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由阿伏伽德罗定律引出的科学史实

已有 5189 次阅读 2015-10-4 18:22 |系统分类:教学心得

在高一化学中我们都要讲到阿伏伽德罗定律,学生对阿伏伽德罗这个人的其人其事并不了解,只是单纯地学习这个定律,然后就像玩杂技一样地做很多与之相关的推理题。知识倒是增加了,智慧却不见长,岂不可惜!鉴于此,特写此文。

英国化学史家柏廷顿所著的《化学简史》有如下叙述:

“阿梅狄奥·阿伏伽德罗,1776年出生于土伦,1856年死于土伦。1796年他成为法学博士,1806年在土伦的一个学院教物理,1822年的革命运动中,他被撤职,但1835年又恢复了原来职务。阿伏伽德罗在意大利几乎无人知晓,在国外更是默默无闻。他的重要论文于1811年用法文发表,另一篇在1814年发表。他的著作被忽略过去,1814年安培又提出类似的理论。

阿伏伽德罗援引盖—吕萨克的结果说:‘必须承认,气态物质的体积和组成气态物质的简单分子或复合分子的数目之间也存在非常简单的关系。把它们联系起来的第一个,甚至是唯一容许的假设是相同体积中,所有气体的分子数目相等……不同的气体的分子质量比于是就等于同温同压下其密度之比。’

如果假定气体的最小粒子不必是简单原子,‘而是由一定数目的这些原子因吸引力结合成的单个分子’,则道尔顿提出的困难就不再存在了。”

(附:盖—吕萨克是个多才多艺的人。1802年他发表气体热膨胀定律,1805年他和洪堡一起做了一些初步研究以后,在1808年提出气体化合体积定律:“各种气体在化学反应中常以简单的体积比相互化合;反应后气体生成物的体积变化,也与气体反应物的体积成简单比”。值得注意的是:该定律是他从氢气与氧气的化合反应入手,研究气体物质在化学反应中的体积关系而取得的一项重要成果。盖—吕萨克除了亲自实验取得数据外,还应用英国化学家戴维对一些气体重量组成的分析结果,从密度值间接算出反应气体的体积比。这些气体包括N2O、NO、NO2、NH3。)

在美国高中主流理科教材 《科学发现者》中通过引入氢气和氧气生成水蒸气的例子导出这段史实:

“在生成水的反应中,2体积氢气和1体积氧气化合,生成2体积的水蒸气。你也许会认为应该产生3体积水蒸气吧?在上述反应的逆反应过程中,2体积的水分解生成1体积氧气和2体积氢气,这时却出现3体积气体。这样的结果令人感到有些迷惑。意大利物理学家阿伏伽德罗通过观察并提出同样的问题。他首先注意到,当水分解生成氢气和氧气时,2体积的气体反应生成3体积的气体,于是他设想水是由小的微粒构成的。当水蒸气微粒分解后,其中的每个微粒生成2份氢和1份氧,今天我们可以用化学方程式来表示水的形成过程,这在阿伏伽德罗时代是无法做到的。

(氢气和氧气生成水的化学反应方程式)

   (水分子结构示意图,阿伏伽德罗认为水分子是由众多原子组成的。)

阿伏伽德罗是第一位用微粒模型来解释气体化合体积定律的人。他提出,在一定的温度和压强下,气体的体积是由组成气体的微粒个数决定的。在相同的温度和压强下,相同体积的气体所含的微粒个数相同,这就是阿伏伽德罗定律。”

由上可知,即便在美国的教材中科学史的介绍也是很细致入微的,但在我国教材中关于阿伏伽德罗定律的内容介绍往往是闪烁其词,主要采用的是逻辑演绎的方法来介绍的:

                        (以上为人教版高一化学必修1教材节选)

科学史的价值是毋庸置疑的,这不禁使我想到大数学家高斯的故事:他为人谨慎,他的许多数学思想与结果从不轻易发表,而且,他的论文很少详细写明思路,于是就有以下名言:

当一幢建筑物完成时,应该把脚手架拆除干净。”——高斯
高斯象一只狐狸,用尾巴扫砂子来掩盖自己的足迹。”——阿贝尔

我们在教材中加入科学史的主要目的就在于努力发掘科学家创造新知识的思路,即发现“脚手架”,指导我们的学习和研究。对于这一点的把握可能比单纯地多做几道题更重要。

 




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