氧氣無(wú)處不在，發(fā)現(xiàn)它的過(guò)程卻不簡(jiǎn)單
發(fā)布時(shí)間：2021-09-13 16:45:01
氧氣，作為地球上含量最多、分布最廣的氣體之一，是生物生存不可缺少的元素。一個(gè)人一天大約就要消耗550升的純氧，其體積約為0.5立方米。盡管氧氣無(wú)處不在，但發(fā)現(xiàn)它的過(guò)程卻沒(méi)有想象中那么簡(jiǎn)單。
歷史上有許多科學(xué)家都想對(duì)其一探究竟，但有的人與它失之交臂，有的人在錯(cuò)誤的道路上越走越遠(yuǎn)。
火，究竟因何燃燒？
要想說(shuō)清楚這個(gè)問(wèn)題，我們就先得回到過(guò)去，看看前人們是因何接觸到了氧氣。自古以來(lái)，人們就對(duì)燃燒現(xiàn)象十分好奇。
無(wú)論是古希臘的四元素說(shuō)（水、氣、火、土），還是中國(guó)古代的五行說(shuō)（金、木、水、火、土），都體現(xiàn)出人們對(duì)世界的無(wú)盡探索。
1673年，英國(guó)科學(xué)家羅伯特·波義爾對(duì)幾種金屬進(jìn)行煅燒實(shí)驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)這些金屬在燒過(guò)之后，重量都有所增加。
據(jù)此，他認(rèn)為，火是一種真真正正存在的，并是由一種叫“火微粒”的元素構(gòu)成的物質(zhì)。“火微?！痹谌紵^(guò)程中可以進(jìn)入金屬內(nèi)部，從而增加金屬的重量。而這，就是解釋燃燒現(xiàn)象的“火微粒說(shuō)”。
到了18世紀(jì)，人們對(duì)燃燒又有了新的認(rèn)識(shí)。1702年，德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W爾格·恩斯特·斯塔爾提出，凡是可以燃燒的物質(zhì)，其內(nèi)部都含有一種叫“燃素”的物質(zhì)，“燃素”即“燃燒的元素”。
他還認(rèn)為，金屬在煅燒過(guò)程中，燃素便會(huì)從中逃逸出來(lái)，而剩下的就是金屬灰。如果將木炭與金屬灰混合加熱，金屬灰就又能與燃素結(jié)合，重新變成金屬。施塔爾在解釋金屬燃燒過(guò)程中還提出一個(gè)公式：金屬—燃素=煅灰。
燃素說(shuō)在當(dāng)時(shí)可以解釋大部分的的化學(xué)現(xiàn)象，因此十分流行。燃素說(shuō)統(tǒng)治了化學(xué)界長(zhǎng)達(dá)百年之久，直到真正發(fā)現(xiàn)氧氣后才被推翻。
大膽的質(zhì)疑者——拉瓦錫
盡管燃素說(shuō)風(fēng)靡一時(shí)，但在它的理論背景下，仍有一個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到解決：既然金屬在煅燒中逃逸出了燃素，按理說(shuō)質(zhì)量應(yīng)該減輕才對(duì)，為什么反而還增加了呢？難道說(shuō)燃素?fù)碛小柏?fù)能量”，負(fù)負(fù)得正了？
顯然，燃素說(shuō)暴露出了它的缺陷。到了十八世紀(jì)下半葉，定量分析引入到化學(xué)研究中，天平被普遍使用在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中。人們想方設(shè)法想從金屬中提取燃素，但終究沒(méi)有成功。
燃素真的存在嗎？在經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗后，有的人開(kāi)始對(duì)“燃素說(shuō)”進(jìn)行了反思。法國(guó)化學(xué)家安東尼·拉瓦錫就是其中的一位。他對(duì)此進(jìn)行了許多有關(guān)燃燒的實(shí)驗(yàn)。
首先，他對(duì)易燃物，如硫磺、磷的燃燒進(jìn)行觀察和測(cè)定。他發(fā)現(xiàn)，硫磺和磷在燃燒增重的原因是吸收了空氣。從而他想到，金屬燃燒是否也是同樣的道理呢？
1774年，拉瓦錫重新做了波義爾煅燒金屬的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)他發(fā)現(xiàn)，金屬灰的增重，就是空氣中的一部分與金屬結(jié)合的結(jié)果。這個(gè)結(jié)論既不同于火微粒說(shuō)，也不同于燃素說(shuō)。為了再次證明結(jié)論的科學(xué)性，拉瓦錫又繼續(xù)做了一個(gè)煅燒金屬汞的實(shí)驗(yàn)，這就是著名的鐘罩實(shí)驗(yàn)。
在實(shí)驗(yàn)中，他把4盎司的純汞放在曲頸甑里，甑頸再通到另一個(gè)覆在汞中的玻璃鐘罩里。然后將曲頸甑加熱，加熱到第二天的時(shí)候，拉瓦錫看到汞面上出現(xiàn)了紅色的汞灰。加熱到第十二天的時(shí)候，汞灰不再增多。拉瓦錫繼續(xù)加熱，直到第二十天才將熱源熄滅。待曲頸甑冷卻后，他發(fā)現(xiàn)，鐘罩里的汞面比罩外的汞面高，這說(shuō)明鐘罩里的空氣減少了。
而后，他將紅色的汞灰收集起來(lái)，放到另一個(gè)曲頸甑中繼續(xù)加熱，以收集它所放出的氣體。曲頸甑中的汞灰又變成了汞，經(jīng)測(cè)量，汞灰所增加的重量恰好等于它放出氣體的重量。
這進(jìn)一步說(shuō)明了金屬變成金屬灰質(zhì)量之所以增加，完全是因?yàn)槲樟丝諝庵械哪撤N成分。這個(gè)實(shí)驗(yàn)判定了波義爾的火微粒說(shuō)是錯(cuò)誤的，同樣也是對(duì)燃素說(shuō)的沉重打擊。
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