豬膀胱也能飛？

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元素周期表上排第一位的氫氣，其發現過程可謂一波三折。

氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，其構成元素氫在元素周期表中排第一位。從人們最初接觸這種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體，到現在的廣泛運用，經歷了科學家們兩百多年的努力探索。

豬膀胱也能飛？

18世紀，世界各國的科學家們都在研究各種氣體，法國科學家卡文迪許也加入其中。年輕的他在父親的實驗室當助手，主要從事物理和化學研究。

公元1766年，卡文迪許用鐵、鋅等金屬與鹽酸作用，製得了一種氣體，並用排水集氣法將氣體收集起來進行研究。他發現這種氣體與空氣混合裝在開口容器中 ，點燃時會猛烈爆炸，隨之衝出容器，產生尖銳的爆鳴。顯然，這種新氣體不同於空氣。於是，卡文迪許將該氣體命名為「可燃氣體」。

卡文迪許進行氫氣實驗的裝置（網路圖）

當時，燃素學說正值昌盛時期，而卡爾迪許又是這一學說的忠實信徒。他認為金屬中含有燃素，因此當金屬溶解在酸中時，「它們所含的燃素便釋放了出來，形成了這種氣體」。他甚至認為得到的「可燃氣體」就是燃素，從而失去了發現氫元素的機會。

某一天，卡文迪許隨手將「可燃氣體」灌入實驗中備用的豬膀胱里。當他不小心鬆開手時，豬膀胱居然徐徐升上半空。這事經同事傳出後，引起了人們極大的興趣。

「天啊，燃素還能輔助升空？」卡文迪許很清楚，這個實驗進一步說明了「可燃氣體」不同於普通空氣，它的重量要比空氣輕。但是，卡文迪許仍然沒有意識到自己發現是一種新元素。

實驗OR魔術？

就在卡文迪許企圖弄清「可燃氣體」本質的時候，那個著名爆鳴實驗和豬膀胱升空實驗引起了另一位英國化學家普利斯特利的關注。

普利斯特利覺得「可燃氣體」點燃後發出的爆鳴聲能吸引觀眾的注意力，於是決定把這個實驗當作魔術進行表演。有一次朋友聚會時，普利斯特利當眾說要表演一個魔術。他將「可燃氣體」和空氣裝在閉口的玻璃瓶中，用電火花使之發出爆鳴聲響。

簡單的氫氣爆鳴實驗（網路圖）

「哇，太神奇了，」好友瓦爾泰爾先是發出驚嘆，接著發現一個現象，「怎麼玻璃瓶壁有露珠呀？」

普利斯特利也發現了這個問題，但深受燃素影響的他沒想到露珠就是水，所以他沒重視起來。

此時，科學家們已經發現氧氣。卡文迪許用氧氣代替空氣進行實驗，不僅證明可燃氣體與氧化合後生成了水，而且發現大約2體積的可燃氣體與1體積的氧恰好化合。悲催的是，卡文迪許是堅定的燃素論學者，他堅持認為氧是失去燃素的水，可燃氣體則是燃素本身，或者是含有過多燃素的水。

「這可以作為一個博人眼球的魔術。」多年後，普利斯特利還對朋友這樣說。

巨人肩膀上的實驗？

時針跑到18世紀下半葉。一個具有劃時代意義的事件發生了。那便是著名法國化學家拉瓦錫發現氧元素，創立氧化理論，批判了燃素學說的錯誤觀點，否認了燃素的存在。

為了進一步弄清「可燃氣體」的本質，拉瓦錫於公元1783年認真研究卡文迪許、普利斯特利等人的實驗後，通過兩種方法進行深入研究這種未知氣體。

第一個實驗，他在純氧中燃燒「可燃氣體」，發現只生成水。

第二個實驗，他要證明水可以分解成「可燃氣體」和氧。他利用鐵與氧化合的特性，把鐵屑裝在一個槍筒里，把槍筒放在煤火上加熱，讓水蒸氣通過槍筒接觸燒紅的鐵屑進行分解，果然生成了「可燃氣體」和鐵滓（即四氧化三鐵）。最後，他又反過來進行試驗，讓「可燃氣體」通過燒紅的鐵滓，結果得到水。

拉瓦錫雕像（網路圖）

由此，拉瓦錫通過分析得出結論：金屬鐵、鋅與酸作用後生成的氣體，可在氧氣中燃燒形成水；水分解後又可以得到氧和這種氣體。由此可見，水是形成這種氣體的元素和氧元素組成的。更直接地說，這種氣體是一種單質，它不同於其他氣體，是組成水的一種元素。另一方面，拉瓦錫根據前人的經驗預言說，這種密度很小的元素，將來會有很大的用途。

這樣，拉瓦錫正確闡明了這種氣體的本質。為了給未知元素起一個響亮的名字，他經過長久思考，決定用希臘文命名為「水的生成者」。後來傳入中國，國人採用「輕」的偏旁，並把它放進「氣」裡面，構成一個新詞，氫氣，意思是「很輕很輕的氣體」。

雖然拉瓦錫命名了氫元素，但化學史上人們依然把氫元素的發現歸功於卡文迪許。拉瓦錫在氫元素方面的成就，不過是在前代科學家實驗的基礎上完成的。從這種意義上講，這些實驗不過是巨人肩膀上的實驗，而他則是站在巨人肩膀上的人。

via：蝌蚪五線譜

摘自：中科院物理所

編輯：vingce

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