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氧氣無處不在，發現它的過程卻不簡單

發布時間：2021-09-13 16:45:01

氧氣，作為地球上含量最多、分布最廣的氣體之一，是生物生存不可缺少的元素。一個人一天大約就要消耗550升的純氧，其體積約為0.5立方米。盡管氧氣無處不在，但發現它的過程卻沒有想象中那么簡單。
歷史上有許多科學家都想對其一探究竟，但有的人與它失之交臂，有的人在錯誤的道路上越走越遠。
火，究竟因何燃燒？
要想說清楚這個問題，我們就先得回到過去，看看前人們是因何接觸到了氧氣。自古以來，人們就對燃燒現象十分好奇。
無論是古希臘的四元素說（水、氣、火、土），還是中國古代的五行說（金、木、水、火、土），都體現出人們對世界的無盡探索。
1673年，英國科學家羅伯特·波義爾對幾種金屬進行煅燒實驗。他發現這些金屬在燒過之后，重量都有所增加。
據此，他認為，火是一種真真正正存在的，并是由一種叫“火微粒”的元素構成的物質。“火微?！痹谌紵^程中可以進入金屬內部，從而增加金屬的重量。而這，就是解釋燃燒現象的“火微粒說”。
到了18世紀，人們對燃燒又有了新的認識。1702年，德國科學家奧爾格·恩斯特·斯塔爾提出，凡是可以燃燒的物質，其內部都含有一種叫“燃素”的物質，“燃素”即“燃燒的元素”。
他還認為，金屬在煅燒過程中，燃素便會從中逃逸出來，而剩下的就是金屬灰。如果將木炭與金屬灰混合加熱，金屬灰就又能與燃素結合，重新變成金屬。施塔爾在解釋金屬燃燒過程中還提出一個公式：金屬—燃素=煅灰。
燃素說在當時可以解釋大部分的的化學現象，因此十分流行。燃素說統治了化學界長達百年之久，直到真正發現氧氣后才被推翻。

大膽的質疑者——拉瓦錫
盡管燃素說風靡一時，但在它的理論背景下，仍有一個問題沒有得到解決：既然金屬在煅燒中逃逸出了燃素，按理說質量應該減輕才對，為什么反而還增加了呢？難道說燃素擁有“負能量”，負負得正了？
顯然，燃素說暴露出了它的缺陷。到了十八世紀下半葉，定量分析引入到化學研究中，天平被普遍使用在化學實驗中。人們想方設法想從金屬中提取燃素，但終究沒有成功。
燃素真的存在嗎？在經歷了無數次失敗后，有的人開始對“燃素說”進行了反思。法國化學家安東尼·拉瓦錫就是其中的一位。他對此進行了許多有關燃燒的實驗。
首先，他對易燃物，如硫磺、磷的燃燒進行觀察和測定。他發現，硫磺和磷在燃燒增重的原因是吸收了空氣。從而他想到，金屬燃燒是否也是同樣的道理呢？
1774年，拉瓦錫重新做了波義爾煅燒金屬的實驗。通過實驗他發現，金屬灰的增重，就是空氣中的一部分與金屬結合的結果。這個結論既不同于火微粒說，也不同于燃素說。為了再次證明結論的科學性，拉瓦錫又繼續做了一個煅燒金屬汞的實驗，這就是著名的鐘罩實驗。
在實驗中，他把4盎司的純汞放在曲頸甑里，甑頸再通到另一個覆在汞中的玻璃鐘罩里。然后將曲頸甑加熱，加熱到第二天的時候，拉瓦錫看到汞面上出現了紅色的汞灰。加熱到第十二天的時候，汞灰不再增多。拉瓦錫繼續加熱，直到第二十天才將熱源熄滅。待曲頸甑冷卻后，他發現，鐘罩里的汞面比罩外的汞面高，這說明鐘罩里的空氣減少了。
而后，他將紅色的汞灰收集起來，放到另一個曲頸甑中繼續加熱，以收集它所放出的氣體。曲頸甑中的汞灰又變成了汞，經測量，汞灰所增加的重量恰好等于它放出氣體的重量。
這進一步說明了金屬變成金屬灰質量之所以增加，完全是因為吸收了空氣中的某種成分。這個實驗判定了波義爾的火微粒說是錯誤的，同樣也是對燃素說的沉重打擊。

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