在众多的化学物质中,氧气的重要地位是毋庸置疑的。而氧气的发现却经历过一段曲折的历史。在发现氧气的历程中,真正通过周密计划制取氧气的科学家当属瑞典化学家舍勒。
1773年,正是燃素说鼎盛时期。为了把热分解成设想的组分——燃素和“火空气”,舍勒认为要找到一种对燃素有很大吸引力的物质。他选中了硝酸,以为它能与金属反应,取出燃素。为了使硝酸能够吸收热中的燃素,舍勒先使其同钾碱化合物形成硝酸钾,然后和硫酸一起高温蒸馏,再用动物膀胱吸收放出的气体。这种气体能使点着的小蜡烛发出耀眼的光芒,而且氢气也可以在这种气体中燃烧。他认为这就是他要寻找的“火空气”。其实这就是氧气。他还发现,如果在充满“火空气”的烧瓶中燃烧磷,然后将烧瓶放入水中冷却后,瓶塞会被倒吸入瓶中。现在我们知道,这是瓶中氧气燃烧使气体压强下降的缘故。
舍勒Ⓦ
舍勒气体实验图解Ⓟ
之后,舍勒又将磷、硫化钾等放置在密闭的玻璃罩内的水面上燃烧,经过一段时间后,钟罩内的水面上升了1/5高度。接着,舍勒把一支点燃的蜡烛放进剩余的“用过了的”空气里,不一会儿,蜡烛熄灭了。由此他把不能支持蜡烛燃烧的空气称为“无效的空气”。他认为空气是由“火空气”和“无效的空气”这两种彼此不同的成分组成的。舍勒还用许多其他方法制备“火空气”,如将二氧化锰与硫酸一起加热,加热氧化汞、硝酸汞、碳酸银等。
1774年,英国化学家普里斯特利在用一个直径达0.3米的聚光透镜加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时发现了一种气体,他呼吸这种气体后,“胸部长时间感到特别轻松畅快”,并且发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈,他称这种气体为“脱去燃素的空气”。
在1772年之后的几年中,法国化学家拉瓦锡在研究磷、硫以及一些金属燃烧后质量会增加而空气减少的问题,大量的实验事实使他对燃素说产生了极大怀疑。正在这时,普里斯特利来到巴黎,把他的实验情况告诉了拉瓦锡。拉瓦锡受到普里斯特利和舍勒的启发,做了一个很精细的实验。这个实验一连进行了二十天,被人们称为“二十天实验”。他在一个曲颈甑(瓶颈弯曲的瓶子)中装入水银。瓶颈通过水银槽,与一个钟形的玻璃罩相通,玻璃罩内是空气。拉瓦锡用炉子昼夜不停地加热曲颈甑中的水银,水银发亮的表面很快出现了红色的粉末,红色的粉末越来越多。拉瓦锡发现,到了第十二天,红色粉末不再增多了。拉瓦锡继续加热,一直到第二十天,红色粉末仍不增多,他这才结束了实验。拉瓦锡发现,实验结束时,钟罩里空气的体积,大约减少了1/5。他收集了红色的粉末,用高温加热。粉末分解了,重新释放出气体。拉瓦锡重新得到的气体,正好与原先钟罩中失去的气体体积相等。至于剩下来的气体,既不能帮助燃烧,也不能供呼吸用。拉瓦锡把那种占空气总体积1/5的气体,称为“氧气”。
舍勒塑像,表现他在进行物质
1775年4月,拉瓦锡向法国巴黎科学院提出了报告《金属在煅烧时与之相化合并增加其重量的物质的性质》,公布了氧的发现。他说这种气体几乎是同时被普里斯特利、舍勒和他自己发现的。