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惰性气体的发现

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18世纪,科学家只认识到空气是由氮和氧两种气体组成,还完全不知道惰性气体的存在。
1785年英国科学家Cavendish发现:当在电火花作用下,使空气中的氮气全部转化为NO2并分离掉氧气后,每次总是余下1/120(V)的气体不能被转化为NO2。他认为“这是由于某种原因没有与氧化和而剩余下来的氮气”。不少人重复了Cavendish的实验,都得到了同样的结果。于是,剩余的气体被称Cavendish气泡。
在长达100余年的时间内,Cavendish气泡一直未被认识。随着天平技术的进步,1893Rayleigh测定了分离掉氧气以后空气剩余的“氮气”的密度是1.2565g/L,而由氨分解生成的氮气的密度是1.2507g/L,两者相差0.0058g/L。他自己不能解释两种不同来源的氮气为什么会有不同的密度。他曾就此事在《自然》杂志上发文征询答案。
正是由于100余年前发现的Cavendish气泡与当时Rayleigh发现的两种不同来源的氮气具有不同密度这样两个极其普通、每个化学工作者都可完成的实验工作,使得Ramsay能够在18948月大胆地提出假设,认为Cavendish实验从空气中剩余的1/120(V)气体不是氮气,而是未被认识的新气体。正是在这一大胆怀疑的启发下,不少人想方设法验证Ramsay的假设,于是很快就证实Cavendish气泡确实不是氮气,而是一种当时尚未被人们认识的新气体氩。受这种设想的启发,1898530日至712日惰性气体氪、氖、氙也很快被确定。当然人们能够在19世纪末很快认识到惰性气体氩、氪、氖、氙的存在也是与当时分析技术特别是光谱分析技术的进步分不开的。
上述惰性气体的发现过程表明,虽然在1785Cavendish就从空气中分离了惰性气体,但受空气是由氮气和氧气组成的这一思想的束缚,在长达一百余年的时间内,没人对Cavendish气泡的本质提出怀疑。因此,历经一百余年,直到1894年,人们仍未能认识新气体——惰性气体的存在。另一方面,随着实验技术的进步,早在一百多年前的1893年,就有人能够精确地测定出从氨分解得到的氮气与从空气中分离掉氧气以后剩余的“氮气”的密度有着5.8mg/L的微小差异。这一新发现的实验结果也促发了人们对Cavendish气泡不是氮气的怀疑,终于在1894年由Ramsay提出了Cavendish气泡不是氮气而是另外一种新气体的假设。
1904年诺贝尔奖获得者()W.拉姆塞爵士和瑞利爵士合作,发现两种氮气的分子量有细微差别,一种是从空气中分离出的,另一种是由化学反应制的,通过进一步分离,他们得到第一个惰性气体--(1894),这个重大发现被称为"小数点后第三位的胜利"。后来拉姆齐爵士又发现了氖、氦、氪和氙,所以获得诺贝尔化学奖,他也是霓虹灯(氖管)的发明者(1898)。由于瑞利爵士还在研究光的散射方面有贡献,他获得了同年的诺贝尔物理学奖。
这些事实生动地告诉我们,化学是一门实验科学,随着实验技术的进步,只要认真地从事科学实验,人们就会不断发现尚未被我们认识的新的科学事实与科学现象。随着新的科学事实与新的科学现象的发现,我们要善于总结,勇于思考,及时提出新的科学见解,并用新的实验结果与新的实验技术去证实提出的新见解。几百年来化学科学正是遵循这样的认识模式不断前进的。要让化学学科有更快地发展,要让我们自己的化学研究工作更有成效,我们就要更自觉地把握实验结果与新的科学见解的适时而恰当的结合,二者缺一不可。
我国南宋时期的著名哲学家朱熹有一名言“大疑则大悟,小疑则小悟,不疑则不悟”。这一名言告诉我们,对一个事物没有怀疑,我们就不能深刻地认识这一事物。对任何现象的认识都要问一个为什么,只有从正反两个方面去认识事物,我们才可能更快地认识事物的本质。胡适先生的“大胆推理,小心求证”,也应当成为化学研究工作中遵循的至理名言。

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