从原子-分子论的观点来看
20世纪创立了现代化学理论。现代化学理论,是以原子-分子论作为基础的。
按照原子-分子论的观点,世界上的一切物质都是由分子组成的,而分子则是由更小的颗粒—原子组成的。
世界上房子的式样,像春天的花儿一样多!有圆的,有方的;有平房,有楼房;有茅草房,有砖房;有白的,有灰的;有中国式的,有罗马式的,有俄罗斯式的,有日本式的……但是,世界上并没有千万种建筑材料。这些各式各样的房子,无非都是由木头、砖头、石灰、水泥、玻璃、钢筋等几种建筑材料盖成的。
同样地,尽管我们周围有数不清的各式各样的物质,但是,它们只是由94种化学元素组成的。例如,1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子组成的,1个食盐分子是由1个氯原子和1个钠原子组成的,而1个铁分子是由1个铁原子组成的。
在发生化学反应时,参加反应的几种物质的分子被破坏了,而原子并没有被破坏。在反应过程中,原先分子中的原子被拆散,重新配搭,生成了新的物质。例如氯化钠和硝酸银在反应时,钠原子和银原子交换了自己原先的“伙伴”,结果生成氯化银和硝酸钠。这场交换反应,就正像我们小时候玩积木一样:把几座已经搭好的“房子”拆掉,用它们的“砖头”,重新再搭起新的“房子”。自然,这时“房子”的式样虽然改变了,但是,构成它们的“砖头”依然是那么多。
一切化学反应,从原子-分子论的观点来看,它们只不过是这样一场搭了又拆,拆了又搭的“化学积木游戏”罢了。在化学反应中,不论是每种原子的个数,还是每种原子的质量,都没有改变。既然每种原子的个数和质量在反应前后都没有改变,那么,它们的总质量当然也就不会改变。这就是物质不灭定律的实质。
定组成定律和倍比定律,是物质不灭定律的发展。从原子-分子论的观点来看,定组成定律和倍比定律的本质,也很清楚。
按照原子-分子论的观点,同一种元素的每个原子,它们的质量和大小都相等。例如,所有氢原子的质量和大小都是一样的,所有氧原子的质量和大小也都是一样的,不过,每一个氢原子同每一个氧原子的质量和大小是不一样的。
氢原子和氧原子化合,它们配搭成水分子,变成水。事实证明,氢氧化合所生成的水分子,都是由1个氧原子和2个氢原子组成的。换句话说,所有的水分子的大小和质量,也都是一样的。一切纯净的物质都是由同一种分子组成的,每一个分子都具有同样的、固定不变的组成。
正因为水分子具有固定的组成,所以当普鲁斯特分析了来自世界各地的水以后,所得的结果都一样:水含氧88.9,含氢11.1。
定组成定律发展了物质不灭定律,在化学反应中,不光是参加反应的每种原子的数目是一定的,而且反应后所生成的各种化合物,所含的各种原子的种类和数目也是一定的。
至于倍比定律,从原子-分子论的观点来看,那就更清楚了。前面提到的贝采利乌斯重做普鲁斯特的实验中,贝采利乌斯对铜的两种氧化物做了精确的分析,得到这样的结果:
红色氧化铜中,铜∶氧=100∶12.6;
黑色氧化铜中,铜∶氧=100∶25.2。
这两种氧化铜中,氧的含量恰好成简单的整数比:12.6∶25.2=1∶2
其实,从原子-分子论的观点来看,红色氧化铜就是氧化亚铜,它的分子是由2个铜原子和1个氧原子组成的;而黑色的氧化铜就是氧化铜,它的分子是由1个铜原子和1个氧原子组成的。在氧化亚铜中,1个铜原子只跟半个氧原子化合;在氧化铜中,1个铜原子和1个氧原子化合。这里0.5∶1=1∶2,也是成简单的整数比。
实际上,倍比定律中所说的质量成简单整数比,就是由于原子个数成简单的整数比的缘故。
现在,物质不灭定律、定组成定律和倍比定律,已经成了化学上最基本的定律。人们在学化学时,一开始就要学到这些定律。由于它们是化学的基础,必须好好地学。不然,就不能进一步弄懂化学中的其他基本知识。
人们常说:“化学方程式是化学家的语言。”这话的确不错。在化学中,人们一提到化学反应,总离不了用最精确、最简要的“语言”—化学方程式来描述它。化学方程式,就是以物质不灭定律、定组成定律和倍比定律为基础的。
在化学课上,老师讲过煤的燃烧反应。用化学方程式来表示,这就是:
至于式子右边用CO2来表示二氧化碳,这就是根据定组成定律得出来的。因为只有承认了定组成定律,承认了每种化合物具有固定的组成,才谈得上用一种分子式来表示这种化合物。
这里,除了和上面一样,应用了物质不灭定律、定组成定律之外,还应用了倍比定律。根据倍比定律,两种元素可以化合成一种以上的化合物,而且跟等量的某种元素化合的同一种元素,在几种化合物中的含量成简单的整数比。这里的一氧化碳和二氧化碳,正是由碳和氧两种元素所组成的两种不同的化合物。在一氧化碳中,是1个碳原子和1个氧原子化合;在二氧化碳中,是1个碳原子和2个氧原子化合。这两种化合物中,氧原子的质量比,正好是1∶2—成简单的整数比。