(露點(diǎn)儀使用大量在空分行業(yè))
空氣成分的發(fā)現(xiàn)史
17世紀(jì)中葉以前,人們對空氣和氣體的認(rèn)識(shí)還是模糊的,到了18世紀(jì),通過對燃燒現(xiàn)象和呼吸作用的深入研究,人們才開始認(rèn)識(shí)到氣體的多樣性和空氣的復(fù)雜性。
18世紀(jì)初,一位愛好植物學(xué)的英國牧師黑爾斯(S.Hales,1677—1761)發(fā)明了集氣槽,改進(jìn)了水上集氣法。
1772 年盧瑟福(D.Rutherford,英,1749—1819)在密閉容器中燃燒磷,除去尋常空氣中可助燃和可供動(dòng)物呼吸的氣體,對剩下的氣體進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)這種氣體不被堿液吸收,不能維持生命和具有可以滅火的性質(zhì),因此他把這種氣體叫做“濁氣”或“毒氣”。同年英國化學(xué)家普利斯特里(J.Priestley,1733—1804)也了解到木炭在密閉于水上的空氣中燃燒時(shí),能使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟猓檬宜蘸?,剩下的氣體,不助燃也不助呼吸。
1774 年普利斯特里利用一個(gè)直徑為一英尺的聚光鏡來加熱各種物質(zhì),看看它們是否會(huì)分解放出氣體,他還用汞槽來收集產(chǎn)生的氣體,以便研究它們的性質(zhì)。那年8月1日他如法加熱汞煅灰(即氧化汞),發(fā)現(xiàn)蠟燭在分解出的“空氣”中燃燒,放出更為光亮的火焰;他又將老鼠放在這種氣體中,發(fā)現(xiàn)老鼠比在同體積的尋??諝庵谢畹臅r(shí)間約長了4倍??梢哉f,普利斯特利發(fā)現(xiàn)了氧。遺憾的是他和盧瑟福等都堅(jiān)信當(dāng)時(shí)的“燃素說”。從而錯(cuò)誤地認(rèn)為:這種氣體不含燃素,所以有特別強(qiáng)的吸收燃素的能力,因而能夠助燃,當(dāng)時(shí)他把氧氣稱之為“脫燃素空氣”,把氮?dú)夥Q之為“被燃素飽和了的空氣”。
事實(shí)上,瑞典化學(xué)家舍勒(C.W.Scheele,1742—1786)在盧瑟福和普利斯特里研究氮?dú)獾耐瑫r(shí),于1772年也從事這一研究,他可算是**個(gè)認(rèn)為氮是空氣成分之一的人。他曾于1773年用硝酸鹽(硝酸鉀和硝酸鎂)、氧化物(氧化汞)加熱,制得“火氣”(fireair),并用實(shí)驗(yàn)證明空氣中也存在“火氣”。
綜上所述,可見舍勒和普利斯特里雖然都獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)并制得氧氣,但正如恩格斯指出的:由于他們被傳統(tǒng)的燃素說所束縛,“從歪曲的、片面的、錯(cuò)誤的前提出發(fā),循著錯(cuò)誤的、彎曲的、不可靠近的途徑行進(jìn),往往當(dāng)真理碰到鼻尖上的時(shí)候還是沒有得到真理”(《自然辯證法》)。
法國化學(xué)家拉瓦錫(A.L.Lavoisier,1743—1794)較早地運(yùn)用天平作為研究化學(xué)的工具,在實(shí)驗(yàn)過程中重視化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)質(zhì)量的變化。當(dāng)他知道了普利斯特里從氧化汞中制取氧氣(當(dāng)時(shí)稱之為脫燃素空氣)的方法后,就做了一個(gè)有名的研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)(見《九年義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué).化學(xué).全一冊》**章閱讀材料)。他擺脫了傳統(tǒng)的錯(cuò)誤理論(燃素說)的束縛,尊重事實(shí),對實(shí)驗(yàn)作了科學(xué)的分析和判斷,揭示了燃燒是物質(zhì)跟空氣里的氧氣發(fā)生了反應(yīng),指出物質(zhì)里根本不存在一種所謂燃素的特殊東西。1777年,拉瓦錫在接受其他化學(xué)家見解的基礎(chǔ)上,認(rèn)識(shí)到空氣是兩種氣體的混合物,一種是能助燃,有助于呼吸的氣體,并把它命名為“氧”,意思是“成酸的元素”(拉瓦錫當(dāng)時(shí)認(rèn)為,非金屬燃燒后通常變?yōu)樗?,氧是酸的本質(zhì),一切酸中都含有氧元素);另一種不助燃、無助于生命的氣體,命名為氮,意思是“不能維持生命”。
1785 年英國化學(xué)家卡文迪許(H.Cavendish1731—1810)用電火花使空氣中氮?dú)飧鯕饣?,并繼續(xù)加入氧氣,使氮?dú)庾兂傻难趸?,然后用堿液吸收而除去,剩余的氧氣用紅熱的銅除去。但至終殘余有1%的氣體不跟氧氣化合,當(dāng)時(shí)就認(rèn)為可能是一種新的氣體,但這種見解卻沒有受到化學(xué)家們應(yīng)有的重視。
經(jīng)過百余年后,英國物理學(xué)家雷利(J.W.S.Rayteigh,1842—1919)于1892年發(fā)現(xiàn)從含氮的化合物中制得的氮?dú)饷可?/span>1.2505g,而從空氣中分離出來的氮?dú)庠谙嗤闆r下每升重1.2572g,雖然兩者之差只有幾毫克,但已超出了實(shí)驗(yàn)誤差范圍。所以他懷疑空氣中的氮?dú)庵幸欢ê猩形幢话l(fā)現(xiàn)的較重的氣體。雷利沿用卡文迪許的放電方法從空氣中除去氧和氮;英國化學(xué)家拉姆塞(W.Ramsay,1852—1916)把已經(jīng)除掉CO2、H2O和O2 的空氣通過灼熱的鎂以吸收其中的氮?dú)?,他們二人的?shí)驗(yàn)都得到一些殘余的氣體,經(jīng)過多方面試驗(yàn)斷定它是一種極不活潑的新元素,定名為氬,原文是不活動(dòng)的意思。
1868 年8月18日在印度發(fā)生了日全蝕,法國天文學(xué)家嚴(yán)森(P.J.C.Janssen,1824一1907)從分光鏡中發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有一條跟鈉D線不在同一位置上的黃線,這條光譜線是當(dāng)時(shí)尚未知道的新元素所產(chǎn)生的。當(dāng)時(shí)預(yù)定了這種元素的存在,并定名為氦(氦是拉丁文的譯音,原意是“太陽”)。地球上的氦是1895年從鈾酸鹽的礦物和其他鈾處礦中被發(fā)現(xiàn)的。后來,人們在大氣里、水里,以至隕石和宇宙射線里也發(fā)現(xiàn)了氦。
1898年拉姆塞又在液態(tài)空氣蒸發(fā)后的殘余物里,先后發(fā)現(xiàn)了氪(拉丁文原意是“隱藏的”)、氖(拉丁文原意是“新的”)和氙(拉丁文原意是“生疏的”)。
1900年德國物理學(xué)教授道恩(F.E.Dorn,1848一?)在含鐳的礦物中發(fā)現(xiàn)一種具有放射性的氣體,稱為氡(拉丁文原意是“射氣”)。