人教版八年级上质量与密度本章复习（市一等奖）

“辎妹必较”引来诺贝尔奖九年义务教育初中物理课本在密度章节中，沪科版和人教版都提到瑞利通过测密度的方法发现了氩气，而获得诺贝尔物理奖.许多物理学史的书对此很少有反映.本文就氩元素的发现过程作些介绍，供老师们参考。1精确的量度“一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度”，这是英国著名科学家瑞利（－－Rayleigh）的一句名言，他一生中花费了大量的精力去从事精确的实验测量，以进行严格的定量研究.1882年，他向英国科学协会提供一份报告，指出纯氢和氧的密度比不应是1：，而应是1：、并着手测量纯氮的密度.当时，人们只知道空气成份为氮和氧两种元素.瑞利采用哈考特（Harcourt）使用的方法：首先将空气通过液态氨（4NH3＋3O2＝ZN2＋6H2O），然后通过一个管子，管中放有炽热的铜（用于显示氧是否被氨所全部吸收），否则将产生氧化铜（ZCu十O2＝ZCuO），最后将剩余的氨用硫酸清除（2NH3＋H2SO4＝（NH4）2SO4），经过对这样处理过的气体的反复测试，每次测量的密度值在实验误差范围内，结果严格一致，即为l·2560克/升.瑞利更换实验条件，将空气直接通过炽热的铜利用铜被氧化的过程来吸收空气中的氧，对由此得到的氮气多次测定后，其密度还是一致，气全部来自空气.于是，他接受拉姆赛（Ramsay）的建议.用纯氧代替空气直接通过氨得到了纯氮，测出它的准确密度是克/升，显然来自氨的氮他曾用三种不同的方法制取过氧气，测出的密度都完全相等.有人提醒他，“应去翻翻旧的科学档案，好像100多年前卡文迪许（Cavendish）在论述空气组成的著作中也提到过这一点.”于是巳经发黄的1785年皇家协会科学年报又被翻了出来，上面详细记载了卡文迪许当时研究空气成份的实验过程：他将一根玻璃管装满空气，通过火花放电，使氧和氮产生化合(N2+O22NO；2NO+O2＝2NO2)。然后通入碱性溶液吸收这种酸性化合物，由于空气中氧的但最终在玻璃管中总存有一个小气泡.用卡文迪许的话说，“那个扁豆般大小的小‘氮气泡’既不再与氧化合，也不能被碱溶液吸收.根据这个试验，我得不相同.可见空气中的氮是两种物质的混和物”。究竟是氮气中还存在其它巳知气体，还是另有新的元素，瑞利作了多种猜测。2科学的分析瑞利认为；这种密度上的差异以及卡文迪许实验中会有残留气体，可能有以下几种原因。（1）由空气中所得的氮，可能还含有微量的氧；（2）由氨制得的氮，可能混杂了微量的氢；（3）由大气制得的氮，或许有类似臭氧的N3分子存在；（4）由氨制得的氮，可能有若干分子已经分解，因而把氮气的密度降低了；（5）空气中存在一种比氮气密度更大的未知气体。第一种假设是不可能的，因为氧和氮的密度相差甚微，必须杂有大量的氨制得的氮。其中绝不含有氢；第三个解释也不足置信，因为他采用无声放电使可能混杂N3的氮气变化，但并没有发现氮的密度有所改变，即不存在N3；第四种假设完全不可能，因为如果存在游离的氮原子，必须彼此结合为分子，不可能在正常条件下长期游离，他将样品保存了8个月，但结果发现密度丝毫来变；唯有第五种解释瑞利认为可以令人满意。3罕见的发现要想确证是否有另一种未知气体存在.就得将从空气中除氧后得到的“氮气”，再想法吸收掉其中的全部纯氮以获取这种未知气体.瑞利采用卡文迪许所使用的电火花作用下氮与氧化合再用碱吸收的方法.到1894年夏末.他制取了厘米3的这种气体.拉姆赛在征得瑞利同意后，采用将空气通过一系列化学吸收器的方法，将CO2、O2、水蒸气—一提走.对于氮，他采用炽热的镁来吸收它（2Mg+N2MG3N2）.将“氮气”反复通过炽热的镁屑，他花了整整一个夏天的功夫，得到了大约100厘米3同种气体.其实不在于数量的多少，重要的是用不同方法得到了同一种的未知气体.他们后来又合作进行了更进一步的气体的提纯工作，井精确测定了其密度值.1894年8月13日，正值英国科学协会在牛津开会，瑞利和拉姆赛赶到牛津.以两人名义向大会宣布：在空气中存有含量约占1％的一种惰性气体.与会者都很吃惊.后以主席马登（H，G。Madan）的提议.定名为氩（Argon）.瑞利在氩的提取中还采用了“液化空气”（即将空气先液化.然后再将各部分气体挥发气化）等方法。讨论了氩的含量和密度，以及气体压强、温度对密度值的影响和具体的修正公式。由这种气体发出的标识光谱是从未见过的.更使氩的存在令人心服眼服口服。1904年，瑞利因发现氩无素而获得诺贝尔物理学奖，瑞典皇家科学院院长塞德布洛姆在授奖大会上所作致词中这样写道：“证明存在一种新的元素是很重要的，而这一发现之所以特别有意义，是因为它是根据物理研究而得到的，研究方法的巧妙和精细是物理史上罕见的，并为其它惰性气体的发现奠定了基础.当然，物理学也会给予他一个在物理学史上水不磨灭的显著地位。因此，授