氧氣的發(fā)現(xiàn)史

摘 要 氧氣的發(fā)現(xiàn)， 在化學(xué)史上有著十分重要的意義。這不僅因為氧是地球上含量最多、分布最廣的元素，也是自然界和人類生存不可缺少的元素。氧氣的發(fā)現(xiàn)使化學(xué)理論發(fā)生革命性的改變， 宣告了統(tǒng)治化學(xué)達(dá)百年之久的燃素說的破產(chǎn)。五十萬年前，原始人就掌握了火。但是火的實質(zhì)是什么? 長期以來， 無論古希臘的四元素說，還是中國古代的五行說以及中世紀(jì)的煉丹或煉金理論，都沒有對這個問題做出科學(xué)的解答。

關(guān)鍵詞 氧氣 發(fā)現(xiàn)史 燃素說

盡管人類從誕生到現(xiàn)在一直呼吸空氣中的氧氣，但是直到18世紀(jì)才認(rèn)識到氧氣的存在。在目前發(fā)現(xiàn)的所有元素中，氧是最重要的元素，它的發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)引發(fā)了一場革命——化學(xué)革命;同時，氧也是最能引起爭議的元素，關(guān)于它的發(fā)現(xiàn)同樣引發(fā)了許多爭論。誰發(fā)現(xiàn)了氧氣?誰第一個發(fā)現(xiàn)了氧氣?發(fā)現(xiàn)氧氣是一個事件還是一個過程?這些問題的答案并不像化學(xué)教材中敘述的那么簡單明了。

一、“氧氣的發(fā)現(xiàn)史”的學(xué)說

1.“火微?！闭f

1663年，英國著名科學(xué)家羅伯特·波義耳對幾種金屬進(jìn)行鍛燒實驗。他認(rèn)為金屬煅燒增重是火微粒透過容器壁與金屬結(jié)合而使金屬增重了。波義耳認(rèn)為:火是一種實實在在的，由具有重量的火微粒所構(gòu)成的物質(zhì)元素。所以這增重是火微粒在鍛燒中，穿過器壁鉆進(jìn)了金屬體內(nèi)。即:金屬+火微?！饘倩摇＿@是火微粒說。

2.“燃素”說

1702年，德國學(xué)者奧爾格· 恩斯特· 斯塔爾創(chuàng)立了“燃素”說?！叭妓亍闭f認(rèn)為一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物體釋放“燃素”與吸收“燃素”的過程。他提出，凡是可燃的物質(zhì)都含有燃素，燃素就是燃燒的元素。他還認(rèn)為，金屬在鍛燒中，燃素逸出，剩下來的是金屬灰。若將含有大量燃素的木炭與金屬灰混合加熱，金屬灰又能與燃素結(jié)合復(fù)成金屬。即:金屬-燃素→金屬灰。這是燃素說。

3.“氧化”說

1774年，法國化學(xué)家拉瓦錫在實驗中發(fā)現(xiàn):密閉容器中錫和鉛經(jīng)加熱后表面形成了一層金屬灰，加熱后容器內(nèi)物體的總質(zhì)量沒有發(fā)生改變，但是錫和鉛的質(zhì)量增加了，而空氣減少了。他意識到這一現(xiàn)象的本質(zhì)是金屬與空氣中某些成分發(fā)生了化合反應(yīng)。此后，拉瓦錫得知并重復(fù)了普里斯特利的實驗，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)與金屬化合的空氣成分就是氧氣。1777年，拉瓦錫正式提出了氧化學(xué)說:燃燒的本質(zhì)是物體與氧的化合。

二、氧氣的發(fā)現(xiàn)史

那么，空氣中那種能與金屬結(jié)合的成分又是什么呢?拉瓦錫認(rèn)真地思索著。這時，有個瑞典化學(xué)家卡爾· 威廉· 舍勒在加熱某些硝酸鹽、碳酸鹽、氧化物的實驗中，獲取到一種他稱之為“火氣” 的氣體。他發(fā)現(xiàn)，許多物質(zhì)在這種氣體中燃燒后，這氣體便消失了。其實這種氣體就是氧氣?？上崂帐侨妓卣f的信徒，他錯誤地認(rèn)為燃燒是火氣與燃燒物中的燃素結(jié)合的過程，火和熱是火氣與燃素化合的產(chǎn)物。從而使這個很好的實驗成果在他手中沒有引出正確的結(jié)論。

與此同時，在英國有個化學(xué)家也正在研究這種氣體。他叫做約瑟夫·普利斯特里。1771年他曾把硝石加熱，產(chǎn)生的氣體在水中捕集。他發(fā)現(xiàn)蠟燭的火焰在這氣體中比在空氣中燃燒更加熾熱和明亮。當(dāng)時這并沒有引起他的注意，他以為是這種氣體中混進(jìn)了硝石的微粒。1774年8月 ，他將汞灰(氧化汞)放在一個充滿水銀的細(xì)長玻璃瓶中，這玻璃瓶又倒置在水銀槽中。然后用上述凸透鏡迎著太陽加熱汞灰。他在原玻璃瓶中慢慢地收集到一種氣體。這種氣體用燃燭一試，它的火焰顯得格外明亮。這時他才意識到這種氣體可能是一種新氣體。11月普里斯特里陪貴族到歐洲大陸旅行不得不中止實驗。

普利斯特里從歐洲大陸回來后，繼續(xù)對這氣體的性質(zhì)進(jìn)行分析研究。他用排水法將這種氣體收集起來，對其性質(zhì)進(jìn)行了研究。老鼠在這種氣體中存活時間比在空氣中長。他自己吸了一些氣體，覺得這種空氣使呼吸輕快了許多，讓人感到格外舒暢。遺憾的是普利斯特里也是一個極頑固的“燃素”說信徒，他仍然認(rèn)為空氣是單一的氣體。他認(rèn)為助燃能力之所以有差別僅在于“燃素”的含量不同。汞灰中分解出來是新鮮的一點“燃素”都沒有的空氣，所以吸收“燃素”能力特別強，助燃能力就強，故稱為“脫燃素的空氣”。一旦空氣被“燃素”飽和就不再吸收“燃素”，也就不再助燃，變成了“被燃素飽和了的空氣”(即氮氣)。 而一般空氣則處于二者之間，故助燃能力一般。

普利斯特里與舍勒一樣， 被流行的燃素說所束縛。當(dāng)科學(xué)的珍珠擺在面前時，他卻認(rèn)為是魚目，雖然掌握了使化學(xué)理論發(fā)生變革的氧元素，卻沒有獲得認(rèn)識上的碩果。

拉瓦錫則不是這樣。1775年末，他看到普利斯特里發(fā)表的關(guān)于脫燃素空氣的論文后，恍然大悟。原來他多年尋找的，能與金屬結(jié)合又有助燃作用的空氣成分，他曾誤認(rèn)為最純凈的空氣原來是一種新的物質(zhì)元素。隨后他專心致志地對這種氣體元素的性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致的考察。除了重申普利斯特里已在實驗中指出的:這種氣體具有助燃、助呼吸等性質(zhì)外，還發(fā)現(xiàn)許多酸都是由非金屬物質(zhì)與空氣中這種助燃成分結(jié)合而成。為此他把這種氣體命名為酸素?，F(xiàn)在世界上通用的氧元素符號是O，是氧的命名Oxy-gen的第一個字母。這個命名來自于希臘文xygeunao—酸素之意。

拉瓦錫抱著批判燃素說的眼光，將大量的實驗資料聯(lián)系起來，去偽存真做出了正確的科學(xué)判斷。他指出:空氣主要由氧、氮組成?？諝獗旧聿皇窃?，而是混合物。他明確地宜布: 燃燒過程在任何情況下，都是可燃物質(zhì)與氧的化合?？扇嘉镔|(zhì)在空氣中燃燒，因吸收了氧因而增重了。所增加的重量恰好等于所吸收之氧的重量。所謂的燃素，實質(zhì)上是不存在的。

三、后記

普利斯特里正是由于形而上學(xué)機械論的自然觀，使他陷入“燃素說”的泥潭而不能自拔。盡管他已經(jīng)把氧氣拿到手，卻未能結(jié)出果來;而拉瓦錫卻能接過普利斯特里手中的氧氣，重新解釋燃燒，完成了化學(xué)領(lǐng)域里的重大發(fā)現(xiàn)。這也決非偶然。拉瓦錫較之普利斯特里、舍勒等人的高明之處，就在于他真正堅持了唯物主義觀點，重視科學(xué)實驗和定量研究的同時，用批判的態(tài)度審查一切舊觀念、舊理論，敢于沖破一切傳統(tǒng)思想，勇于排除發(fā)現(xiàn)氧氣征途上的最大障礙——“燃素說”，所以他才成為化學(xué)發(fā)展史上真正發(fā)現(xiàn)氧氣的人。

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