■肖如坡、杨新楠/译
■译自 APS 新闻,2011 年 5 月
■原标题:《1887年5月23日:拉乌尔和拉乌尔定律——他发现了溶解分子的普遍性质并解释了如何利用它们》
对物质原子分子理论的完全接受取决于将熟悉的物质宏观特性与单个分子的特性联系起来的能力。 这是由于阿伏加德罗()提出,在相同情况下,所有体积单位都以相同数量的气体分子开始。 在此基础上,理想气体理论引发了物理学界的无数努力物理学家 普,以实现进一步的理解。 在理想气体中,任何气体分子的行为都是相同的。 这个概念所表达的普遍性表明存在一种适用于广泛物质的基本物理学。 最后,物理学家找到了一种方法来确定阿伏加德罗常数的值,即给定体积中分子的实际数量(取决于压力和温度)。 然后可以通过测量气体的密度简单地确定分子量。
然而,我们对气体的了解并不能帮助我们进一步了解液体、溶液和凝聚态物质。 大多数分子不像气体那样容易观察到,但当溶解在液体中时,可以观察到它们聚集在一起,就像理想气体理论中的那样。 如何解释这一点还有待法国科学家拉乌尔(François-)研究。
拉乌尔
拉乌尔定律
经过多年的精心实验,拉乌尔在《法国科学院学报》(1887年5月23日)上发表了一篇具有里程碑意义的文章《溶剂蒸气压定律》,解释了现在被视为拉乌尔定律的核心概念。 它可以溶解不同低浓度的非挥发性化合物:5 种溶解在水中,14 种溶解在 11 种有机溶剂中。 随后,他测量了溶解的化合物对溶剂蒸气压的影响,发现结果值得注意。 在他的实验范围内,只要液体中任何溶解物质的摩尔分数恒定,此时测得的蒸气压就与原来溶剂的蒸气压相同。 与蒸气压相比,降低的比例是相同的(即拉乌尔定律,详见注①)。 后来得到其他科学家的证实,这些实验证实了阿伏加德罗和理想气体理论的构建者对当时物理学的普遍性; Raoul 的其他研究证明了溶剂降低液体熔点的类似效果。 后来范特霍夫和阿雷尼斯的理论研究证实了拉乌尔的结果,为热力学提供了基础,并展示了如何理解最初被认为是特殊的结果。
拉乌尔定律的普遍性引发了液体和溶液的创造性研究热潮。 对于分子数量定量但未知的溶剂,例如聚合物或其他高分子量物质,拉乌尔定律可以使人们利用蒸气压或其他溶剂特性来确定其分子量。
拉乌尔定律和理想气体定律都只能在有限的范围内适用。 对于理想气体定律来说,它只适用于相对较高的温度和较低的压力,而不能适用于较高的压力和较低的温度。 不同的气体表现不同,通常遵循范德华方程,并最终凝结成液体。 科学家们正在跨越原始定律适用的界限,发现大量新物理学。 至于拉乌尔定律物理资源网,它适用于非常低浓度的非挥发性溶质,但在高浓度或挥发性溶质的情况下,不同的化合物表现不同。 探索这些条件可以产生大量数据,可以作为分馏和其他工业过程的基础。 不仅如此,拉乌尔发现,在某些盐中,例如水中的氯化钠,分子数量大约是预期的两倍。 这是氯化钠在水中分解成钠离子和氯离子的早期线索。
年轻的岁月
拉乌尔(Raoul,1830-1901)出生于法国北部诺尔县富尔讷(Nord)。 他的父亲是一名海关职员。 他曾在巴黎大学短暂学习过,但没有经济能力继续学习。 随后,他在中学全职教授物理和数学 14 年,期间不断换学校。 同时,他在非常困难的情况下继续自学伏打电池的能量关系,并最终获得了巴黎大学的物理学博士学位。 尽管这篇论文当时没有引起人们的注意,但它是开创性的研究。 他是最早解释化学反应能和伏打电池的电能不同的科学家之一。 后来,热力学自由能和熵的概念被理解并应用于电化学电池,他的研究受到重视。
终于在1867年,拉乌尔来到法国东南部格勒诺布尔大学科学院,担任化学教授。 当时有人反对,质疑他实际上是一名物理学家,但任命最终获得批准,他在格勒诺布尔大学继续研究了31年。 当时的实验室非常简陋。 美国历史学家玛丽·乔·奈在她的《法国科学》一书中引用拉乌尔的描述:“每个教授都有一张小桌子。这个房间白天作为实验室,也作为管理员的客厅。物理教授把他的仪器放置在这里;动物学教授解剖兔子并喂鸽子;……地质学教授展示他的化石……化学教授执行他的所有操作。”
拉乌尔的人生故事
拉乌尔一生都在努力让世界了解他所热爱的研究。 他忍受着经济困难完成了博士学位,长期在中学任教,在获得格勒诺布尔大学的教职之前遇到了阻力。 最终他获得了应有的地位,首先是在其他国家物理学家 普,最后是在法国。
(本文转载自2014年6月《物理双月刊》,网址:;Email:.tw)
①拉乌尔定律更常见的说法是混合溶液中溶剂的蒸气压与混合溶液中溶剂的摩尔分数成正比。