為維持生命提供必要元素的氣體氮氣
氮氣是大氣的主要組成部分,它無色、無味、不活潑、不支持燃燒,但它提供了維持生命的必要元素——氮。由于通常條件下,氮氣很不活潑,在一般化學反應(yīng)中很難被察覺到,所以人們只是在分離出氧氣后才較多地認識到氮氣的性質(zhì)。
早在1771年,瑞典化學家舍勒就根據(jù)自己的實驗,認識到空氣是由兩種不同的成分組成,即支持燃燒的“火焰空氣”和不支持燃燒的“無用空氣”。1771年,英國科學家普里斯特利也得到了一種既不支持燃燒,也不能維持生命的氣體,他稱它為“被燃素飽和了的空氣”,意思是說,因為它吸足了燃素,所以失去了支持燃燒的能力。但是,無論是舍勒,還是普里斯特利,都沒有及時公布發(fā)現(xiàn)氮氣的結(jié)論。因此,化學文獻中大都認為氮氣在歐洲首先是由英國化學家丹尼爾·盧瑟福發(fā)現(xiàn)的。
布拉克
1772年,盧瑟福的老師——蘇格蘭化學家、醫(yī)生、物理學家約瑟夫·布拉克也在進行氣體研究的實驗。布拉克在一個鐘罩內(nèi),放進燃燒著的木炭,發(fā)現(xiàn)木炭燃燒一陣子后,就熄滅了。布拉克認為木炭在鐘罩內(nèi)燃燒可以生成“固定空氣”(即二氧化碳)。當布拉克用氫氧化鉀溶液吸收了這種“固定空氣”后,鐘罩內(nèi)仍有一定量的剩余氣體留下來。至于這種神秘的氣體到底有何性質(zhì),他無法回答。為了尋求答案,布拉克要求他的得意門生盧瑟福繼續(xù)研究這個問題。
拉瓦錫
盧瑟福開始繼續(xù)老師的實驗時,便決定用小動物來幫助他進行實驗。當他把老鼠放入密閉鐘罩內(nèi)時,發(fā)現(xiàn)老鼠會被悶死。老鼠悶死后,罩內(nèi)氣體的體積縮小了1/10。他又將密閉器皿內(nèi)的氣體用堿液去吸收,發(fā)現(xiàn)氣體的體積又失去1/10。這時,一個奇怪的現(xiàn)象吸引了盧瑟福。在老鼠無法生活的氣體里,居然可以點燃蠟燭。而當燭光熄滅以后,如果往密閉容器內(nèi)投入少許磷,磷又可繼續(xù)燃燒。
盧瑟福不斷重復(fù)實驗,終于明確了這樣兩個問題:一是人們很難從空氣中把氧氣全部除凈;二是這種剩余的氣體既不助燃,也無助于呼吸。這種氣體不能維持動物的生命,具有滅火作用,并且在水和氫氧化鉀溶液中也不溶解。盧瑟福把這種氣體稱為“油氣”或“毒氣”,也就是沒有燃素的氣,不會再被用做燃燒的氣。盧瑟福是虔誠的“燃素說”支持者,他犯了一個極大的錯誤,他不承認“油氣”是空氣的一種成分。因此,盡管他發(fā)現(xiàn)了氮氣的存在,但是仍然無法擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛,不能對氣體的性質(zhì)作科學的闡釋,只能在距離真理只有一步遠的地方停了下來。
不久,法國化學家拉瓦錫擺脫了傳統(tǒng)錯誤理論“燃素說”的束縛,以實驗為根據(jù),作了科學的分析和判斷。他發(fā)現(xiàn)這種氣體很不活潑,是一種不助燃、不能維持生命的氣體,因此將其命名為“氮氣”,意為“沒有生命”。從此,氮氣正式為人所知。
學海拾貝
氮氣無色、無味,在工業(yè)上主要是用于合成氨。在低氧高氮的環(huán)境中害蟲會窒息,植物的代謝作用會減慢,所以氮氣常被用于保藏珍貴的書畫,貯藏糧食、蔬菜。
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