【微觀世界】發現氧元素(Oxygen)

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是什麼讓物質得以燃燒?這個謎題直到氧氣發現後才真的解開

氧元素的發現推翻了17世紀時流行的燃素說(phlogiston theory),這種學說認為燃燒是一種分解的過程,因此物質只會越燒越少。

撰文 ∣ 張榮耀(和平高中教師)

責編 ∣ 陳竹亭(台大化學系教授、台大科學教育發展中心主任)

英國化學家兼新教教士普里士利(Joseph Priestley, 1733~1804),在1774 年八月以排水集氣法實驗,收集三仙丹(氧化汞,HgO)加熱分解後產生的氣體。他發現物質在這種氣體中燃燒所產生的火焰,比在一般空氣中燃燒時更為旺盛,小鼠在這種氣體中存活的時間也比在空氣中更長。因為普里士利相信燃素論(phlogiston theory),他認為這種氣體比一般正常的空氣含有較少的「燃素」,所以物質在其中燃燒時才能釋出更多的燃素,使燃燒更劇烈。他將這種氣體取名為「去燃素的空氣」(dephlogisted air)。普里士利其後因信仰問題在英國遭暴民追殺,而逃亡美國,如今美國化學學會頒發的最崇高榮譽就是「普里士利獎」。

其實早在1773 年,瑞典化學家席勒(Carl Wilhelm Scheele, 1742~1786 )便曾利用硝酸鉀、硝酸鎂、碳酸銀、碳酸汞、氧化汞等鹽類,以及濃硫酸與二氧化錳的共熱,進行熱分解實驗,製造出氧氣,並對氧氣的性質進行相關研究。他把研究成果記載於《論空氣和火的化學》一書中,但由於出版商的延誤,這本書在1777年才出版,所以席勒失去了氧氣發現者的美譽。席勒是一位極為細心優秀的實驗化學家,是對許多新元素進行研究或分離的先驅;由於他非常樂於與人分享研究心得,所以儘管許多元素的正式發現者都不是席勒,他的實質貢獻仍不可抹滅。

Carl_Wilhelm_Scheele_in_Köping
瑞典Köping留有席勒的雕像,看起來好像很好奇的樣子。

相對的,普里斯利在1774年做了氧氣相關研究,隨即就發表了論文。因此,席勒和普里斯利是幾乎同時各自獨立發現氧氣。另一位研究氧氣的學者,是被譽為「近代化學之父」的法國化學家拉瓦節(Antoine Lavoisier, 1743~1794)。1774年普里斯利到巴黎演講他對氧氣的研究,拉瓦節一聽到演說內容,便發覺這就是他研究燃燒反應所尋找的物質。因此拉瓦節用更好的設備重複了普里斯利的實驗,他以凸透鏡焦聚陽光分解氧化汞,得到純的水銀和氧氣;也將水銀和氧氣重新反應產生紅色的氧化汞。

拉瓦節鑽研物質燃燒的研究,發現碳、硫、磷等元素燃燒後,產物的質量會增加,證明空氣中的氧氣參與了燃燒反應;而這些非金屬元素的燃燒產物溶於水後,溶液呈現酸性。他以精密謹慎的質量測量,提出了化學反應的質量守恆定律。也提出燃燒就是物質與氧氣反應的概念,以氧化反應理論。取代了歷時逾百年的燃素論。他也主張元素是物質的基本成分,認為無法再分出其他元素的純物質就是「元素」,可以再分出其他元素的純物質就是「化合物」。拉瓦節一舉解決了煉金術的千年懸案,讓現代化學正式登場,取代了練金術的地位。

拉瓦節一開始將氧氣稱為「適合呼吸的空氣」(eminently respirable air),後來則稱為「oxygen」,希臘文的意思就是「酸的形成者」;日文仍沿用「酸素」一詞稱呼氧氣。

 

 

本文原發表於:高瞻資源計畫平台

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One thought on “【微觀世界】發現氧元素(Oxygen)

  • 2016 年 02 月 07 日 at 16:05:37
    Permalink

    為何此篇文章前後出現問號?

    "本文原發表於:高瞻資源計畫平台"的連結失效,連結在此:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4976

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