基礎化學定律

 

化學原理啟迪2

1.       到了十八世紀末，「燃燒」的研究已經很廣泛了；氣體二氧化碳、氮、氫和氧已經被發現，各種化學元素逐漸羅列出來。

2.       然而，一直等到十八世紀末，法國化學家拉瓦錫Antoine Lavoisier(1743~1794)提出他對物質燃燒的看法之後，這方面的了解才有巨大的進展。

3.       拉瓦錫，就像波以耳，認為精確地測量是化學實驗的基本。他的實驗小心翼翼地測量各種化學變化的反應物reactants與產物prodiucts的重量。

4.       拉瓦錫說，化學反應中，物質的質量是不會憑空出現也不會憑空消失 mass is neither created nor destroyed，這就是《質量守恆定律law of conservation of mass》，拉瓦錫的發現是十九世紀化學發展的基礎。

5.       拉瓦錫的量化實驗顯示，燃燒與氧有關，與燃素無關。他也發現，生命體的維持透過一種與氧有關的過程，這個過程在很多方面跟燃燒有關。

6.       1789年，拉瓦錫出版了人類史上第一本現代化學教科書《化學基本論述Elementary treatise on Chemistry》，這本書統合整理了，到拉瓦錫時代為止的所有的化學知識。

7.       很不幸地，就在這本書出版的同一年，法國大革命爆發，拉瓦錫涉及一樁替舊政府收稅的案子，於1794年被革命軍送上斷頭台。

8.       公元1800年之後的化學發展，由「相信拉瓦錫理論」的科學家繼續帶領，他們實驗過程中謹慎地測量物質，用量化的方法研究化學反應，並且判斷出各種化合物的組成。

9.       其中一個繼承拉瓦錫理論的化學家，就是法國化學家普魯斯特Joseph Proust(1754~1826)，實驗顯示，(同一種類)特定的化合物，一定有完全一樣比例的元素質量 a given compound always contains exactly the same proportion of elements by mass。

10.   例如，普魯斯特發現，銅碳物質的比例，永遠是5.3比例的銅，配上1比例的碳(質量)。每一種化合物有固定的組成，稱為普魯斯特法則，現在稱為《定比定律law of definite proportion》。

11.   但是，道耳頓發現另外一個規則，讓他更加地被觀察到的事實所說服，他相信原子的存在。

12.   例如，他注意到，「碳」與「氧」形成二種不同的化合物，每一種化合物包含不同比例的「碳」與「氧」，數據列舉如下：

「與1公克的碳結合的氧」的質量
化合物Ⅰ	1.33g
化合物Ⅱ	2.66g

13.   道耳頓注意到，二種化合物，在「碳」的質量都是1g的情形下，「化合物Ⅱ」中的「氧」，質量是「化合物Ⅰ」的「氧」的二倍。

14.   因此，「化合物Ⅰ」可能是「一氧化碳CO」，「化合物Ⅱ」可能是「二氧化碳CO2」。因為這個原則，也同樣適用於由其他元素組成的化合物，所以被視為定理。

15.   《倍比定律 law of multiple proportions》：當二個元素形成一系列的各種化合物，與「固定1公克的第一種元素」結合的「第二種元素」，它在不同化合物的質量，相除之後，會出現一個小整數。When two elements form a series of compounds, the ratios of the masses of the second element that combine with 1 gram of the first element can always be reduced to small whole numbers。

16.   這個觀念可用「氮」與「氧」結合的化合物來說明，實驗數據如下：

「與1公克的氧結合的氮」的質量
化合物Ⅰ	1.750g
化合物Ⅱ	0.8750g
化合物Ⅲ	0.4375g

17.   這些質量互相比較的結果：

化合物Ⅰ/化合物Ⅱ = 1.750/0.8750 = 2/1

化合物Ⅱ/化合物Ⅲ = 0.8750/0.4375 = 2/1

化合物Ⅰ/化合物Ⅲ = 1.750/0.4375 = 4/1

18.   這些比較數據很明顯地顯示，每1公克的「氧」之下，化合物Ⅰ所含的「氮」，是化合物Ⅱ的「氮」的二倍；每1公克「氧」之下，化合物Ⅱ所含的「氮」是化合物Ⅲ的「氮」的二倍。

19.   把這些質量比例轉換成互相結合的原子，可能的化學式有：

化合物Ⅰ	N2O	or	NO	or	N4O2
化合物Ⅱ	NO	or	NO2	or	N2O2
化合物Ⅲ	NO2	or	NO4	or	N2O4

20.   事實上，還有其他各種無窮的組合方式。道耳頓沒有辦法從這些已知的質量相對關係的數據中，推論出絕對化學式(確定是某一個化學式)。

21.   但是組成這些化合物的元素的相對質量，已經足夠支持他的假設，道耳頓認為每一種元素都是由某種種原子組成的，所有的化合物都是由特定比例的原子結合而成的。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)

徐弘毅：

1.       拉瓦錫，把各種化學變化，一一測量之後，發現一個規則，反應前後的質量一樣。意思是，所有參與反應的物質都質量加起來，等於反應之後所有產物的質量統統加起來的結果。這就是質量守恆定律。

2.       普魯斯特已經確定化學反應，不會憑空添加質量，質量也不會莫名其妙消失，於是，他開始比較，哪些反應物會變成哪些產物？那些反應物各自的質量是多少？

3.       結果發現，幾種元素，各自用一定比例互相，進行化學反應，結果出現特定的化合物。例如碳銅的銅與碳，質量比例一定是5.3：1。這就是定比定律。

4.       道耳頓確定每一種化合物的元素組成，都有一定比例。這讓他想到一個問題，固定比例的原因，是不是化合物都由原子組成呢？因為如果不是原子，而是隨意調配的東西，不可能是整數。

5.       如果，化合物都是由獨立的原子組成，那麼，同一類原子所組成的不同化合物，這當中的原子比例，應該會是整數倍才對，而不會有小數點。

6.       於是，道耳頓著手測量「碳」與「氧」組成的不同化合物，他讓1公克的碳和不同質量的氧，化學反應結合，結果發現不同化合物的氧，比例2：1，確實是整數。

7.       這顯示，化合物有個最基本的單位，就是原子。

8.       這一切的進展，起於拉瓦錫，現代醫藥、化工發展，完全倚靠這位大師。拉瓦錫於1974年被無知的軍人政客處死刑，但是歷史最後證明，文明的發展是由相信大師的人繼續展開。

9.       魏廷朝：蔣經國時代，1981年7月3日，陳文成被發現離奇橫屍在台灣大學研究圖書館旁的走道上。脊椎骨和十三根肋骨已斷，體內滿布針孔和瘀血，有多處重傷。據法醫診斷，應是從高樓墜下所致。

10.   陳文成是美國密西根大學博士，專攻數理統計學，任教於卡內基美隆大學。五月間回國探親，7月2日再次被警總保安處約談。警總承認拘留過他13小時，然後釋放，並推測：陳博士可能自殺，因為他承認在美國支持台灣獨立運動，擔憂自己一定會坐牢。

11.   7月19日，台北地方法院發表七千字的報告書，判斷：「死亡可能是意外事故，或者可能是自殺。」然而，外界懷疑這是一場政治謀殺。兩次約談，刑求逼供，或許被當場打死後，再移屍到高樓，從窗口丟下，偽裝成自殺以逃避刑責。本案雖經國內外輿論抨擊，卻一直懸而未破。(台灣人權報告書/摘要)