化学大咖接力“挖”氮气

任何稍懂化学的人都知道，人类赖以生存的大气是氮、氧、二氧化碳、水蒸气和固体杂质粒子的混合物，其中氮占78%以上。尽管氮不能用于人体呼吸或燃烧，但它有非常重要的用途。那么，隐形和不可接触的氮是如何被发现的呢？

“未知气体是什么？”

公元1755年的一天，英国化学家约瑟夫·布莱克(注1)在实验室里先后进行了三组实验。他原本是一名医生，业余时间对化学研究有浓厚的兴趣。当时，许多科学家都在研究气体，布拉克也不例外。

他通过第一组实验煅烧石灰石，发现了一种新的气体，叫做二氧化碳。惊讶之余，他敏锐地意识到试剂瓶里还有另一种未知气体。接下来，他做了一组分解碳酸镁的实验，发现了一种类似的未知气体。为此，他做了第三组实验，即在玻璃罩中燃烧木炭。布拉克发现一些燃烧的气体类似于“未知气体”。

进一步研究，当他把燃烧的蜡烛放在一个装满“未知气体”的容器里时，蜡烛立刻熄灭了。当他把麻雀和老鼠放进容器时，麻雀和老鼠相继死去。

“这种未知气体到底是什么？”看到天色已晚，布拉克若有所思地走回家。回家后，他搜索了大量数据，但没有找到这种未知气体的相关记录。

英国化学家和物理学家约瑟夫·布莱克(网络图)

第二天，正当布拉克准备花时间研究未知气体时，学校提拔他到一个更高的职位，并增加了他的工资，希望他的同事能从事教学和管理工作。因此，他不得不让他最喜欢的学生丹尼尔·卢瑟福继续他的研究。

“让我们称之为混浊！”

丹尼尔·卢瑟福，英国人，生于1749年，在爱丁堡大学学习医学。他与被称为“核物理之父”的新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福同名异姓。

直到1772年，卢瑟福才重复了老师的第三次实验。然后，他用苛性碱吸收燃烧的气体，并将吸收的气体密封在容器中。放入容器的小老鼠不久就死了。“看来容器里的空气减少了。剩余的未知气体能支持燃烧吗？”卢瑟福想，刚刚把燃烧的蜡烛放进了容器。结果，蜡烛的光非常微弱，只持续了几秒钟。

"似乎很难去除帮助燃烧和呼吸的气体！"卢瑟福对化学有很好的了解，他立刻想到，“白磷比木炭更容易燃烧。为什么不用白磷代替呢？”所以他用白磷做了上面的实验，发现小老鼠立即死亡，燃烧的蜡烛立即熄灭。卢瑟福由此得出结论，这种未知气体不能维持生命，也不能帮助燃烧，也不溶于苛性碱。“就叫它犯规吧！”他对自己说。不久，卢瑟福写了一篇题为《固定空气和混浊空气导论》的论文，并于当年9月发表。

"这种劣质气体对生命没有好处。"

当卢瑟福沉浸在“污染空气”的实验中时，另外两位科学家也在研究燃烧和空气的影响。他们分别是普里斯特利和舍勒。

普里斯特利最初是一名英国传教士。他在布道时对科学产生了兴趣。公元1772年夏天，他把潮湿的硫磺粉放在一个密封的容器里。过了一会儿，他发现容器里的空气少了五分之一。他测试了剩余的气体，发现它无助于呼吸、燃烧、与石灰水反应，而且比空气轻。普里斯特利当时是一个完全成熟的“燃素”(注2)，并将气体命名为“燃素气体”。

普里斯特利的氮实验(网络图)

瑞典药剂师舍勒喜欢研究各种气体。同年，当他在做实验时，他把一系列能释放燃素的物质，如硫磺和松节油，放入密封的容器中，分别点燃，然后测量燃烧后的气体。他发现剩余的气体虽然密度比空气小，但并不有助于燃烧。"原来，燃素不在剩余气体中！"舍勒得出这个结论后，他称这部分气体为“劣质空气”，燃烧消耗的部分为“助燃空气”。

与卢瑟福不同，普里斯特利和舍勒只做记录，不公开发表他们的结论。

“终于有了正式的名字”

那是公元1774年。当法国化学家拉瓦锡得知普里斯特利和舍勒的实验时，他的心为之感动。他重复了几个实验，仔细研究了燃烧过程。经过仔细考虑，他把舍勒的“劣质空气”命名为氮气(英语)，意思是“不利于生命”。后来，当清代化学家徐寿把“劣质空气”翻译成中文时，他写了“弱空气”，意思是“稀释”空气中的氧气。后来，科学家将“轻气体”翻译成“氮气”。

拉瓦锡航空试验用设备(网络图)

尽管氮是由拉瓦锡命名的，但科学界认为它的真正发现者是丹尼尔·卢瑟福。从此，人们知道空气主要由氧和氮组成，氮占绝大多数。

自从氮被发现以来，科学家们做了大量的实验并获得了液氮。同时，他们将氮应用于工业、农业、国防和日常生活。例如，氮肥在农业中使用最多。用氮气填充粮仓可以防止谷物发霉和发芽。例如，博物馆的珍贵字画可以储存在充满氮气的密封容器中，以防止蛀虫和氧化。例如，在医疗中，液态氮作为深层制冷剂可以冷冻患病细胞。在工业中，由氮气制成的硝酸是炸药的重要成分。渗氮后，钢的硬度和耐磨性大大提高。

氮气在现代被广泛使用(网络图)