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當初他并不知道制得的純凈氣體是氧氣。盡管如此,細心的普利斯特里又做了許多試驗來了解這種氣體的性質,以及它同別種“空氣”的區(qū)別。他的研究方法是:
1.他將研究的氣體放在玻璃瓶中,倒一些水進去,該氣體不溶解。
2.他把燃燒的蠟燭放進該氣體中,蠟燭竟放出耀眼的強光。
3.他把一只老鼠放到充滿該氣體的瓶子里,老鼠活蹦亂跳,很自在,他猜想人吸入了可能也好受。
4.他用玻璃管把大瓶中的氧氣吸入肺中,并記下自己的感覺:“我覺得十分愉快,我肺部的感覺好像和平常呼吸空氣一樣,沒有什么不適。而且,吸進這種氣體后,好久好久,身體還是十分輕松愉快。也許,有一天,誰能斷定這種氣體不會變成時髦的產品呢?不過。現在,世界上能夠享受這種氣體的愉快,只有兩只老鼠和我自己。”
普氏從上述實驗中得出,該氣體有助燃、助呼吸作用,這些性質與一般空氣類似,但作用更強。但是,他把氧氣所這種新氣體錯誤地用燃素說來解釋,并把制得的氧氣稱為“脫燃素空氣”。由于運用了錯誤的理論,這種命名是不恰當的。
拉瓦錫對氧氣的發(fā)現是在普里斯特里啟發(fā)下完成的。1774年,拉瓦錫用汞灰(HgO)的合成與分解實驗制得氧氣,并對它進行了系統(tǒng)的研究,發(fā)現它能與很多非金屬單質合成多種酸,故命名為“酸氣”(希臘文Oxygene)。
拉瓦錫通過氧氣的實驗,提出了燃燒的氧化學說,發(fā)動了化學史上有名的化學革命,使過去以燃素說形式倒立著的化學正立過來。因此,雖然不是他首先發(fā)現氧氣,但恩格斯還是稱他為“真正發(fā)現氧氣的人”,而舍勒和普利斯特里是“當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理”。
1802年,德國東方學者克拉普羅特偶然讀到一本64頁的漢文手抄本,書名是《平龍認》,作者是馬和,著作年代是唐代至德元年(公元756年)。克拉普羅特讀完此書以后,驚奇地發(fā)現,這本講述如何在大地上尋找“龍脈”的著作,竟揭示了深刻的科學道理:空氣和水里都有氧氣存在。
1807年,克拉普羅特在彼得堡俄國科學院學術討論會上宣讀了一篇論文,題目是《第八世紀中國人的化學知識》,其中提到,空氣中存在“陰陽二氣”,用火硝、青石等物質加熱后就能產生“陰氣”;水中也有“陰氣”,它和“陽氣”緊密結合在一起,很難分解。克拉普羅特指出,馬和所說的“陰氣”,就是氧氣。證明中國早在唐朝就知道氧氣的存在并且能夠分解它,比歐洲人發(fā)現氧氣足足早了1000多年。克拉普羅特這篇論文使在場的科學家都感到驚奇不已。
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分子結構
O?分子內的化學鍵通常是共價鍵。
從實驗上來說,順磁共振光譜證明O有順磁性,還證明O有兩個未成對的電子。說明原來的以雙鍵結合的氧分子結構式不符合實際。
氧氣的結構如右圖所示,基態(tài)O?分子中并不存在雙鍵,氧分子里形成了兩個三電子鍵。
氧的分子軌道電子排布式是氧氣的結構,在π軌道中有不成對的單電子,所以O?分子是所有雙原子氣體分子中的一種具有偶數電子同時又顯示順磁性的物質。
兩個氧原子進行sp軌道雜化,一個單電子填充進sp雜化軌道,成σ鍵,另一個單電子填充進p軌道,成π鍵。氧氣是奇電子分子,具有順磁性。
單線態(tài)氧和三線態(tài)氧
普通氧氣含有兩個未配對的電子,等同于一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態(tài)相同,自旋量子數之和S=1,2S+1=3,因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3,稱為三線態(tài)氧。
在受激發(fā)下,氧氣分子的兩個未配對電子發(fā)生配對,自旋量子數的代數和S=0,2S+1=1,稱為單線態(tài)氧。
空氣中的氧氣絕大多數為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。
單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子,因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應。
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