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《元素家族》
推翻燃素理论——氧气发现史(上)
鲁超   
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17世纪末18世纪初,在东方神土和乌克兰大平原上,同时出现了两个杰出的帝王,一个是圣祖爷康熙大帝,另一个就是沙俄的彼得大帝,这两个杰出的君主带领两个帝国走上了不同的道路。圣祖爷自不必说,他和他的子孙开启了传说中的“康乾盛世”,进一步发展了中央集权;而彼得大帝则是从我做起,以身作则,前往西欧世界留学,几乎以一人之力带动整个俄罗斯民族,从愚昧无知走向现代文明,从落后奔向进步。

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【彼得大帝VS康熙爷,这两人还真打过一仗,就是“雅克萨之战”,导致了《尼布楚条约》的签订。】

在彼得大帝的带动下,罗蒙诺索夫——一个富裕渔民的儿子——本可以过上衣食无忧的生活,却选择了只身前往莫斯科学习拉丁文和希腊文,这时候他已经20岁了。他的父亲对此颇不理解,甚至断了他的生活费,他就这样在半饥半饱的状态下用5年时间学完了8年的课程,然后又前往德国,学习物理学、化学、冶金和矿物学,他学会了法语和德语,开拓了眼界,跟上了西欧文明的步伐。

在罗蒙诺索夫的眼里,落后的俄国更需要他,他回国以后,很快成为了俄罗斯科学院里中第一个土生土长的俄国人院士。他按照自己的要求建立了俄国第一个化学实验室,在电力学、热力学、化学等领域都有很多杰出的发现。尤其是,经过他的研究,他旗帜鲜明的反对燃素理论。

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【罗蒙诺索夫受到叶卡捷琳娜女皇的接见。】

1748年2月16日,在罗蒙诺索夫写给著名数学家列昂纳德.欧拉的信中就曾经写道:“自然界所发生的一切变化,都是这样的:一种东西失去多少,另一种东西就获得多少。因此,如果某个物体增加了若干物质,另一物体必然有若干物质消失。……因为这是一条具有普遍意义的规律,所以它也应推广适应运动的诸法则:一个物体如果靠本身的动力,引起另一物体产生运动,那么前者由于推动而失去的动量,必然等于后者受推动时获得的动量。”

这已经是“物质不灭定律”的雏形了!

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【罗蒙诺索夫,俄罗斯科学第一人!他还是一个文学家、工程师,他还预测了焰色反应跟不同的元素有关。】

罗蒙诺索夫的时代,俄罗斯毕竟还是太落后了,他的看法没有在西欧的科学界引起太大的波澜。让我们把目光移到瑞典,看看可爱的舍勒在做什么。

年轻的舍勒没有上过大学,甚至连中学也没有进去过,可以说是一个十足的“民科”。他年轻的时候是一个药剂师,他的研究场所就是老板的药店,因为他工作勤奋,一个人干好几个人的活,总是又快又好的完成老板交代的任务,所以他的老板总是很喜欢他,如果他不弄出爆炸声出来的话。

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【舍勒在实验室里充满好奇的工作,他的老板谨慎的看着他。】

舍勒当然不是那种享受爆炸乐趣的无知小孩,他是希望能研究火焰的性质,因为在各种各样的化学实验中,不用加热的是很少的。

他牢牢的抓住一点:火焰必须在空气充足的地方燃烧才会更加明亮、更加剧烈,那么是不是可以说明:火焰和空气的性质有很大关系呢?舍勒想:“假如空气在燃烧中会发生什么变化,那么在密闭的容器内,这种变化应该会很容易查出来。”

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【卡尔·舍勒,一个十足的“民科”,却在化学史上作出了重大贡献。】

一天夜里,药店已经是死一般的寂静,舍勒用小刀切下一小块黄磷,投进空烧瓶,盖上瓶塞,然后加热这个烧瓶。黄磷立即融化,沿着瓶底摊开,不到一秒钟,就爆发出一阵明亮的火焰,烧瓶中浓雾弥漫,没多久,这浓雾就沉积在瓶壁上,如同下了一层霜,黄磷燃烧变成了干磷酸,现在我们叫它五氧化二磷。

这个试验对舍勒已经是稀松平常了,但这次有点不同,他要验证自己的想法,空气中会不会少了点什么?等烧瓶刚凉,舍勒就将瓶颈朝下,没入一盆水中,然后拔去瓶塞。这时候发生了一件怪事:盆里的水从下而上涌进瓶中。舍勒用手比划了一下,水填充了烧瓶体积的约五分之一。

“真奇怪,这五分之一的气体去哪里了?剩下五分之四的气体为什么不能燃烧呢?瓶里明明还有没燃烧完的磷呢。”

【舍勒,爱玩火的年轻人。】

就在磷燃尽的烧瓶缓缓冷却的时候,舍勒已经安排好另一场试验。和卡文迪许一样,他也知道金属溶解在酸液中,会产生一种易燃的气体,只是还不知道这是氢气。他这次决定在密闭的容器中燃烧这种易燃气体,看看跟黄磷燃烧相比有没有任何不同。

舍勒为这个试验制造了一个略显复杂的装置,在下面的图中可以看得很清楚,因为这种气体的脾气可是非常猛烈的,稍有不慎就会爆炸,舍勒没少为这事挨老板的骂。

舍勒等到气体充满了细管,点燃了气体,形成一个尖细的火舌,然后他用一只空烧瓶罩在火舌上,插进一个盛水很深的玻璃水缸,玻璃缸里的水立刻自下而上往烧瓶里涌。水越升越高,火焰却越来越暗,最后,火焰完全熄灭了。这时候,涌入瓶中的水又占烧瓶体积的五分之一。

【舍勒做氢气燃烧实验的示意图,A中的氢气通过细管在倒扣的烧瓶里燃烧,熄灭以后B水槽中的水升到D点。读者在家里自己模拟这个实验的时候,一定要注意:必须等细管中的氢气充满了以后才能点燃,氢气的爆炸极限很宽阔,稍有不慎就会引起爆炸。电影《火星救援》中的主人公就是这样引起了一次爆炸。】

铁屑还在滋滋作响,酸液还在沸腾,可是烧瓶里的火焰竟然熄灭了。舍勒拿掉烧瓶,在通畅的地方,把气体点着,气体又重新燃烧。“但它们在剩下的空气中为什么就不能燃烧呢?”舍勒满脑疑念。

这时已经是深夜,他明天一早还得继续为老板工作。不管舍勒心中有多少疑惑,然后又有了多少新的方案,他只能恋恋不舍的吹熄蜡烛,离开实验室,回到住处,继续思索第二天的实验方案,想着想着就进入了梦乡。

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【舍勒的实验室。】

第二天,舍勒用最快的速度配完药,就满怀热情的检验自己的新想法来。

他首先将目光放到剩下的“无用空气”,确实,这种空气似乎是死的,完全无用的,无论什么东西,也不愿意在这种空气中燃烧。蜡烛会灭,好像里面有一个隐身人把它吹灭了。烧红的炭放进去,也逐渐冷却熄灭。即使是那么活泼易燃的黄磷,在这种空气中竟然也如此乖巧。有几只老鼠,被舍勒关到这种死空气的罐子里,没多久就窒息而死。然而这种“无用空气”确实也是无色无味透明的,和普通空气没什么两样。

现在舍勒终于明白,原来四面八方围绕着我们的空气绝对不是什么元素,而是由两种截然不同的成分混合而成的东西,一种能助燃,燃烧完以后就消失了,舍勒把它叫做“火焰空气”;另一种虽然比较多,却对火一点也不对路子,就是前面说的“无用空气”。

舍勒突然联想到,每次配置黑火药,当硝石融化的时候,烟炱飞过坩埚的上空,会出人意外的突然着火。是不是因为从硝石中冒出的气体,正是“火焰空气”呢?他立马开始进行各种有关硝石的实验,他的老板一边跟客户介绍他的药剂师是多么的优秀,另一边不停的斜着眼看他忙碌:“这小子不会哪天真的让我这间铺面和他一起飞到空中吧?要知道,硝石就是火药的一部分啊!”

【舍勒用加热硝石的方法得到“火焰空气”的现代还原图。】

一天,舍勒从实验室冲出来,摇着一只空瓶子,大喊道:“火焰空气!火焰空气!”

“天哪,出了什么事情?”老板也惊叫起来。

“火焰空气!”舍勒抛下平日里的冷静,仍沉浸在发现的喜悦中。他把惊奇的老板和顾客一道拉进实验室,将炉子里几块快要熄灭的煤炭放进他手中的空瓶子里,那几块煤炭立即迸发出耀眼的白色火焰来。

“这是什么魔术啊?”老板和顾客几乎不相信自己的眼睛,“瓶子里面不是空的吗?”

舍勒解释道:“瓶里有一种‘火焰空气’,是从蒸馏硝石来的,这种气体占我们周围普通空气的五分之一。”

顾客还在发呆,老板庄重的说:“原谅我,舍勒,你似乎在完全瞎扯。谁相信空气里面除了空气本身以外,还有什么别的东西吗?”确实,人们已经形成了习惯,把空气当成四大元素之一,要一下子让他们改变信念是很难的。

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【瑞典,雪平市,舍勒的雕像。】

在接下来的一段时间里,舍勒继续做了好多实验,他发现不止一种办法可以制得“火焰空气”,除了加热硝石,还可以用加热氧化汞、高锰酸钾、碳酸银和碳酸汞的混合物来获得。

他又将一份“火焰空气”和四份“无用空气”混合在一起,配置成了“人工空气”,蜡烛在这里不太耀眼的燃烧,老鼠也平静的呼吸,就和待在围绕我们的空气里一样。这样,舍勒再也不会怀疑空气是真的由两部分组成的了。

【现在,小学生都知道空气的成分是什么了。】

他又继续试探“火焰空气”的性质,将黄磷放在“火焰空气”中燃烧,这时候爆发的火焰,简直亮的刺眼。烧瓶冷却以后,舍勒打算把它放到水里,却听到一声霹雳,烧瓶炸成粉碎。原来,所有的“火焰空气”燃烧后,烧瓶中形成了真空,外面的大气压力就像铁钳夹核桃一样把烧瓶压碎了。

舍勒毫不死心,重新换了一个瓶壁很厚的烧瓶来做这个试验,他再次将瓶口浸入水里,想观察瓶里的“火焰空气”还剩多少,但瓶塞怎样也拔不出来,这是惊人的大气压力,任何人都没有这样的伟力能撼动它。可是舍勒是一个有智慧的人,既然无法拔出,就把瓶塞往里推。塞子刚被推入烧瓶,盆里的水就自下而上涌入瓶中,将整个瓶子填满。他终于证实:
“火焰空气”会在燃烧中完全消失。

舍勒每次制得什么样的新物质,都是要首先自我品尝一下的,前面我们提到过,这哥们可是连氢氰酸都要品尝一下的!这次他试图闻一下“火焰空气”的味道,发现没有任何特别的感觉,只是感觉似乎更加轻松。现在我们知道,给病人和脑力劳动过度的人吸入这种气体,可以帮助他们,只是现在我们不把这种气体叫做“火焰空气”了,它的名称是“氧气”。

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【上世纪80年代,棋圣聂卫平依靠吸氧力克日本对手,实现中日围棋擂台赛的连霸。这不仅让中国的围棋人口大幅增加,更加增加了我国的民族自尊心、自信心、自豪感!】

小测试:

1, 俄罗斯科学第一人是:

A) 罗蒙诺索夫

B) 舍勒

C) 普利斯特里

D)拉瓦锡

2, 青年舍勒的职业是:

A) 炼金术师

B) 药剂师

C) 教师

D)神父

3, 新中国第一个号称棋圣的是:

A) AlphaGO

B) 李世石

C) 聂卫平

D)柯洁

-完-
我要评论
小分子团水 2018-01-24 11:34
作为一个化学系本科生,所学的知识都是非常专业性的,科普性不足。元素家族以幽默风趣的讲述方式,以化学元素为基本来讲述化学对人类、对社会方方面面的影响,十分不错!
钱一二 回复 小分子团水 不错
2018-02-26 15:41 回复
笑笑 2017-12-28 20:32
个人一点心得愚见,算几点体会:文章节奏特别稳当,彰显了作者深厚的文字功底和隐藏的相关知识的广博,文中俏皮地使用了一些幽默的句子,还选定了化学元素这一主题,非常契合学生业余生活的需要,引导大家深入记忆这些元素。另外跟本人正相反,使用了大量图片,这些图片本人仔细研究了一下,不是从网上复制的,而且图片整体效果规整,高人耶~
科普作品
元素家族
| 目录  (共17章)
评委点评 评语汇总

虽然,化学元素的科普,是一个很老的题材。但作者显然将最新的科研进展,融合到化学元素的科普中,时效性、时代性都很强。 写作风格幽默风趣,配图恰当,适合手机、网络等新媒体传播。

2018-01-08 20:01 郑永春 ——

全作以较为通俗的语言讲述了,十种元素从发现,到部分生活中的实际应用等方面的内容,从文字角度应该是不错的作品,老少皆宜。但在选取图片上,感觉部分图片选取的质量不高,需要改进。

2018-01-10 13:37 匿名 ——

一篇内容非常丰富的科普文章,相信如果不限制字数的他作者完全可以把现在所有已知元素全部写一遍。而且文中的科普内容不光是这些元素的化学性质,还有他们奇妙的特性以及科学家们发现他们的故事。可以勾起读者继续把他读完的欲望。而且据我所知作者鲁超自己也在运营一个科普相关的公众账号,这种不计回报的科普精神值得学习。

2018-01-24 15:39 匿名 ——

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