空气成分的发现
空气成分的发现
2015-11-23 22:23 来源: 科普中国-科学原理一点通
近几年随着PM2.5一词的火爆将人们的视线拉到了自己很熟悉、有很容易忽视的东西上——空气。但是很少有人知道仅仅在300年以前,人们普遍认为空气是一种气体。传统的四元素说更是将空气与水、火和土想象成组成物质的基本元素之一。后来的燃素学说将物质的燃烧理解为空气将物质中的“燃素”吸收出来而产生的现象。现在我们知道空气是由多种气体组成的混合物,那么这些成分是如何一一被发现的呢?
空气的故事必须得从一个人开始——英国化学家普利斯特里。普利斯特里很善于观察身边的现象,他发现将燃烧的蜡烛放入一个密闭的容器里,蜡烛一定时间后会熄灭,但是容器内还有空气。随后他进行了许多实验来研究空气成分,其中就包括著名的“钟罩实验”,但是普利斯特里作为一名燃素说的信徒始终离发现空气组成只有一步之遥。
1773年10月,普里斯特里向法国著名化学家拉瓦锡介绍了自己的实验,拉瓦锡随后重复了“钟罩实验”。但是拉瓦锡认为燃素说存在严重缺陷,因此得出了现在公认的“氧化学说”。同时,他将空气中能支持燃烧,性质活泼的1/5气体命名为“氧气”,而误认为其他无法支持燃烧的气体为一种,即“氮气”。 1785年英国化学家卡文迪许将空气中的氮气跟氧气化合并用碱液吸收而除去,发现始终有1%的气体无法去除,他认为是一种新的物质但并没有深入研究。
1868年法国天文学家严森在分析太阳光谱时发现了一条未知的黄色谱线,并预定了这种元素的存在,定名为氦(拉丁文原意是 “太阳”)。20多年后,拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。它的光谱与严森所发现的一样,最终证明是氦,随后拉姆塞又在空气中发现了氦元素。
1892年英国物理学家瑞利与拉姆塞在除掉氧气和氦气的空气中发现了一种极不活泼的新元素,定名为氩,原文是不活动的意思。
1898年拉姆塞和特拉弗斯在分馏液态空气时,先后发现了氪(拉丁文原意是“隐藏的”)、氖(拉丁文原意是“新的”)和氙(拉丁文原意是“生疏的”)。
1899年欧文斯、卢瑟福、多恩等科学家在研究放射性物质时发现了一种放射性气体。1908年拉姆塞和格雷合作测定了密度,确定它是一种新元素,是一种化学惰性的气体元素并将它命名为氡(原意是“发光”)。
6种稀有气体元素中除了氦元素是由天文学家严森首先发现外,其余5种全部是由拉姆塞首先发现,因此他也被称为“稀有气体之父”。
可以看到空气成分的研究经历了前后一百多年的时间,无数科学家进行了不计其数的实验,推翻了许多旧有的理论。但这些理论不仅发现了许多新的元素,建立了新的学说,也为以后近百年的化学发展奠定了基础。
作者:路遥
审核:李继良