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《元素家族》
推翻燃素理论——氧气发现史(中)
鲁超   
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舍勒完成了大发现了吗?他达到自己的目的了吗?似乎是,似乎又不是。火焰的秘密,对他来说仍然是个谜。

这完全是燃素学说的罪过,因为舍勒是一个燃素学说的笃信者,他每一次实验之后,总要尽量思考燃素发生了什么样的变化。他发现了“火焰空气”之后,是这样解释的:“火焰空气”对燃素有着极大的兴趣,它时刻准备着夺取任何一种易燃物质中的燃素,这些易燃物都那么乐意且迅速在“火焰空气”中燃烧,就是这个道理。

而“无用空气”呢?舍勒说,它不喜欢和燃素结合,因此无论什么火,到这种空气中都要熄灭。

这似乎合乎情理,但是仍然存在一个巨大的谜团。舍勒曾经不止一次在试验中观察到,燃烧后,“火焰空气”会从密闭的容器中消失。那么它到底去向哪里呢?

舍勒只好这样解释:燃素和“火焰空气”化合以后,形成了一种看不见的化合物,这种物质可以悄悄渗过玻璃,就像水透过筛子一样。

可惜啊!舍勒竟然会有这么荒诞的想法,童话中的幽灵就这样在化学界出现了吗?就这样,舍勒在“火焰空气”的发现中达到了他人生的巅峰,却无法攀登并触及更高的山峰。

【舍勒没有完成的工作将由拉瓦锡来完成!】


舍勒“火焰空气”的发现在1772年,他将他的实验结果写成一本书《火与空气》,于1775年出版。但是我们的老熟人:普利斯特里神父在1774年也发现了氧气,并很快发表了他的发现,原来他是用加热氧化汞的方法制得了氧气。所以我们认为他们两人是各自独立发现氧气的。

我们可爱的普神父在氢和氧的发现中都留下了英名,却也没有攀上最高峰,和舍勒一样,牵绊他的也是燃素理论。

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【普利斯特里和他研究氧气的仪器。】

1774年10月,普利斯特里访问巴黎,他和法国科学家拉瓦锡见了面,在为时不长的会面中,他向拉瓦锡提到了他的发现:加热氧化汞之后得到一种气体,蜡烛在其中燃烧的会很亮。拉瓦锡回到实验室,根据这么点模糊的暗示,重复了普利斯特里的实验,并进而有了更大的发现。

拉瓦锡之所以能够更进一步,是因为他不是一个人在战斗,他在工作中有一个重要的“盟友”。

舍勒和普利斯特里也有这样的“盟友”,可是他们既不经常请教它,也不重视它的劝告。

拉瓦锡的盟友就是天平!

【这三个人都很优秀,但是拉瓦锡笑到了最后,因为他将定量分析引入了化学!】


在每次实验前后,拉瓦锡都要把那就要进行化学变化的物质,全部仔细称一称,试验终了以后,再称一称。

和舍勒一样,拉瓦锡也在密闭的烧瓶中燃烧黄磷,也曾遇到同样的哑谜:那五分之一的空气在燃烧中消失到哪儿去了?舍勒选择了幽灵,而拉瓦锡跟随了天平。他在磷块燃烧之前称过一次,磷烧完了,又把烧瓶中剩下的干磷酸称了一次。那么问题来了,哪一个更重呢?

舍勒和普利斯特里都不看天平,异口同声的说:“当然是磷重,因为磷在燃烧中失去了燃素。退一万步来说,就算燃素没有重量吧,磷也应该和干磷酸一样重。”

可是事实不是这样,天平告诉我们,燃烧后沉积在瓶壁上的白霜比燃烧前的磷更重。

拉瓦锡没有跟随幽灵,而是坚定不移相信他的“盟友”,这才是科学精神。科学的实验,可以在任何地方重复,不管你是男是女,也不管你是爱因斯坦还是穷困屌丝,也不管你在热带雨林还是撒哈拉沙漠,只要初始条件相同,你们的实验结果都是一样的,绝不会出现神话传说、宗教故事里面偏袒一方的神迹。

拉瓦锡说:“磷酸的多余重量就是来源于空气,大家认为烧瓶中失踪了的那一部分空气,其实并没有逃出瓶外,它只是在燃烧中和磷化合了,干磷酸就是这一化合物的产物。”

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【天平是不会说谎的,金属的氧化也是一样。】

“火焰空气”的神秘失踪就这样毫不费事的讲明白了!其他 “神秘事件”的打破也就不成问题。

拉瓦锡用锡做过类似的实验,锡末燃烧之后变成了酥松的锈粉,他事先称了容器里的锡和空气的重量,燃烧后又称了锈粉和剩下的空气,果然,锈粉增加的重量恰恰等于空气失去的重量。

拉瓦锡又在密闭容器中燃烧了纯净的木炭,木炭燃烧完,容器中似乎没剩下什么。可是天平精准的告诉他,容器里的空气变重了,而且空气增加的重量正好等于烧掉木炭的重量。所以,木炭并不是消失了,而是跟“火焰空气”一起生成了一种新的物质,现在我们知道这就是二氧化碳。

的确,我们必须相信,物质不会凭空而出现,也不会凭空消失,这就是伟大的“物质不灭定律”,它从罗蒙诺索夫那里生根,在拉瓦锡的天平上发芽了!

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【“物质不灭定律”在所有的化学现象中都成立,这是现代化学的基础,拉瓦锡堪称“现代化学之父”!】


当拉瓦锡一开始提出自己的想法,几乎所有的化学家都批评他:“燃素去哪里了?”这里面甚至包括百万富翁卡文迪许,普利斯特里神父,甚至还包括我们可爱的舍勒。

“对不起,我不需要这个假设。”拉瓦锡回答,“我从来没有见过它,我的天平也从来没有告诉我燃素存在过。易燃物质跟火焰空气化合就如同2+2=4一样清楚,至于燃素……真的不知道和这里头有什么关系,不提它倒很清楚,一提起它,反倒没有头绪了。”

这对化学界来说真是一场暴风雨。100年来,化学家们已经习惯于燃素这个幽灵了,现在突然宣布它不存在了,他们怎么也不能接受这个180度的拐弯。几乎所有人从小都熟悉火焰,它总是在毁灭任何事情,磷也好,木炭也好,蜡烛也好,我们都习惯了它们在火焰中毁灭,现在突然告诉你火焰不是在毁灭,而是让易燃物质和火焰空气化合,你能一下子接受吗?

可是,事实究竟还是事实,基于拉瓦锡的解释,一个又一个新的实验出现了,反驳了燃素学说,支持了拉瓦锡的观点。就这样,到了18世纪末,兴盛了一个世纪的燃素学说一去不复返的被赶出了化学的大门。

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【拉瓦锡的实验室。】

拉瓦锡发现不同的非金属在氧气中燃烧以后,总是变成酸,比如,碳燃烧后变成碳酸,硫变成硫酸,磷变成磷酸,所以他猜想,氧是一种形成酸的元素,他将氧命名为“酸素”(Oxygen)。当然现在我们知道,这是错误的,无氧酸就不含氧元素,但是“酸素”的名字一直延续到现在。

虽然不是拉瓦锡首先发现氧气,但恩格斯还是称他为“真正发现氧气的人”,而舍勒和普利斯特里被恩圣人称为“当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”。

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【拉瓦锡在实验室。】


小测试:

1, 拉瓦锡的盟友是:

A) 质谱仪

B) 回旋加速器

C) 电脑

D)天平

2, 哪一个人没有参与氧气的发现:

A) 舍勒

B) 普利斯特里

C) 卡文迪许

D)拉瓦锡

3, 哪条定律在所有的化学变化中都成立:

A) 摩尔定律

B) 物质不灭定律

C) 二八定律

D)墨菲法则

-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!
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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