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最轻的气体氢气

时间:2022-02-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:氢气是世界上已知的最轻的气体。最早把氢气收集起来,并对它的性质仔细加以研究的是卡文迪许。因此,在化学元素发现史上,氢元素的发现者目前公认的是卡文迪许。但好景不长,科学态度严谨的卡文迪许通过一系列的实验终于弄清了空气浮力问题,而且证明了氢气是有重量的,只是密度比空气小得多而已。1787年,拉瓦锡把卡文迪许称做“易燃空气”的这种气体命名为“氢”,意思是“产生水的”,并确认它是一种元素。

氢气是世界上已知的最轻的气体。在18世纪末以前,曾经有不少人做过制取氢气的实验,但直到1766年,氢才被英国科学家卡文迪许确定为化学元素,并证明氢气在空气中可以与氧气燃烧生成水。

早在16世纪,瑞士著名医生帕拉塞斯就描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生;17世纪时,比利时著名的医疗化学派学者海尔蒙特曾偶然接触过这种气体,但没有把它分离、收集起来。尽管波义耳偶然收集过这种气体,但并未对此进行研究。他们只知道它可燃,此外对它的了解就很少了。

最早把氢气收集起来,并对它的性质仔细加以研究的是卡文迪许。因此,在化学元素发现史上,氢元素的发现者目前公认的是卡文迪许。

卡文迪许

1766年,卡文迪许用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得一种气体,他把这种气体命名为“易燃空气”(实际就是氢气)。他用普里斯特利发明的排水集气法把它收集起来,对其进行研究。他发现这种气体与空气混合后点燃会发生爆炸,与氧气化合后会生成水。不仅如此,卡文迪许还发现该气体不溶于水和碱液。金属与各种不同类型的酸作用时,所产生的气体的量都是固定的,酸的种类、浓度都影响不了它。这样特殊的性质与其他已知气体都不相同,因此他推论这是一种新的元素。

卡文迪许制取和收集氢气的装置

然而,卡文迪许对“燃素说”非常虔诚,根据他的理解,这种气体燃烧起来这么猛烈,一定富含燃素。他错误地认为这种气体是从金属中分解出来的,而不是来自酸中。

由于氢气的密度很小,卡文迪许一度把它当成梦寐以求的燃素。这种推测很快就得到当时的一些杰出化学家,如舍勒、基尔万等人的赞同。其他许多燃素论者也因此而欢欣鼓舞。充满氢气的气球在空气中会徐徐上升的现象在当时曾被一些“燃素说”的信奉者们当成他们论证燃素具有负重量的重要根据。但好景不长,科学态度严谨的卡文迪许通过一系列的实验终于弄清了空气浮力问题,而且证明了氢气是有重量的,只是密度比空气小得多而已。

学海拾贝

1871年,电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥大学教授。他在负责筹建卡文迪许实验室时,发现了存放60年之久的卡文迪许的实验笔记。麦克斯韦仔细阅读了这些手稿,惊讶地发现卡文迪许在60年前几乎预料到电学上的所有伟大事实。

1782年,法国化学家拉瓦锡在建立正确的燃烧理论的基础上,用红热的枪筒分解了水蒸气。他明确地提出:水不是元素,而是氢和氧的化合物。这个正确的结论纠正了两千多年来把水当做元素的错误概念。1787年,拉瓦锡把卡文迪许称做“易燃空气”的这种气体命名为“氢”,意思是“产生水的”,并确认它是一种元素。

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