空气的分离,氧气是一种怎样的气体,又有着怎样的特性呢

时间:2024-11-29 12:26:05

保罗叔叔又在准备做一个新实验了。桌上的洋铁皮匣子里摆放着装有磷的小瓶,匣子旁边是那个巨大的玻璃钟罩,罩着一只盛有石灰的盆子。

孩子们问:“叔叔,你准备的这些东西是用来做什么实验的呢?”

保罗叔叔说:“你们现在还没有全面了解我们所呼吸的空气。组成空气的两种主要成分,我们只做了氮气的相关实验,而含量虽少但更为重要的氧气,却只知道它是一种助燃物质。从磷的燃烧实验,你们知道了氧气占空气的空气的分离,氧气是一种怎样的气体,又有着怎样的特性呢

;从我们的谈话中,你们知道了物质燃烧需要氧气,动物生存也需要氧气。但是,氧气究竟是一种怎样的气体呢?它单独存在时又有着怎样的特性呢?在接下来的实验中,我会一一为你们解答。

“因为每5升的空气中,就有4升的氮气和1升的氧气,所以我们可以把空气作为原料,来制取纯净的氮气和氧气。空气中的氮气和氧气是混合着的而不是化合着的,我之后会向你们证明这一事实。要把混合物分离开,只需用到简单的方法,但因为这两种气体都是看不见、摸不着的,所以即使是简单的方法,操作起来也并不容易。之前我们把硫黄和铁屑混合在了一起,爱弥儿认为只要多费一点儿时间,一定能把它们再分离开。他是对的——只要我们目光锐利、手指灵活,做到这件事情并不困难。可是,要分离像空气这样的混合物却完全不同。别说组成空气的这两种物质难以被看见和觉察,即使我们能看见,由于其精微的性质,分离的难度也很大。那么我们究竟应该怎么办呢?”

约尔想了想说:“之前我们用磁铁,很容易就能将极细微的硫黄粉末和铁屑分离开。现在,能不能也用一种类似的方法分离开组成空气的这两种气体呢?”

爱弥儿点点头说:“是的,如果有一种物质,它能吸引空气中的某一种气体而留下另一种气体就好了,就像磁铁那样,吸引铁屑而留下硫黄。”

保罗叔叔说:“你们举一反三的能力真不错。你们的回答和我准备采用的方法思路相同,爱弥儿想要的那种物质,其实你们早就见过了。”

孩子们高兴地问:“是磷吗?”

“没错,就是磷。当磷在玻璃钟罩里燃烧的时候,它不是吸收了所有的氧气而将氮气留了下来吗?”

“是的,就是这样。”

“这就好像是把磁铁放在铁屑和硫黄的混合物中,它仅仅吸引了铁屑,而留下了硫黄。”

“是的,很像呀!”

“磁铁吸引了铁屑而不能吸引硫黄,所以把硫黄留在了纸上。同样,燃烧着的磷吸引了空气中的氧气而不能吸引空气中的氮气,所以把氮气留在了瓶子里。”

约尔说:“我想到了一个分离的方法。磁铁从混合物中吸住了铁屑,然后我们将这些铁屑刷落到了另一张纸上。同样,我们可以先让磷吸住所有的氧气,然后再把氧气从中分离出来。”

保罗叔叔称赞说:“这个想法很好,但在现实中却不可能操作。从磁铁上把吸住的铁屑刷下来很容易,但是磷却不可能轻易将它吸住的氧气再分离出来。我说过,磷对于氧气的食量很大,一旦吸住了氧气,除非使用强硬手段,否则是不可能让它再把氧气吐出来的。而在我们简陋的实验室条件下,是无法实施这种强硬手段的。”

约尔有点儿失望地说:“既然这个方法不行,那就换一个方向吧。不知道我们的实验药品中有没有和磷的性质正好相反的物质?也就是能吸住氮气、留下氧气的?如果有的话,事情就更简单了。”

“简单是没错,但是——”

“也有问题吗?”

“的确有问题,而且是一个比较棘手的问题。你们要知道,氮气其实是一种奇怪的单质,一般情况下不会与别的单质发生反应。它厌恶化合反应,所以,我们不要寄希望于用别的物质来吸引空气中的氮气,这种想法是行不通的。

“当然,这并不意味着我们要放弃努力。我们可以沿着刚刚第一个方法进行推想。燃烧的磷与空气中的氧气化合之后不会轻易再把氧气放出来,但是,能与氧气化合的其他单质却不都和磷一样,有些物质是很容易将结合的氧气再让给别的物质的。现在,让我们先来研究一下氧气是怎样储存在燃烧过的物质中的,我们依旧用磷来进行实验说明。”