氮气(N2),是一种无色无味的气体,是空气的主要成份之一。氮气占大气总量的78.08%(体积分数),密度比空气小。
氧气是常见的助燃气体,几乎所有的氧化反应和燃烧过程都需要氧气。氧气是空气的组分之一,无色、无嗅。氧气密度比空气大,在标准状况(0℃和大气压强101325帕)下密度为1.429克/升,在压强为101kPa时,氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体。
那么它们是怎么来的呢
远在1772年的金秋,某一天,有一个名叫拉瓦锡的人称量了一定质量的白磷,并将其点燃,燃烧过后,他意外发现燃烧后的产物的质量居然比燃烧前的白磷质量还要大!于是他又燃烧硫磺,得到了类似的结论。这反常的现象令拉瓦锡设想,一定是空气中的某种气体被燃烧的白磷和硫磺捕获了。为了证明自己的判断,他设计了一个更细致的实验:将白磷放在水银面上,上面扣一个钟罩,钟罩里保留一部分空气供白磷燃烧。加热水银到40摄氏度时,水银面上的白磷立刻燃烧起来,之后水银面出现了上升。拉瓦锡想到:“这表明部分空气被消耗,剩下的空气不能使白磷燃烧,并可使燃烧着的蜡烛熄灭……白磷增加的重量与所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”
为了得到与燃烧物质结合的气体,1777年,拉瓦锡对汞进行加热,他发现随着红色的汞渣的生成,空气的体积减少了1/5。接着,拉瓦锡对汞渣继续加热,结果从汞渣中还原出汞,并释放出了大量气体,这种气体可以使蜡烛燃烧得更旺,并有益于动物的呼吸。拉瓦锡把与汞结合的气体称为“生命气体”,因为它是呼吸所必须的;剩下的气体叫做“无生命气体”,因为它会让蜡烛熄灭,令动物窒息。
后来,人们将“生命气体”改称氧,将“无生命气体”改称氮。虽然早在1772年到1773年,瑞典的化学家舍勒就发现氮气和氧气,但是两人都没有拉瓦锡对气体性质有深入地了解,也没有对燃烧做出像拉瓦锡那样的正确解释。因此,化学文献中大都认为氮在欧洲首先是由英国化学家丹尼尔卢瑟福发现的。
1775年,英国著名的化学家布拉克在一个钟罩内,放进燃烧着的木炭,燃烧一阵子后,木炭就熄灭了。布拉克认为木炭在钟罩内燃烧可以生成固定空气(即二氧化碳气)。当布拉克用氢氧化钾溶液吸收了二氧化碳气后,钟罩内仍有一定剩余气体留下来。这种神秘的气体到底有何性质,他不知道。为了寻求答案布拉克要求他的得意门生卢瑟福继续研究这个问题。
而在17年后,卢瑟福用动物进行了这个实验。当他把老鼠放入密闭钟罩内时,老鼠被闷死了。而老鼠闷死后,罩内气体的体积却缩小了十分之一。将密闭器皿内的气体用碱液去吸收,又会发现气体的体积继续失去十分之一。可是这时有一个奇怪的现象吸引了卢瑟福——在这老鼠也无法生活的气体里,居然可以点燃蜡烛,可见烛光隐现而当烛光熄灭后,如果往密闭容器内投入少许磷,磷又能够继续燃烧。
但是尽管他发现了氮气的存在,但却无法摆脱传统观念的束缚,对气体的性质做科学的阐释,在距离真理只有一步远的地方卢瑟福停了下来。
法国科学家拉瓦锡摆脱了传统错误理论燃素说的束缚,以实验为根据,作了科学的分析和判断,并指出燃烧其实是物质跟空气里的氧气发生了反应。
1777年,拉瓦锡将组成空气的两种气体的混合物分列命名,一种是能助燃,有助于呼吸的气体氧。另一种是不助燃、不能维持生命的气体氮。
这便是氧气和氮气的由来了。