高中物理 第一章 分子動理論 第1節(jié) 分子動理論的基本觀點 分子的發(fā)現(xiàn)素材 魯科版選修3-3（通用）

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1、分子的發(fā)現(xiàn) 通常情況下的氣體，沒有顏色，沒有氣味，看不見、摸不著，氣體里面的微粒，才是真正的分子。有什么事實來證明這一論點是正確的呢？這還得從化學(xué)的發(fā)展談起。波義耳，是英國的化學(xué)家，同時也是一位物理學(xué)家。他研究了氣體體積和壓強的關(guān)系，并于1660 年公布了有名的波義耳定律。一百多年后，法國物理學(xué)家查理，又研究了氣體體積和溫度的關(guān)系，并于1787 年提出了有名的查理定理，這兩個定律雖然只說明了氣體的物理性質(zhì)，但卻為人們從化學(xué)變化中，去研究氣體體積變化規(guī)律創(chuàng)造了條件。1808 年，法國的化學(xué)家蓋呂薩克，在研究氣體跟氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，得出了氣體體積發(fā)生變化的規(guī)律。他發(fā)現(xiàn)參加反應(yīng)的各種氣體，彼此的體

2、積（在一定壓強和溫度條件下）成簡單整數(shù)比。這是他通過許多實驗事實證明而得出這一結(jié)論的。在蓋呂薩克提出他的氣體反應(yīng)定律之前，英國的化學(xué)家道爾頓剛剛宣布了原子論。但是，如果根據(jù)道爾頓當(dāng)時的原子論，卻無法解釋蓋呂薩克的氣體反應(yīng)定律。因此，當(dāng)時他們這兩種觀點曾引起了一場爭論，直到建立了分子的概念，弄清楚了原子跟分子的聯(lián)系和區(qū)別之后，這場爭論才結(jié)束。他們兩種觀點發(fā)生爭論的焦點在什么地方呢？首先要明確的幾個問題是：第一:波義耳和查理的定律，適用于任何氣體。這個事實可以設(shè)想為：在同溫同壓下，任何氣體的體積相同時，所包含有的微粒數(shù)相同。第二：蓋呂薩克的氣體反應(yīng)定律，也同樣適用于任何氣體。這一事實我們可以設(shè)想成

3、：參加反應(yīng)的氣體微粒數(shù)之間，呈簡單的整數(shù)比。但是以上的設(shè)想產(chǎn)生了這樣一些矛盾。首先按照道爾頓的說法，氫氣、氧氣等氣體中的微粒是簡單原子，即一個微粒只是一個原子，并且道爾頓認(rèn)為原子是不可分的。那末，就解釋不了2 體積氫氣正好和1 體積氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成2 體積的水蒸氣這一事實；也就是說2 個氫微粒跟1 個氧微粒化合，能生成2 個水微粒，那么必然每個水微粒中只有半個氧微粒。道爾頓認(rèn)為氧微粒（即氧原子）是不能分成兩半的。然而事實上氧微粒（即氧原子）確是分開了。其次，道爾頓堅持氧微粒（他以為是原子其實是分子）是不可分的，那就只能認(rèn)為2 個體積氫氣中的微粒數(shù)和1 體積氧氣中的微粒數(shù)相等，即2 個氫微粒和

4、2 個氧微?；?，生成2 個水微粒。那么，這種體積相等的氣體中，在同溫同壓條件下所含微粒數(shù)不一定相等的說法，不僅毫無根據(jù)，并且跟波義耳、查理兩人的定律格格不入。蓋呂薩克經(jīng)過推理認(rèn)為：不同的氣體在同樣的體積（指在同溫、同壓條件下）中，所含的原子（不是前面所說的那種微粒）數(shù)，彼此應(yīng)該有簡單的整數(shù)比?，F(xiàn)在來看，這一推理是正確的，而道爾頓認(rèn)為微粒（分子）數(shù)可以是整數(shù)比，甚至不成比例，更不會一定相等的看法是錯誤的?？上г诋?dāng)時那場爭論中蓋呂薩克未能再進一步建立起分子的概念，而道爾頓也一直認(rèn)為水分子是一個氫原子和一個氧原子結(jié)合成的復(fù)雜原子。因而道爾頓的原子論中，是把原子和分子混為一談了。道爾頓原子論的總體思

5、想，對當(dāng)時化學(xué)的發(fā)展，具有重大的積極意義，然而其中也摻雜了一些機械的主觀的東西。1811 年，意大利的物理學(xué)家阿佛加德羅，參與了上述問題的討論。他精心的研究了道爾頓和蓋呂薩克兩人的全部資料，經(jīng)過了認(rèn)真的思考后巧妙的構(gòu)思出了一個周到的設(shè)想，在道爾頓和蓋呂薩克兩人的爭論分歧之間，架起了一座橋梁，這便是分子，和原子不同的真正的分子。阿佛加德羅所設(shè)想的分子，特別是單質(zhì)的分子，可以由不同數(shù)目的同一種原子組成。他認(rèn)為氫氣、氧氣等單質(zhì)分子中，各有兩個原子。這樣一來，蓋呂薩克的氣體反應(yīng)定律，就能得到很好的解釋了。這可以用下列方程式來說明：2 體積氫氣1 體積氧氣 = 2 體積水蒸氣2nH21nO2 = 2nH

6、2O2H2O2 = 2H2O用我們現(xiàn)有的化學(xué)知識，便很容易理解上面的三層關(guān)系，既能層層互相聯(lián)系，各自又很合理。如果第三個式子是2HO = 2H2O 或2H2O=2HO 那么都是說不通的。阿佛加德羅提到的分子，是從道爾頓的原子理論中分化出來的。這種分子的概念，是阿佛加德羅根據(jù)宏觀實驗現(xiàn)象所做出的假想。是阿佛加德羅從困境中解救了道爾頓，然而道爾頓卻不相信阿佛加德羅的說法。作為原子論的發(fā)起人道爾頓，堅持認(rèn)為同種的原子必然互相排斥，不能結(jié)合成分子，否定H2、O2 的存在，從根本上拒絕了阿佛加德羅的一片好心。阿佛加德羅提出的分子假說，根本就是對的，但由于遭到別人的反對，自己卻又提不出更有力的事實來作為旁

7、證。加上當(dāng)時化學(xué)學(xué)術(shù)界，還沒有統(tǒng)一的原子量，也沒有固定的化學(xué)反應(yīng)式，很多認(rèn)識比較片面，思想混亂。所有這些，都使得阿佛加德羅的學(xué)說遭受冷遇竟達五十多年之久。直到1860 年，在一次國際性的化學(xué)會議上，人們還在為分子假說爭論不休，毫無結(jié)果而散會時，阿佛加德羅的學(xué)生意大利物理學(xué)家康尼查羅，散發(fā)了他的關(guān)于論證分子學(xué)說的小冊子?？的岵榱_在小冊子的文章中，重新提到了他的老師的假說，用充分的論據(jù)明確指出：“近來化學(xué)領(lǐng)域所取得的進展，已經(jīng)證實阿佛加德羅、安培和杜馬的假說，即等體積的氣體中，無論是單質(zhì)或是化合物，都含有相同數(shù)目的分子，但它絕不是含有相同數(shù)目的原子。阿佛加德羅和安培的學(xué)說必須充分加以利用?！保ò才嗪投篷R也曾有跟阿佛加德羅近似的設(shè)想）康尼查羅的論文條理清楚，呈述嚴(yán)謹(jǐn)，他的要求和分析很快得到了化學(xué)界的贊許和承認(rèn)。近代的原子分子的統(tǒng)一理論，終于在19 世紀(jì)的60 年代得以確立。氣體都是以分子狀態(tài)存在的，化合物的分子都是由幾種不同的原子構(gòu)成的。并且在同溫同壓下，相同體積的氣體所含原子數(shù)也不一定相同，然而所含的分子數(shù)卻是肯定相同的，都是6.021023 個，后人將這個數(shù)叫阿伏伽德羅常數(shù)。在原子和宏觀物質(zhì)之間由于有了分子這一概念的過渡，許多化學(xué)反應(yīng)便都很好解釋了。這在化學(xué)史上是一大突破。所以恩格斯指出化學(xué)的新時代是從原子論開始的，“近代化學(xué)之父不是拉瓦錫，而是道爾頓?！?/p>