于阳光下：一直留在那儿”（［16］，43页）。10月22日观察发现：

没有碳的碘化物形成，只有一些碘的碳氢化物。取样分析。4格令物质升华并经过加热的铜屑，有碘化铜形成并释放出纯乙烯。气体体积总计为1.37立方英寸。由于100立方英寸的乙烯重30.15格令-因此1.37立方英寸应重0.413格令；4-0.413=3.587的碘，3.587：0.413：：①“约等于”之意。117.75：13.55；接近2比例的乙烯，因此这种化合物含有1比例的碘117.5+2比例的乙烯13.4。（［16］，58页）

不考虑法拉第采用的原子量错误而只从其定量计算分析来看，该反应的实质是两个碘原子加成到一个乙烯分子上，生成二碘乙烷。

获得碘、碳、氢三元素化合物并非法拉第的根本目的，他最想获得的是碳的碘化物。自10月23日至27日，他尝试通过多种方式以获取该物质。例如将低氯化碳通过红热的碘化铅，或将碘化汞、高氯化碳等物质混合加热，等等。（［16］，58～59页）“然而，我依然没有成功地获得碳的碘化物，但我打算在今年阳光更好的季节里继续这些实验，并期望获得这种化合物。”（［4］，53页）法拉第后来是否继续了这些实验研究不得而知，其实验日记及论文中皆没有相关记载，因此该研究最后很可能无果而终，他获得的只是“碘的碳氢化物”（［4］，53页）。

法拉第对碳的氯化物及碘化物的研究从其化学反应的实质来看，属于有机反应中的加成和取代反应类型。据此，有一些研究认为法拉第注意到取代反应或加成反应的存在，并在此基础上制成碳的氯化物及其他相关物质：“他通过氯和乙烷及乙烯的取代反应，先后制出了六氯乙烷和四氯乙烯。”［18］这种说法并不正确。首先，法拉第是通过氯气和乙烯而不是乙烷反应，制出六氯乙烷和四氯乙烯。这个过程既有取代反应，又有加成反应。其次，法拉第研究碳的氯化物的指导思想及理论是杂糅点原子概念的康德力学理论，和1834年杜马（J.B.A.Dumas，1800～1884）基于系统的卤代反应研究而提出取代学说没有丝毫联系。法拉第全部基于力粒子实体作用模式的观点进行思考和研究，丝毫没有取代学说所基于的有机结构和卤代反应概念，他对取代反应和加成反应的实质完全没有认识。在他看来，氢只是作为一种媒介元素，促成碳氯化合物力学结构的形成，研究的重心在于碳和氯而不是氯和氢。再次，在取代学说建立初期，曾受到了以贝采利乌斯为代表的电化二元论观点持有者的强烈攻击。取代学说认为带负电的氯取代了带正电的氢，而性质却无基本变化，这是电化二元论所不能容忍的。不须说在19世纪20年代初杜马等根本没有提出取代反应学说，即使当时科学界有类似观点或思想，作为电化二元论的支持者，戴维和法拉第也会持坚定的反对态度。综上所述，虽然说法拉第所研究的化学反应的实质是有机反应中的加成反应和取代反应，但如果据此就认为法拉第认识到这些反应类型，并在此基础上进行了该系列的研究，或者在研究后认识到这些反应类型，则是一种和事实完全不符的认识。

5 结 语

通过对《法拉第日记》及其他资料进行研究和分析，我们对法拉第研究碳的氯化物的过程及其科学思想有了更为清楚的认识。综合分析法拉第在这一阶段的研究工作，可以得出如下认识。

（1）法拉第研究碳的氯化物的指导思想主要是康德力学理论。他之所以开始研究碳的氯化物是因为氯元素表现出的一些不同于氧元素的异常性质。而基于康德力学理论，以及当时戴维和法拉第对氯元素的认识，这些异常现象只是表象而非事实本质。按照该理论，每一种物质微粒都对应一种特殊的力作用模式，氯和碳的力作用模式决定了它们可以形成复杂的力学结构，能形成化合物。而最终碳的氯化物的制备也似乎说明了该理论的有效性，从而促进其进一步发展完善。这一系列研究制得了碳的氯化物及其他相关物质，证明了氯、氧二元素在化学性质上的相似性，指出了拉瓦锡酸氧理论的错误，在科学界产生了一定影响。［19］从而在一定程度的现实意义上为化学科学的进一步发展清除了一些障碍。

（2）法拉第对康德力学理论的吸收利用主要是基于其哲学思想上的本体论意义。在研究碳的氯化物之前，法拉第就已对康德力学理论的根本意义有了深刻认识。在19世纪20年代，他主要研究化学，当时指引学科未来方向的理论是道尔顿的原子论和元素理论。虽然由于情势所迫法拉第不得不做一些妥协，引用一些模糊的原子或分子概念，似乎坚持了原子的实体观念。但本质上是他一直用力学理论来指导其化学研究，而力的连续性使其一生拒斥物质的原子实体观念，这大大限制了他的化学研究和成就。但法拉第的力思想理论还是在逐渐发展。自1831年开始集中研究电磁学之后，伴随实验研究的逐步推进，其力思想理论不断得到发展和完善。从力开始至力线、力场直至力的实体观念，力思想理论一直在其科学研究中存在并渐趋彰显，这无一不体现了康德力学理论对法拉第科学研究造成的深远影响。

（3）法拉第对波斯科维奇点原子理论的认识和吸收是有其独特的目的和局限性。在碳的氯化物的研究过程中，他吸收的只是表面的点原子概念和点原子之间简单、模糊后的引力和斥力作用模式。法拉第的这种处理方式，既隐藏和细化了其背后的康德力学理论，表现出与主流化学理论的某种妥协性，又反映出其科学思想上力作用理论的一以贯之性，并对其以后的科学研究产生了重要影响。

（4）法拉第对碳的氯化物的研究体现了其卓越的实验技能。与戴维大多采用新方法导致许多新发现不同，法拉第的大多数化学实验的设施和技术并不超前，但他严密而系统的实验设计、精巧而娴熟的实验操作以及认真而详细的观察记录相比于戴维则有过之而无不及。这些卓越的实验技能在以后的电磁学研究中增添了更多新的元素，进一步发展完善并逐渐打上其鲜明的个人印记，这是其能在科学研究过程中做出许多伟大发现的一个重要原因。［20］

致谢 感谢姜振寰先生的指导与帮助，感谢审稿专家的修改意见。

1 Cantor G，Gooding D，Frank A JL J.Faraday［M］.London：Macmillan，1991.45.

2 Tyndall J.Faraday As A Discoverer［M］.5th ed.London：Longmans，Green，And Co，1894.12.

3 Williams LP.Michael Faraday［M］.New York：Basic Books，1965.121.

4 Faraday M.Experimental Researches in Chemistry and Physics［M］.London：Taylor&Francis，1859.34.

5 Boscovich R J.AHistory of Natural Philosophy［M］.Cambridge：The M.I.T，1966.134～183.

6 Faraday M.Experimental Researches in Electricity［M］.Vol.2.London：R.and J.E.Taylor，1844.290.

7 Faraday M.General properties ofmatter，‘Chemistry Lectures’［R］.Lecture 1，17 January 1816，IEE MSSC 2：30～31.

8 康德.纯粹理性批判［M］.邓晓芒译，杨祖陶校.北京：人民出版社，2004.186～193.

9 Thomas JM.Michael Faraday and the Royal Institution：the Genius of Man and Place［M］.Bristol and Philadelphia：Institute of Physics Publishing，1991.7～12.

10 Frank A JL J.Michael Faraday：A Very Short Introduction［M］.New York：Oxford University Press，2010.4.

11 Jones H B.The Life and Letters of Faraday［M］.Vol.2.London：Longmans，1870.280.

12 Davy H.Common place book［Z］.London：Royal Institution，Davy MSS.，1814～1815.

13 Martin T.Faraday［M］.London：The Camelot Press Ltd，1934.46.

14 Knight D M，Davy and Faraday：Fathers and Sons［C］//David G，Frank A.J.L.James（Eds）.Faraday Rediscovered：Essays on the Life and Work of Michael Faraday，1791～1867.Basingstoke：Macmillan；New York：Stockton，1985.43.

15 王洛印，胡化凯，孙洪庆.法拉第力线思想的形成过程［J］.自然科学史研究，2009，28（2）：157～169.

16 Faraday M，Thomas Martin（Ed）.Faraday's Diary［M］.Vol.1.London：G.Bell and Sons，Ltd，1932～1936.2.

17 Noretta K（editor in chief）.New Dictionary of Scientific Biography［M］.Vol.1.New York：Charles Scribner’s Sons，2007.264～265.

18 吴祺.法拉第与化学［J］.《化学教育》，2002（4）：47.

19 Faraday M，Frank A JL J（Ed）.The Correspondence of Michael Faraday［M］.Vol.1.London：Institution of Electrical Engineers，1991.203，213，217，221，231，293.

20 王洛印.法拉第的电磁学实验研究——根据《法拉第日记》进行的分析［D］.合肥：中国科学技术大学，2009. 127～129.

Origin of the Main Stream：Faraday's Research on Chlorides of Carbon

WANG Luoyin
（Harbin institute of Technology，Research Center of History of Science and Technology and Development Strategy，Harbin 150080，China）

Faraday startshis researcheson pure chemistry from the research on chloridesof carbon.Basing on a deep background of philosophical idealism，his research relects his theoretical basis，mode of thinking，and research characteristics during the whole of his scientific career，and plays a very important role in his research on electricity and magnetism afterwards.With an analysis of Faraday’s Diary and other correlated materials on electricity，this article introduces in detailed the process of his research on chlorides of carbon，reveals its theoretical basis and his scientific ideas，and then illustrates the great impact of his research on chlorides of carbon for his research on electromagnetism.

Faraday，Faraday’s Diary，perchloride of carbon，protochloride of carbon，Kant’s force theory，point atoms

N091：O4-091

A

1000-0224（2014）02-0239-18

2012-05-07；

2014-04-18

王洛印，1978年生，山东莒南人，哈尔滨工业大学科技史与发展战略研究中心讲师，研究方向为物理学史和西方科学史。