空气成分发现简史

空气成分发现简史空气成分的发现经历了漫长的曲折历程，化学历史上的重要人物：波义尔，舍勒，普利斯特利，以最终发现氧气的拉瓦锡都在氧气的发现史上留下了重要的一页。01据史书记载，公元8世纪，中国就曾经对大气进行过研究，并把大气分为阴阳两部分。早在一千多年前的中国大唐时期，炼丹家马和在他的工作记录《平龙认》中作出这样的结论：空气成分复杂多样，主要由阳气和阴气组成，其中阳气比阴气多得多，阴气可跟可燃物化合，在空气中消失，而阳气则可安然无恙地保留，阴气存在于青石(氧化物)、火硝(硝酸钾)等物质中，加热它们阴气就会放出来，阴气在水中也大量存在，只是很难把它们取出来。0217世纪，罗伯特·波义耳（R．Boyle，1627—1691）通过对抽气机及燃烧的实验，发现一些奇妙、有趣的现象:在真空中，火药环只在受热的地方才燃烧，但一通入空气，立刻全部燃烧。波义耳得出结论：“空气有一些活性物质不是被磷的烟雾消耗掉，就是被它驯化。”这给人们以启发:空气中含有两种截然不同的气体。波义耳真空泵实验装置03此后，虎克（R.Hooke，1635—1703）也做了类似的燃烧实验，并得出结论:空气中存在一种可以溶解可燃物体自身的东西。

【对氧气的发现最大障碍是“燃素说”】“燃素说”是英国人乔治·恩斯特·史塔尔继承了约翰·约阿希姆·帕克提出，记载在《地下的自然哲学》中的学说，于1703年较系统地阐述和发挥为完整的理论。史塔尔认为，空气中有一种可燃的油状土，即为燃素，燃素存在于一切可燃物体中，在燃烧时，快速逸出。燃素是金属性质、气味、颜色的根源。是火微粒构成的火元素。按照“燃索说”的观点，一切燃烧现象，都是物体吸收和逸出燃素的过程。煅烧金属，燃素被释放出来，金属就变成了灰渣。但在金属加热过程中，燃素不能自动分解，必须加进空气，将燃素吸取出来，燃烧才能实现。18世纪初期，这种“燃素说”的理论。尽管歪曲事实，牵强附会，但在当时，却能“自圆其说”，被人们普遍地接受。就这样，“燃素说”统治人们的思想将近一个世纪，把人们从研究和探讨燃烧原因、完全可能导致发现氧气的正确思路，引向歧途，致使氧气的发现经历了一个漫长的曲折历程。

041674英国医生约翰·梅奥（JohnMayow）,著作《医学生理学研究》（TractatusQuinqueMedico-Physici）记载了，研究物质燃烧的实验。实验装置（如下复原图）。梅奥证明了空气对燃料和生命的重要作用。并通过实验得出空气经燃烧和呼吸后，残存下一种不活泼气体，用水吸收后呈酸性；空气至少包括两种成分的结论。

在其中，他鉴别出空气中的一部分组成物是呼吸和燃烧所必需的。梅奥把燃烧和呼吸进行比较，并最早报告吸入的空气在呼出后其体积减小。梅奥研究动物呼吸的实验装置他还说明，对于燃烧和呼吸来说，氧气（他称之为硝石精）是必不可少的物质；05舍勒（CarlWilhelmScheele，1742.12.19——1786.5.21），瑞典著名化学家，氧气的发现人之一，同时对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多种气体都有深入的研究。发现了一种与巴氏消毒法很相似的消毒方法。

一生中大概做了近千个实验。舍勒的代表作为《火与空气》。研究氧气开始于1767年对亚硝酸的研究。起初，他加热硝石得到一种称之为“硝石的挥发物”的性质，但对这种物质的性质和成分还不清楚。舍勒反复做加热硝石的实验，发现把硝石放在坩埚中加热到通红时，会放出干热的气体，遇到烟灰的粉末就会燃烧，放出耀眼的光芒。这种现象引起了舍勒极大的兴趣。他在1773年就用多种方法制得比较纯净的氧气。舍勒于1777年的著作《论空气和火的化学》中用于制备氧气的装置。装置中的曲颈瓶中装有硝酸钾与浓硫酸的混合物，在火炉加热下释放出一种无色气体，被固定在曲颈瓶瓶口用动物膀胱做成的口袋收集。对这种气体的性质研究，发现它可以帮助燃烧，所以他把这种气体叫做“火气”，并且通过硫酐（主要成分是硫化钾和多硫化钾）对氧气的吸收和白磷在氧气中燃烧，测出了“火气”占空气体积的约五分之一，实际上这种火气就是氧气。

061771英格兰化学家约瑟夫·普里斯特利（JosephPriestley）发现植物把二氧化碳转化为氧气。普里斯特利在一个密闭的容器里燃烧一支蜡烛，将容器中空气里面的所有氧气转化为二氧化碳；接着，

把一株活的薄荷草放入这个容器。他发现这种植物在瓶子里茂盛生长，他在检测里面的空气时，它能使蜡烛燃烧。普里斯特列首次说明了植物能将在呼吸和燃烧中消耗的那种气体恢复，这种气体后来被认为是氧气。071777出生于荷兰的英国医生和植物生理学家简·英振豪斯兹（JanIngenhousz）发现植物中的两种呼吸循环。他得出这样的结论：在叶子产生氧气的过程中，不能没有阳光。这是人类第一次认识光合作用。英振豪斯兹发现：植物只有在光存在时才能将二氧化碳转化为氧气；相反，如果将植物放在黑暗中，逆转化过程发生，即氧气转化为二氧化碳。1779年，他在枟植物实验：揭示植物在阳光中净化普通空气以及在阴暗处和夜间使空气变污浊的巨大力量枠中公布了其发现。后来，此过程通常被称为photosynthesis（光合作用，来源于希腊文意为“被光合在一起”的单词）。

081772苏格兰医科大学生丹尼尔·卢瑟福（DanielRutherford）公布他发现了元素氮（原子序数７）。卢瑟福把一些空气装入一个密封的容器中，并取走所有的氧气和二氧化碳；他发现仍留下大量的另外一种气体，它不支持燃烧和呼吸。虽然他已发现了氮气，但并不知道它是什么。此后不久，法国化学家安托万·拉瓦锡（AntoineLavoisier）认识到氮是一种元素。

091772通过证明燃烧是由与空气中的一种成分反应引起的，法国化学家安托万·拉瓦锡（AntoineLavoisier）推翻燃素说。拉瓦锡证明某些元素（如磷）在空气中燃烧时获得重量，而根据燃素说，它们应该失去重量。他正确地推理到：如果这些元素与空气发生反应，那么，在密闭容器中燃烧时，就将产生部分真空。拉瓦锡证明填充真空所必需的空气重量等于元素燃烧后所获得的重量。图示是拉瓦锡，1789年的著作《化学概论》中研究红磷在氧气中燃烧的实验装置

在此基础上拉瓦锡通过实验还发现了氮气，从而得出了空气是由氮气和氧气组成的结论。实验连续加热12天，让汞与空气中的氧气反应，汞槽中的水银升入钟罩，空气体积即氧气含量

拉瓦锡创立氧化说以解释燃烧等实验现象，并指出动物的呼吸实质上是缓慢氧化。

101773年10月，普里斯特里向拉瓦锡介绍了自己的实验：加热时，可得到脱燃素气，这种气体使蜡烛燃烧得更明亮，还能帮助呼吸。普里斯特利，1774年的著作《不同气体的实验和观察》中使用的进行各种气体实验的实验装置拉瓦锡重复了普里斯特利的实验，得到了相同的结果。但拉瓦锡并不相信燃素说，所以他认为这种气体是一种元素，1777年正式把这种气体命名为oxygen（中译名氧），含义是酸的元素。拉瓦锡通过金属煅烧实验，于1777年向巴黎科学院提出了一篇报告《燃烧概论》，阐明了燃烧作用的氧化学说，要点为：①燃烧时放出光和热。②只有在氧存在时，物质才会燃烧。③空气是由两种成分组成的，物质在空气中燃烧时，吸收了空气中的氧，因此重量增加，物质所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。④一般的可燃物质（非金属）燃烧后通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧。金属煅烧后变为煅灰，它们是金属的氧化物。他还通过精确的定量实验，证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态，但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。于是拉瓦锡用实验证明了化学反应中的质量守恒定律。拉瓦锡的氧化学说彻底地推翻了燃素说。基于氧化说和质量守恒定律，1789年拉瓦锡发表了《化学基本论述》。到1795年左右，欧洲大陆已经基本全部接受拉瓦锡的理论。

111804年9月16日法国化学