人们是基于什么事实发现物质是由分子组成的？

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一道习题…同学们都水过去了…我想了几天还没想到一个能说服自己的答案…

原文地址：https://www.zhihu.com/question/65603279

大力水手

从人类的原始化学研究中总结出来、继而又被物理方面的突破证实了的。

最初，人们发现，不同物质发生化学反应时，各种物质总是按固定比例被消耗的。比如经典的黑火药最佳配方等等。

这些事实，使得人们猜想，世间各种物质，都是由一些不同种类的“基本团块”组合而成的。
通过分析不同的化学反应消耗的不同物质的量，就可以知道这些团块的“组合性”。

比如木炭就是由最基本的“碳团块”构成的，一份“碳团块”和一份“氧气团块”反应生成一份二氧化碳；而一份“氧气团块”和两份“氢气团块”反应，生成两份水（这说明一份“氧气团块”还能分成两份更小的“氧团块”），等等。

当然，这只是我根据现代知识随便拉来的、最简单清晰的例子。
过去做不到这么清晰，他们需要综合许多许多许多许多的实验数据，才能搞出正确的比例关系表。


通过这些实验，人们找出了一些“不能继续拆分”的最小团块，并把“纯由这种不能拆分的最小团块构成的物质”称为“单质”——当然，限于认识水平，某些极为稳定的化合物也可能被他们误认为是“单质”。

而不同“单质”可以相互反应，使得构成单质的最小团块相互“结合”，从而表现出完全不同的物理/化学性质，这就是“化合物”。构成化合物的最小单位就叫“分子”。

比如一个水分子就是由两个氢元素的最小团块和一个氧元素最小团块构成的。

注意：有些物质虽然是单质，但构成它的最小团块并不能单独存在，而是需要先两两组合（或其它数字，如O3、C60等）、然后才组合成宏观物质。这种也被称为分子。比如氧气分子就是O2。


PS：我记得化学课本最开始几节就有个重要考点，就是让你分辨单质、化合物、混合物的。这道习题就是那时候的——你们的基础知识敢学的再不牢靠点吗。

再后来，物理开始突飞猛进，挖掘到了原子的水平，并且有办法测得不同元素的原子量。同时，化学家们也已经分辨出了许多种元素。
当把这些元素按原子量排列起来时，有趣的事情发生了：人们发现，不同元素按原子量排列时，它的物理/化学性质出现了某种周期性。
这种规律最终在门捷列夫手中被完全揭示出来，这就是著名的元素周期表。
门捷列夫与元素周期表_百度文库

按照元素周期表的指引，人们一口气发现了许多种新元素——和周期表的预言几乎完全一致！

至此，人们终于可以确认，原子果然是关乎元素化学性质的最基本单位；并且，之前通过化学反应发现的、构成元素单质的最小单位，的确就是原子。
这也是物理和化学这两门学科的第一次会师。

之后，就是发现质子/中子/电子以后、利用电子轨道理论解释化合价了——这也直接导致“计算化学”这门新学科的蛋生。

PS2：理论上说，人类永远不可能直接看见分子/原子，更不可能看见质子/中子了。但这并不需要请出哲学或其它奇奇怪怪的东西上场。

清风寡欲

谢邀，严格来讲物质并不都是由分子组成（或者按照抠字眼的说法，由分子构成）的。不过我也不是化学史研究者，上过门课而已。关于现代分子理论的历史，推荐阅读：History of molecular theory （英文维基百科）
现试简述其内容。
现代分子理论的历史可以追溯到古希腊哲学家们对世界组成的思考——一部分古希腊哲学家们认为世界是由原子与虚空 / 风火水土 / 水 / 火 / 数等等组成的。既然最基础的组成元素是这些，而显然这些组成元素与世间万物之间的差距还挺大，那么必然这些组成元素是按照某种规律结合起来才组成世间万物的。不过显然，他们不可能对这“某种规律”做出正确的判断。需要指出的是，指出存在某种原子之上的结构（分子）的理论，实际上是一个相当自然的推论。17-18世纪，伴随着近代物理学的发展，亦有一些学者（诸如牛顿、波义耳等）提出各种关于原子 / 元素之上的某种结构的理论。
至于真正的现代意义上的分子概念，则要等到“化学元素”被正确定义（Robert Boyle，1661）、发现定比定律（纯物质是由固定比例的元素组成，Joseph Louis Proust，1799）之后，才真正形成。在1803年Dalton提出原子论、1808年Joseph Louis Gay-Lussac研究了气体压强与体积的关系之后，1811年，Amedeo Avogadro在谈及气体时表示：

The smallest particles of gases are not necessarily simple atoms, but are made up of a certain number of these atoms united by attraction to form a single molecule.

（大意是气体不一定是原子组成的，而是由特定数目的原子结合在一起形成一个分子，由分子组成的。）
区分清楚原子与分子也成为Avogadro最大的贡献之一。
然而，由于Dalton的反对，Avogadro的理论在当时并未得到广泛的认同——尽管他的理论能够正确地解决当时关于原子、分子概念与原子量的一系列混乱（按照Dalton的理论，很多测得的原子量是错误的）。直到1860年Stanislao Cannizzaro对有关争论的介入才使人们接受了Avogadro关于分子的理念。
此时，化学界就接受了物质由分子组成（不严格地讲）这种说法。
如果一定要回答“是基于什么事实发现物质由分子组成”，大概是：
1.Avogadro之前的化学家的贡献，尤其是Boyle（定义化学元素）、Proust（发现定比定律）、Dalton（原子论）、Gay-Lussac（关于气体的实验）的贡献
2.Dalton原子论造成了关于原子量的一些混乱，而Avogadro的理论解决了这一问题
在此之后，大量的事实并不与Avogadro的理论矛盾。进入20世纪，随着物理学的发展，尤其是人们能够直接看到分子（扫描隧道显微镜、原子力显微镜）之后，关于分子的理论更加证据确凿。

队长是我

谢邀……
严格的来说，人们只是认为物质由分子组成而已……即使我们要把这算作是“发现”，能引发这种“发现”的，也不会是少量的少数几个“事实”……
几乎所有的可以被视为化学的学科，都是把物质分成“要素”与“结合物”这两个层次的……并且，甚至可以说自古以来，“哪种结合物中有哪些要素，要如何把它们分离出来”都是整个学科的难题……
进入十七世纪以后，随着机械论思想伴随着近代物理学的出现而流行，化学这个领域，不可避免地受到了“入侵”……人们开始以“粒子”为角度，想象化学反应内部细微的物理过程，或者说是“机械过程”（当然，当时的想象还是幼稚的，例如认为构成酸的粒子是尖的，因此可以从金属上把金属粒子挖下来进而与之结合，他们用这种机制，解释了为什么一定量的酸只能溶解一定量的金属，而溶液为什么又会在加入另一些物质的时候会析出已经被溶解的金属等问题）……我们知道，通过想象这种机械过程来实现对应的化学反应现象，其实还是总可以做得到的……
比较原始的分子理念应该来自于波义耳，他首先确定了每种物质由大量的微粒组成，这些微粒中间形成了一个个凝结团，而这些凝结团又组成了我们所观察到的物质……并且，波义耳还进一步做出说明，认为我们所看到的所有物质在化学反应中表现出来的性质，其本质来源于这第二层次的凝结团……（我们可以看出这和现代的分子概念已经十分相似了，但很明显这里没有化学键晶格结构这种东西）……不过值得遗憾的是，波义耳认为水和酒精是基本的元素，而认为各种金属是元素的结合物……同时，波义耳解答不了“第一层次的基本粒子”和“第二层次的凝结团”的区别究竟是什么，也解答不了“第二层次的凝结团”和“物质”之间的区别又是什么，这样的边界问题……
牛顿在总结了波义耳的思想以后，又进一步假设各个粒子之间可能有一种相互之间的亲和性或者排斥性（现在不是也有亲水基疏水基这样的说法吗）……而粒子之间的亲和性和排斥性，又对于拉瓦锡的工作产生了很深远的影响……
再之后，就是阿佛加德罗的进一步阐述以及更加精确的说明和和计算了（我们可以看到，这种说明和计算，是带有着相当的前物理学的方法的）……
接下来就是坎尼查罗了吧……尽管其实区分原子和分子这种思想，其实是在波义耳时代就有的，但如此严格的阐发应该他还是第一个……（波义耳没有区分化合物和单质的分子）……
而整个原子和分子的理论真正被整个学界接受，是二十世纪以后的事情了……而基础大概来源于新的实验仪器获得的新的实验现象，认为“确实有某种与理论设想差不多的东西存在在那里”……

长长的路

感谢评论中指出不严谨，事实上，看到苯环结构的不是扫描电镜，是AFM（原子力显微镜）。
<hr/>有好多种途径。最早在化学中，发现化学反应总是以整数倍比的方式变化，道尔顿提出原子理论，这基本上是近现代基于实证的最早原子理论。
玻尔兹曼是一个笃信分子论的人，基于此，他建立在分子动力学的基础上建立了统计力学，但是遭到马赫等几位大佬的激烈反对。他自己后来死于自杀。他死后几年，爱因斯坦用分子理论精确解释了布朗运动，这是分子论作为已实证的概念第一次正式登堂入室。再后来卢瑟福的α粒子轰击实验基本上直接证实了原子核的存在。
现代分析手段，包括红外可证实化学键，XRD证实晶格结构，都算是间接证实吧。不过现代的扫描电镜已经可以直接看的分子的存在，甚至可以看的原子和化学键。前几年还给苯环拍了照片，和理论结构完全一致。

长长的路

可以说，没有。
<hr/>最先提出分子论的人是意大利化学家阿佛加德罗。
他在1811年发表了一篇论文，题为《原子相对质量测定方法及原子进人化合物时数目比例的确定》。
他首先提出了分子的概念。他认为原子是参加化学反应的最小质点，分子是保持物质一定特性的最小单位，分子是由原子组成的。单质分子是由相同元素的原子组成，而化合物分子是由不同元素的原子组成的。在化学变化中，不同物质的分于间各原子重新组合。他还指出，一切气体在同温同压下，相同的体积中含有相等数目的分子。
阿佛加德罗的分子学说现在看是正确的，但是在那时，人微言轻，他的理论没有得到化学界的重视，被冷落了大约半个世纪。
原因一是阿佛加德罗拿不出充分的实验证据，二是当时化学界的权威，如道尔顿等人，否定他的理论。
直到1860年，意大利化学家坎尼查罗调和了原子学说和分子学说的分歧，使原子一分子论成为一个完整的理论体系。
1860年9月，在德国举行的国际化学会议上，坎尼查罗发出了论证分子学说的小册子《化学哲理课程大纲》，强调把分子和原子这两个概念区别开来。他指出，只要把原子和分子区分开来，不固守陈见，就能发现化合物的分子含有不同种类和数目的原子，单质分子中只含有一种原子。
从而坎尼查罗的论点才很快被人们接受，原子一分子论的理论体系得到了完善。
<hr/>谈及到人类现在是否已经观测物质到分子、原子级别。
可以说，也没有。
<hr/>确实是有些更为直观的证实方式，比如隧道扫描显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) 、原子力显微镜 (Atomic Force Microscope) 等。
举个例子，STM 曝光在大众视野下的应该也就是 IBM 的原子拼字以及原子电影。

当地时间1989年9月28日，IBM 阿尔马登研究中心的科学家、IBM 院士 Donald Mark Eigler 成为历史上第一个控制和移动单个原子的人。当年11月11日，Eigler 和他的团队用自制的显微镜操控35个氙原子，拼写出了“I、B、M”三个字母，由此开启了纳米科学和纳米技术的新纪元。

以及，世界上最小原子电影《一个男孩和他的原子》(A boy And His Atom) 。
IBM 利用原子制作世界最小电影《A Boy and His Atom》

腾讯科技讯（汤姆）北京时间5月5日添加到日历消息，据国外媒体报道，IBM研究人员日前通过在铜表面上操纵单个原子的方法成功拍摄了世界上最小的电影《一个男孩和他的原子》（A boy And His Atom）。这部电影总共242帧，时长90秒，该片大致描绘了一个男孩与由单个原子制作的“球”一起跳舞和跳蹦床的情景。

据悉，这部短片通过扫描隧道显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) 以定格动画的形式拍摄完成，拍摄的主角是几十个“碳原子” (Carbon Atoms) ，它们在其中主要充当像素的作用。通过这种方法，拍摄人员大约可以将1000帧的电影在一根头发上并列铺满。与此同时，这种首次将技术达到原子层面的拍摄技术也已经被吉尼斯世界纪录认证。

虽然往往大家都看到说，直接观察到原子，但是本质上还是间接的成像技术，其实也就是通过实验数据重新处理之后得出的图像。
<hr/>另外，补充一下关于原子。
其实这个概念早在约公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特等人已经提出世界上千千万万种物质是由最微小、坚不可入且不可再分的微粒所构成。这种微粒叫做“原子” (atom) ，希腊语原意即“不可分割”。
<hr/>如有漏洞，敬请指正。
以上