분자설

molecular hypothesis
기체 반응의 법칙을 통해서 입자수도 간단한 정수 비가 성립할 것이라는 예측을 할 수 있는데, 아메데오 아보가드로는 이를 토대로 하여 같은 온도와 같은 압력 하에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 입자를 포함하고 있다는 주장을 하였다.

이러한 주장은 이전까지의 원자설과 모순이 생길 수 있는데, 당시의 원자설에서는 홑원소물질 입자는 한 개의 원자라고 생각하였다. 따라서 아보가드로의 설명대로라면 부피비와 입자수비가 일치하지 않는 경우가 발생한다.

예를 들어, 수소 2부피, 산소 1부피가 결합하면 수증기 2부피가 생성된다. 그러나 당시의 돌턴의 원자설에 기초하면 다음과 같이 표시되는데 이 식에서 산소의 '기본 입자'는 쪼개지므로 원자설에 어긋나게 된다.

2H + O → 2HO½

또한 원자가 쪼개지지 않는 것을 생각하면 다음과 같이 표시할 수 있다. 이 식에서의 입자수 비는 아보가드로의 설명과 일치하지 않다.

H + O → HO

아보가드로는 이 문제를 해결하기 위해서 홑원소물질의 입자는 단일 입자로 되어있지 않다고 주장하였고, 수소, 산소, 질소 등의 기체가 이원자분자 상태로 존재한다고 주장하였다. 이러한 분자설을 적용하여 현대의 방식으로 이를 표기하면 다음과 같다.

2H₂+ O₂→2H₂O

얼핏 보기에는 돌턴이 아보가드로의 분자설을 환영했으리라고 생각되나, 사실은 그렇지 않았다. 돌턴과 다른 여러 사람들은 원소가 이원자 분자로 존재할 수 없다고 믿었는데, 그 이유는 분자들은 친화력이라는 힘에 의해 결합되어 있으며 이 친화력은 양전하와 음전하 사이의 인력과 같이 서로 반대되는 성질을 지닌 것들 사이에 존재하는 인력이라고 믿었기 때문이다. (그게 결과론적으론 맞지만 그걸 실증할 수 있으려면 러더퍼드의 원자구조 실험까지 가야 했고 그 원리를 밝히려면 양자역학을 베이스로 짜여진 오비탈 구조 이론까지 가야 하기 때문에 러더퍼드가 태어나기도 200년가량 전인 당시의 과학자들은 저 친화력 가설을 실증할 수가 없었다.) 따라서 같은 종류의 원자들은 짝으로 결합할 수 없다고 믿었으며 ,따라서 돌턴은 죽을 때까지 기체 반응의 법칙과 분자설을 인정하지 않았다고 한다.