看不见的“生命外衣”:空气的组成与拉瓦锡的破译之旅

分享至

我们每时每刻都在呼吸,却极少有人真正看清过空气的模样。它透明、无色、无味,摸不着也看不见,却像一层厚厚的铠甲包裹着地球,不仅保护着我们免受有害辐射,更是所有生命存续的基石。然而,人类认识这位“最熟悉的陌生人”,却经历了一段漫长而曲折的岁月。

在17世纪中叶以前,人们对空气的认识一直处于模糊状态,甚至曾认为空气是一种单一的绝对物质。1700年左右,德国科学家斯塔耳提出了著名的“燃素学说”。这一学说认为,物质在燃烧时,可燃的要素是一种气态物质,存在于一切可燃物中。尽管这套理论存在严重矛盾,无法正确解释自然界的诸多现象,但在当时却风靡欧洲,死死束缚了化学家们的思维。

直到1772年,丹尼尔·卢瑟福在密闭容器中燃烧磷,除去助燃和供呼吸的气体后,发现剩下的气体既不能被碱液吸收,也不能维持生命,还能灭火,他将其称为“浊气”。同年,普里斯特利也发现木炭燃烧能使空气变为“碳酸气”,剩下的气体同样不助燃不助呼吸。其实,他们已经触碰到了氧气和氮气的真容,但因为“燃素说”的作祟,他们只认为自己发现的是“脱燃素空气”,与真理擦肩而过。

真正打破枷锁、揭开空气神秘面纱的是法国著名化学家拉瓦锡。他摒弃了前人的偏见,用定量试验的方法对空气进行了精准的测定。

拉瓦锡把少量汞放在密闭容器中加热了整整12天。奇迹发生了:部分汞变成了红色粉末(氧化汞),同时容器内的空气体积减少了约1/5。他对剩余的气体进行研究,发现这部分气体既不能供给呼吸,也不助燃——这便是我们今天所说的“氮气”。

紧接着,拉瓦锡又将加热生成的红色粉末收集起来,放在另一个较小的容器中继续加热,得到了汞和一种新气体。这种气体不仅助燃,还能供呼吸,且其体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积——这正是“氧气”。通过一系列严谨的燃烧实验,拉瓦锡终于得出了震撼科学界的结论:空气由两种气体组成,一种是能够帮助燃烧的“氧气”,另一种是不能帮助燃烧的“窒息空气”(氮气)。

尽管在很长一段时间里,许多人依然抱着“燃素说”不放,但真理终将穿透偏见。直到18世纪末,拉瓦锡的学说被化学界普遍承认,“燃素说”终于被彻底推翻。

拉瓦锡明确了空气的主要成分,但他以为剩下的微量气体全部是氮气。教科书里常念:氮气78%,氧气21%。剩下的那不到1%,在很长一段时间里几乎没人抬头看过。

直到一百多年后的19世纪末,英国物理学家瑞利和英国化学家拉姆赛合作研究大气中各种气体的密度时,发现空气中除了氮气和氧气外,还有一小泡“不肯走”的残留气体。他们给这种气体起名为“氩”,在希腊语中意为“懒惰”。因为它不助燃、不可燃、不臭、不辣眼、不变色,在每一口空气里站了几十亿年,就因为“什么都不干”,一次次从全人类的眼皮底下溜走。

随后,这一气体家族陆续到齐:氦、氖、氪、氙、氡。其中氦元素甚至在1868年的日全食里先在太阳光谱上露了脸,27年后才在地球上被找到;氡则是1910年才被发现的放射性气体。因为这些气体极不活泼,化学家给它们起名为“惰性气体”,而英文则称为“贵族气体”。同一种东西,两种判决:一个说它懒,一个说它贵。也许,人间对不爱凑热闹的物质,发的也只有这两张证。

如今我们已经知道,空气是一个庞大的混合物家族:氮气约占78.09%,氧气约占20.95%,稀有气体约占0.934%,二氧化碳约占0.034%,还有水蒸气和杂质等约0.02%。

这看不见的混合物,是地球生态稳定运行的保障。氧气支持着所有需氧生物的呼吸,是生命能量的源泉;氮气维系着植物的光合作用与蛋白质合成;微量气体在工业生产、能源转换中扮演着不可或缺的角色;空气的压力与浮力更是航空航海的基石。

付费解锁全篇
购买本篇
《购买须知》  支付遇到问题 提交反馈
相关推荐
无障碍浏览 进入关怀版