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第6章 无用的空气

瑞典科学家舍勒利用实验测定出了“活空气”和“死空气”。“活空气”能帮助燃烧,于是把它叫做“火焰空气”;而“死空气”对火不起作用,老鼠因为它也会窒息而死,所以叫它“无用空气”。

英国化学家、物理学家卡文迪许测定了空气和水的成分。他发现,空气中的氧气被除去以后,还有不少气体剩下来。他进一步测定这种气体的性质:它的密度比空气稍小一点;把正在燃烧的物质放进里面,火焰很快熄灭。这说明这种气体不能帮助燃烧,就叫它“浊气”。

英国化学家、植物学家丹尼尔?卢瑟福,也对这个问题进行了研究,由于他的论文发表最早,所以许多书上说,卢瑟福是“浊气”的发现人。

1772年,卢瑟福进行了一连串的实验。他把老鼠关进一个密闭的容器里,里面充满着空气。老鼠吸进氧气,呼出二氧化碳。当老鼠窒息而死以后,容器内空气的体积减少了1/10。接着,他用氢氧化钾溶液放进老鼠呼吸过的空气中,空气体积又减少了1/11。当他将点着的蜡烛放进这种剩余的空气中,蜡烛还在闪动着微弱的光芒。

卢瑟福想到磷在空气中会自燃。当蜡烛熄灭以后,他又将正在燃烧的磷投进剩余空气中,磷还在燃烧,放出一股股淡淡的白烟。他终于利用燃烧磷的办法彻底地除去空气中的氧,获得了剩余气体。

卢瑟福测定了剩余气体的性质,发现它不溶于氢氧化钾,不能帮助燃烧,也不能维持动物的生命。他称它为“浊气”或“害与”毒气。

前面说到舍勒和卡文迪许发现了空气中另有一部分“无用空气”,它既不能帮助燃烧,也不能供动物呼吸活命。应该说,舍勒和卡文迪许也是这种剩余空气的发现人,还有卢瑟福,他们三个人对氮的发现都有贡献。

氧气会用完吗

在200多年前,绿叶光合作用的奥秘还没有揭开。那时候,有些人担心,人类每天要呼出万千吨二氧化碳,加上工厂锅炉、煤炉排出的废气,动物吐出的、土壤里微生物制造出来的二氧化碳,地球上的氧气将逐渐耗尽。几百年以后,世界末日就要来临。可是,也有人不同意这种看法,认为,空间这么广阔,遍布的空气足够供应地球上生命活动的需要。

为了证实这种说法的正确与否,科学家们做了大量的工作和研究。

1774年,英国科学家普利斯特利,当众进行了一个实验:在一个玻璃罩里燃烧蜡烛,然后将里面的“混浊”空气分成两份,分别引到两个密封的玻璃罩里,并在一个玻璃罩内放置一枝薄荷树枝。过了几天,他把两只老鼠分别放进玻璃罩里,结果是,没有薄荷枝叶的罩里的老鼠窒息死去,有薄荷枝叶的罩内的老鼠在焦急地奔跑。一天过去了,玻璃罩内“混浊”的空气变得“洁净”了;两天过去了,老鼠仍旧生活得很好;到了第七天,老鼠还活着,薄荷树枝长出了一些新枝。

普利斯特利由此认为,薄荷能澄清空气,植物能使空气更新。可是,他当时不知道动物和植物为什么能相互交换自己所需要的气体。

1779年,荷兰人胡兹在著作中指出,光是绿色植物进行光合作用的条件。

1862年,俄国科学家萨格斯进一步说明了叶绿体在阳光下才能转变为绿色,淀粉是光合作用第一可见的产物。

正是由于植物细胞里有一种特殊的绿色物质——叶绿素,才使叶子绿得可爱。荷兰科学家英格豪斯把这一重要的生理活动叫做“光合作用”。

绿色植物的叶子是座“绿色工厂”。地球上各种植物一年内能吸收大约865亿吨二氧化碳,远远超出人和动物等排吐出的二氧化碳,因此完全不必担心氧气会耗尽用完。

绿色的气体

氯在自然界的分布很广,但是氯元素的发现,却经历了一个很长期的过程。

1774年,舍勒进行锰矿石(主要成分为二氧化锰)试验的时候,把盐酸和二氧化锰的混合物在一起加热,发现有一种黄绿色的气体冒出来,它十分刺鼻,人们呼吸后感到窒息。

舍勒对这种气体的性质进行观察和研究,发现它能够溶于水,使水略带酸味。这种气体还有魔术师般的本领:把鲜艳的花朵或翠绿的叶子放进其中,美丽的色泽很快褪掉了。它还能腐蚀各种金属。舍勒叫这种气体为“脱燃素的盐酸”。

这种气体是氯气。在当时,拉瓦锡等不知道这是新发现的元素,说它是“氧化盐酸”。从此,氯被误解了30多年。19世纪初,英国化学家戴维对这种气体进行了仔细的研究,并且根据它的颜色定名为氯,希腊文的意思是“绿色的”。我国清末翻译家徐寿,最后把它译成“绿气”,后来才把两个字合成一个字——“氯”。

人们每天要跟氯打交道。饮用的自来水里,就通进了少量的氯气,进行消毒、杀菌。天然水中含有大量病菌,把氯气通人石灰水中,制成次氯酸钙(漂白粉),也可为饮水消毒。氯成了人类健康的“卫士”。漂白粉还可以用来漂白棉纱、布匹和纸张等。

氯气和氢气在一起燃烧,生成氯化氢气体。氯化氢是制造聚氯乙烯的主要原料。大家熟知的盐酸,是重要的化工原料,在纺织、食品、冶金工业中有广泛应用。

通过电解食盐水的方法,可以得到氯气、氢氧化钠和氢气。以此为基础的工业被称为氯碱工业,主要产品是氯和碱。

氯的各种化合物用途日益广泛,在塑料、无机颜料、有机染料、农药、医药等化学合成中发挥更大的作用。但是许多氯化物具有毒性,会对环境造成污染,必须严加防治。

金属世界

地球的一层固体外壳一地壳,是由岩石构成的。岩石按其成因可以分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩、变质岩3大类。岩石是由一种或多种矿物集合而成的。它们的形状、颜色、结构,缤纷多彩、千姿百态。

在石器时代,人们用石头做成各种劳动工具和生活用具。为了取得火种,他们四处寻找燧石。进人了青铜时代和铁器时代,人们为冶炼金属,到处去寻找和采掘矿藏。在110多种元素中,大多数为金属元素。

在金属中,根据颜色、密度、自然界的蕴藏量等,又可分成一些不同的类别。

根据颜色的不同,可以分为黑色金属和有色金属。铁、锰、铬是银灰色的,不是黑色的,但人们习惯上却称它们为“黑色金属”。黑色冶金工业是指钢铁工业。除了铁、锰、铬以外,其余的金属都叫做有色金属,冶炼这些金属的工业叫做有色冶金工业。

按照密度为分界,大于5的叫做重金属,如金、银、铁、铜、锡、铅等;小于5的叫做轻金属,如铍、锂、铝、镁、钾等。

大自然中,蕴藏较多的叫做普通金属,如铝、铁、钙、钠、钾、镁等;蕴藏较少或很分散的叫做稀有金属,如锗、锆、铪、铌、钽等;金、银、铂等叫做贵重金属。金属中具有放射性的叫做放射性金属,如镭、铀、钍、钚、镎等。

随着科学技术的飞跃发展,金属的用途日新月异地变化着:改善钢质量的锰,战争金属和宇宙润滑剂的钼,最难熔的金属钨,最硬的金属铬,最重的金属锇,会贮藏气体的钯,能显示踪迹的钴,“长眼睛”的铷和铯,原子能工业之宝的铍和锂,“多才多艺”的锆,光明的使者钨,钢铁的维生素钒,不怕烈火的钽,未来的金属钛,超导元素铌,神通广大的铝,珍贵而实用的铂,用途日新月异的银,国际金融交换媒介的金,核时代的燃料铀和钍……正在各显神通。可以说人类生活在金属的世界中,一刻也离不开金属。

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