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第5章 发现氧气的惊人之举

中学生学习化学的时候,看到的第一个大型的实验,就是各种物质在氧气中的燃烧实验。那么有没有人在老师实验的时候,想过老师那一瓶瓶的氧气是用怎么得到的呢?那最早是谁发现了世界上的氧气?

其实自古以来,大约3亿年以前,在地球表面的空气中,就含有跟现在浓度很相似的氧气了。虽然地球上的众多动物呼吸,人为的或者自发的燃烧都一直不断地在消耗着氧气,可是也有更多的植物在进行光合作用,给空气补充了新鲜的氧气,所以在空气中氧气的总量及其相对的浓度,并没有减少。

氧气,是一种无色、无臭、无味的气体,在空气中的含量大约有1.15×1015吨,它是取不尽,用不完的。总是在我们的身边存在着,你只要随手拿起一个空的容器,其中就有体积的21%是氧气,但是要想做到老师在实验时瓶中氧气的浓度,可不是一件简单的事,而且在曾经更是一件很不容易的事。

空气和水不一样,火是那样的有形有力,而空气不容易引起人们注意,它还是看不着、摸不到,很长一段的时间人们都没去追究它的成分,更不会知道其中有氧气这种气体了。虽然物理学家们很早以前就用空气做了很多的著名实验,也就证明物体在空气中运动会受到一定的阻力,证明空气的体积会随着压强的增大而按照一定的规律缩小,证明大气压强存在,压在我们身上的力量也大得惊人,等等。能够很正确的说出空气中的一些成分,并且能够把这些成分分开,这都是18世纪后半期以后才相继做到的事。

在高温条件下,氧气的化学性质很活动,氧气跟很多种物质能够发生化学反应,生成多种的氧化物或含氧化合物。一些个氧化物和含氧化合物在一定的条件(如高温或有催化剂)下,就能放出氧气等等,这些情况,都是所有学过化学的人所熟知的。

为什么人们总是迟迟的没有认识到氧气呢?原因有三:一是观察的现象不全面;二是思考问题的方向不对;三是科学技术和实验手段的水平较低。下面我们就来说说氧气的发现故事吧。

我国在封建社会初期,最迟在公元前2世纪,炼丹术就已经流行,用一些天然的矿物,经过一些神秘的加工,来制成丹丸,企图人吃了以后会长生不老,但是其中很多都含有对人体有毒的元素,如砷、汞、铅、硫等。他们加热矿物,空气中的氧气也必然参与反应,甚至在反应中还是主角,但是炼丹的时候,他们只看到固体的、液体的以及似气非气的烟、雾。而忽略了那无色、无臭又无形的空气和氧气。当然也就意识不到它们的存在和变化了。我国古代的一位炼丹家葛洪在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银,积变,又还成丹砂”的说法,“丹砂”就是硫化汞,加热它到变成水银,要经过两个反应,即:

2HgS+3O2△2HgO+2SO2 2HgO △2Hg+O2

实际上这两个反应是可以在同一个容器中一次完成的,又可以简化为HgS+O2△Hg+SO2,但葛洪却没有说必须有气体参与,可见他的观察是不细的,也许他是用了铁制的容器来盛丹砂,是会有如下的反应:HgS+Fe△Hg+FeS,这时就跟气体无关了,但是当时的生产技术,是不可能做出完全密封的不透气的容器的、也不能控制温度。当时的情况,他只用了简单的一句话来做的结论,是不严密不科学的,所以要让他有重大的科学发现是不合适的。

传说(因为事实有待考证)在公元8世纪,我国一位叫马华(译音)的人,著有一本叫“平龙认”的书,书中的纪录当时就注意到了燃烧和空气的关系,并把空气中的成分分为阴气和阳气,因为我国古代曾经流行“阴、阳”之说,马华就指出,属阳的金属、硫、木炭等燃烧,并和大气中阴的成分结合。这也很难说他发现的氧气是个十分明确的事实,在很大的程度上只是和实际巧合。

在外国,早期也有很多的人碰到过类似的情况,做过类似的解释,还有的的确是制得并收集到了氧气,但是由于思想上受到了“燃素说”的束缚,而把已经得到了的氧气叫做“火气”或者是叫做”脱燃素空气”,并没有真正的认识到它。瑞典的舍勒和英国的普利斯特里,就是这样的两个人。

发现氧气的重要意义,就在于明确氧是一种元素,而这个认识是由法国人拉瓦锡确定下来的。

舍勒、普利斯特里和拉瓦锡是同时代的人,他们的共同成就,已被载入了化学史册,他们用化学的方法(加热氧化汞、硝酸镁等物质)制出了氧气,拉瓦锡又用实验的方法精确测定了空气中,有1/5的体积是氧气,并利用氧气和别的物质发生了化合反应。在1777年确定,氧是一种元素。拉瓦锡给氧起了个名字叫“Oxygene”。氧气的发现,氧被确定是一种元素,这在化学发展史上是一个重要的里程碑。在理论上,由此而彻底的推翻了错误的燃素说,建立了包括燃烧在内的氧化学说,为后来的氧化、还原理论奠定了实践基础。在科学上为人们更加深入的研究大气的成分开辟了道路,当时在化学界有很多错误的看法,也得到了纠正。

氧气是一种很普通的气体,在地球上已经存在了数百亿年,但是它被科学家们发现并认定,却引起了如此大的震惊。

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