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发现氧气的先驱们

科普小知识2022-07-12 20:39:55
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17世纪中叶以前,人们对空气的理解仍然模糊不清。大多数研究者认为只有一种气体,空气是唯一的气体元素。到了18世纪,通过对燃烧和呼吸的研究,学者们开始认识到有许多种气体,碳酸气、氢气、氯气、氮气和氧气相继被发现。发现这些气体并不容易。然而,最困难和最曲折的过程是氧气的发现。在氧气被发现之前,气体化学的研究有许多先驱,包括波义耳、福克、迈耶、赫兹、布拉克和其他人。迈耶取得了其中最显著的成就。在他的主要著作《医学和自然科学五论》(1674)中,他介绍了他的气体实验。例如,燃烧或动物呼吸的实验是在密闭容器中进行的;硝石和硝酸实验:当铁与硝酸或硫酸反应时,产生的气体被收集在倒置的玻璃瓶中。他还表达了一个重要的观点,即在硝石和空气中有同样的物质,在燃烧或呼吸中起着重要的作用。他将这种物质命名为“一氧化二氮空气精华”或“一氧化二氮空气颗粒”。迈耶的一氧化二氮空气提取物虽然仍处于推断阶段,但可以说已经预言了氧气的存在。

波义耳曾经研究过空气的性质,他对火焰和空气的实验描述如下:在一个排放空气的容器中,硫被洒在一个烧红的铁板上。硫磺只能冒烟,但不能燃烧,但是硫磺可以在装有空气的容器中燃烧,产生蓝色火焰。他还从蜡烛和氢气的燃烧中发现燃烧离不开空气。虽然已经证明没有空气燃烧是不可能的,但是氧气并没有发挥作用。

赫兹(1677-1761)是一位植物学家,他通过《植物静力学》(1727)一书对气体化学做出了贡献。他发现植物可以释放气体,并决定测量释放的气体量。动物和各种矿物质也被塞进枪管,加热后,产生的气体被收集在水面上。当时,虽然获得了各种具有不同化学性质的气体,但赫兹只考虑了体积的测定,而完全忽略了化学性质的研究。然而,在改革实验仪器方面,他比迈耶走得更远。迈耶的气体发生器兼作陷阱,而赫兹使用两种不同的仪器。

布拉克(1728-1799)是第一个认识到不同化学性质气体存在的人。在他的论文《关于白镁、生石灰和其他碱性物质的各种实验》(1756)中,他认识到二氧化碳是一种单一的化学气体,并将其命名为固定空气。使用这种定量称重方法,他证实了白色镁(即碳酸镁)是镁灰(即MGQ)和固定空气(即CO2)的混合物。如果加入酸或加热,气体就会释放出来。石灰石和石灰之间的关系也得到澄清,这类似于白镁和镁灰之间的关系。

布拉克之后出现的化学家是卡文迪许(1721-1810)。在他发表在《皇家学会杂志》上的论文《人工空气的各种实验》(1766)中,他根据锌、铁和锡等三种金属与明矾酸(即硫酸)或盐精(即盐酸)反应时产生的气体的性质所进行的实验,证实了这种气体不同于空气,并将其命名为“可燃空气”。虽然这种气体和普通空气的混合物是一种剧烈的爆炸物,但当它与普通空气以3: 7的比例混合时,爆炸最强烈。卡文迪什改进了赫兹的气体捕集方法。他发明了将玻璃瓶中的气体转移到水箱中另一个倒置的瓶子中的操作,以及将水溶性气体如固定空气储存在水银罐中的方法。

后来,英国化学家普里斯特继承了他的祖先发明和创造的实验技术,成功地提取了氧气,因此被称为“气体化学之父”。