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普利斯特里對(duì)氧氣的研究

普利斯特里從布萊克煅燒石灰石對(duì)CO?的發(fā)現(xiàn)受到啟發(fā)，利用凸透鏡聚集太陽光使一些物質(zhì)燃燒或分解放出氣體并進(jìn)行研究。1774年8月1日，普利斯特里終于成功地制得了氧氣，成為化學(xué)史上有重大意義的事件。

他的實(shí)驗(yàn)非常簡單，把yhg放在一個(gè)充滿sy的玻璃瓶里，然后，把玻璃瓶倒放在sy槽中，玻璃瓶完全被sy充滿，空氣全被排除掉，yhg浮在上面。然后，他用凸透鏡聚集太陽光，照射到yhg上，使yhg受熱。

經(jīng)過長期加熱，溫度逐漸升高，yhg受熱分解成汞，并放出氧氣。于是，氧氣聚集起來排走玻璃瓶中的汞，使汞面降低。氣體空間體積不斷增加，直到氣體體積為yhg體積的三四倍為止。其反應(yīng)方程式為：

氧氣制作。

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當(dāng)初他并不知道制得的純凈氣體是氧氣。盡管如此，細(xì)心的普利斯特里又做了許多試驗(yàn)來了解這種氣體的性質(zhì)，以及它同別種“空氣”的區(qū)別。他的研究方法是：

1.他將研究的氣體放在玻璃瓶中，倒一些水進(jìn)去，該氣體不溶解。

2.他把燃燒的蠟燭放進(jìn)該氣體中，蠟燭竟放出耀眼的強(qiáng)光。

3.他把一只老鼠放到充滿該氣體的瓶子里，老鼠活蹦亂跳，很自在，他猜想人吸入了可能也好受。

4.他用玻璃管把大瓶中的氧氣吸入肺中，并記下自己的感覺：“我覺得十分愉快，我肺部的感覺好像和平常呼吸空氣一樣，沒有什么不適。而且，吸進(jìn)這種氣體后，好久好久，身體還是十分輕松愉快。也許，有一天，誰能斷定這種氣體不會(huì)變成時(shí)髦的產(chǎn)品呢？不過?，F(xiàn)在，世界上能夠享受這種氣體的愉快，只有兩只老鼠和我自己。”

普氏從上述實(shí)驗(yàn)中得出，該氣體有助燃、助呼吸作用，這些性質(zhì)與一般空氣類似，但作用更強(qiáng)。但是，他把氧氣所這種新氣體錯(cuò)誤地用燃素說來解釋，并把制得的氧氣稱為“脫燃素空氣”。由于運(yùn)用了錯(cuò)誤的理論，這種命名是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

舍勒對(duì)氧氣的發(fā)現(xiàn)

1772年，舍勒對(duì)空氣進(jìn)行研究后，他首先認(rèn)識(shí)到氧氣是空氣的一種重要成分。他用硫磺和鐵粉混合，在空氣中燃燒，消耗掉鐘罩中空氣中的氧氣而制得氮?dú)猓?dāng)時(shí)他稱它為“濁氣”或“用過的空氣”，或能使人死亡的氣體。

經(jīng)過思索，舍勒明白了，原來當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為空氣是一種元素的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。他猜想：空氣是兩種不同物質(zhì)的混合，一種是濁氣，能使人死亡的空氣；一種是能使人活命的空氣，能幫助燃燒，在燃燒中消失。于是，舍勒產(chǎn)生了興趣，并開始了他的實(shí)驗(yàn)。

1773年，他把硝石（KNO3）裝進(jìn)曲頸瓶，瓶口系一個(gè)排完空氣的豬膀胱，再把曲頸瓶放到火爐上去燒。硝石融化時(shí)分解，放出一種氣體，很快把豬膀胱充滿了，這種氣體正是那種能活命的氣體，即現(xiàn)在所知道的氧氣。

舍勒進(jìn)行了仔細(xì)的鑒別，他把紅熱的木炭扔到充滿“能活命的氣體”的瓶中，木炭迅速燃燒，光亮耀眼，比在普通空氣中燃燒得更快更亮。舍勒將1/5的這種氣體和4/5濁氣混合于瓶中，蠟燭能正常燃燒，老鼠也同在普通空氣中一樣呼吸。由此他確定這種氣體是一種純凈的能活命的氣體。

舍勒給這種氣體命名為“火空氣”，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)除硝石外，加熱碳酸銀、碳酸汞，均能釋放出氧氣來。

分子結(jié)構(gòu)

O?分子內(nèi)的化學(xué)鍵通常是共價(jià)鍵。

從實(shí)驗(yàn)上來說，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個(gè)未成對(duì)的電子。說明原來的以雙鍵結(jié)合的氧分子結(jié)構(gòu)式不符合實(shí)際。

氧氣的結(jié)構(gòu)如右圖所示，基態(tài)O?分子中并不存在雙鍵，氧分子里形成了兩個(gè)三電子鍵。

氧的分子軌道電子排布式是氧氣的結(jié)構(gòu)，在π軌道中有不成對(duì)的單電子，所以O(shè)?分子是所有雙原子氣體分子中的一種具有偶數(shù)電子同時(shí)又顯示順磁性的物質(zhì)。

兩個(gè)氧原子進(jìn)行sp軌道雜化，一個(gè)單電子填充進(jìn)sp雜化軌道，成σ鍵，另一個(gè)單電子填充進(jìn)p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。

單線態(tài)氧和三線態(tài)氧

普通氧氣含有兩個(gè)未配對(duì)的電子，等同于一個(gè)雙游離基。兩個(gè)未配對(duì)電子的自旋狀態(tài)相同，自旋量子數(shù)之和S=1，2S+1=3，因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態(tài)氧。

在受激發(fā)下，氧氣分子的兩個(gè)未配對(duì)電子發(fā)生配對(duì)，自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0，2S+1=1，稱為單線態(tài)氧。

空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機(jī)分子對(duì)氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。

單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子，因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應(yīng)。

氧氣出現(xiàn)光合作用

地球的大氣層形成初期是不含氧氣的。原始大氣是還原性的，充滿了甲烷、氨等氣體。

大氣層氧氣的出現(xiàn)源于兩種作用，一個(gè)是非生物參與的水的光解，一個(gè)是生物參與的光合作用。

生物的光合作用對(duì)大氣層的影響巨大。它造成了大氣層由還原氛圍向氧化氛圍的轉(zhuǎn)變。使得水光解產(chǎn)生的氫氣能重新被氧化為水回到地球而不至于擴(kuò)散到外層空間去，從而防止了地球上的水的流失。同時(shí)光合作用也加速了大氣層氧氣的積累，深刻地改變了地球上物種的代謝方式和體型。大氣層含氧量在石炭紀(jì)的時(shí)候一度上升到了35%。氧氣含量的增加造成了依賴于滲透方式輸氧的昆蟲在體型上的巨型化。在石炭紀(jì)曾出現(xiàn)過翼展2英尺半的巨蜻蜓。

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