化學原理啟迪74
1. 我們已經透過實驗的觀點討論氣體的行為。以各種實驗的觀察為基礎，我們知道，低於1大氣壓條件下，絕大部分的氣體的行為，相當符合理想氣體定律。現在我們要建立模型來說明氣體的行為。
2. 在我們建立模型之前，我們將簡短地回顧科學方法。還記得定律指的是 歸納許多實驗觀察到的氣體行為，所得到的結論。定律非常好用，因為定律讓我們預測出類似系統的行為。
3. 舉例來說，如果有個化學家製備新的氣體化合物，在已知的「溫度」與「壓力」下，測量這個氣體的「密度」，就能得到相當可靠的化合物的「莫耳量」。
4. 雖然定律把觀察到的行為歸納成摘要，但是定律並沒有辦法告訴我們，為什麼我們觀察的物質會做出那樣的行為？而這是科學家的核心問題。
5. 為了試著回答這個問題，我們會建立理論(建立模型)。化學模型整合各種觀察結果，討論個別的原子或分子(微小粒子)的作用，如何導致整個氣體大系統的行為(無數原子和分子的碰撞)？
6. 如果一個模型可以解釋清楚，實驗觀察到的令人疑惑的行為，精準地預測將來實驗的結果，那麼這個模型就是成功的。
7. 值得注意的是，模型永遠沒有辦法提供絕對真實。事實上，所有的模型理所當然都是近似值(非常接近真實)，而且一定會在某些情況下不靈光。
8. 模型，從「簡單的模型」到「極度複雜的模型」都有。我們用「簡單的模型」預測很有可能出現的行為(近似值)，再用「比較複雜的模型」更精準地計算觀察到的量化行為(量化：清楚的份量紀錄)。
9. 這個章節著重於「簡單模型」，「簡單模型」讓我們對將會發生的事情有一個概略的描述(近似值)，這個概略的數據符合絕大多數重大實驗的結果。
10. 其中一個例子就是「分子動力理論Kinetic molecular theory」，這個簡單模型能解釋理想氣體的各種性質。這個理論建立在，個別氣體粒子(原子或分子)行為的觀察基礎上。以下就是「分子動力理論」主張：
11. 理想氣體的粒子具備以下性質：
Ø 氣體粒子大小跟它們彼此的距離相比，粒子的體積太小，微不足道，因此，我們假定，個別氣體的體積可以忽略（體積是0）。
Ø 氣體粒子的運動是固定、恆定的。容器內的氣體粒子對容器器壁的撞擊，就是氣體壓力的來源。
Ø 我們假定，氣體粒子彼此不會施加任何力量；他們既不會吸引彼此，也不會排斥彼此。
Ø 我們假定，一團氣體分子的「平均動能average kinetic energy」，與這個氣體的「絕對溫標Kelvin temperature」成正比關係，也就是「絕對溫度」的溫度愈大，動能愈大，絕對溫度愈小，動能愈小。
12. 當然，真正的氣體是有「體積」的，而且有會彼此施力。所以，它們沒有辦法完全遵守以上的假設。但是這些假設確實解釋了理想氣體的行為。
13. 模型真正的挑戰在於，它的預測有沒有符合實驗的觀察？
14. 分子動力模型的各種假設，描繪由零體積、彼此沒有引力的粒子組成的理想氣體；此外，模型認為氣體對容器施加壓力（氣壓）原因是，氣體粒子碰撞容器牆壁。
15. 為了檢驗這個模型的合理性，我們必須思考以這個問題：如果我們把這些氣體粒子的碰撞放進物理學原理，我們是不是能夠推論出一套有關壓力的解釋，完全符合理想氣體定律？
16. 答案是肯定的：是的，我們可以。現在我們將詳細討論「推論的細節」。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 氣體實驗，使我們觀察到氣體行為的客觀現象，並且寫出定律，但是，定律本身並沒有告訴我們，為什麼氣體會這樣行為？
2. 意思是，縱使我們知道，固定「數量」與「溫度」的氣體，「體積」與「壓力」大小成反比：體積愈大壓力愈小，體積愈小壓力愈大。但是，這二個現象「體積」與「壓力」，彼此並沒有直接的因果關係。
3. 我們不能說，「體積」是「壓力」的來源，或「壓力」是「體積」的來源，為什麼？因為「體積」只是描述一個東西的空間大小，而「壓力」是一種力量，描述推動物體移動的能量單位，這二件事情，毫不相干。那怎麼辦？
4. 我們必須討論氣體「體積」和「壓力」是怎麼來的，從它們定義的源頭找到共通點。
5. 根據德謨克立德的理論，物質由原子（或分子）與空間構成，也就是地球上所有的物質(包含空氣)，我們可以看成它們是密佈在三度空間的「點」，「點」的周遭是「空間」，所有的「點」與「周遭空間」所構成的世界稱為「體積」。
6. 而所有的粒子，都會依據牛頓物理學規則運動：1.依據萬有引力，它們會彼此吸引（或排斥）。2.依據慣性定律，只要沒有其他阻礙，它們會按照自己的動能，以固定的速率、直線運動。
7. 3.依據「力＝重力×加速度」定律，它們的運動受阻的時候、增加能量的時候，會產生「力」。4.依據「作用力＝反作用力」定律，它們反彈的時候，會用原本的動能，以同樣的速率、相反方向，直線運動。
8. 所以，「體積」應該是由「氣體粒子」與「周遭空間」構成的世界，「壓力」是粒子的運動造成的結果；如果能找到粒子的是怎麼運動，造成容器牆壁產生壓力？就能知道，為什麼氣體的「體積」和「壓力」成反比？
9. 特別注意，在討論理想氣體的時候，科學家排除氣體粒子彼此之間的引力，也不考慮粒子自己的體積佔據的空間。
10. 也就是，理想氣體模型，先不考慮牛頓萬有引力，和德謨克立德空間理論裡的質點大小，這二個欠考慮的部分，就是理想氣體與真實氣體有落差的原因，這個問題，後來由凡得瓦van der Waals解決了。
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