氢气灭火实验

时间:2023-11-17 14:29:02

保罗叔叔看到气体充满广口瓶,接着说道:“这个广口瓶已经充满氢气了。现在,我将它从水中拿出来。”

说完,他便拿住瓶底,让它依旧倒立着从水盆中被慢慢提起来。在孩子们看来,这样操作似乎是一种疏忽。

孩子们惊奇地说:“你这样做,不担心气体掉落下去吗?瓶口向下,而且没有安塞子。”

“不会的,孩子,氢气是不会掉下来的,它比空气轻很多,只能向上升,不能下落。所以我们想要防止它逸出,只需拦住它上升的通路,而不用拦它下降的通路,我倒拿着广口瓶,就是这个原因。现在,我将一根燃着的蜡烛伸入瓶内如图所示)。你们看一看!瓶口的氢气立刻发出轻微的爆鸣声而燃烧起来,火焰渐渐在瓶内上升,至于那蜡烛的火焰,刚刚伸入瓶内便立即熄灭了,和在盛满氮气的瓶里完全一样。”

氢气灭火实验

图 烛火在氢气瓶中爆鸣

在孩子们看来,这个现象似乎很难理解:他们不懂为什么一种可燃气体可以灭火。但是在叔叔解释后,他们觉得其中的原因也是十分简单的。

他说:“让我先将之前多次讲过的关于燃烧的原理再说一遍:一切燃烧都是空气中存在的氧气和某种物质所发生的化合反应。在没有空气的地方,任何物质都无法燃烧。烛火伸入盛满氢气的玻璃筒中之所以会立即熄灭,就是因为那里没有能够助燃的气体,虽然氢气自己能够燃烧,但它并不助燃,所以并不能维持蜡烛的燃烧。并且,氢气的燃烧也要依赖于空气的帮助,它最初的燃烧仅仅是位于瓶口的一部分氢气,因为那里存在着空气。之后,瓶口的氢气渐渐燃尽,附近的空气就会涌过来填补这个空缺,所以火焰就会向筒底上升。

“氢气约比空气轻14倍,这是用非常精确的化学天平称量出来的,这种天平能够称出一根头发的重量。虽然氢气是一种非常轻的气体,但它还是有一些重量,1升氢气约重0.1克。1升水的重量为密度看,蓝灰色的金属1000克,相当于同容积氢气的1万倍。自然界中最重的物质是一种金属,它叫锇(从密度看,蓝灰色的金属锇是金属中的冠军,锇的密度为22.48克/立方厘米,相当于铅的2倍,铁的3倍,锂的42倍。1立方米的锇就有22.48吨重。),约比水重22.5倍,约比氢气重22.5万倍。其余的物质,有轻有重,均排列在两种极限重量之中。因为实验室设备的原因,我们不能将以上的事实一一证明,但我们可以用简单的实验来证明氢气的确要比空气轻得多。

“你们刚刚已经看见拿取盛满氢气的广口瓶的方法——要防止氢气逸出,必须将瓶口向下。因为氢气是非常轻的气体,会从上方逸出,所以我们要想禁锢它,就必须拦住它向上的去路。现在,我们来证明一下这是不是真的:将瓶口向上,筒内的氢气就会完全逸出。”

广口瓶中再次充满了氢气。拿起瓶子直立放在桌子上,大家静静地等待着,并没有看见有什么物质出来,也没有看见有什么物质进去,就算是视力极佳的人也没有看出两种气体的互相交替。

后来,保罗叔叔解释道:“我们已经等了许久。现在,瓶里的氢气已经完全释放出了,留下的位置早被空气占据了。”

爱弥儿问:“你是怎么知道的?为什么我没有看出一点儿变化?”

“快看——我当然也看不出来,就算是我们3双眼睛一起看,也无法发现这个秘密,但是烛火却能告诉我们一些用眼睛看不见的事实。如果烛火能在广口瓶里继续燃烧,我们就知道瓶内的气体已经变为空气了,若瓶口的气体燃烧,而烛火却熄灭了,那就表示瓶内还有氢气存在。”

将一根燃烧的蜡烛头伸入瓶中,他们看见蜡烛头在瓶中依旧可以继续燃烧,就像是在瓶外一样。这证明了瓶内的氢气已经全部逸出,另一种较重的气体已经占据了它的位置。