五、怼空气怼出的分子论

我们从前面的故事可以看出，科学发展到现在，科学家们大致分为三类：

还有我们今天说的这类，专怼空气。

化学走上科学化的道路，这群专怼空气的科学家贡献可不小。

现在我们都知道物质由分子组成，分子由原子组成。

按照常规逻辑来讲，应该是先发现分子，再发现原子。但为啥上篇我们却先聊原子是怎么被发现的呢？

所以今天的话题就是——

分子是咋被怼出来的？

Part 1　空气的脾气

牛顿力学体系建立后的一段时间里，科学还是处于通信基本靠吼，实验基本靠瞅的阶段。

可气体瞅都瞅不到，咋研究呢？科学家们灵机一动，给气体立了个人设。

这就是理想气体。

理想气体方便研究、计算。很多气体研究都用它做模型，比如理想热机里的气体。

在理想气体提出之前，有些猴急的大佬早就开始研究空气了。比如英国皇家学会的创始人之一：玻意耳。

玻意耳发现气体虽然弱不禁风，但也会给人压力，不信你鼓起嘴来试试？

你可以通过控制气体压力大小，让脸部鼓起的幅度不同。这种效果用压强表示，脸鼓得越疼，压强越大。

玻意耳发现，一份气体装起来后，同等温度情况下，气体压强和体积成反比。

那气体是咋放出压强这个大招来的呢？

数学家伯努利认为气体本体是一群小不点儿，不仅有多动症，动得还贼快。它们高速撞击周围的物体，就产生了压强。

可气体微粒到底啥造型呢？

气体这个谜一样的多动症引起了更多人的注意，其中就包括特别穷爱思考的道尔顿。

我们的道哥又出手了。他掏出两个一样的瓶子，分别充满氮气和氧气，并使它们压强相等。

然后把氮气全部压入隔壁的氧气瓶，混合后的气体压强瞬间翻倍。

这就是混合气体分压定律。

由上面的实验可以看出，同样的空间，气体数量越多，压强越大。

能往这方面想，再结合道尔顿的经济情况，我严重怀疑他挤过早高峰。

当然，道哥最牛的就是提出了原子论，认为气体是由原子组成的。这套理论很吸粉，但也引来不少争议。

Part 2　原子的争论

法国科学家盖-吕萨克就是道哥的粉丝之一。

似乎每个科学家都有自己的天命实验，小盖也不例外。

实验1：膨胀看人数

小盖先整了套下面这种造型的装备。两个装置体积一样，但里面的气体品种不同，而且不知道有多少原子。

把两个装置里的气体加热，气体原子们的小暴脾气上来了，把装置一顿猛推，产生膨胀。气体原子越多，越膨胀。

但小盖发现，两个装置上升至相同的温度后，它们膨胀的情况是一样一样的。

这说明啥？

于是小盖得出一个结论：大环境相同时，相同的体积中，不管你是啥粒子，数量都一样。

实验2：反应按比例

小盖又搞了一套实验，发现用氧气和氢气按体积1︰2的比例可以制成水蒸气。

这么巧？小盖又换了种料，换成氢气和氯气，发现能按体积1︰1的比例生成氯化氢。

于是擅长总结的小盖又说了：

同温同压下，参加同一反应的各种气体，体积互成简单整数比。

理科生看到这儿，可能觉得后背有点发凉，呼吸紧张。

小盖觉得这招真是棒，从原子角度看，原子组成气体，原子成双成对按比例反应，那气体当然也是按比例来了。

为啥明明是支持他，道哥却不买账呢？

如果按照小盖的说法，气体按比例反应，那咱举个氢和氯的例子来看。

那么换成一个氢原子和氯原子，肯定也是按这个比例反应。

看到没有？生成了这么个鬼东西!

关键是，要生成它，就得把氢原子和氯原子切开。

这就触到了道哥原子论的一条底线原则：原子是物质世界最小的单位，不可被分割。

所以小盖哪是支持，分明是找碴儿，道哥能不怒吗？

于是小盖粉转黑，两人开始battle。

注意，battle双方分别来自欧洲大陆和英国，然后就引起了双方学术圈都来参战。

以前欧洲大陆的莱布尼茨和英国的牛顿就为微积分的问题大吵过。

这场神仙打架让两边的学术圈结下了梁子，积怨已久。

吵架这种事虽然游离于科学之外，但也有一条宇宙万用定律——

于是引得更多人开始关注这个问题。除了原子能不能切，当时化学界还有其他很多疑问。

两瓶氢气加一瓶氧气的反应，咋就剩两瓶水蒸气了？

如果原子不能切，那每个氢气微粒里含有多少个氢原子？

大家吵来吵去，有位律师实在是看不下去了。

Part 3　真相只有一个

这位律师就是阿伏伽德罗。虽然是一名律师，但他感觉自己的工作就是吵架。

于是罗哥果断转行去研究喜欢的数学、物理啥的。正研究着，他碰到了这个问题：原子能不能切呢？

赤裸裸的现实说明，这个反应想成功，必须可以切。可原子是物质最小的单位，不能切。

矛盾，太矛盾了!憋了半天，罗哥突然想到：

他觉得这个反应应该是下面这样：

这样一来，气体既能按比例反应，原子也不用再切。完美!

于是，他把原子的这种组团叫分子。

以前大家觉得，气体微粒平时应该是单身。

而罗哥认为单身的存在不太合理，气体微粒的标准姿势应该是成双成对的原子，也就是分子。

于是就提出了分子论。

他顺便把小盖的结论翻新了一下，变成了：

大环境相同时，相同的体积中，不管你是啥分子，数量都一样。

这就是阿伏伽德罗定律。

由此罗哥还觉得气体分子数越多，体积越大，分子数和体积成正比。

发现了不得了的事，罗哥赶紧公之于众，想阻止这场争吵。

结果，就算连发了几篇论文，也没人理他。

为啥大家接受了原子论，却不愿接受分子论呢？

原来分子论中说，气体小粒子都是由两个原子组成的，大家觉得哪有这么巧的事。

而且有位化学家说过原子都带电，同种原子带有相同的电荷，同性相斥，因此同种原子是不可能在一起的。

所以大家都不信分子论，罗哥白忙活半天。

之后的15年里，大家依然围绕着原子论吵来吵去，直到罗哥去世4年后，大家吵不下去了，才终于接受了分子论。

在分子论的基础上，后来的科学家发现了一团气体中确切的分子数量，但这个数量大得不像话。

比如0℃时，一个标准大气压下，22.4L气体中就有6.02×10²³个分子。

为了纪念阿伏伽德罗，有人就把这个数命名为——

这个常量，相当于把一大堆粒子打个包。

用这个常量做计算时，既能知道气体粒子数，也能知道气体的整体状态，把微观和宏观联系了起来，具有非常重要的科学意义。

在那个年代，要对肉眼看不到的分子及原子进行探索，只能通过不断地实验、归纳和总结，通过想象和推断，一步步接近真相。

面对看不见的微观世界，科学家们需要想象力，对宏观世界束手无策时，想象力也格外重要。

既然理想气体已经被提出，接下来科学家们又立下一个新目标——研究理想热机。

具体咋回事，咱们下章接着聊!