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第25章 活泼的元素

氧气是大家熟悉不过的元素了,它居住在元素周期大厦的第二周期,第六主族,是地球上含量最多、分布最广的元素。据统计,氧几乎占地壳总重量的一半,占水总重量的十分之九,占整个空气的体积的21%之多。

少量纯净的氧气,是没有颜色的,而大量的氧气聚集在一起,却会显出浅蓝色。氧气的化学“性格”很活泼,能和绝大多数元素化合形成氧化物。它是一种重要的助燃剂,煤、木柴、汽油等,没有它就不能燃烧。甚至连各种金属也会在氧气中燃烧,比如铁丝在空气中加热只会发红,在氧气中却能猛烈燃烧并发出耀眼的白光。

1775年,法国化学家拉瓦锡在实验中发现了一种新的气体,他认为这是一种新元素,把它命名为“氧”。直到现在,很多人都认为拉瓦锡是氧元素的发现者,把这一科学上伟大贡献归功到他的身上。但是,拉瓦锡并不是最早发现氧气的人。这是为什么呢?事情原来是这样的:在1771~1772年间,瑞典化学家舍勒在实验中得到了一种新的气体,他把燃着的蜡烛放在这个气体中,火烧得更加旺了,于是他把这个气体称为“火空气”,接着他又发现这种气体比普通的空气要重。但是舍勒很早以前就相信了一种错误的说法,即任何气体都不能单独存在。他坚持认为这种“火空气”不是元素,所以没有继续进行研究,白白地错过了发现氧元素的大好机会。

到了1774年,英国科学家普列斯特里也在实验中发现了氧气,当时他把它叫做“脱离燃素的空气”。他把点着的木料放进这种新的“空气”中,发现火更旺了,发出了白光。他又把老鼠关闭在充满这种“空气”的玻璃钟罩里,发现老鼠比在充满普通空气的同一个玻璃钟罩内活得时间长。他又亲自尝试吸入这种“空气”,感到非常轻松愉快。但是,跟舍勒完全一样,普列斯特里也上了那个说法的大当,他也认为这种“空气”不是一种新元素。只是在实验记录中写下了这样两句话:“谁能想到,这种纯洁的空气在若干年后也许会变成时髦的奢侈品呢?当然,到现在为止,只有两只老鼠和我本人享受过这种空气。”然后他也放弃了研究。这一年的10月,普列斯特里来到了巴黎,他见到了拉瓦锡,并向他讲了自己的实验结果和这种“脱离燃素的空气”的性质。

拉瓦锡听完后深受启发,在1777年连续进行了12天的实验后,他向世界宣布:他发现了一种新的元素——氧。舍勒和普列斯特里失去的机会终于被拉瓦锡抓住了,这件事也说明了科学只偏爱那些在前进路上锲而不舍的人。

棉花在一般情况下是软绵绵的,脾气很“温和”。然而,把棉花浸在液态氧里后,它就成了炸药。遇见火星,它便“大发脾气”——发生爆炸。这是什么原因呢?原来这与液态氧有关。棉花的化学成分是纤维素,这是一种可燃物质,而氧气在工业上是重要的助燃剂,一遇火星,就发生燃烧,放出大量的二氧化碳气体,同时过剩的液态氧迅速蒸发变成气体。据计算,0℃的条件下,1立方米液态氧蒸发后可变为874立方米的氧气,而在100℃下,氧气的体积约为4000立方米,比液态时增大了4000倍,因此,爆炸时的威力非常大。然而,这种炸药的“寿命”不太长,一般只有十几分钟至一小时,在战场上不适用,因此常被用来开矿、挖渠、修水库等。

氧气还有一个“哥哥”,名字叫做臭氧。一个氧气分子由两个氧原子构成,而臭氧分子含有三个氧原子。弟兄俩性子合不来,就分开住了,氧气靠近地面,臭氧呢,就跑到了高空。氧气无色无味,而浓的臭氧很臭,常显出天蓝色,对人体极为有害。如果人呼吸的空气中含有大量的臭氧,很短时间内就会引成咳嗽,严重时呼吸短促、头痛、疲倦、鼻子出血,这就是臭氧病。减轻臭氧病的简便办法是用湿布捂往鼻子,用口来呼吸。

然而臭氧对人也有好处。高空中的臭氧层能吸收大部分太阳紫外线,从而减少人类皮肤癌的发病率。有趣的是稀薄的臭氧不但不臭,反而能给人清新的感觉。雷雨过后,空气格外新鲜。原来在电击下,少量的氧气变成了臭氧,对空气有杀菌和净化作用。在松林里,有很多有机树脂也容易被氧化而放出臭氧,因此,一些疗养院常常设在松林之中。

每天,地球上的每个人,每个动物,都要吸收氧气。就拿成年人来说,每人每天大约要呼吸1.1万多升氧气。这样下去,氧气会不会用光呢?19世纪英国有一位科学家十分担忧地说道:“随着工业的发达与人口的增多,五百年后,地球上的氧气都将用光,人类也将灭亡!”这位科学家的担忧是没有道理的,因为地球上的氧气是取之不尽、用之不竭的。

人们曾作过这样一个实验:采集植物的绿叶,浸在水中,放在阳光下,很快地,叶子会不断地吐出一个小水泡。如果用一只试管收集这些气体,并把一块点燃的木条伸进试管,木条会猛烈地燃烧,这就证明了试管中收集到的是氧气。如果再往水里通进二氧化碳,就可以发现,通进去的二氧化碳越多,绿叶排出的氧气就越多。

原来,地球上绿色植物中隐藏着一个巨大的秘密:在阳光作用下,植物的绿叶会吸收空气中的二氧化碳,与从根部运来的水分、养料化合变成淀粉、葡萄糖等,同时放出氧气,这个过程就是“光合作用。”每年,全世界的绿色植物要放出大约几百亿吨的氧气。

只要世界上存在着绿色植物,氧气就会被源源不断地生产出来,人类完全不用担心氧气会用完。

所以,我们需要爱护身边的绿色植物。

氧气怎么会有害呢?人们一般都这么想。

但氧气确实是有害的。它能使金属生锈。铁丝放在空气中,经过风吹雨打,时间不长就会出现锈斑,这是自然界中的一大损失。据统计,全世界每年由于生锈而报废的钢材,约占钢材年产量的三分之一。目前全世界年产金属3亿吨以上,由于生锈直接损失的金属达3000万吨以上。这些生锈的产品还会污染环境。食品、医院如被污染,就会变质,对人的身体造成危害。有些机器设备由于生锈还会发生爆炸、燃烧和中毒事故。为此,人们采取了许多防护办法,如在金属表面涂抹油脂、刷油漆、涂搪瓷、电镀和其他方法来防止氧的危害。

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