坎尼札羅的詮釋(下)

化學原理啟迪6

徐弘毅：

1.       給呂薩克的實驗顯示，2體積的「氫氣」與1體積的「氧氣」，結合之後產生「水」，那麼水的原子組成是什麼？是H2O 還是HO？

2.       假設原子有固定的體積，那麼，「1個氫原子」占據「1單位體積」，「2個氫原子」占據「2單位體積」，擴大為1公升、2公升這麼大的體積，原則應該也是一樣。所以，亞佛加厥說，同體積的氣體含有相同的原子數。

3.       因此，「2體積」的「氫氣」與「1體積」的「氧氣」，結合成為「水」，「水」就很可能是由「2個氫原子」與「1個氧原子」，結合而來的，「水」的分子式是「H2O」。

4.       「水」的分子式是「H2O」，以「水」分子量「18」來計算，「氫」原子量是「1」，「氧」原子量是「16」。

5.       這個結論，後來又經過許多實驗再次證明，把「含有氫的化合物」互相比較，以及把「含有氧的化合物」互相比較，最後發現，「氫」在不同化合物的質量，都是「1的倍數」，「氧」在不同化合物的質量，都是「16的倍數」。

6.       接著，坎尼札羅用同樣的方法，大膽推測「二氧化碳」的分子量，注意一點，當時沒有人知道那種氣體是「二氧化碳」、還是「一氧化碳」、還是「一氧化二碳」。只知道有一種氣體，是「碳」跟「氧」結合出來的，有某些特殊性質。

7.       「碳」沒有氣體體積，不可能用「亞佛加厥的理論」推論出來，是「1單位」還是「2單位」的「碳」與「氧」結合，怎麼辦？

8.       坎尼札羅找出所有「含有碳的化合物」，比較它們裡面「碳」的分子量，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳等化合物裡面，「碳」的質量比例，都是「12的倍數」。所以，坎尼札羅就假定，「碳」的原子量就是12。

9.       我認為，坎尼札羅的推論，無法說明組成甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳的「碳」，是1個碳組成的，還是2個碳組成的；所以他應該不確定「碳」的原子量是12還是6，但是，他只知道參與反應的「碳」的基本單位，質量是12。

10.   他應該是想，先提出一個比較的標準，讓其他的元素質量大小都可以比較出來，這樣至少可以簡化他那個時代混亂的化學元素符號表；至於更精確的原子量，由將來的人重新計算解決。

11.   道耳頓也面臨過這個問題，他並不確定「水」的分子式，到底是HO或H2O，但是，他認為大概就是這二種情況的其中一個，應該先大膽地朝某個方向去假設，然後再用實驗去證明或推翻。結果給呂薩克與亞佛加厥推翻了他的假設，確定應該是另一個選擇，H2O。

12.   亞佛加厥應該也不十分確定「氧氣」是O2還是O，從他的定義看來，他只是十分確定，「水」是由2體積單位的氫和1體積單位的「氧」組成，既然最基本單位是原子，那麼，「水」就是由2個「氫」原子與1個「氧」原子組成。

13.   開拓者的人生是在黑暗中摸索，他們雖然不見得能夠立刻找到最精確的答案，但是更重要的是，他們為打破人類無知所展現的勇氣，沒有那一份勇於嘗試錯誤勇氣，他們不會冒著承擔被當時代的人與後世的人誤解的風險，大膽地點出人類理性思考的方向。