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阿伏伽德罗常数

2018-09-19 18:32

来源:优能化学

作者:

  阿伏加德罗常数,像一个听起来仿佛能够施展出无穷法力的化学术语,带给人们无穷的遐想,也成为了孩子们高中阶段的一个重要考点,同我一起迎接阿伏加德罗常数的怒吼吧,感受下它背后的故事,顺便驯服它。

  化学让我们能够对世界有一个基本的认识:物质是由粒子组成的。这个世界本应该就像这般单纯这样美好。但是谁能想到,人类的文明中出现了考试这种事。 于是乎,我们在自然与人文的基础学科中不断穿梭,像是一只只辛勤的小蜜蜂,用十二年的寒窗苦读,酿出高考的蜜,有些小蜜蜂要用更久,还有些或是中途开溜或是半途而废再也酿不出这样的蜜。而生活却一点也不严肃,偶尔还会和我们开开玩笑,比如阿伏加德罗常数和阿伏加德罗没有多大关系,起码他本人是这么认为的。阿老师恐怕做梦都没有想到,小迷弟佩兰同学会在阿老师去世多年后,送给他这个爱豆这样一个别致的礼物。更让人不能接受的是,这两个在化学上搞风搞雨的家伙都是物理学家,佩兰老先生给如今高一的孩子留下了一道足够头疼的问题,成为了影响一代又一代新高一学生的阴影,很负责任的讲,大多数孩子对化学失去兴趣的转折点,就在这里。佩兰是拍拍屁股跑路了,估计是怕后人“记恨”,所以临了用了阿伏加德罗的名字来命名,我说你们这“黑锅”甩的漂亮啊,经过人家阿老师同意了吗?但不管怎么说,粉丝行为,偶像买单!阿伏加德罗这个名字算是彻底钉在化学史的耻辱柱教科书中了。那么我们不禁要问,佩兰的这一给爱豆招黑的行为,这一切的背后,究竟是“人性的扭曲”,还是“道德的沦丧”?欢迎来到本期的《走近科学》 趣味化学,让我们跟随着镜头来到他们的世界。

  让·巴蒂斯特·佩兰:大家好,我是法国物理学家,1926年诺贝尓奖获得者,谢谢,谢谢大家的掌声,我还有进步的空间。

  我:(哎呦我的天啊,这些话是事实不假,但您自己说出来不合适吧,显得不谦虚啊。另外不能忍的是您这是刨了我主持人的活啊。)哇,真了不起,欢迎佩老师莅临我们节目。我们这次主要是想了解下您是经历了怎样艰辛的过程才发现了阿伏加德罗常数,并且又是出于怎样的心情和目的,选择用阿老师的名字命名?

  让·巴蒂斯特·佩兰:(沉默ing…轻叹一口气)唉,这可真是小孩没娘说来话长了,从哪说起呢。

  我:那不妨就从您是具体怎么发现的开始说起。

  让·巴蒂斯特·佩兰:那就要从我还没出生的时候开始说起了……

  我:那个,那个(小声说)佩老师,咱们节目篇幅有限,您搂着点说……

  让·巴蒂斯特·佩兰:那是我还没出生的时候,我的偶像在1811年,我的偶像阿伏伽德罗老师提出了分子学说(在相同的温度和压强下,同样体积的气体里有同样数量的气体粒子),但是因为历史的局限性,那个时候人们甚至分不清原子和分子啊,而作为当时意大利物理学界的老大哥阿伏伽德罗虽然提出来了这个假说,但是他也不清楚这些体积的气体到底有多少粒子,但是他是第一个把气体中有多少粒子的问题引入了热力学中的人。此时正是热力学大发展的时期,人们开始用质量、体积、温度、压强等宏观指标描述气体,也开始脑补其中粒子微观的运动规律。

  而这研究一进行,就是五十多年,1865年奥地利化学及物理学家约翰·约瑟夫·洛施米特根据气体运动论计算出某固定体积气体内所含的分子数,成功估计出空气中分子的平均直径(空气分子的大小)。人们才开始普遍接受阿老师的分子学说,后被命名为“阿伏加德罗定律”。而阿老师没能等到这一刻,我很心痛,为了向偶像致敬,1909年,我在爱因斯坦新提出的布朗运动模型基础上进行了一次新的尝试。并最终算出了这个数值范围,当然那时的它还不像现在这样精确,但我已经拥有将它命名为“阿伏加德罗常数”资格。了却一桩心愿之后,我并没有告停止前进,我研究了各种量度阿伏伽德罗常数的方法,只是想让它更准确一些,相比较而言诺贝尔物理学奖只能算是意外收获。事情就是这么个事情,情况就是这么个情况。

  我:(意外收获诺贝尔奖???)您说完了?

  让·巴蒂斯特·佩兰:那我再说……

  我:掌声欢送佩老师。下面让我们欢迎今天的主角,阿莫迪欧·阿伏加德罗,阿老师闪亮登场。

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:大家好。

  我:(与阿老师四目相对,持续了三十秒)您说完了?

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:嗯。

  我:我还以为您和您的粉丝一样滔滔不绝呢。

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:我又没得诺贝尔奖。

  我:(???那时候您都不在了好嘛)可是您当时是意大利物理学界的绝对大佬啊,这可比诺贝尔奖厉害多了。另外我想了解的是,您当初提出了分子学说,那您是否对于粒子数目的多少是否有一个预估值呢?它和今天的阿伏加德罗常数是否接近呢?

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:很多

  我:(what?很多?您预估粒子数目会有很多?这是一个科学家该有的严谨的科学态度么)

  我:那您对佩兰老师将这个常数用您的名字来命名的这种致敬行为有何感想呢?

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:幼稚!

  我:(干不了了,这工作没法做了)难道不应该是感动吗?佩兰老师可以说的上是您的死忠级迷弟了吧!

  阿莫迪欧·阿伏加德罗:行了啊,你戏咋就那么多呢,这不都是你设计好的剧本和台词吗?!

  我:咳咳咳。通过两位深情的描述,我们仿佛再次置身在那样一个了不起的时代,看着无数前辈在时代背景的局限下仍愿意为科学事业奉献青春,甘洒热血的豪迈景象,他们对真理的渴求、看淡名利的态度,是值得当代科研人员认真学习的,也是足以让大多数人羞愧到姥姥家的。

  好了,本期趣味化学到此还没结束,下面还有彩蛋。

  每次学到“阿伏加德罗常数”这里时,总有孩子问我,为什么它的数值是以“0.012kg碳-12中包含的碳-12原子的数量为标准值“?

  今年我们提前在这里揭晓答案,因为啊,一开始阿伏加德罗常数并不够精确,它和我们今天用到的还是有一定区别的,化学家们先是把“1克氢原子”作为“1摩尔”的标准,而后又把“16克氧原子”作为“1摩尔”的标准。这是因为氧比氢更容易在当时的条件下进行化学反应,从而让化学家们通过测量生成物确定各种物质的相对质量。毕竟当时技术条件有限,但是自从同位素被发现以后,人们开始觉得不合适了,必须得当个事来办了,因为化学家们开始发现原本自己以为的“一堆氧原子”其实是氧-16、氧-17和氧-18的混合物。这样算毕竟不太精确,随着人们对于微观尺度事物的认识不断深入,这种细小的差别也需要被认真对待了。

  于是,分别代表着物理和化学的两拨大佬们决定开会讨论一下,在这场物理和化学的联合会议上,双方决定将0.012kg碳-12中包含的碳-12原子的数量定义为1摩尔任何物质所具有的粒子数目。

  千万别问我为什么是碳,他们也没做任何解释,可能就是大家举手表决了一下,少数服从多数嘛。总之,为什么是碳-12并不重要,重要的是:

  大家别着急,彩蛋是个双黄蛋,365天里,有这么一天,是留给摩尔的。

  【摩尔日——在化学家之间流传的节日,通常在10月23日的上午6:02到下午6:02之间庆祝。在美式写法中,这两个时刻被记为6:02 10/23,恰似阿伏伽德罗常数。又因为Mole另一个含义是鼹鼠,所以大家常常会心照不宣的发一张鼹鼠的漫画。】

  所以,如果你想和化学家拉近距离,那么就在今年的10月23日发个这样的朋友圈吧。左or右?这是个问题。

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