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二氧化碳发现史:1500年付出换来超级回报

点击数:186 次   录入时间:2016/9/30 15:04:00   编辑:宁莉xkw  

  “好热好热!爸爸,我要喝汽水。”放学回到家,女儿就直奔冰箱。半瓶汽水下肚,小家伙冒出一个问题,“为什么喝了汽水会感觉凉快呢?”

  “因为你喝进了一种叫二氧化碳的气体!”我随口答道。

  “二什么碳?它就像冰激凌一样?”她又来了,打破沙锅纹(问)到底.

  “二氧化碳。它与冰激凌是两回事。工厂里,工人叔叔们将二氧化碳溶解在汽水里。当你喝进汽水后,肠胃虽然不吸收二氧化碳,但由于体内温度较高,二氧化碳很快就从嘴巴里排出,并带走部分热量,因此你喝了汽水后,就会感到很凉快。”一口气说完,也不管七岁的她能不能理解。

  

喝汽水让人感觉舒爽凉快!(网络图)

  “虽然听不懂。但我知道这种气体很神奇。”果不其然。

  “这也算不了什么。知道吗,昨晚电视剧《西游记》里天宫的云雾,上个月你看到的桂林山水,都是二氧化碳的功劳!”我仔细地说。

  “不会吧?”女儿的口头禅,“爸爸,你要好好讲讲这种神奇的气体怎么来的。你不是天天写文章吗?”

  我也是醉了,“这可得1700多年前说起!”

  发现这点东东,居然花了15个世纪!

  公元299年秋,西晋洛阳城里,一位六十多岁的官员散朝回府,在院子里发现一个奇怪的现象:只见仆人把一盆水浇在一堆烧白石上,瞬间升起一股白烟。“这是怎么回事?”官员望着白烟,想了半天,也没弄明白。当时他正在写一部叫《博物志》的书,书里记载的都是稀奇古怪的东西。因为晚上还有同僚来拜访他,他便把这种现象写进《博物志》里,准备空闲后慢慢研究。可惜,当时正值“八王之乱”的末期,他没法空闲下来。没过一年,他死于动乱中。

  这个老人叫张华,当时的文坛领袖。他记录下来的烧白石,俗称石灰石,化学名碳酸钙。碳酸钙遇水生成的“烟”,即是二氧化碳。这是关于二氧化碳的最早记录。

  西晋文坛领袖张华,最早记录下二氧化碳(网络图)

  时光匆匆,转眼到了17世纪中叶。一位叫约瑟夫·布拉克的苏格兰人遇到张华当年记录的现象。作为科学家,除了思考外,还用科学的方法——实验来说话。布拉克先测了石灰石的重量,再称它与水反应后的重量,结果他发现,石灰石变得十分疏松,重量也减轻了约44%。他又让盐酸与石灰石反应,并用一定量的石灰水来捕捉反应时生成的气体。这时,他发现石灰水捕捉到的这种气体的重量正好是石灰石的44%。由于这种气体就好像是固定在石灰石中一样,因此布拉克称它为“固定空气”。布拉克想用排水法收集这种气体。但由于它溶解在水中,所以未能取得成功。

  约瑟夫·布拉克(网络图)

  10年后,英国著名化学家卡文迪许研究气体时,对布拉克的实验产生了兴趣。他把这种气体通入水银槽,果然在水银表面上收集到了这种“固定空气”。卡文迪许对它进行一系列研究,发现“固定空气”与一般的空气并不相同,它会无情地扼杀麻雀、老鼠等动物。卡文迪许还测定了“固定空气”的密度是空气的1.57倍(实际数据为1.53倍)。后来,他发现,“固定空气”与动物呼吸、木炭燃烧产生的气体相同。

  又10年后,法国化学家拉瓦锡在用钻石燃烧实验时,发现钻石高温燃烧后,产生的也是这种“固定空气”。为了研究“固定空气”的成分,他让纯氧与纯碳进行燃烧试验,发现生成的气体就是“固定空气”。这一实验有力证明了“固定空气”是由碳和氧两种元素组成的化合物。由于拉瓦锡当时研究的东西实在太多,他没想过测出“固定空气”组成元素的比值。

  真正测出“固定空气”碳、氧元素之比,则是19世纪20年代的事儿了。当时人们发现了更精确的实验方法,并在道尔顿、贝采尼乌斯等化学家们的努力下,终于证明了“固定空气”分子中碳、氧原子个数之比为1:2。于是,“固定空气”名称被二氧化碳所代替。

  从“白烟”到“固定空气”再到二氧化碳,前后花了15个世纪。发现时间跨度最长的气体,非二氧化碳莫属!

  这些东东,居然都离不开它!

  “1500年,好漫长哟。对了,你不是说二氧化碳很神奇吗?到底多神奇?”隔半天,女儿还记得这事。

  我再次醉了。还好,我研究过二氧化碳,可以从容谈来。

  中秋节、国庆节即将到来,以山水甲天下闻名的广西桂林成为不少游客的首选之地。桂林形态各异的奇峰怪石、不计其数的地下溶洞、洞中巧夺天工的石柱等,都让游客叹为观止。感慨之余,不少人会发出疑问,鬼斧神工的桂林山水到底是怎么形成的呢?其实,这也是二氧化碳的功劳。桂林属于喀斯特岩溶地貌,这种地貌所含的岩石中,石灰岩占了绝大部分。石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙难溶于水,但经二氧化碳分解,可生成水和可溶性的碳酸氢钙。从天下降下的雨水中含有二氧化碳。二氧化碳数量虽少,但能量不小。带有这种气体的雨水流到哪里,以碳酸钙为主的石灰岩就会被溶蚀,天长日久,就形成了游客看到的桂林的奇峰怪石。

  绮丽的喀斯特岩溶地貌(中国国家地理)

  或许,有人说,这没什么,不出游照样过日子。

  那么,呆在家里总得看电视吧。神话影视剧中,经常会出现云雾翻滚,氤氲缭绕的特殊效果,人们在云雾里飞来飞去,让人感觉神乎其神。比如86版《西游记》中,玉皇大帝、王母娘娘生活的天宫,观音菩萨住的南海,如果佛祖的大雷音寺等地,成天云雾缭绕,给人超强的视觉享受。那么,这些缭绕的云雾是怎么做出来的呢?其实,这一切得感谢固态二氧化碳——干冰。众所周知,在常温和压强为6079.8千帕压力下,二氧化碳冷凝成无色的液体;温度继续降低,并加强低压,液体会迅速蒸发,凝结成一块块压紧的冰雪状固体物质,这便是干冰。当干冰遇热而变为气体时,就把附近空气中的水蒸气冷凝为无数的小水点,这就是白雾。如果把热水淋在干冰上,这些白雾就显得更浓厚,仿佛仙境一般。用在舞台的特效上,就是在专用机器中放入大量干冰,根据需要开动风扇、鼓风机等一样的机器,吹动干冰进行升华,造成舞台上云雾的效果。

  干冰制造出云雾效果(网络图)

  或许,有人说,这也没什么,不看电视不看电影死不了人。

  但是,人在屋中坐,祸从天上来。当你上学、上班、逛商场,甚至在家休息时,发生火灾怎么办?发生火灾自然要灭火,灭火又要靠我们这位“大神”——二氧化碳。只要我们稍加留意,就会发现在超市、学校或办公楼等公共场所里,立着一个个红色的钢筒。它们就是泡沫灭火器。泡沫灭火器里有一个小玻璃瓶,里面装的是硫酸铝以及用甘草、皂液等抽取的液体,而大钢筒里则装着碳酸氢钠。竖直放置时,它们各自呆在自己的瓶子中,互不相干。一旦灭火器倒置,两种液体就会混合在一起,发生化学反应,产生大量的二氧化碳,同时夹带着许多泡沫。化学常识告诉我们,物质燃烧需要两个必备条件:温度达到着火点以上,有氧气存在。这两个条件只要有一个不能满足,火就会熄灭。同样,当钢筒里的二氧化碳和泡沫浮在燃烧物上面,将燃烧物与空气(主要是空气中的氧气)隔绝,火就被扑灭。

  释放二氧化碳的干粉灭火器(网络图)

  或许,有人会说,火灾的机率那么小,难道会偏偏降到我身上?

  那么,我们总要吃饭吃馍吃菜吃肉吧?这些东西怎样保鲜呢?古人用冰块来保鲜,但现在,一种新型保鲜剂——干冰在食品行业火了起来。比如,在食品仓库或火车冷藏库中放一些干冰,既可以降低温度,又可以使细菌无法繁殖,从而保持鱼、肉、水果的新鲜。干冰有冰块无法比拟的优点。比如它质量轻,所占重量是同体积水冰的1/18左右。质量轻则有利于运输。此外,干冰升华后不会留下液体,这样比水冰冷藏更清洁干净,不会使食物潮湿;同时,干冰升华后生成的二氧化碳密度大于空气,因而二氧化碳气会附在质量重的食物表面,使食物与氧气隔绝,达到抑制细菌滋生、减缓其新陈代谢的速度等作用,确保果蔬海鲜产品新鲜不变质。值得一提的是,用干冰制作美食,还可以营造温馨浪漫的氛围,可以让食客产生如临仙境的愉悦感觉。如今,采用干冰来制作美食,已经成为不少高档酒店的必备。

  美味酷炫的干冰冰淇淋(网络图)

  或许,有人会说,1500多年来,人类都不懂什么二氧化碳,不是一样过?

  回答这个问题前,我们不妨先来看另一问题,就是地球上没有植物行不行?答案是否定的。植物能提供绿荫、调整温度、降低风速、减少噪音和防止水土流失等等。没有植物,这个世界不可想象。

  植物之所以能茁壮成长,就是因为它们吸收了空气中的二氧化碳。植物是怎么吸收和利用这种看不见、摸不着的气体呢?原来,植物中有一种叶绿素,它就是一个“绿色工厂”:吸收空气中的二氧化碳,与水化合后,放出氧气,合成供植物生长必需的有机物,如葡萄糖、淀粉等。这一过程,在科学上被称为“光合作用”,它是生物界赖以生存的基础。

  光合作用是生物界赖以生存的基础(昵图网)

  从溶进汽水使人凉爽,到帮助植物进行光合作用,二氧化碳渗透到地球的每一个角落,与人类的生存息息相关。这也算是对科学家1500多年付出的超级回报吧。

  当然,二氧化碳的作用有目共睹,但是,如果它在空气中的含量(正常情况下是0.04%)过多,也是会出大事儿的。人吸入高浓度的二氧化碳,会出现昏迷及脑缺氧的症状,浓度超过6%时,就会重度缺氧窒息甚至死亡。二氧化碳也被认为是全球变暖的“罪魁祸首”,如何减少大气中的二氧化碳含量成为科学家们研究的一个重要课题。


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