早期的原子量制定 林煥祥1、洪振方2, * 1國立中山大學通識教育中心 2國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 *t1873@nknucc.nknu.edu.tw 很久以前，人類對自然界的一些現象，就充滿著好奇與疑惑。例如：為什麼我們可以聞到花的香味？這些香味是如何傳到我們的鼻子？因此有人就開始猜想這些香氣是由非常微小，小的看不見的粒子在傳達。直到十九世紀初期，化學家們由化學反應所得到的氣體中發現，同樣體積的氫氣及氧氣外表都是無色無味，質量卻不一樣。這個結果讓化學家們更進一步認為，任何物質內，不但有粒子（particles）的存在，而且每種物質之粒子其形狀大小也可能不同。否則同樣是看不見模不著的氫氣及氧氣，外表一樣，為什麼重量會不一樣呢？因此道耳吞（John Dalton, 1766－1844）（見圖1）乃正式提出了他的原子假說。其中比較重要的結論包括： 一、一切物質都是由稱為原子的微小粒子所組成。 二、原子是物質組成的最小單位，無法再行分割。 三、相同元素的原子，其質量與大小都相同。不同元素的原子，其質量與大小都不同。 在以上的結論中，第一與第三點至今仍然適用。但是第二點中所言，原子無法再行分割就不太適用了。因為經由實驗證明，原子的構造尚包括電子、質子、及中子等更小的粒子。這些粒子雖然看不見，我們可以由實驗結果證明它們的存在。不過道耳吞的原子假說在他那時候的科學界而言，貢獻的確不小。 圖1：道耳吞 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton） n  道耳吞制定的原子量表 道耳吞在發展原子理論的同時，也公布了他制定的原子量表。他以最輕的元素氫為基準，把氫的原子量訂為1，接著再分析各種物質中，每一元素所占的百分比，由此百分比即可求出其他元素的原子量。例如，他由實驗結果證實1 g的氫與7 g的氧完全反應而生成水（當時他用HO表示水的化學式）。因此O的百分比／H的百分比 ＝ 7 g／1 g ＝ 7，他就把氧的原子量訂為7。另外在計算C的原子量時，他由碳 + 氧 → 一氧化碳的反應式中，得知1 g的碳可與0.71 g的氧反應生成一氧化碳，因此碳的原子量就被訂為7 × 0.71 / 1 = 5。我們現在知道這些原子量的數值與現在的原子量表出入很大，最主要的原因，當然是他當時仍然沒有分子的概念，所以錯將水的分子式寫成HO。而且所取的樣品不純，加上實驗設計粗糙，所以所得數據不夠精確（正確的結果應該是，1 g的氫可以和8 g的氧完全反應，而且氫原子與氧原子之質量比應該是1：16）。另外，我們依據當年道耳吞制定原子量的法則來計算氮的原子量，也會發現矛盾的地方。例如：氨及一氧化氮的化學式，依道耳吞的最簡單原則分別是NH及NO。依據實驗結果NH中，H占17.6%，N占82.4%；NO之中，N占63.7%，O占36.4%。若由上列結果去計算N的原子量，則會得到兩種不同的原子量值。現在說明如下：首先，若由NH求之，因為H = 1，則N的原子量 = 1（氫的原子量） × 82.4% / 17.6% = 4.68；而由NO求之，則N的原子量 = 7（氧的原子量） × 63.7% / […]