空氣成分發(fā)現(xiàn)簡史

空氣成分發(fā)現(xiàn)簡史空氣成分的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了漫長的曲折歷程，化學(xué)歷史上的重要人物：波義爾，舍勒，普利斯特利，以最終發(fā)現(xiàn)氧氣的拉瓦錫都在氧氣的發(fā)現(xiàn)史上留下了重要的一頁。01據(jù)史書記載，公元8世紀(jì)，中國就曾經(jīng)對大氣進(jìn)行過研究，并把大氣分為陰陽兩部分。早在一千多年前的中國大唐時期，煉丹家馬和在他的工作記錄《平龍認(rèn)》中作出這樣的結(jié)論：空氣成分復(fù)雜多樣，主要由陽氣和陰氣組成，其中陽氣比陰氣多得多，陰氣可跟可燃物化合，在空氣中消失，而陽氣則可安然無恙地保留，陰氣存在于青石(氧化物)、火硝(硝酸鉀)等物質(zhì)中，加熱它們陰氣就會放出來，陰氣在水中也大量存在，只是很難把它們?nèi)〕鰜怼?217世紀(jì)，羅伯特·波義耳（R．Boyle，1627—1691）通過對抽氣機及燃燒的實驗，發(fā)現(xiàn)一些奇妙、有趣的現(xiàn)象:在真空中，火藥環(huán)只在受熱的地方才燃燒，但一通入空氣，立刻全部燃燒。波義耳得出結(jié)論：“空氣有一些活性物質(zhì)不是被磷的煙霧消耗掉，就是被它馴化?！边@給人們以啟發(fā):空氣中含有兩種截然不同的氣體。波義耳真空泵實驗裝置03此后，虎克（R.Hooke，1635—1703）也做了類似的燃燒實驗，并得出結(jié)論:空氣中存在一種可以溶解可燃物體自身的東西。

【對氧氣的發(fā)現(xiàn)最大障礙是“燃素說”】“燃素說”是英國人喬治·恩斯特·史塔爾繼承了約翰·約阿希姆·帕克提出，記載在《地下的自然哲學(xué)》中的學(xué)說，于1703年較系統(tǒng)地闡述和發(fā)揮為完整的理論。史塔爾認(rèn)為，空氣中有一種可燃的油狀土，即為燃素，燃素存在于一切可燃物體中，在燃燒時，快速逸出。燃素是金屬性質(zhì)、氣味、顏色的根源。是火微粒構(gòu)成的火元素。按照“燃索說”的觀點，一切燃燒現(xiàn)象，都是物體吸收和逸出燃素的過程。煅燒金屬，燃素被釋放出來，金屬就變成了灰渣。但在金屬加熱過程中，燃素不能自動分解，必須加進(jìn)空氣，將燃素吸取出來，燃燒才能實現(xiàn)。18世紀(jì)初期，這種“燃素說”的理論。盡管歪曲事實，牽強附會，但在當(dāng)時，卻能“自圓其說”，被人們普遍地接受。就這樣，“燃素說”統(tǒng)治人們的思想將近一個世紀(jì)，把人們從研究和探討燃燒原因、完全可能導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)氧氣的正確思路，引向歧途，致使氧氣的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了一個漫長的曲折歷程。

041674英國醫(yī)生約翰·梅奧（JohnMayow）,著作《醫(yī)學(xué)生理學(xué)研究》（TractatusQuinqueMedico-Physici）記載了，研究物質(zhì)燃燒的實驗。實驗裝置（如下復(fù)原圖）。梅奧證明了空氣對燃料和生命的重要作用。并通過實驗得出空氣經(jīng)燃燒和呼吸后，殘存下一種不活潑氣體，用水吸收后呈酸性；空氣至少包括兩種成分的結(jié)論。

在其中，他鑒別出空氣中的一部分組成物是呼吸和燃燒所必需的。梅奧把燃燒和呼吸進(jìn)行比較，并最早報告吸入的空氣在呼出后其體積減小。梅奧研究動物呼吸的實驗裝置他還說明，對于燃燒和呼吸來說，氧氣（他稱之為硝石精）是必不可少的物質(zhì)；05舍勒（CarlWilhelmScheele，1742.12.19——1786.5.21），瑞典著名化學(xué)家，氧氣的發(fā)現(xiàn)人之一，同時對氯化氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多種氣體都有深入的研究。發(fā)現(xiàn)了一種與巴氏消毒法很相似的消毒方法。

一生中大概做了近千個實驗。舍勒的代表作為《火與空氣》。研究氧氣開始于1767年對亞硝酸的研究。起初，他加熱硝石得到一種稱之為“硝石的揮發(fā)物”的性質(zhì)，但對這種物質(zhì)的性質(zhì)和成分還不清楚。舍勒反復(fù)做加熱硝石的實驗，發(fā)現(xiàn)把硝石放在坩堝中加熱到通紅時，會放出干熱的氣體，遇到煙灰的粉末就會燃燒，放出耀眼的光芒。這種現(xiàn)象引起了舍勒極大的興趣。他在1773年就用多種方法制得比較純凈的氧氣。舍勒于1777年的著作《論空氣和火的化學(xué)》中用于制備氧氣的裝置。裝置中的曲頸瓶中裝有硝酸鉀與濃硫酸的混合物，在火爐加熱下釋放出一種無色氣體，被固定在曲頸瓶瓶口用動物膀胱做成的口袋收集。對這種氣體的性質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)它可以幫助燃燒，所以他把這種氣體叫做“火氣”，并且通過硫酐（主要成分是硫化鉀和多硫化鉀）對氧氣的吸收和白磷在氧氣中燃燒，測出了“火氣”占空氣體積的約五分之一，實際上這種火氣就是氧氣。

061771英格蘭化學(xué)家約瑟夫·普里斯特利（JosephPriestley）發(fā)現(xiàn)植物把二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。普里斯特利在一個密閉的容器里燃燒一支蠟燭，將容器中空氣里面的所有氧氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳；接著，

把一株活的薄荷草放入這個容器。他發(fā)現(xiàn)這種植物在瓶子里茂盛生長，他在檢測里面的空氣時，它能使蠟燭燃燒。普里斯特列首次說明了植物能將在呼吸和燃燒中消耗的那種氣體恢復(fù)，這種氣體后來被認(rèn)為是氧氣。071777出生于荷蘭的英國醫(yī)生和植物生理學(xué)家簡·英振豪斯茲（JanIngenhousz）發(fā)現(xiàn)植物中的兩種呼吸循環(huán)。他得出這樣的結(jié)論：在葉子產(chǎn)生氧氣的過程中，不能沒有陽光。這是人類第一次認(rèn)識光合作用。英振豪斯茲發(fā)現(xiàn)：植物只有在光存在時才能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣；相反，如果將植物放在黑暗中，逆轉(zhuǎn)化過程發(fā)生，即氧氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳。1779年，他在枟植物實驗：揭示植物在陽光中凈化普通空氣以及在陰暗處和夜間使空氣變污濁的巨大力量枠中公布了其發(fā)現(xiàn)。后來，此過程通常被稱為photosynthesis（光合作用，來源于希臘文意為“被光合在一起”的單詞）。

081772蘇格蘭醫(yī)科大學(xué)生丹尼爾·盧瑟福（DanielRutherford）公布他發(fā)現(xiàn)了元素氮（原子序數(shù)７）。盧瑟福把一些空氣裝入一個密封的容器中，并取走所有的氧氣和二氧化碳；他發(fā)現(xiàn)仍留下大量的另外一種氣體，它不支持燃燒和呼吸。雖然他已發(fā)現(xiàn)了氮氣，但并不知道它是什么。此后不久，法國化學(xué)家安托萬·拉瓦錫（AntoineLavoisier）認(rèn)識到氮是一種元素。

091772通過證明燃燒是由與空氣中的一種成分反應(yīng)引起的，法國化學(xué)家安托萬·拉瓦錫（AntoineLavoisier）推翻燃素說。拉瓦錫證明某些元素（如磷）在空氣中燃燒時獲得重量，而根據(jù)燃素說，它們應(yīng)該失去重量。他正確地推理到：如果這些元素與空氣發(fā)生反應(yīng)，那么，在密閉容器中燃燒時，就將產(chǎn)生部分真空。拉瓦錫證明填充真空所必需的空氣重量等于元素燃燒后所獲得的重量。圖示是拉瓦錫，1789年的著作《化學(xué)概論》中研究紅磷在氧氣中燃燒的實驗裝置

在此基礎(chǔ)上拉瓦錫通過實驗還發(fā)現(xiàn)了氮氣，從而得出了空氣是由氮氣和氧氣組成的結(jié)論。實驗連續(xù)加熱12天，讓汞與空氣中的氧氣反應(yīng)，汞槽中的水銀升入鐘罩，空氣體積即氧氣含量

拉瓦錫創(chuàng)立氧化說以解釋燃燒等實驗現(xiàn)象，并指出動物的呼吸實質(zhì)上是緩慢氧化。

101773年10月，普里斯特里向拉瓦錫介紹了自己的實驗：加熱時，可得到脫燃素氣，這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮，還能幫助呼吸。普里斯特利，1774年的著作《不同氣體的實驗和觀察》中使用的進(jìn)行各種氣體實驗的實驗裝置拉瓦錫重復(fù)了普里斯特利的實驗，得到了相同的結(jié)果。但拉瓦錫并不相信燃素說，所以他認(rèn)為這種氣體是一種元素，1777年正式把這種氣體命名為oxygen（中譯名氧），含義是酸的元素。拉瓦錫通過金屬煅燒實驗，于1777年向巴黎科學(xué)院提出了一篇報告《燃燒概論》，闡明了燃燒作用的氧化學(xué)說，要點為：①燃燒時放出光和熱。②只有在氧存在時，物質(zhì)才會燃燒。③空氣是由兩種成分組成的，物質(zhì)在空氣中燃燒時，吸收了空氣中的氧，因此重量增加，物質(zhì)所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。④一般的可燃物質(zhì)（非金屬）燃燒后通常變?yōu)樗?，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧。金屬煅燒后變?yōu)殪鸦遥鼈兪墙饘俚难趸?。他還通過精確的定量實驗，證明物質(zhì)雖然在一系列化學(xué)反應(yīng)中改變了狀態(tài)，但參與反應(yīng)的物質(zhì)的總量在反應(yīng)前后都是相同的。于是拉瓦錫用實驗證明了化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒定律。拉瓦錫的氧化學(xué)說徹底地推翻了燃素說。基于氧化說和質(zhì)量守恒定律，1789年拉瓦錫發(fā)表了《化學(xué)基本論述》。到1795年左右，歐洲大陸已經(jīng)基本全部接受拉瓦錫的理論。

111804年9月16日法國化學(xué)