气体反应体积定律：化学史中的重要发现

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：然而其中还存在着一个反应中两种气体的体积问题。1805年，法国的盖·吕萨克和德国的洪堡共同进行的精确实验表明，反应中100体积的氧需要199.89体积的氢，即需要几乎恰好是200体积的氢。为了确认其他许多气体反应是否也存在同样的关系，他做了进一步研究。他亲自重新做了实验，并计算了他人实验的结果，终于使他发现了气体反应体积的定律：在气态物质的反应中其体积总保持着简单整数比。

人们很早以前就知道氢和氧化合成水的重要反应了。然而其中还存在着一个反应中两种气体的体积问题。1805年，法国的盖·吕萨克和德国的洪堡共同进行的精确实验表明，反应中100体积的氧需要199.89体积的氢，即需要几乎恰好是200体积的氢。

这个极其简单的体积比，引起了盖·吕萨克的浓厚兴趣。为了确认其他许多气体反应是否也存在同样的关系，他做了进一步研究。他亲自重新做了实验，并计算了他人实验的结果，终于使他发现了气体反应体积的定律：在气态物质的反应中其体积总保持着简单整数比。如果反应后的产物是气体，其体积也保持着简单整数比。当然，不用说这些体积都是在同温同压的条件下进行比较的。

有关这一定律的重要实验例证如下：

1.氧　＋　氢　＝　水

100体积　200体积（在以水蒸气状态存在时测其体积恰是200体积）

2.氯化氢　＋　氨　＝　氯化铵

100体积　100体积固体

3.亚硫酸气　＋　氧　＝　硫酸酐

200体积　100体积　200体积

4.氧化碳　＋　氧　＝　碳酸气

200体积　100体积　200体积

以上均是根据盖·吕萨克本人的实验结果。

5.氮　＋　氢　＝　氨

100体积　300体积　200体积

这是根据贝托雷（Berthollet）的实验（1785年）。(www.chuimin.cn)

6.氮　＋　氧

200体积100体积……氧化二氮（200体积）

100体积100体积……一氧化氮（200体积）

100体积200体积……二氧化氮（200体积）

这是根据戴维（Humphry Davy）的实验。

可以看出，不论在任何气体之间进行相互作用，都保持着这种简单的体积比。这不能不使人感到有些不可思议。无疑其中是存在着什么重要的原因。如果从简单比例来说，就很容易使人联想到道尔顿原子学说的内容。道尔顿曾经说过，元素和元素相化合时，原子数的比例总是保持着简单的比例如1∶1或1∶2等。

当把这些想法综合起来加以考虑时就可以产生一个看法：任何气体在相同体积中都含有相同数目的原子，即所有气体的原子密度都是相同的。如果把这个想法同过去发现的气体定律如所有气体都同样地受着压力的影响（波义耳定律，1662年），所有气体随温度的升高或降低所产生的膨胀或收缩都是相同的（盖·吕萨克定律，1802年）等加以对照时，就越发觉得这是一个正确的假说了。这就是当时在盖·吕萨克的脑海中所浮现出来的想法。

当时，人们曾经认为这是一个很有希望的假说。但是，当再做较深入一步的考虑时，就发现它是并不正确的。

因为，如果这个假说是真实的话，那么在氧和氢化合成水蒸气时，1个体积的氧相当于含有1个氧原子，则2个体积的氢就相当于含有2个氢原子，所生成的2个体积的水蒸气就相当于含有2个水的复杂原子。这样，1个水的复杂原子也就必然是由1个氢原子和半个氧原子所构成的。半个氧原子？原子能分裂成两半？这正同原子学说相违背，而且这在化学反应中也本来是不可能的事。

事实上，还不仅限于这种反应。一般说来，凡是1个体积的气体元素能够生成1个体积以上的气体产物时，就总会碰到这种同样的矛盾。因此，尽管这一假说看来似有道理，但是由于和原子学说发生了矛盾，就不能被采用了。如果要想使这一假说有效，就势必要把原子学说陷于被彻底修正的困境。

这个矛盾是由道尔顿提出来的。实际上，道尔顿在建立原子学说期间自己就曾提出过这个假说，自己就发现了矛盾，然后自己又放弃了这个假说。而这同样一个假说，如前所述，却又在盖·吕萨克的脑海中浮现出来。

这个假说能否生效，原子学说能否被修正？如果要修正原子学说，道尔顿当然是坚决拒绝的。

出乎意料的是，对于这一矛盾的巧妙解决，却是来自意大利的物理学家之手。这就是阿佛加特罗提出的分子假说。

气体反应体积定律：化学史中的重要发现

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