氣體概論與早期的實驗（上）

化學原理啟迪65

1.     物質存在三種物理狀態：氣體、液體和固體。其中，氣體是最容易透過實驗與理論來描述的。特別是，研究氣體是很好的範例，讓我們知道如何實踐科學方法。

2.     從氣體身上，我們勾勒出如何從觀察到的各種現象，一路推理出許多自然定律，進一步透過假設的理想氣體模型，轉變成計算的工具。然後，隨著測量技術變得更精確，假設的氣體模型也跟著轉變。

3.     除了提供科學方法的描繪，氣體本身也非常重要。例如，化學反應經常會產生氣體，因此氣體的份量是多少？也必須列入化學計量。

4.     此外，大氣層是混合氣體，主要的元素是氮氣和氧氣，這二種氣體維持地球上的生命，同時大氣層也扮演接收工業廢氣的垃圾桶角色。

5.     因為以上種種原因，了解氣體的活動是非常重要的事。為了追求這個目標，我們將關注氣體的性質、定律和模型，這些能描繪氣體活動的主題，最後，討論大氣中氣體的各種反應。

6.     雖然希臘人認為「空氣air」是組成物質的四個基本元素之一，也有很多煉金術士用實驗提煉出「空氣air」和「水蒸氣、揮發氣體vapors」，但是要仔細地研究這種容易逸散的物質，真是困難重重。

7.     率先想用科學方法研究「水蒸氣、揮發氣體」的人是法國醫生「海爾蒙特Jan Baptista Van Helmont」(1577-1644)。他認為這些揮發氣體，應該就像希臘神話所說的宇宙創始之初的「混沌chaos」，海爾蒙特用荷語稱呼「混沌chaos」的字詞「gas」就成為後來「氣體gas」一詞的來源。

8.     海爾蒙特研究燃燒木材之後產生的氣體，這個氣體其實就是我們現在所知道的「二氧化碳」，他發現用各種方法（木材或煤）取得的這種氣體，彼此有許多共通處，而這種氣體與自然界的空氣不同。到了海爾蒙特的晚年，這種氣體的重要性被凸顯出來了。

9.     在1643年，義大利物理學家托里切利 Evangelista Torricelli(1608-1647)，他是伽利略Galileo的學生，他進行的實驗顯示「大氣裡的空氣對萬物施加壓力」。（事實上，我們將發現，所有的氣體都會施加壓力）。

10.  托里切利設計第一個氣壓計，他在一端封閉、一端開口的玻璃管內，注滿水銀，然後讓裝滿水銀的管柱，倒置在裝滿水銀的器皿中。他發現管柱的水銀往下降到大約760毫米（公釐）高度的位置就靜止不動了，這是因為大氣壓力施加力量在「器皿的水銀」，推擠到「管柱的水銀」所造成的結果。

n   圖片來源：Steve Lower: chem1 virtual textbook 物質的測量

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》