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摘 要 氧气的发现, 在化学史上有着十分重要的意义。这不仅因为氧是地球上含量最多、分布最广的元素,也是自然界和人类生存不可缺少的元素。氧气的发现使化学理论发生革命性的改变, 宣告了统治化学达百年之久的燃素说的破产。五十万年前,原始人就掌握了火。但是火的实质是什么? 长期以来, 无论古希腊的四元素说,还是中国古代的五行说以及中世纪的炼丹或炼金理论,都没有对这个问题做出科学的解答。
关键词 氧气 发现史 燃素说
尽管人类从诞生到现在一直呼吸空气中的氧气,但是直到18世纪才认识到氧气的存在。在目前发现的所有元素中,氧是最重要的元素,它的发现曾经引发了一场革命——化学革命;同时,氧也是最能引起争议的元素,关于它的发现同样引发了许多争论。谁发现了氧气?谁第一个发现了氧气?发现氧气是一个事件还是一个过程?这些问题的答案并不像化学教材中叙述的那么简单明了。
一、“氧气的发现史”的学说
1.“火微粒”说
1663年,英国著名科学家罗伯特·波义耳对几种金属进行锻烧实验。他认为金属煅烧增重是火微粒透过容器壁与金属结合而使金属增重了。波义耳认为:火是一种实实在在的,由具有重量的火微粒所构成的物质元素。所以这增重是火微粒在锻烧中,穿过器壁钻进了金属体内。即:金属+火微粒→金属灰。这是火微粒说。
2.“燃素”说
1702年,德国学者奥尔格· 恩斯特· 斯塔尔创立了“燃素”说。“燃素”说认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体释放“燃素”与吸收“燃素”的过程。他提出,凡是可燃的物质都含有燃素,燃素就是燃烧的元素。他还认为,金属在锻烧中,燃素逸出,剩下来的是金属灰。若将含有大量燃素的木炭与金属灰混合加热,金属灰又能与燃素结合复成金属。即:金属-燃素→金属灰。这是燃素说。
3.“氧化”说
1774年,法国化学家拉瓦锡在实验中发现:密闭容器中锡和铅经加热后表面形成了一层金属灰,加热后容器内物体的总质量没有发生改变,但是锡和铅的质量增加了,而空气减少了。他意识到这一现象的本质是金属与空气中某些成分发生了化合反应。此后,拉瓦锡得知并重复了普里斯特利的实验,进而发现与金属化合的空气成分就是氧气。1777年,拉瓦锡正式提出了氧化学说:燃烧的本质是物体与氧的化合。
二、氧气的发现史
那么,空气中那种能与金属结合的成分又是什么呢?拉瓦锡认真地思索着。这时,有个瑞典化学家卡尔· 威廉· 舍勒在加热某些硝酸盐、碳酸盐、氧化物的实验中,获取到一种他称之为“火气” 的气体。他发现,许多物质在这种气体中燃烧后,这气体便消失了。其实这种气体就是氧气。可惜舍勒是燃素说的信徒,他错误地认为燃烧是火气与燃烧物中的燃素结合的过程,火和热是火气与燃素化合的产物。从而使这个很好的实验成果在他手中没有引出正确的结论。
与此同时,在英国有个化学家也正在研究这种气体。他叫做约瑟夫·普利斯特里。1771年他曾把硝石加热,产生的气体在水中捕集。他发现蜡烛的火焰在这气体中比在空气中燃烧更加炽热和明亮。当时这并没有引起他的注意,他以为是这种气体中混进了硝石的微粒。1774年8月 ,他将汞灰(氧化汞)放在一个充满水银的细长玻璃瓶中,这玻璃瓶又倒置在水银槽中。然后用上述凸透镜迎着太阳加热汞灰。他在原玻璃瓶中慢慢地收集到一种气体。这种气体用燃烛一试,它的火焰显得格外明亮。这时他才意识到这种气体可能是一种新气体。11月普里斯特里陪贵族到欧洲大陆旅行不得不中止实验。
普利斯特里从欧洲大陆回来后,继续对这气体的性质进行分析研究。他用排水法将这种气体收集起来,对其性质进行了研究。老鼠在这种气体中存活时间比在空气中长。他自己吸了一些气体,觉得这种空气使呼吸轻快了许多,让人感到格外舒畅。遗憾的是普利斯特里也是一个极顽固的“燃素”说信徒,他仍然认为空气是单一的气体。他认为助燃能力之所以有差别仅在于“燃素”的含量不同。汞灰中分解出来是新鲜的一点“燃素”都没有的空气,所以吸收“燃素”能力特别强,助燃能力就强,故称为“脱燃素的空气”。一旦空气被“燃素”饱和就不再吸收“燃素”,也就不再助燃,变成了“被燃素饱和了的空气”(即氮气)。 而一般空气则处于二者之间,故助燃能力一般。
普利斯特里与舍勒一样, 被流行的燃素说所束缚。当科学的珍珠摆在面前时,他却认为是鱼目,虽然掌握了使化学理论发生变革的氧元素,却没有获得认识上的硕果。
拉瓦锡则不是这样。1775年末,他看到普利斯特里发表的关于脱燃素空气的论文后,恍然大悟。原来他多年寻找的,能与金属结合又有助燃作用的空气成分,他曾误认为最纯净的空气原来是一种新的物质元素。随后他专心致志地对这种气体元素的性质进行细致的考察。除了重申普利斯特里已在实验中指出的:这种气体具有助燃、助呼吸等性质外,还发现许多酸都是由非金属物质与空气中这种助燃成分结合而成。为此他把这种气体命名为酸素。现在世界上通用的氧元素符号是O,是氧的命名Oxy-gen的第一个字母。这个命名来自于希腊文xygeunao—酸素之意。
拉瓦锡抱着批判燃素说的眼光,将大量的实验资料联系起来,去伪存真做出了正确的科学判断。他指出:空气主要由氧、氮组成。空气本身不是元素,而是混合物。他明确地宜布: 燃烧过程在任何情况下,都是可燃物质与氧的化合。可燃物质在空气中燃烧,因吸收了氧因而增重了。所增加的重量恰好等于所吸收之氧的重量。所谓的燃素,实质上是不存在的。
三、后记
普利斯特里正是由于形而上学机械论的自然观,使他陷入“燃素说”的泥潭而不能自拔。尽管他已经把氧气拿到手,却未能结出果来;而拉瓦锡却能接过普利斯特里手中的氧气,重新解释燃烧,完成了化学领域里的重大发现。这也决非偶然。拉瓦锡较之普利斯特里、舍勒等人的高明之处,就在于他真正坚持了唯物主义观点,重视科学实验和定量研究的同时,用批判的态度审查一切旧观念、旧理论,敢于冲破一切传统思想,勇于排除发现氧气征途上的最大障碍——“燃素说”,所以他才成为化学发展史上真正发现氧气的人。
参考文献:
[1]古仁钦. 氧气的发现及科学燃烧学说的建立[J].中学化学教学参考, 1998(2):61-62.
[2]周嘉华.氧气的发现[J].人民教育,1980(2):72-73.
[3]袁振东.托马斯﹒库恩的氧气发现观浅析[J].化学教学,2005(1-2):72-74.
[4]卢小冰.当真理碰到鼻子尖上的时候_氧气发现及其历史启示[J].中学生百科,2006(9):42-43.
关键词 氧气 发现史 燃素说
尽管人类从诞生到现在一直呼吸空气中的氧气,但是直到18世纪才认识到氧气的存在。在目前发现的所有元素中,氧是最重要的元素,它的发现曾经引发了一场革命——化学革命;同时,氧也是最能引起争议的元素,关于它的发现同样引发了许多争论。谁发现了氧气?谁第一个发现了氧气?发现氧气是一个事件还是一个过程?这些问题的答案并不像化学教材中叙述的那么简单明了。
一、“氧气的发现史”的学说
1.“火微粒”说
1663年,英国著名科学家罗伯特·波义耳对几种金属进行锻烧实验。他认为金属煅烧增重是火微粒透过容器壁与金属结合而使金属增重了。波义耳认为:火是一种实实在在的,由具有重量的火微粒所构成的物质元素。所以这增重是火微粒在锻烧中,穿过器壁钻进了金属体内。即:金属+火微粒→金属灰。这是火微粒说。
2.“燃素”说
1702年,德国学者奥尔格· 恩斯特· 斯塔尔创立了“燃素”说。“燃素”说认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体释放“燃素”与吸收“燃素”的过程。他提出,凡是可燃的物质都含有燃素,燃素就是燃烧的元素。他还认为,金属在锻烧中,燃素逸出,剩下来的是金属灰。若将含有大量燃素的木炭与金属灰混合加热,金属灰又能与燃素结合复成金属。即:金属-燃素→金属灰。这是燃素说。
3.“氧化”说
1774年,法国化学家拉瓦锡在实验中发现:密闭容器中锡和铅经加热后表面形成了一层金属灰,加热后容器内物体的总质量没有发生改变,但是锡和铅的质量增加了,而空气减少了。他意识到这一现象的本质是金属与空气中某些成分发生了化合反应。此后,拉瓦锡得知并重复了普里斯特利的实验,进而发现与金属化合的空气成分就是氧气。1777年,拉瓦锡正式提出了氧化学说:燃烧的本质是物体与氧的化合。
二、氧气的发现史
那么,空气中那种能与金属结合的成分又是什么呢?拉瓦锡认真地思索着。这时,有个瑞典化学家卡尔· 威廉· 舍勒在加热某些硝酸盐、碳酸盐、氧化物的实验中,获取到一种他称之为“火气” 的气体。他发现,许多物质在这种气体中燃烧后,这气体便消失了。其实这种气体就是氧气。可惜舍勒是燃素说的信徒,他错误地认为燃烧是火气与燃烧物中的燃素结合的过程,火和热是火气与燃素化合的产物。从而使这个很好的实验成果在他手中没有引出正确的结论。
与此同时,在英国有个化学家也正在研究这种气体。他叫做约瑟夫·普利斯特里。1771年他曾把硝石加热,产生的气体在水中捕集。他发现蜡烛的火焰在这气体中比在空气中燃烧更加炽热和明亮。当时这并没有引起他的注意,他以为是这种气体中混进了硝石的微粒。1774年8月 ,他将汞灰(氧化汞)放在一个充满水银的细长玻璃瓶中,这玻璃瓶又倒置在水银槽中。然后用上述凸透镜迎着太阳加热汞灰。他在原玻璃瓶中慢慢地收集到一种气体。这种气体用燃烛一试,它的火焰显得格外明亮。这时他才意识到这种气体可能是一种新气体。11月普里斯特里陪贵族到欧洲大陆旅行不得不中止实验。
普利斯特里从欧洲大陆回来后,继续对这气体的性质进行分析研究。他用排水法将这种气体收集起来,对其性质进行了研究。老鼠在这种气体中存活时间比在空气中长。他自己吸了一些气体,觉得这种空气使呼吸轻快了许多,让人感到格外舒畅。遗憾的是普利斯特里也是一个极顽固的“燃素”说信徒,他仍然认为空气是单一的气体。他认为助燃能力之所以有差别仅在于“燃素”的含量不同。汞灰中分解出来是新鲜的一点“燃素”都没有的空气,所以吸收“燃素”能力特别强,助燃能力就强,故称为“脱燃素的空气”。一旦空气被“燃素”饱和就不再吸收“燃素”,也就不再助燃,变成了“被燃素饱和了的空气”(即氮气)。 而一般空气则处于二者之间,故助燃能力一般。
普利斯特里与舍勒一样, 被流行的燃素说所束缚。当科学的珍珠摆在面前时,他却认为是鱼目,虽然掌握了使化学理论发生变革的氧元素,却没有获得认识上的硕果。
拉瓦锡则不是这样。1775年末,他看到普利斯特里发表的关于脱燃素空气的论文后,恍然大悟。原来他多年寻找的,能与金属结合又有助燃作用的空气成分,他曾误认为最纯净的空气原来是一种新的物质元素。随后他专心致志地对这种气体元素的性质进行细致的考察。除了重申普利斯特里已在实验中指出的:这种气体具有助燃、助呼吸等性质外,还发现许多酸都是由非金属物质与空气中这种助燃成分结合而成。为此他把这种气体命名为酸素。现在世界上通用的氧元素符号是O,是氧的命名Oxy-gen的第一个字母。这个命名来自于希腊文xygeunao—酸素之意。
拉瓦锡抱着批判燃素说的眼光,将大量的实验资料联系起来,去伪存真做出了正确的科学判断。他指出:空气主要由氧、氮组成。空气本身不是元素,而是混合物。他明确地宜布: 燃烧过程在任何情况下,都是可燃物质与氧的化合。可燃物质在空气中燃烧,因吸收了氧因而增重了。所增加的重量恰好等于所吸收之氧的重量。所谓的燃素,实质上是不存在的。
三、后记
普利斯特里正是由于形而上学机械论的自然观,使他陷入“燃素说”的泥潭而不能自拔。尽管他已经把氧气拿到手,却未能结出果来;而拉瓦锡却能接过普利斯特里手中的氧气,重新解释燃烧,完成了化学领域里的重大发现。这也决非偶然。拉瓦锡较之普利斯特里、舍勒等人的高明之处,就在于他真正坚持了唯物主义观点,重视科学实验和定量研究的同时,用批判的态度审查一切旧观念、旧理论,敢于冲破一切传统思想,勇于排除发现氧气征途上的最大障碍——“燃素说”,所以他才成为化学发展史上真正发现氧气的人。
参考文献:
[1]古仁钦. 氧气的发现及科学燃烧学说的建立[J].中学化学教学参考, 1998(2):61-62.
[2]周嘉华.氧气的发现[J].人民教育,1980(2):72-73.
[3]袁振东.托马斯﹒库恩的氧气发现观浅析[J].化学教学,2005(1-2):72-74.
[4]卢小冰.当真理碰到鼻子尖上的时候_氧气发现及其历史启示[J].中学生百科,2006(9):42-43.