收集空气

保罗叔叔接着说：“现在，我们要说到一种很重要的物质——空气。在地球上，空气层的厚度大于45英里（1英里≈1609.344米≈1.609344千米。），也被人们称为大气。空气是一种非常奇妙的物质，我们摸不到也看不见，乍一听简直不能相信它是物质：‘什么？空气是物质？它有重量吗？’是的，空气是物质，它也有重量。借助精巧的物理仪器，我们可以来测算空气：1升空气的重量约为1.293克。这个重量要是与铅的重量相比，当然非常微小，但与之后我们将要谈到的物质相比，却也不算轻。”

约尔诧异地说：“人们常常说‘轻得和空气一样’，就好像世界上没有比空气更轻的物质了。难道还有比空气更轻的物质？”

“世界上的确有比空气更轻的物质，就像木头对比于铅的重量一样。空气是无色透明的，所以我们看不见它。但我所说的‘无色’和‘不可见’是针对少量空气而言，如果它的分量很多，那这句话就不准确了。以水为例来比照，在杯子里或玻璃瓶里的水几乎是无色的，但在湖泊或海洋中，水会依深浅而显现出浓淡不同的蓝色。同样，空气是无色的，但极厚的一层空气会呈现出蓝色，这也是天空看上去是蓝色的原因。

“空气是看不见、摸不着的，还容易散逸，所以要研究起来十分困难。如果我们想通过实验了解空气的性质，就必须将一定量的空气与其余大气隔绝，把它密闭在一种容器里，并让它能够随意流向各个方向，能够去往各处，能够暴露在某种条件下——总之，要让它能被我们控制。但是，我们怎样去控制那看不见、摸不着、容易逃逸的空气呢？这是一个难题。”

约尔说：“虽然难，但我想叔叔总会有办法解决的！”

“当然，否则我们的话题就无法继续了。除了空气，还有许多很重要的物质也同样是看不见、摸不着、容易逃逸的。这个问题要是解决不了，我们就无法了解这些物质，而作为近现代工业之母的化学，也就不会像今天这样快速发展了。像空气一样容易逃逸的极精微的物质，我们通常叫作‘气体’，空气是气体中的一种。现在，我来说说捕捉气体的方法：如果我们想收集从肺里呼出来的空气——换一句话说，就是收集从我们嘴里吐出来的气，需要先将一只玻璃杯盛满水并倒立在装有水的水盆中，杯中的水能高于水盆的水平面，而且不会流下来。之后，我会解释水为什么不会流下来。现在，让我们先进行这个实验。你们看，我会用一根玻璃管往杯子里吹气（如图1所示）。如果没有玻璃管，用芦梗或麦秆等中空的物体代替也行。从我的肺里出来的空气在水中产生了气泡。因为空气很轻，所以这些气泡会上升到杯底，把杯子中的水挤出来。现在，杯子里已经充满了我呼出来的气体，可以用来做各种实验了。”

爱弥儿说：“啊，原来收集空气这么简单！”“很多事情都是这样，不了解时觉得很复杂，一旦掌握了就会觉得挺容易。”

“现在，这个杯子里已经充满了从我嘴里吐出来的气体。用这样的方法收集那些不易捕捉的物质的确是一件有趣的事。平时我们呼气呵气，并不能看见这样的现象，但现在我们却能看见呼出的气在水中变成气泡上升。”

“是的，水的搅动让我们更容易观察到不可见的物质。”

“现在，水静止了，我又什么都看不见了，但我相信这个空杯子里肯定存在一些物质，因为我看见有气泡跑进杯子里把原有的水挤下来了。保罗叔叔说杯子里充满了他呼出的气，这很有趣，我可以试试吗？”

“当然可以了，不过你得先把这杯子里已有的物质拿出来。”

“把它拿出来？怎么拿？”

“这样拿就行。”

保罗叔叔一边说，一边托住杯底，让杯口的一侧向水面倾斜，于是一些物质就从杯口逸出，发出一种气泡出水的声音。

爱弥儿说：“这下好了，保罗叔叔呼出的气已经跑出去了。”说着，他又将杯子盛满水，倒立在水盆中，学着保罗叔叔刚才的样子，用玻璃管朝杯子里吹气，快乐地看着那些气泡一个个升到了杯底。

爱弥儿呼出的气已经把杯子里的水全挤了出去，他又说：“现在，这个杯子盛满了我呼出的气。保罗叔叔，我还想把我呼出的气盛满一个大瓶子，你看行吗？”

“当然行，孩子，只要你高兴。”

桌子上放着一只广口大玻璃瓶，那是保罗叔叔为以后的实验准备的。爱弥儿把它放到水盆里，却发现水盆太浅，瓶子不能像杯子那样完全浸在水里，然后再倒立起来。他说：“保罗叔叔，这个水盆太浅了，怎样才能把它倒立起来呢？”

“嗯，这需要我们想想另外的办法，你看看我是怎么做的吧。”

保罗叔叔把大玻璃瓶先放在桌上注满水，然后用左手抵住瓶口，右手握住瓶子，将它颠倒过来放到水盆里，最后把左手抽出，大玻璃瓶就稳稳地倒立在水中，而且一滴水也没有流下来。

爱弥儿看到这个十分简单的方法，欣喜地说：“保罗叔叔真聪明，什么问题都有办法解决！”

“孩子们，要利用这些简陋的仪器来完成精细的化学实验，总是需要一点点机智和技巧的。”

不一会儿，瓶子里已经灌满了爱弥儿呼出的气。随后，约尔也照做了一次，然后叔叔说道：“为什么杯子或瓶子里的水能高出水盆中的水面，并且不会流下来呢？现在，我就来简略地说一说其中的原因吧，事实上更为详细、精确的解释属于物理学范围，而不在化学范畴。

“我说过，空气可以像其他物质一样被衡量。单从数字上看，空气的重量十分微小，约为每升1.293克。然而，地球上的大气层厚达45英里，把这些大气全加起来计算重量就很可观了。大气既然有重量，必然会把这重量从上下左右各个方向施加到它所包围着的物体身上。在我们的实验中，它会向水盆的水面施加压力，这种压力通过液体传递到瓶口，把瓶子里的水托住，使得瓶中的水高于水盆的水平面。” zfWhYLDnK3qiLTwapjNt5UGvcREiJEPzEJC6+tGaq4TjrOtbQH9lu8XrueafWRMG