氣體化學(xué)（下）
4.盧瑟福

在導(dǎo)致氧氣的發(fā)現(xiàn)并最終推翻燃素說的過程中，除了二氧化碳與氫氣的發(fā)現(xiàn)外，氮氣的發(fā)現(xiàn)也是極其重要的一步。1755年，布萊克在制取"固定空氣"即二氧化碳之后，意識到剩余的氣體與"固定空氣"并不同，因此，他要他的學(xué)生盧瑟福(1749-1819年）繼續(xù)研究這種剩余氣體的性質(zhì)。

1772年，盧瑟福對這種剩余氣體進行了多方面的實驗研究，他把一只老鼠放在含有這種氣體的器皿內(nèi)，發(fā)現(xiàn)老鼠悶死后，器皿內(nèi)的氣體容積減少了十分之一(實為老鼠耗掉的氧）。如果將里面剩余的氣體用堿液吸收，則器皿內(nèi)的整個氣體的容積又減少十分之一(實為二氧化碳）。他以這樣的方法除掉器皿內(nèi)的"燃燒素空氣和固定空氣"(實為氧氣與二氧化碳）之后，再對剩余的氣體進行研究。他在這種剩余氣體中點燃蠟燭，仍能看到隱現(xiàn)的燭光；若投磷少許，則可見磷發(fā)光。這些現(xiàn)象使他認識到，他所得到的并不是純凈的另一種剩余氣體，于是，他改用以磷在密閉的器皿中燃燒的方法，結(jié)果制取了這種較為純凈的剩余氣體。通過實驗分析，盧瑟福發(fā)現(xiàn)，這種氣體既不能助燃燒，也不能助呼吸，且不溶于苛性鉀溶液。他把這種氣體命名為"濁氣"或"毒氣"。由于他受燃素說的影響較深，他認為這種"濁氣"并不是一種獨立的氣體，而是從燃燒物體中吸取"燃素"后的"火氣"。但他的實驗，實際上是氮氣的最早發(fā)現(xiàn)，后來，他把這一發(fā)現(xiàn)寫入了《固體空氣或濁氣導(dǎo)論》一文中。

與盧瑟福大體同時，卡文迪許也運用苛性鉀吸收木炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳的方法，制取過這種剩余氣體，他也發(fā)現(xiàn)這種氣體具有滅火的性質(zhì)?？梢姡ㄎ牡显S也是氮氣的獨立發(fā)明者。

這時，英國化學(xué)家普列斯特列也利用石灰水吸收二氧化碳的方法，制取過這種剩余氣體，并且也發(fā)現(xiàn)這種氣體的既不助燃、也不助呼吸的性質(zhì)。由于他信奉燃素說，因此他認為，氮氣所以不助燃，是因為它已經(jīng)吸足了燃素，這樣就使它失去了助燃的能力。因此，他把這種氣體叫"被燃素飽和了的空氣"。

瑞典著名化學(xué)家席勒也在這時發(fā)現(xiàn)過氮氣，他還最后指出，氮氣是空氣的組成成分之一。

正是在氮氣這一重要成果的直接推動下，僅在一兩年后，席勒和普列斯特列就大體同時發(fā)現(xiàn)了直接推翻燃素說的重要氣體——氧。

5.席勒

席勒(1742-1786年），生于瑞典波美尼亞的斯特拉爾松城的一個經(jīng)商的家庭，十四歲時，被送到藥劑師包赫的藥店去當學(xué)徒，為他后來的化學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。

在從事醫(yī)藥化學(xué)研究的同時，席勒也開始進行燃素現(xiàn)象與氣體化學(xué)方面的研究。1772年，席勒獨立地發(fā)現(xiàn)了氮氣。就在同年，他在實驗中發(fā)現(xiàn)，一定容積的空氣在長久接觸某種物質(zhì)后，其容積就會減少，而其中剩余的空氣能使蠟燭熄滅。席勒根據(jù)這一實驗事實分析，空氣至少有兩種性質(zhì)不同的氣體組成。他認為這兩種氣體中有一種不表現(xiàn)出吸引燃素的性質(zhì)，因此他把它稱為"濁空氣"(即氮氣）；而另一種則表現(xiàn)出特別能吸引燃素的性質(zhì)，因此他把這種氣體稱為"火空氣"，這實際上是氧氣的最初發(fā)現(xiàn)。

在發(fā)現(xiàn)"火空氣"之后，席勒即想以實驗方法制取出這種"火空氣"來。他根據(jù)燃素說設(shè)想，熱是由"燃素"和"火空氣"組成的。如果能把熱分解為"火空氣"和"燃素"，便可制取出"火空氣"來。他想，只要選定這樣一種物質(zhì)，這種物質(zhì)對燃素的吸引力比"火空氣"對燃素的吸引力更大，那么就可以使這種物質(zhì)同燃素結(jié)合，從而將"火空氣"單獨離析出來。為此，他選定了硝酸，因為硝酸易于與金屬作用，易于吸取金屬中的"燃素"。實驗的結(jié)果，他取得了這種氣體，點著的小蠟燭在這種氣體中能放射出耀眼的光芒。這樣，被席勒稱為"火空氣"的氧，就不但被席勒最先發(fā)現(xiàn)了，而且被席勒最先制取出來了。

此后，席勒又先后采用加熱氧化汞、硝酸鎂、二氧化錳與硫酸等多種方法制取過"火空氣"，1782年，席勒又最先給"火空氣"取名為"氧"。在發(fā)現(xiàn)和制取氧氣之后，席勒還對氧氣的化學(xué)性質(zhì)進行了初步的研究。

如果循此前進，席勒本來可以揭示出氧在物體的燃燒與金屬的煅燒中的化學(xué)實質(zhì)，并由此推翻燃素說。但由于席勒堅信燃素說，因此，他同略后一些發(fā)現(xiàn)氧的化學(xué)家一樣，沒有抓到"碰到鼻尖的真理"。席勒在化學(xué)的其他方面也有建樹，他在1774年曾對氯、錳、鋇等元素有過最初的發(fā)現(xiàn)，1775年，曾從骨中制取過磷，他還制取過一種被人們稱為"席勒綠"的染料。特別是他在1788年合成了第一種有機酸"氫氰酸"。可惜的是，他由于多年的貧困與疾病的折磨，在剛得到一筆稿費使他得以同一個孀婦結(jié)婚的兩天之后，即已四十四歲之年去世。

1773年以前，席勒發(fā)現(xiàn)并制取氧的有關(guān)實驗即已完成，有關(guān)氧氣的著作《論火與空氣》一書，也在1775年底以前完稿，由于出版的延誤，席勒這一著作直到1777年8月才出版。此后，普列斯特列記述發(fā)現(xiàn)氧的論文已經(jīng)發(fā)表了，拉瓦錫論氧的論文也發(fā)表了。

6.普列斯特列

普列斯特列(1733-1804年）是與卡文迪許齊名的18世紀后期的英國著名化學(xué)家之一，他是一個農(nóng)民的兒子。起初，在富蘭克林的影響下，他開始研究電學(xué)，特別是電學(xué)史的研究。1676年，他發(fā)表了一篇電學(xué)史方面的論文《電的歷史及狀況》，他因這篇論文被選為英國皇家學(xué)會會員，并于同年獲博士學(xué)位。這一年，他出版了《電學(xué)史》的第一卷。

在寫作《電學(xué)史》第二卷的過程中，他在聽一位化學(xué)博士的講演時，對化學(xué)產(chǎn)生了興趣。經(jīng)過幾年的努力，他已經(jīng)精通了當時的化學(xué)理論與實踐技術(shù)。1771年，他在加熱硝石時，實際上已制得了氧氣，并認識到這種氣體有助燃性。只是他當時還未認識到這是一種獨立的氣體，而是把它同空氣混為一談。

1772年，普列斯特列獨立地發(fā)現(xiàn)了氮氣，他開始認識到，空氣并不是單一的氣體，而是由不同的氣體組成的。氮氣的發(fā)現(xiàn)，為他進一步發(fā)現(xiàn)氧氣鋪平了道路。

1774年8月1日，普列斯特列想用剛得到的一只大透鏡做一次實驗，以分析光對氧化汞的作用。他想，物體燃燒時，它的火焰總是放射出光，也許燃素本身是一種光。當他把透鏡的聚焦點上的強光投射到玻璃罩內(nèi)的氧化汞上時，紅色的汞灰即出現(xiàn)耀眼的光點。幾分鐘后，汞灰竟變成了水銀珠。而當他把點燃的干木條放入玻璃罩內(nèi)時，不但木條本身燃燒得更旺，而且整個罩內(nèi)即發(fā)出閃亮的光焰。顯然，罩內(nèi)有一種未知的氣體被點燃了。但由于他篤信燃素說，他誤認為通過透鏡聚射進去的強光本身就是燃素，而沒有認識到這是新的氣體。

以后他陪一公爵到歐洲旅行，在法國期間，他會見了拉瓦錫，并告訴了自己的發(fā)現(xiàn)，這一新的科學(xué)信息，成了拉瓦錫在三年后徹底推翻燃素說的最初起點。

1774年11月，他回到英國，1775年，他開始研究他的發(fā)現(xiàn)，這時，他逐漸認識到，他所發(fā)現(xiàn)的并不是燃素，而是一種新的氣體。這一年，他在對新氣體所進行的研究中，主要做了以下兩方面工作。在實驗上，他進一步分析了這種氣體的化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這種氣體特別能助燃燒和助呼吸。老鼠在盛有這種氣體的器皿中活的時間要相當于在盛有普通空氣的器皿中活的時間的兩倍，而且在取出之后還能復(fù)活。他自己吸入這種氣體后，胸部有一種特別輕松舒暢的快感，他欣喜地說："這種氣體，將來說不定要成為一種時髦的奢侈品呢！"他看到這種氣體具有重要的醫(yī)學(xué)價值，建議醫(yī)學(xué)家們在治療中運用這種氣體。而這一點，后來成為現(xiàn)代輸氧技術(shù)的發(fā)端。在理論上，他也試圖對這種氣體進行一些探索，但由于燃素說的影響，他認為，這種氣體之所以特別能助燃燒，是因為它只含有少量燃素或者根本不含燃素，因此，他把這種空氣稱為"脫燃素空氣"。同時他認為氮氣之所以能使火焰熄滅，是因為它已被燃素飽和，因此，他把氮氣稱為"燃素化空氣"。這些是完全錯誤的分析。

普列斯特列發(fā)現(xiàn)了氧，可是他不承認拉瓦錫以他所發(fā)現(xiàn)的氧所建立起來的氧化學(xué)說，正如居維葉所說："普列斯特列是現(xiàn)代化學(xué)之父，但是，他始終不承認自己的親生女兒。"