氮?dú)猓∟2),是一種無色無味的氣體,是空氣的主要成份之一[1]。氮?dú)庹即髿饪偭康?8.08%(體積分?jǐn)?shù)),密度比空氣小。
氧氣是常見的助燃?xì)怏w,幾乎所有的氧化反應(yīng)和燃燒過程都需要氧氣。氧氣是空氣的組分之一,無色、無嗅。氧氣密度比空氣大,在標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃和大氣壓強(qiáng)101325帕)下密度為1.429克/升,在壓強(qiáng)為101kPa時(shí),氧氣在約-180攝氏度時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液體。
那么它們是怎么來的呢?
遠(yuǎn)在1772年的金秋,某,有一個(gè)名叫拉瓦錫的人稱量了一定質(zhì)量的白磷,并將其點(diǎn)燃,燃燒過后,他意外發(fā)現(xiàn)燃燒后的產(chǎn)物的質(zhì)量居然比燃燒前的白磷質(zhì)量還要大!于是他又燃燒硫磺,得到了類似的結(jié)論。這反常的現(xiàn)象令拉瓦錫設(shè)想,一定是空氣中的某種氣體被燃燒的白磷和硫磺捕獲了。為了證明自己的判斷,他設(shè)計(jì)了一個(gè)更細(xì)致的實(shí)驗(yàn):將白磷放在水銀面上,上面扣一個(gè)鐘罩,鐘罩里保留一部分空氣供白磷燃燒。加熱水銀到40攝氏度時(shí),水銀面上的白磷立刻燃燒起來,之后水銀面出現(xiàn)了上升。拉瓦錫想到:“這表明部分空氣被消耗,剩下的空氣不能使白磷燃燒,并可使燃燒著的蠟燭熄滅……白磷增加的重量與所消耗的1/5容積的空氣重量接近相同?!?/span>
為了得到與燃燒物質(zhì)結(jié)合的氣體,1777年,拉瓦錫對汞進(jìn)行加熱,他發(fā)現(xiàn)隨著紅色的汞渣的生成,空氣的體積減少了1/5。接著,拉瓦錫對汞渣繼續(xù)加熱,結(jié)果從汞渣中還原出汞,并釋放出了大量氣體,這種氣體可以使蠟燭燃燒得更旺,并有益于動(dòng)物的呼吸。拉瓦錫把與汞結(jié)合的氣體稱為“生命氣體”,因?yàn)樗呛粑仨毜?;剩下的氣體叫做“無生命氣體”,因?yàn)樗鼤?huì)讓蠟燭熄滅,令動(dòng)物窒息。
后來,人們將“生命氣體”改稱氧,將“無生命氣體”改稱氮。雖然早在1772年到1773年,瑞典的化學(xué)家舍勒就發(fā)現(xiàn)氮?dú)夂脱鯕?,但是兩人都沒有拉瓦錫對氣體性質(zhì)有深入地了解,也沒有對燃燒做出像拉瓦錫那樣的正確解釋。因此,化學(xué)文獻(xiàn)中大都認(rèn)為氮在歐洲首先是由英國化學(xué)家丹尼爾盧瑟福發(fā)現(xiàn)的。
1775年,英國的化學(xué)家布拉克在一個(gè)鐘罩內(nèi),放進(jìn)燃燒著的木炭,燃燒一陣子后,木炭就熄滅了。布拉克認(rèn)為木炭在鐘罩內(nèi)燃燒可以生成固定空氣(即二氧化碳?xì)?。當(dāng)布拉克用氫氧化鉀溶液吸收了二氧化碳?xì)夂螅娬謨?nèi)仍有一定剩余氣體留下來。這種神秘的氣體到底有何性質(zhì),他不知道。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(gè)問題。
而在17年后,盧瑟福用動(dòng)物進(jìn)行了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)他把老鼠放入密閉鐘罩內(nèi)時(shí),老鼠被悶死了。而老鼠悶死后,罩內(nèi)氣體的體積卻縮小了十分之一。將密閉器皿內(nèi)的氣體用堿液去吸收,又會(huì)發(fā)現(xiàn)氣體的體積繼續(xù)失去十分之一。可是這時(shí)有一個(gè)奇怪的現(xiàn)象吸引了盧瑟?!谶@老鼠也無法生活的氣體里,居然可以點(diǎn)燃蠟燭,可見燭光隱現(xiàn)而當(dāng)燭光熄滅后,如果往密閉容器內(nèi)投入少許磷,磷又能夠繼續(xù)燃燒。
但是盡管他發(fā)現(xiàn)了氮?dú)獾拇嬖冢珔s無法擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛,對氣體的性質(zhì)做科學(xué)的闡釋,在距離真理只有一步遠(yuǎn)的地方盧瑟福停了下來。
法國科學(xué)家拉瓦錫擺脫了傳統(tǒng)錯(cuò)誤理論燃素說的束縛,以實(shí)驗(yàn)為根據(jù),作了科學(xué)的分析和判斷,并指出燃燒其實(shí)是物質(zhì)跟空氣里的氧氣發(fā)生了反應(yīng)。
1777年,拉瓦錫將組成空氣的兩種氣體的混合物分列命名,一種是能助燃,有助于呼吸的氣體氧。另一種是不助燃、不能維持生命的氣體氮。
這便是氧氣和氮?dú)獾挠蓙砹恕?/span>