化學家研究歷程課件

氮氣和稀有氣體的發(fā)現氮氣和稀有氣體的發(fā)現1一、氮氣的發(fā)現氮氣在大氣中雖多于氧氣，由于它的性質不活潑，所以人們在認識氧氣之后才認識氮氣的。不過它的發(fā)現卻早于氧氣。一、氮氣的發(fā)現氮氣在大氣中雖多于氧氣，由于它2１７５５年英國化學家布拉克（Black,J.1728-1799）發(fā)現碳酸氣之后不久，發(fā)現木炭在玻璃罩內燃燒后所生成的碳酸氣，即使用苛性鉀溶液吸收后仍然有較大量的空氣剩下來。

１７５５年英國化學家布拉克（Black,J.1728-1793后來他的學生Ｄ·盧瑟福（Rutherford,D.1749-1819）繼續(xù)用動物做實驗，把老鼠放進封閉的玻璃罩里直至其死后，發(fā)現玻璃罩中空氣體積減少１／１０；若將剩余的氣體再用苛性鉀溶液吸收，則會繼續(xù)減少１／１１的體積。后來他的學生Ｄ·盧瑟福（Rutherford,D.1749-4Ｄ·盧瑟福發(fā)現老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭，仍然可以見到微弱的燭光；待蠟燭熄滅后，往其中放入少量的磷，磷仍能燃燒一會，對除掉空氣中的助燃氣來說，效果是好的。把磷燃燒后剩余的氣體進行研究，Ｄ·盧瑟福發(fā)現這氣體不能維持生命，具有滅火性質，也不溶于苛性鉀溶液，因此命名為“濁氣”或“毒氣”。

Ｄ·盧瑟福發(fā)現老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭，仍然可以見5在同一年，普利斯特里作類似的燃燒實驗，發(fā)現使１／５的空氣變?yōu)樘妓釟?，用石灰水吸收后的氣體不助燃也不助呼吸。由于他同Ｄ·盧瑟福都是深信燃素學說的，因此他們把剩下來的氣體叫做“被燃素飽和了的空氣”。在同一年，普利斯特里作類似的燃燒實驗，發(fā)現61774年普利斯特里利用一個直徑為一英尺的聚光鏡來加熱各種物質，看看它們是否會分解放出氣體，他還用汞槽來收集產生的氣體，以便研究它們的性質。他如法加熱汞煅灰（即氧化汞），發(fā)現蠟燭在分解出的“空氣”中燃燒，放出更為光亮的火焰；他又將老鼠放在這種氣體中，發(fā)現老鼠比在同體積的尋?？諝庵谢畹臅r間約長了4倍?？梢哉f，普利斯特利發(fā)現了氧。遺憾的是他和盧瑟福等都堅信當時的“燃素說”。從而錯誤地認為：這種氣體不含燃素，所以有特別強的吸收燃素的能力，因而能夠助燃，當時他把氧氣稱之為“脫燃素空氣”，把氮氣稱之為“被燃素飽和了的空氣”。1774年普利斯特里利用一個直徑為一英尺的聚光鏡來加熱各種物7１７７２年化學家舍勒也從事這一研究。他用硫酐（硫酸與鐵粉的混合物）吸收空氣中的助燃氣而取得了氮氣。經實驗得出這樣的結論：這種氣體較空氣輕；能滅火，頗似碳酸氣，其效力沒有碳酸氣顯著。他是第一個認為氮氣是空氣成分之一的人。只要把空氣中的助燃氣吸收，就能制得較純的氮氣?！暗边@個名字，是后來拉瓦錫給它取的，意思是無益于生命。１７７２年化學家舍勒也從事這一研究。他用硫酐（硫酸與鐵8二、稀有氣體的發(fā)現大約氮氣發(fā)現的百年之后，英國化學家瑞利（Rayleigh,J.W.S.1842-1919），一方面從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮氣；另一方面從氮化物分解制得氮氣。二、稀有氣體的發(fā)現大約氮氣發(fā)現的百年之后，英國化學家瑞利9他把這兩種來源不同的氮氣進行比較，發(fā)現在正常狀態(tài)下前者的密度是１．２５７２克／升，后者的密度是１．２５０８克／升.為什么空氣中的氮氣密度要大些呢？是不是其中還有較重的不活潑氣體？他把這兩種來源不同的氮氣進行比較，發(fā)現在正常狀態(tài)下前者的密度10英國化學家萊姆塞（Ramsay,W.1852-1916）用燃燒的鎂與空氣中的氮氣作用，以除去空氣中的氮，結果剩下少量的稀有氣體。英國化學家萊姆塞（Ramsay,W.1852-1916）11經光譜檢驗，證明是一種新的氣體元素叫做氬。后幾年他用分級蒸餾法，從粗制的氬中分離出其它三種稀有氣體──氖、氪、氙。１８９５年，萊姆塞用硫酸處理瀝青油礦，產生一種氣體，用光譜鑒定為氦。由于他先后發(fā)現氦、氖、氪、氬、氙，獲得了１９０４年諾貝爾化學獎。經光譜檢驗，證明是一種新的氣體元素叫做氬。后幾年他用分級蒸餾12波義耳研究酸、堿的故事

和三種重要的酸堿理論波義耳研究酸、堿的故事

和三種重要的酸堿理論13

酸、堿、鹽是古代人們早已知道的。醋酸可以說是古代人知道最早的酸。一般食醋中的含量不過3－5％。古時的人常認為果汁中含有的酸都是醋酸，其實各種果汁所含的酸是不同的。食鹽、硝、明礬、綠礬、鍋灰等物質也是古代人們知道的。酸、堿、鹽是古代人們早已知道的。14如１５世紀德國煉金術家費來?。╒alentine,B.）提出物質是由汞、硫、鹽三種元素組成的觀點，其中就有鹽。關于酸、堿、鹽的系統研究，則是１７世紀中葉英國化學家波義耳開始的。他發(fā)現酸堿指示劑，對酸、堿進行了識別和分類，使人們形成了酸和堿的統一概念。如１５世紀德國煉金術家費來?。╒alentine,B.）提出15有一天，波義耳的園丁把一籃美麗的紫羅蘭送到書房里，當他欣賞紫羅蘭的鮮艷和芳香后，隨手摘了一束向實驗室走去。他一邊走一邊沉思著:現在實驗室里可能正在蒸餾礬類（重金屬的硫酸鹽）制取礬油（濃硫酸），不知道進行得怎樣了？有一天，波義耳的園丁把一籃美麗的紫羅蘭送到書房里，當他欣賞紫16走到實驗室把門推開，只見縷縷濃煙不斷地從蒸餾器流到玻璃接受器。象往常一樣他每天照例要檢查實驗人員的工作，這時候順手把紫羅蘭放在桌上，然后去傾注硫酸。一下子刺激性的硫酸蒸汽從瓶口冒出，很快漫延到桌子的周圍。蒸餾完畢后，他拿起紫羅蘭準備回到書房。這時他發(fā)現紫羅蘭也在微微冒煙，因為酸沫濺在上面去了。他想應該把這些酸沫洗掉否則紫羅蘭會遭到腐蝕，于是把花放在水盆里浸洗，自己坐在窗前。走到實驗室把門推開，只見縷縷濃煙不斷地從蒸餾器流到玻璃接受器17過了一會兒發(fā)現盆子中出現奇跡！這些紫羅蘭竟然變成了紅色。波義耳把書本扔到一邊，立刻拿起花籃回到實驗室。要求實驗員準備幾個杯子，在每個杯子中裝一種酸并注入一些水，然后他把紫羅蘭分成若干小束分別放入各種酸溶液中。他靜靜地注意觀察著，發(fā)現花朵的紫藍色逐漸變成淺紅色，過了一會兒全部變成紅色了。過了一會兒發(fā)現盆子中出現奇跡！這些紫羅蘭竟然變成了紅色。波義18波義耳認為這種現象十分有意義，他根據許多種已知酸使紫羅蘭變成紅色的事、實，概括出這樣的規(guī)律：不僅鹽酸、硫酸能使紫羅蘭變成紅色，其它的所有酸也同樣可以把紫羅蘭從藍色轉變成紅色，其它的所有酸也同樣可以把紫羅蘭從藍色轉變成紅色。波義耳認為這種現象十分有意義，他根據許多種已知酸使紫羅蘭變成19他認為這是一個很重要的發(fā)現，以后只需要把紫羅蘭的花瓣放進一種溶液中能輕而易舉地確定它是是不酸性。他們用水或酒精分別制取紫羅蘭的水浸液或酒精浸液作為檢查酸的溶液，比直接用紫羅蘭花朵方便得多。他認為這是一個很重要的發(fā)現，以后只需要把紫羅蘭的花瓣放進一種20科學研究往往有這樣一類現象:由一種事物或理論的發(fā)現，而引起了對其它事物或理論的發(fā)現。

波義耳研究各種酸對紫羅蘭的作用，從而聯想到，紫羅蘭對堿溶液是不是也有某種特殊的反應呢？是不是還有其它的有色植物，比紫羅蘭的效果更好呢？如果要解決這個問題，也只有用實驗室來回答?？茖W研究往往有這樣一類現象:由一種事物或理論的發(fā)現，而引起了21不畏疲勞、善于深思的波義耳為了尋求科學真理，進一步研究了有關鑒別酸、堿溶液的方法。他發(fā)現不僅紫羅蘭、玫瑰花等或它們的浸液可以鑒別酸、堿溶液，其它不少的藥草、地衣、有色樹皮和植物的根都具有區(qū)別酸、堿溶液的作用。其中以石蕊的效果最好，遇酸變紅，遇堿變藍。他們不僅把石蕊制成浸液，而且用浸液把紙浸透、烤干，制成石蕊試紙。不畏疲勞、善于深思的波義耳為了尋求科學真理，進一步研究了有關22他把能區(qū)別酸、堿的這些藥劑，稱為酸堿指示劑，用石蕊制成的紙，稱為石蕊試紙。把這種紙片放進被檢驗的溶液中，只要紙片改變了顏色，就能證明這種溶液是酸性還是堿性的。不僅用酸堿指示劑可以區(qū)分出酸、堿，而且根據變色的程度可以粗略地反映出酸性、堿性的程度。他把能區(qū)別酸、堿的這些藥劑，稱為酸堿指示劑，用石蕊制成的紙，23波義耳還指出:酸除了具有酸味、能使指示劑變色外，還是一種強有力的溶劑；堿除了能使指示劑變色外，具有滑膩感和除垢的性質，它能溶解油類和硫磺，還具有與酸對抗和破壞酸的能力。波義耳還指出:24波義耳駁斥了當時流行的一種酸堿論，即德國化學家塔亨尼烏斯（Tachenius,1620-1690）等人的觀點，他們簡化生命過程的化學現象，把生命機體中發(fā)生的化學反應都歸結為酸堿反應，因此他們認為所有的物質不是酸就是堿。波義耳指出，物質可以分為三類：除了酸堿外，還有鹽。波義耳的觀點雖然也不很全面，卻較其它的分類方法合理得多。波義耳駁斥了當時流行的一種酸堿論，即德國化學家塔亨尼烏斯（T25酸堿離子理論酸堿離子理論是阿累尼烏斯（Arrhenius）根據他的電離學說提出來的。他認為在水中能電離出氫離子并且不產生其它陽離子的物質叫酸。在水中能電離出氫氧根離子并且不產生其它陰離子的物質叫堿。酸堿中和反應的實質是氫離子和氫氧根離子結合成水。這個理論取得了很大成功，但它的局限性也早就暴露出來。例如：氣態(tài)氨與氯化氫反應迅速生成氯化銨，這個酸堿中和反應并無水的生成；又如氨的水溶液顯堿性，曾錯誤地認為NH3和H2O形成弱電解質NH4OH分子，然后離解出OH-等。酸堿離子理論酸堿離子理論是阿累尼烏斯（Arrhenius）根26由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解一些非水溶液中進行地酸堿反應等問題，1923年布朗特（Bronsted）提出了酸堿質子理論，把酸堿概念加以推廣。酸堿質子理論認為凡是能給出質子的物質都是酸，凡是能與質子結合的物質都是堿。即酸是質子的給予體，堿是質子的接受體。這樣，一個酸給出質子后余下的部分自然就是堿，因為它本身就是與質子結合的。由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解一些非水溶液中進行地酸堿反27→由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解釋一些非水溶液中進行地酸堿反應等問題，1923年布朗特（Bronsted）提出了酸堿質子理論，把酸堿概念加以推廣。

酸與堿的定義：凡能給出質子的物質是酸，酸失去1個質子后轉化成它的共軛堿；凡是能接受質子的物質是堿，堿得到1個質子后轉化成它的共軛酸，如HAc和Ac-為共軛酸堿對。既能給出質子，有可得到質子的物質為兩性物質，如H2O、HCO3-為兩性物質(amphotericsubstance)。酸堿質子理論→由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解釋一些非水溶液中進行地酸28它們的關系如下：它們的關系如下：29化學家研究歷程課件30酸堿反應：是質子轉移的反應，酸給出質子而堿同時接受質子。如何用該理論解釋氣態(tài)氨與氯化氫反應迅速生成氯化銨？酸堿反應：是質子轉移的反應，酸給出質子而堿同時接受質子。如何31從以上例子可以看出，酸和堿可以是分子，也可以是陽離子和陰離子。還可以看出，像HPO2-4這樣的物質，既表現酸，也表現為堿，所以它是兩性物質。同理，H2O，HCO-3等也是兩性物質。從以上例子可以看出，酸和堿可以是分子，也可以是陽離子和陰離子32酸堿質子理論不僅擴大了酸堿的范圍，還可以把酸堿離解作用、中和反應、水解反應等，都看作是質子傳遞的酸堿反應。酸堿質子理論不僅擴大了酸堿的范圍，還可以把酸堿離解作用、中33由此可見，酸堿質子理論更好地解釋了酸堿反應，擺脫了酸堿必須在水中才能發(fā)生反應的局限性，解決了一些非水溶劑或氣體間的酸堿反應，并把水溶液中進行的某些離子反應系統地歸納為質子傳遞的酸堿反應，加深了人們對酸堿和酸堿反應的認識。但是酸堿質子理論不能解釋那些不交換質子而又具有酸堿性的物質，因此它還存在著一定的局限性。由此可見，酸堿質子理論更好地解釋了酸堿反應，擺脫了酸堿必須在34路易斯酸堿電子理論路易斯提出的酸堿電子理論是目前概括最廣的酸堿理論。該理論認為，凡是能給出電子對的物質叫做堿；凡是能接受電子對的物質叫做酸。即酸是電子對的接受體