坎尼札羅的詮釋(上)

化學原理啟迪5

1.       為了讓化學家們對一般的原子量有共識，德國化學家凱庫勒F. August Kekule，1860年在德國卡爾斯魯爾，召開第一次國際化學會議。在這個學術會議中，年輕的化學家坎尼札羅Stanislao Cannizzaro(1826-1910) ，術語和白話文並用，意思表達得清晰有力，於是化學社群內的人們，開始對原子量產生共識。

2.       坎尼札羅的解釋，主要基於二個信念：

3.       第一、如同道耳頓所說，化合物由整數的原子們組成。

4.       第二、亞佛加厥的假說是正確的，同體積的氣體，在同樣條件下，有一樣的分子數量。

5.       把亞佛加厥的假設，放在給呂薩克的實驗，會得到如亞佛加厥所預言的結果，這一點說服了坎尼札羅相信，「氫氣」是由2個氫原子組成「H2」。

6.       因此，他先隨意地假設「氫氣(H2)」相對「原子量」是「2」；然後，他開始測量其他氣體物質比較之下的「分子量」。他的做法是，把「某種1公升的氣體的質量」，和「1公升氫氣的質量」，互相比較(這些氣體都處於一樣的溫度與壓力下)。

7.       例如，「1公升氧氣」樣品和「1`公升氫氣」，互相比較的結果，比例是「16」。

8.       因為「亞佛加厥假說」認為，1公升的「氧」和「氫」，都有一樣數量的分子，因此「氧分子」的的質量必定是32(假定氧氣由2個氧原子組成O2)，相較之下，「氫分子」的質量是2。

9.       因為每一個分子是由2個原子組成，「氧」和「氫」的相對原子量是16和1。用這個相同的模式，坎尼札羅發現「二氧化碳」的相對分子量是44(與H2的分子量2比較的結果)。

10.   化學家分析「二氧化碳」的結果顯示，它有27%的碳(質量)。這個比例放進「二氧化碳」分子質量44克來計算，「碳」的質量就是0.27×44=12克；在44克「二氧化碳」中，「氧」的質量是44克–12克=32克。

11.   複習之前所說，「氧」原子的相對原子量是16。因此，如果「二氧化碳」的化學式假設是CO2，那麼「碳」的相對原子量是12，因為 ﹝12+2(16)=44﹞

12.   然而，如果「二氧化碳」的化學式是C2O2，那麼，二個「碳」原子共占整個分子百分之12的比例，計算的結果「碳」的相對原子量是6。

13.   同樣地，如果「二氧化碳」的化學式是C3O2，那麼「碳」的相對原子量就是4。

14.   也就是說，如果不知道「二氧化碳」的化學式，就沒有辦法判定「碳」的相對原子量。這確實就是讓很多化學家苦惱，造成這麼多版本化學符號表的原因。

15.   坎尼札羅表示，只要把好幾種含有碳的化合物的分子量，加以比較，就能解決這個問題。

16.   舉例如下表【含有碳的不同氣體，它們的相對分子量、原子量】

化合物	相對分子量	碳的比例(質量)	依比例 碳的相對分子量
甲烷methane	16	75	12
乙烷ethane	30	80	24
丙烷propane	44	82	36
丁烷butane	58	83	42
二氧化碳	44	27	12

17.   值得注意的是，這些數據顯示「碳」在每一種化合物中的相對質量，都是12的倍數。

18.   這個觀察結果，強烈地指出「碳」的相對原子量是12，因此，「二氧化碳」的化學式，無庸置疑地就是CO2。

19.   坎尼札羅的論文，因為收集了很多化合物的數據，而充滿說服力。

20.   雖然他沒有辦法完全證明他的原子量是正確(因為他沒有辦法驗證那些化合物的化學式)，但是這麼多數據所顯示的一致性，終於說服了每個人，讓他們覺得他的解釋合理，他判斷的相對原子量是正確的。

21.   原子量的困擾，終於結束。化學界終於找到國際性的原子量標準(比較值)。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)