书城科普读物宇宙到底有多重
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第58章 氧原子平均质量

人类很早就与火打交道,钻木取火,用火取暖,烹煮食物,烧制陶器和砖瓦,冶炼青铜器和铁器等。正是这些应用,极大地促进了当时社会生产力的发展,成为人类进步的标志。

但对于为什么物质会燃烧起火,以往人们却一直概念模糊。古代中国人从阴阳五行的观点认为“木能生火”,古希腊人则认为火是一种基本元素。到中世纪欧洲文艺复兴时期,随着炼金术而诞生的早期化学家通过大量实验观察,创立了燃素说。

尽管燃素说是错误的,但与炼金术相比仍是很大的进步。它把当时人们通过大量实验获得的结果统一在一个概念之下,近似解释了燃烧过程中的化学反应,因而得到广泛接受。特别是燃素说认为,化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程,反应过程中物质守恒,这些观点奠定了近代化学理论的基础。

18世纪很多欧洲化学家都兼做药剂师的职业,在长期配制各种药剂的同时,他们通过实验分离、提纯了许多新物质,也合成了许多化合物。瑞典化学家舍勒在加热火硝(即硝酸钾)和红汞(即氧化汞)时获得一种以前从未见过的气体,可燃物在这种气体中燃烧比在空气中燃烧更为剧烈,他称此为“火气”。

不久,英国化学家普利斯特利也发现了这种气体。他发现,老鼠在这种气体里过得非常舒服。受好奇心的驱使,他也尝试吸取了这种气体,肺部的感觉和平时吸入普通空气一样,但身心觉得十分轻快舒畅,他称此为“脱燃素气”。

法国化学家拉瓦锡在研究白磷燃烧时发现,燃烧产物的重量增加了。经测定,消耗的空气大约有1/5,燃烧产物所增加的重量和所消耗的空气重量基本相同。燃素说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻,而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。此后,他做了很多实验来证明燃素说的错误,发现所有酸中都含有“脱燃素气”的物质成分,因此把这种气体称为“氧气”,意思是酸之源。

他发现,白磷燃烧时增加的重量恰好是氧气减少的重量,这表明可燃物燃烧时其实是吸收了氧气,与氧形成化合物。拉瓦锡还用实验研究了动物的呼吸作用,发现氧气在动物体内与碳化合,生成二氧化碳,同时放出热,这与燃烧有机物的情况完全一样。

1777年9月,拉瓦锡向法国科学院提交了《燃烧概论》一书,系统地阐述了氧化学说。这部书很快被翻译成多国语言,氧化论逐渐替代燃素说,拉瓦锡因此成为近代化学的奠基者。

以后,科学家们更深入地研究了氧的各种特性,确定了氧气的分子组成,根据氧化合物各成分的质量比测定出氧原子的相对质量,得到氧原子平均质量为2.66×10-23g。氧在地球上分布极广,在大气中占23%,在地壳中含量为48.6%,居元素首位。