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十大美丽化学实验--卜利士力(Priestley)发现氧气(

  • G曼生活
  • 2020-06-20
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十大美丽化学实验--卜利士力(Priestley)发现氧气(

图一:卜利士力发现当他加热氧化汞时,会产生一种气体,并将其命名为「去燃素气体」。

科学发现的剎那是怎幺出现的?教科书里常见的说法是,把科学发现简化为某个人在一次事件或实验中就有的结果。也因此,针对发现的先后顺序、独立性往往都会造成争执。氧气的发现,就是一件涉及三人的历史公案:英国人卜利士力(Joseph Priestley,1733-1804,图一)、瑞典人舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786,图二)、法国人拉瓦节(Antoine Lavoisier,1743-1794) 。

1774年,卜利士力发现当他加热氧化汞(mercuric oxide,HgO)时,会产生一种气体。蜡烛在这种气体里可燃烧得更旺盛,老鼠在装满这种气体的容器里会比在相同容积空气里存活时间多一倍。当时科学界的主流理论是燃素说(phlogiston theory),燃素说的核心概念是认为在可燃烧的物质中含有燃素(phlogiston),在燃烧的过程会不断释放燃素到空气里,当空气中的燃素达到饱和时,物质就无法燃烧。普利斯利无法抛弃燃素说的思维,而氧气让物质燃烧更旺盛的现象,从燃素说的角度来解释是因为氧气缺乏燃素,所以燃烧较旺盛(较慢达到燃素饱和状态)。因此他将自己发现的气体命名为「去燃素气体(dephlogisticated air)」,并在英国皇家学会发表成果。

十大美丽化学实验--卜利士力(Priestley)发现氧气(

图二:其实舍勒在1771年便已经发现氧气。无奈《论空气和火的化学》出版的延误,在确切发表时间上失去了先机。

上面那段是大家熟知的氧气发现故事,其实舍勒(图二)在1771年便已经发现氧气。舍勒在发现氧气之前,他的研究对象是空气。经过多次实验后,他认为空气是两种气体的混合物:一份的「火气(fire air,即氧气)」与三份的「无效气(vitiated air,即氮气)」。火气是因为这种气体能帮助燃烧而得此名,舍勒从加热硝酸盐、二氧化锰、氧化汞都会得到火气。他将研究结果写入《论空气和火的化学》一书中,无奈出版社的延误,这本书直到1777年才出版,在确切发表时间上失去了先机。不过尚有一封书信足以翻案,舍勒曾在1774年9月写信给拉瓦节,这封信的複本在舍勒的遗物中发现,信里叙述他製造火气的过程。但是拉瓦节否认他有收到舍勒的信,北欧的史学家因而始终无法原谅拉瓦节(舍勒的祖国--瑞典,属于北欧)。

第三位主角是拉瓦节(图三),拉瓦节在1775年发表他对氧气的发现,不过他并没有提及卜利士力与舍勒的贡献。如今科学家不认为拉瓦节独立发现氧气,是因为姑且不论他有没有收到舍勒的信,在1774年稍晚,卜利士力受邀到巴黎在拉瓦节与其他科学家面前示範他加热氧化汞的实验。自此之后,拉瓦节才开始氧气的研究。不过是拉瓦节首先将此种气体命名为氧气(oxygen),当时拉瓦节误以为氧存在于所有的酸中,所以选用希腊文 “oxus geinomais”当作字源,意思是酸的产生者(acid generator)。在日文中,氧气称作是「酸素」也是同样的道理。

十大美丽化学实验--卜利士力(Priestley)发现氧气(

图三:拉瓦节首先将加热氧化汞产生的气体命名为氧气(oxygen)。

有趣的是,有西洋学者认为中国早在1200年前便发现了氧气。德国东洋学者克拉普罗特(Heinrich Julius Klaproth)表示西元八世纪时,马和所着《平龙认》一书里提到空气係由两种不同物质所组成,一名为阳,一名为阴。阳是一种完全气体,克拉普罗特信认为氮;阴是一种不完全的气体,克拉普罗特认为是氧。要想使普通的空气变得完全,可用金属、硫磺或炭摩擦,以除去其中的『阴』。不过经过考证后,台湾大学化学系名誉教授刘广定认为平龙认里的「阴」仍是我国古代那种「阴阳」观念中的「阴」而不是「氧」。

氧气不仅可以帮助物质燃烧,它的发现也引起了现代化学诞生的熊熊烈火,拉瓦节虽然不是第一位发现氧气的人,但是他所做的氧气相关研究奠定了当今化学的基础,而这又是另外一个故事了。
参考文献:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Priestley
2. 刘广定, “科技史资料的判断──从八世纪中国人曾发现氧的传说谈起”,科学月刊1984年4月份
3. G. L. Sternbach and J. Varon, “The Discovery and Rediscovery of Oxygen” The Journal of Emergency Medicine, 2005, 2, 221-224
4. 张荣耀, “氧(Oxygen)元素的发现”,http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=1764