2015年6月24日 星期三

質量守恆定律與定比定律

化學原理二版2
1.      拉瓦錫Antoine Lavioisier(1789)仔細地把化學「反應前」的物質與「反應後」產生的物質一一秤重,提出《質量守恆定律the law of conservation of mass》:「質量」不會憑空創造,也不會憑空消失。
2.     拉瓦錫提供以下思考:(1)原子有固定的質量。(2)化學變化,是空間中的原子排列方式變了。(3)「等號」,顯示化學變化是有法則的。
3.     另外,拉瓦錫推翻了當時盛行的《燃素說》:物質會燃燒,是因為它含有燃素。拉瓦錫證明物質燃燒,是因為它們與「氧」結合,這開啟了「氧化還原」理論,拉瓦錫被認為是現代化學之父,
4.     普勞斯特Joseph Proust (1799)用拉瓦錫方法,更仔細地把反應前的每一種物質稱重,例如,他發現碳酸銅copper carbonate(CuCO3)一定是由重量比例5.3銅加上4氧,加上1碳,他提出《定比定律 the law of definite proportion》:同一種化合物絕對有相同比例的元素
5.     普勞斯特提供以下思考方向:
(1)化合物(分子)由固定比例的元素組成,元素就是指原子。
(2)根據拉瓦錫《質量守恆定律》,原子有固定的重量,所以,分子也有固定的重量。
(3)原子一定有固定的性質,使得他們只能用某個固定的比例去組成化合物。
(4)化合物不是基本單位,原子才是組成物質的基本單位。
6.     道耳頓John Dalton(1803)把不同的氣體混合起來,發現一個容器內氣體的總壓,是個別氣體在同樣條件下按照所占比例分配的壓力的總和,這是《道耳頓分壓定律Dalton’ law of partial pressures。公式:P總壓 = p1+p2+p3+……氣體1,氣體2,氣體3,……分壓的相加總和
7.     例如,在同溫狀態下,體積一樣都是500ml氮氣與500ml的氧氣,個別壓力都是760托耳:
(1)把兩者混合在一起變成1000ml,總壓是760托耳,氮氣與氧氣各分攤一半的總壓,氮氣分壓380托耳,氧氣分壓380托耳。
(2)把兩者混在一起,壓縮成500ml,則總壓上升成1520托耳,氮氣與氧氣各分攤一半的總壓,氮氣分壓760托耳,氧氣分壓760托耳。
8.     道耳頓 (1808)從以上實驗結果,推論出原子學說:
(1)一切的物質,都是由「原子」組成,原子是最基本的粒子,不可分割。
(2)相同元素的原子,具有相同的「質量」及「性質」;不同元素的質量和性質不同。
(3)不同元素的原子,能以簡單的「整數」比結合成化合物。
(4)化合物分解所得的原子,與構成化合物的同種原子性質相同。
9.     道耳頓以原子學說作前提,推論出《倍比定律the law of multiple proportions當兩種(或更多種)元素組成各種不同的化合物,同一元素在不同化合物中的重量,呈現簡單整數比。
10.  例如,一定量的元素A和兩種不同量的元素B結合,在二種不同化合物的B重量呈一簡單整數比。
11.  道耳頓的邏輯推理出的《倍比定律》,給呂薩克的氣體實驗,證明倍比定律。
12.  1809年,《給呂薩克定律Gay-Lussac’s Law當兩種(或更多種)氣體化合成各種不同的新氣體,同一種氣體在化合成的不同新氣體中的體積,呈現簡單整數比
13.  例如,2單位體積的「氫氣」和1單位體積的「氧氣」,形成2單位體積的「水蒸氣」;一單位體積的「氫氣」和1單位體積的「氯氣」,形成2單位體積的「鹽酸」氣體。比較「水蒸氣」與「鹽酸」中氫氣的體積,會發現是簡單的整數比21
14.  給呂薩克的實驗顯示:(1)氣體有基本單位,那是一顆、一顆的「完整原子」,不會在化合過程中被切割。(2)「原子」有固定的體積。(注:後來發現給呂薩克的原子,其實是分子。)
15.  另外,給呂薩克的實驗有1個尚待解決的問題:一單位體積的氫氣和1單位體積的氯氣,形成2單位體積的鹽酸氣體,為什麼兩者結合之後,不是變成1單位呢?意思是,當時的人們認為,一顆氫原子與一顆氯原子,應該會結合成一顆氯化氫,為什麼會變成兩顆氯化氫呢?


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