化學原理啟迪67
1. 【查理定律】緊接在波以爾的發現之後，科學家持續研究氣體的性質。其中一個科學家是法國科學家查理Jacques Charles(1746~1823)，他就是那個「把氫氣灌進氣球，讓氫氣球飛起來」的人。
2. 查理在1787年發現氣體的體積，在一樣的壓力下，會隨著氣體溫度升高，而體積增加。也就是，在恆壓下，把氣體的體積它相對的溫度(°C)畫成的數線，是一條直線。這個氣體模式如下圖：
3. 這個數線圖非常有趣的地方是，所有的氣體數線（向左邊）延伸到體積等於0的位置，它們的溫度都是－273.2°C；絕對溫標 Kelvin temperature把這個溫度定義為0 K；所以，絕對溫標和攝氏溫度的關係是：
絕對溫標K＝攝氏t°C+273
4. 如果上面這個數線圖用絕對溫標重新繪製，就得到以下的結果。
5. 在這個數線圖中，每種氣體的體積直接與溫度成正比，數線延伸到體積＝0的位置，同時溫度＝0K。這個關係可用以下的方程式說明，稱為查理定律Charle’s law：
V＝bT
注：T是溫度(絕對溫度K)，b是固定比例的常數。
6. 在我們說明如何應用查理定律之前，讓我們先思考0K（絕對溫度是0）的重要性。
7. 低於0K的話，數線延伸下去的體積數值就變成負的。而實際上，氣體的體積不可能是負的，所以我們認為0K（絕對溫度0）有其特殊意義。
8. 事實上，0K稱為「絕對零度absolute zero」，有許多證據顯示這是遙不可及的溫度。實驗室可製造出接近10 －6 K的溫度，但至今還無人能做到0K。
9. 【亞佛加厥定律】1811年義大利化學家亞佛加厥提出，同樣體積的氣體，在相同溫度、壓力下，含有相同的分子數。這個發現稱為亞佛加厥定律Avogadro’s law：
V=an
在這裡，V是氣體的體積，n是莫耳數（分子數），a是固定的比例常數。
10. 亞佛加厥定律方程式說明，氣體在固定的溫度與壓力下，體積直接與氣體的莫耳數成正比。氣體在低壓的時候，會非常接近這個「體積」與「壓力」的關係。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 查理發現，氣體的體積，在一樣的壓力下，會隨著氣體溫度升高，而體積增加。為什麼會這樣？
2. 查理應該有二個推測：1.氣體粒子本身的「體積」因為「溫度」增加了。2.氣體粒子彼此的「距離」因為「溫度」增加而拉大了。
3. 如果是「氣體粒子本身的體積增加了」，那可能是，氣體粒子由更小的粒子組成，這些更小的粒子，因為溫度的增加而，彼此的距離增加。
4. 這樣說來，物質的世界可能有比分子更小的原子，或比原子更小的粒子存在。這個想法延伸下去就會發展出原子理論。
5. 如果是「氣體粒子彼此的距離，因為溫度增加而拉大」，那可能是因為，氣體粒子吸收溫度裡的「能量」，而活動力增加，造成彼此的推擠增加或斥力增加。
6. 這樣說來，溫度裡面應該有「能量」這種東西，而氣體粒子能夠吸收溫度裡的「能量」，轉換成它們的動能。這個想法發展下去，就會出現熱力學、量子力學。
7. 查理能夠發現，「氫氣」比自然界的氣體輕盈，顯然是思考非常細膩的人，他心裡應該會推測，「氫氣」與其他氣體粒子相比，若不是分子的「質量」比較輕，就是「密度」比較低。
8. 如果是「氫氣」的分子「質量」比較輕，那代表元素的「質量」不同，元素的質量不同有沒有規則？這個問題發展下去就會出現元素符號表，後來門格列夫率先接棒發展這方面的理論。
9. 那麼是氣體粒子的密度比較低嗎？亞佛加厥的實驗否定這種看法，亞佛加厥認為，同樣體積的氣體，在相同溫度、壓力下，含有相同的分子數。
10. 各種氣體的「溫度」與「體積」變化數線，最後都指向－273℃的時候，體積是0，這是在地球的物理環境下，所有物質原子變成絕對靜態的溫度，稱為絕對0度K，沒有動能、粒子彼此沒有距離，這是什麼情況？
11. 一般的看法是，依據熱力學第三定律，物質恢復到固體或液體的結晶狀態，但我認為原子結構有可能瓦解，因為只有原子瓦解，體積才能夠成為0。
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