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營口氣體中氫氣的曆史研究

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營口氣體中氫氣的曆史研究

發布日期:2016-06-28 15:07 來源:http://www.qddengcheng.com 點擊:

營口氣體氫氣的曆史發現

1766年由卡文迪許(H.Cavendish)在英國發現。

在化學史上,人們把氫元素的發現與“發現和證明了水是氫和氧的化合物而非元素”這兩項重大成就,主要歸功于英國化學家和物理學家卡文迪許(Cavendish,H.1731-1810)。

在化學史上,有一個與這些論文稿有關的有趣的故事。卡文迪許1785年做過一個實驗,他将電火花通過尋常空氣和氧氣的混合體,想把其中的氮全部氧化掉,産生的二氧化氮用苛性鉀吸收。實驗做了三個星期,最後殘留下一小氣泡不能被氧化。他的實驗記錄保存在留下的文稿中,後面寫道:“空氣中的濁氣不是單一的物質(氮氣),還有一種不與脫燃素空氣(氧)化合的濁氣,總量不超過全部空氣的1/12.一百多年後,1892年,英國劍橋大學的物理學家瑞利(Ragleigh,L.1842-1919)測定氮的密度時,發現從空氣得來的氮比從氨氧化分解産生的氮每升重0.0064克,百思不得其解。化學家萊姆塞(Ramsay,W.1852-1916)認為來自空氣的氮氣裡面能含有一種較重的未知氣體。這時,化學教授杜瓦(Duvel,J.1842-1923)向他們提到劍橋大學的老前輩卡文迪許的上述實驗和小氣泡之謎。他們立即把卡文迪許的科學資料借來閱讀,瑞利重複了卡文迪許當年的實驗,很快得到了小氣泡。萊姆塞設計了一個新的實驗,除去空氣中的水蒸氣、二氧化碳、氧氣和氮氣後,也得到了這種氣體,密度比氮氣大,用分光鏡檢查後,肯定這是一種新的元素,取名氩。這樣,卡文迪許當年的工作在1894年元素氩的發現中起了重要作用。從這個故事可看出卡文迪許嚴謹的科研作風和他對化學的重大貢獻。1871年,劍橋大學建立了一座物理實驗室,以卡文迪許的名字命名,這就是著名的卡文迪許實驗室,它在幾十年内,一直是世界現代物理學的一個重要研究中心。

在18世紀末以前,曾經有不少人做過制取氫氣的實驗,所以實際上很難說是誰發現了氫,即使公認對氫的發現和研究有過很大貢獻的卡文迪許本人也認為氫的發現不隻是他的功勞。早在16世紀,瑞士著名醫生帕拉塞斯就描述過鐵屑與酸接觸時有一種氣體産生;17世紀時,比利時著名的醫療化學派學者海爾蒙特(van Helmont,J.B.1579-1644)曾偶然接觸過這種氣體,但沒有把它離析、收集起來;波義耳雖偶然收集過這種氣體,但并未進行研究。他們隻知道它可燃,此外就很少了解;1700年,法國藥劑師勒梅裡(Lemery,N.1645-1715)在巴黎科學院的《報告》上也提到過它。

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但是,最早把氫氣收集起來,并對它的性質仔細加以研究的是卡文迪許。

1766年卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》,講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”(即氫氣),并用普利斯特裡發明的排水集氣法把它收集起來,進行研究。他發現一定量的某種金屬分别與足量的各種酸作用,所産生的這種氣體的量是固定的,與酸的種類、濃度都無關。他還發現氫氣與空氣混合後點燃會發生爆炸;又發現氫氣與氧氣化合生成水,從而認識到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同。但是,由于他是燃素說的虔誠信徒,按照他的理解:這種氣體燃燒起來這麼猛烈,一定富含燃素;硫磺燃燒後成為硫酸,那麼硫酸中是沒有燃素的;而按照燃素說金屬也是含燃素的。所以他認為這種氣體是從金屬中分解出來的,而不是來自酸中。他設想金屬在酸中溶解時,“它們所含的燃素便釋放出來,形成了這種可燃空氣”。他甚至曾一度設想氫氣就是燃素,這種推測很快就得以當時的一些傑出化學家舍勒、基爾萬(Kirwan,R.1735-1812)等的贊同。由于把氫氣充到氣球中,氣球便會徐徐上升,這種現象當時曾被一些燃素學說的信奉者們用來作為他們“論證”燃素具有負重量的根據。但卡文迪許究竟是一位非凡的科學家,後來他弄清楚了氣球在空氣中所受浮力問題,通過精确研究,證明氫氣是有重量的,隻是比空氣輕很多。他是這樣做實驗的:先把金屬和裝有酸的燒瓶稱重,然後将金屬投入酸中,用排水集氣法收集氫氣并測體積,再稱量反應後燒瓶及内裝物的總量。這樣他确定了氫氣的比重隻是空氣的9%.但這些化學家仍不肯輕易放棄舊說,鑒于氫氣燃燒後會産生水,于是他們改說氫氣是燃素和水的化合物。

水的合成否定了水是元素的錯誤觀念,在古希臘:恩培多克勒提出,宇宙間隻存在火、氣、水、土四種元素,它們組成萬物。從那時起直到18世紀70年代,人們一直認為水是一種元素。1781年,普利斯特裡将氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中,用電火花引爆,發現瓶的内壁有露珠出現。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反複進行這項實驗,确認這種露滴是純淨的水,表明氫是水的一種成分。這時氧氣也已發現,卡文迪許又用純氧代替空氣進行試驗,不僅證明氫和氧化合成水,而且确認大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水(發表于1784年)。這些實驗結果本已毫無異議地證明了水是氫和氧的化合物,而不是一種元素,但卡文迪許卻和普利斯特裡一樣,仍堅持認為水是一種元素,氧是失去燃素的水,氫則是含有過多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”(氫)的燃燒:

(水+燃素)+ (水-燃素)→水

易燃空氣(氫) 失燃素空氣(氧)

1782年,拉瓦錫重複了他們的實驗,并用紅熱的槍筒分解了水蒸氣,明确提出正确的結論:水不是元素而是氫和氧的化合物,糾正了兩千多年來把水當做元素的錯誤概念。1787年,他把過去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“Hydrogen”(氫),意思是“産生水的”,并确認它是一種元素。


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