波以爾的氣體定律（下）

化學原理啟迪66

1.     更精確的測量各種氣體在同樣的固定溫度下的數據，會發現PV（壓力×體積）的結果並不一樣，會隨著「壓力」變化。各種氣體的結果如下：

2.     上圖是「氖氣Ne」、「氧氣O2」、「二氧化碳CO2」和「理想氣體」，在不同壓力下，所呈現的常數值變化（壓力×體積 PV的數值）。

3.     依據理論，理想氣體無論在任何壓力下，「壓力×體積PV」所得到的「常數k」都是一樣的，所以，圖上代表理想氣體的「藍色數線」呈現水平的狀態。

4.     代表二氧化碳「壓力×體積 PV」結果的數線，看起來變化很大，是一條蠻陡的斜線，不過，實際上它的常數改變是相當小的。

5.     二氧化碳「壓力×體積PV」在0.25atm的時候是22.39 L atm，在1.00atm的時候是22.26L atm，改變幅度只有0.13 L atm而已，是我們把刻度單位變小，才凸顯出差距的。所以，在這些低壓狀態下，波以爾定律是非常有用的近似值。

6.     特別注意當壓力改變的時候，PV有微小改變。這些改變，遇到「氣壓」遠大於一般大氣壓力（大於1大氣壓）的時候，PV的差異性，就變得很重要了。稍後我們將討論這些現象與原因。

7.     一個遵守波以爾定律的氣體稱為理想氣體。我們接下來將詳細討論理想氣體的各種特徵。

8.     波以爾定律的其中一個常見的用途是，（在恆定的溫度下）預測氣體當「壓力」改變的時候，「體積」的大小是多少？或者相反的，（在恆定的溫度下）預測氣體的「體積」改變時，它的「壓力」變化。

9.     【範例】有一個關於「氨氣」有多麼遵守「波以爾定律」的研究，測量溫度0°C，1.0mol的「NH3氨氣」，在各種壓力下的氣體體積。利用以下所列的測量結果，計算「NH3氨氣」在各種壓力下的波以爾定律常數。

10.  【解決】為了了解氨氣在以上情況下有多接近波以爾定律，我們計算出每個實驗結果的常數k（L atm）

11.  「NH3氨氣」在低壓下，依據波以爾定律計算出常數變動雖然很小，但是「常數k」的數值，確實隨著壓力增加而朝某個方向改變。

12.  想要知道「NH3氨氣」的理想氣體常數的話，把「壓力×體積PV」相對於「壓力P」的數線，延伸到壓力等於0的位置，在這裡氣體的表現是最接近理想氣體的。（原因稍後章節將討論）

13.  透過延伸「NH3氨氣」實驗數線到壓力等於0的位置，我們得到理想的常數k是22.41atm。這個數值跟二氧化碳CO2、O2、Ne壓力等於0的常數k一樣。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.        雖然更細膩地測量不同氣體，會發現在同樣溫度下，它們的「P壓力」×「V體積」得到的「常數K」會有一點點差異。不過，這並不減損，PV＝k是所有氣體分子的共通性的事實，波以爾確實是為人類開拓一條真理之路的大師。

2.        老師的威嚴，不是來自地位或是別人的肯定。威嚴，來自高道德的自我要求與思想知識不斷突破的自信。

3.        參透學生的慾望、心理需求、特質，予以分類並找到正確的啟發技術，這是屬於教師獨有的智慧。

4.        教師能勾引學生質疑老師的知識與人格時，學生的獨立自主精神才算萌芽。教師能與學生理性的辯論真理時，學生的獨立精神已經初步成熟。學生能用嚴密的邏輯思考，糾正教師的思想漏洞，提出新的創見以解決問題，就是成熟的獨立人格。

5.        學生的權利：1.發問並請求回答或更正的權利。2.自治自律權。3.參與校政權。

6.        學生與老師的關係是「鬥智與鬥志」，學生要在知識、智慧、志氣上打敗老師，老師要在知識、志氣、修養上接受學生挑戰而不敗。

7.        老師的權利：1.教出比自己優秀的人。2.比學生謙卑。3.可以獲得知識與修養，還可以領薪水。

8.        每個人先天的推理、想像、判斷、邏輯、組織、色彩、音韻、體能等的能力皆不同。教育就是為了彌補每個人的能力不足，先天能力不足的人，學習過程倍感艱辛，唯有刻苦學習，人格修養才會增長。