“摩尔日”与阿伏加德罗.doc

“摩尔日”与阿伏加德罗10月23日是什么纪念日？这问题，恐怕绝大多数人都回答不上来。细心的人或许还会去翻翻日历，寻个究竟。当天，科学松鼠会的一条微博揭示了真相：“10月23日早晨6：02到傍晚6：02间属于‘摩尔日’，一起来纪念当年的意大利化学家阿伏加德罗……” “你曾经对我说，10月23是摩尔日，摩尔这东西我明白，但摩尔日是什么？”本着“内事不决问百度，外事不决问谷歌”的精神，我上网搜了一下，终于弄明白：“摩尔日是一个流传于北美化学家间的非正式节日，通常他们在10月23日的上午6:02到下午6:02之间庆祝。” 物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，摩尔是物质的量的单位。1 摩尔任何物质中都含有阿伏加德罗常数个微粒，而阿伏加德罗常数的近似值为6.02×1023。根据阿伏加德罗常数的数值，10月23日就成了“摩尔日”，而6.02更是被创造性地移植成6：02。 化学是一门严谨的科学，但化学绝不是刻板的代名词。既然周其凤校长都能高歌一曲《化学是你，化学是我》，网友们以这样娱乐化的庆祝方式纪念“摩尔”倒也并无不可。至少，它让更多的人了解了“摩尔”以及阿伏加德罗。 “阿伏加德罗常数”以阿伏加德罗冠名，但阿伏加德罗并非该常数的所有者。阿伏加德罗（Ameldeo Avogadro,1776～1856）是意大利著名的物理学家、化学家，他的最大贡献，是提出了分子假说。 一、阿伏加德罗与分子假说 分子是构成物质的一种微粒，这在现在是众所周知，不过，这一理论的提出、并被人们接受，经历了漫长而曲折的过程。 19世纪初期，英国化学家约翰·道尔顿在他的皇皇巨著《化学哲学的新体系》中，阐述了他的原子论，其中的要点主要有三方面：元素都是由非常微小的、不能再分的微粒组成，这种微粒称为原子。原子在一切化学变化中都不能再分。同种元素的所有原子，其质量和性质是相同的；不同元素的原子，其质量和性质都不相同。原子的质量是元素的基本特征之一。不同的元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。化合物的原子是复杂原子，其质量等于组成它的各原子的质量之和。 尽管无法亲眼看到原子，很多信奉眼见为实的科学家还将信将疑，但原子论的确能完美地解释当时的许多科学事实——比方说质量守恒定律、倍比定律等——所以很快就被主流的科学所接受。只是，道尔顿的原子论刚火热了没多久，就有人来“砸场子”了。此公就是法国化学家盖·吕萨克。 盖·吕萨克一生建树众多，涉足的研究领域也很广，而他有一个最大的优点，即酷爱实验，而且精于实验。他的许多研究成果，直接来源于他的精确的实验。1809年，在对大量气体反应进行测定的基础上，盖·吕萨克在他的那篇著名论文《论气体物质彼此化合》中总结出了一条经验规律：当气体互相化合时，各气体的体积成简单的整数比（当然，需要在同温同压下）。 大量的气体化合反应（其实不仅仅是化合反应）都支持这一规律。比方说，氢气与氧气化合成水蒸气时，其体积比为21∶2；氢气和氯气化合成氯化氢气体时，其体积比为11∶2；氮气与氢气化合成氨气时，其体积比为13∶2。这样的例子举不胜举，再写下去有骗取稿费的嫌疑了，打住。 而同时，盖·吕萨克为配合原子论，提出了“在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子”这一假设。按常理说，气体化合反应，各气体体积成简单整数比，是对道尔顿的原子学说——不同的元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物——的一个强有力的证明，理应得到道尔顿的认可和推崇。不想，马屁拍在了马脚上，道尔顿一点也不领情，反而认为盖·吕萨克是在拆他的台。 下面就以氢气与氧气化合成水蒸气这一反应为例。2体积氢气与1体积氧气化合生成2体积水蒸气，可以推论得到2个氢原子与1体积氧原子反应得到2个水蒸气原子（道尔顿称其为复杂原子）。 很明显，如果反应是照左图所示进行的话，那么每一个水蒸气原子，必然是由一个氢原子和半个氧原子组成的！半个氧原子，开玩笑，“原子是构成物质的最小微粒、不可再分”可是道尔顿原子论的核心！“把原子劈开，你好大的胆子！”（此处为杜撰的道尔顿的心理描写）而事实上，根据盖·吕萨克的实验，不仅要一分为二，有些反应中原子甚至要一分为三……谅道尔顿脾气再好，也无法接受这一切。况且他的脾气并不咋地。 分歧之下，盖·吕萨克自然坚持己见。有点恼羞成怒的道尔顿指责盖·吕萨克的实验可能做得不准确，导致实验数据有误。这玩笑开得有些大了，说盖·吕萨克做实验不严谨，就类似于说关云长武功差、博尔特跑得慢、爱因斯坦不聪明、比尔盖茨穷光蛋一般。 为了调和道尔顿和盖·吕萨克的矛盾，阿伏加德罗“粉墨登场”，抛出了他潜心研究得出的理论——分子假说。 阿伏加德罗认为：第一，气体并非由原子直接构成，而是由分子构成。分子是构成气体的基本结构单元。气体单质大多数是双原子分子，如氢分子由两个氢原子组成，氧分子