點數的技巧

一切可以看得見的東西,計斤兩、論個數,大到天體星球,小到細胞蟎蟲,隻要在一定範圍內,都能衡量到足夠的精度。一滴水中有多少個水分子,一克拉鑽石裏有多少個碳原子,竟然也能算出個差不離的數字來,這就不能靠眼力,而要靠科學了。利用科學來點數,真可以做到無微不至。

化學實驗中常用的精密天平,能夠靈敏到區分出萬分之一克的差別。這萬分之一克的物質中,所含原子分子的數目,要比肉眼所能看到的天上的星星還多。到底是多少,科學家仍能給你一個明確的答複。我們就要在下麵簡單介紹科學上給原子分子點數的技巧。

前麵的故事裏,我們談到了原子量和分子量,它的數值是科學上把一種碳-12原子質量的十二分之一為基準,通過儀器測定,得出的對比值,而不是絕對質量。一個碳-12原子重多少克,現在還沒有這樣的天平能把它直接稱出來,其它原子的絕對質量,也就不能根據原子量算出來了。這是不是說,原子量和分子量跟原子分子的數目就沒有關係了呢?科學家們給出的答案是肯定的。我們隻要繞個彎子,就能把其中的道理弄清楚。

既然原子量是原子質量的比值,不同的兩個原子跟同數目的兩堆原子,重量之比就必然是同一個數值。舉例說,氫、氧原子各1個和各是n個的比值都是1:16。這是簡單的數學比例關係,十分容易理解。再進一步反過來具體說,1克的氫原子和16克的氧原子中,則必然有相同的原子數,這也應該不難理解。這1和16本來分別是氫和氧的原子量,現在不過把它拿來,按照它們的數值,具體稱(確實可以在天平上稱)出1克氫和16克氧,在實驗室裏,完全可以做到。這樣我們就已經完成了問題的第一步,即為點數原子或分子,選到了可以稱量的第一步,即為點數原子或分子,選到了可以稱量的一堆物質的合適質量了。這一選定的條件,就是隻要知道物質(元素、單質、化合物)的原子量或分子量。以此類推,32克氧氣、18克水,96克硫酸中,所含分子數跟1克氫、16克氧所含原子數,都是同一個數值。可以肯定,這一數值是一個很大很大,而且固定不變的數。固定不變的數習慣上叫常數。上述常數科學上命名叫阿佛加德羅常數。

在前麵的故事裏,我們曾經提到意大利物理學家阿佛加德羅。由他的推理,得出一個已被科學事實肯定了的結論,這就是:同溫、同壓下,相同體積的任何氣體中,含有的分子數目相同。這一結論現在又叫做阿佛加德羅定律。那末阿佛加德羅定律跟阿佛加德羅常數又有什麼關係呢?

我們知道氣體是有質量的,在較精密的條件下,如果稱出2克氫氣和32克氧氣,它們含有的分子數相同,而且在一定壓強和溫度條件下,占有的體積也相同。

我們把問題的彎子繞到這裏,有必要歸納一下所說的內容中心是什麼了。這就是按照物質原子量、分子量之間的比例關係,稱出來的物質中,所含原子、分子的數目是相同的。如果是氣體,隻要在同溫同壓條件下,量取相等的體積中,所含分子數也是相同的。

不要以為人們能夠確定不同的物質中,所含原子、分子數目是否相同,這不是實在太容易了嗎?要知道,這在科學上,直到十九世紀六十年代,很多化學家和物理學家們才消除了分歧取得共識。但也隻是認識到問題的一半,還要去尋找方法,把那個相同數的值求出來,這在曆史上又經過了許多科學家的努力,才使問題的全部得到比較圓滿的解決。