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年)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年)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年)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年)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的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2：1。

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？