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為什麽火很熱?為什麽天空是藍色的?

人類對火的理解

關於人類何時開始知道用火,眾說紛紜。根據考古學,人類大約在300年前就知道如何使用火。火的力量給人類留下了深刻的印象,火的使用給人類的生活帶來了巨大的變化,比如火可以用來照明,烘烤食物,溫暖身體,趕走野獸,保護安全等等。化學也隨著火的使用而發展。人類對火的認識經歷了漫長的歷史,從神話到傳說,再到燃素說,再到後來的燃燒說。

人類用火經歷了以下幾個步驟:

第壹,用自然火。火山爆發、閃電轟擊、隕石降落、長期幹焊、煤和樹木自燃等。,都可以形成自然火。這個過程重復了很多次,讓人們看到了火的力量和作用,逐漸學會了用火,可能是把火引到山洞裏,經常在裏面放柴火,形成不易熄滅的火,供人們使用。

第二,鉆木取火。通過鉆木摩擦生火,然後點燃易燃物獲得火種,點燃火種。

第三,用火石、鐮刀、火絨生火。傳說原始人打獵時向獵物投擲石塊,由於石塊碰撞,迸出火花。久而久之,他們學會了用石頭砸對方,然後點燃植物的絨毛生火。後來,這種方法在許多方面得到了改進,形成了火石、鐮刀和火絨的系統取火工具。

因為人們知道如何用火,所以他們逐漸學會了燒陶瓷、冶煉金屬和制造玻璃。

燃素理論

人們對火的本質的探索由來已久,歐洲的燃素說曾在18世紀占據統治地位,流傳至今已有100多年。

文藝復興時期的意大利科學家列奧納多·達·芬奇曾指出,物質燃燒時,沒有新鮮空氣是無法燃燒的,這與“空氣支持燃燒”的結論非常接近。

1630年,法國醫生雷伊發現錫和鉛與空氣燃燒後重量增加。

真正提出燃素說的是德國人貝歇耳和博士施塔爾。他們都認為燃燒是由於燃素的作用,因為可燃物質都含有燃素,而燃燒時,燃素是進出的,所以公式應該如下:

可燃燃素=灰燼

然而,人們發現大多數物質燃燒後會變輕,而金屬不會。燃燒後,它們的重量反而增加,所以燃素理論有如下公式:

金屬+火的粒子(燃素)=灰燼

這兩個公式是矛盾的,這就導致了燃素說的悖論。後來,壹些理論家提出了各種理論來解決這壹悖論。其中壹個說燃素有負的重量,所以當金屬燃燒時,負的重量跑掉了,所以灰燼的重量增加了。

燃素說雖然很牽強,但卻能解釋當時已知的大部分化學現象,至今已流行了100年。這壹時期積累的化學知識,把化學燃料供給理論從煉金術中解放出來。燃素說以化學的形象為原型,把真實的化學關系顛倒了,造成很多錯誤。

燃素說也讓“元素”和“力”的概念變得空洞。物質為什麽會燃燒——因為有燃素。至於生物為什麽活著——因為“活力”。物質為什麽會結合——因為“化學親和力”。如此等等,看起來所有的問題都回答了,但實際上什麽都沒有回答。這和“壹切都是上帝安排的”的神學本質上是壹樣的,所以實際上科學仍然被禁錮在神學裏,只是上帝的意誌被想象出來的東西代替了。

氧氣的發現

17世紀後,人類逐漸發現了許多氣體,了解了空氣的復雜成分。例如,在1755中發現了CO2,已知以下公式:

石灰石-固定空氣(CO2)=苛性石灰

蘇打-固定空氣(CO2)=苛性堿

而卡文迪許和後來的勒梅裏發現了氫;舍勒發現了氮等等。但是使化學發生革命性變化的是氧的發現。

氧的發現應歸功於普裏斯特利和舍勒。

1733年,普利斯特出生在英國費爾哈德附近的壹個農村,收入微薄,生活貧困。我小時候被寄養在莎拉阿姨家。12歲入學,1755年以優異成績從神學院畢業,成為薩爾菲的牧師。寫於1767:& gt;同年,他當選為倫敦皇家學會會員。

在1774中,我們開始研究利用冷凝器加熱各種化學品。同年8月1日,普裏斯特利用冷凝器加熱水銀灰(HgO)。他把水銀灰放在玻璃皿中,用冷凝器加熱,發現有氣體釋放出來。起初,他認為這種氣體是普通的空氣,但後來他的好奇心驅使他認真地研究它。

經過研究,普裏斯特利發現蠟燭在他制造的氣體中燃燒,火焰非常明亮。後來,他又把老鼠放在這種氣體中,發現它們起初沒有什麽異常,但過了壹段時間,它們都很活躍。他試著自己吸入這種氣體,覺得這讓他的身心特別舒服。

普裏斯特利在解釋他發現的氣體時犯了壹個錯誤。因為他是燃素說的信徒,他認為他得到的空氣是所謂的“無燃素空氣”是他發現了氧氣,但他否認了。錯誤的燃素說使他從壹個扭曲的、片面的、錯誤的前提出發,沿著壹條錯誤的理論道路前進,以至於當真理摸到他的鼻尖時,他還沒有得到真理。他的蠟燭實驗應該很容易得出氧氣有助於燃燒的結論,但是他沒有做到。相反,他試圖用新的實驗結果來詮釋舊的理論,錯過了呈現真相的機會。

同時發現氧的另壹位科學家是瑞典的舍勒。舍勒早年在壹家藥店當學徒。在1773之前,他利用業余時間做了很多實驗,系統地研究了燃燒現象。他的工作完成於1775 < & lt;火與空氣> & gt,但直到1777才發表。他制氧的方式主要有兩種:壹種是加熱壹些含氧化合物,如硝酸鉀、氯化汞、碳酸銀等。第二種是由錳酸鹽(MnO2)與硫酸反應制備的。

舍勒發現了氧,但他在解釋自己的發現時犯了和普裏斯特利壹樣的錯誤,因為他也相信燃素。他認為是空氣中的火和氣成分與燃料中的燃素結合的過程,火是火和氣與燃素結合的化合物。他盲目地詮釋錯誤的燃素理論,從來不想從自己的發現中得出實用的結論。

法國化學家拉瓦錫真正從理論上研究了燃燒過程,他的理論給化學帶來了壹場革命。

拉瓦錫的燃燒理論

拉瓦錫出生於1743年8月26日,18歲以優異成績畢業於瑪特林學校。1761年進入龐索納學院學習法律,1763年畢業。雖然他學法律,但他對法律不感興趣。他每天上班都在法律辦公室睡午覺,回家後卻自己做化學實驗。23歲時,拉瓦錫寫了壹篇解決城市照明問題的論文,獲得了科學院的獎勵。

1766年,拉瓦錫放棄律師工作,專心研究化學。壹開始,他研究石膏的性質,寫了兩篇論文。1768當選為科學院助理教授。

1771年,拉瓦錫通過多次實驗證明,反應前後物質的總重量不變,這是著名的質量守恒定律。他的主要貢獻是證明空氣不是單壹的簡單物質,而是許多氣體的混合物。

拉瓦錫的實驗證明,空氣主要由兩部分組成,能維持燃燒和不能維持燃燒。他把能維持燃燒的部分稱為“活的部分”,他稱之為“需氧的”,後來改名為氧氣。

熔巖對空氣成分的研究與普利斯特和舍勒不同。其特點是使用天平和印章,進行嚴格的定量研究。通過研究,木炭、鋁、汞等金屬,在密封的玻璃容器中燃燒後,無論其灰燼的質量增加或減少,總質量不變。由此,他認為燃燒只是物質的化學反應現象,根本不存在“燃素”。所謂“燃素”,不過是因為人們不了解燃燒現象而發明的東西。

在研究燃燒的過程中,拉瓦錫還研究了空氣中的其他成分,如二氧化碳、氮氣等,並指出我們的實驗設備無法脫離空氣的幹擾,必須封閉才能嚴格定量地解釋問題。

拉瓦錫在詳細研究了氧化過程後,提出了氧化燃燒理論,推翻了統治人們思想100多年的燃素說,給化學帶來了壹場革命。然而,他的理論起初並不被認可,有人指責他竊取了普裏斯特利的研究成果。1785年,拉瓦錫的燃燒理論得到了著名科學家拉普拉斯的支持,並最終得到認可。

為什麽天空是藍色的?

我們看到的天空往往是藍色的,尤其是壹場大雨過後,天空藍得像秋水壹樣,讓人心曠神怡,渴望飛翔。為什麽天空是藍色的?

大氣本身是無色的。天空的藍色是由大氣分子、冰晶、水滴和陽光創造的畫面。

當太陽光進入大氣層時,長波長的彩色光,如紅光,傳輸功率很大,可以穿透大氣層射向地面;而波長較短的紫、藍、青三色光,碰到大氣分子、冰晶、水滴,就容易散射。散射的紫色、藍色和青色光線充滿天空,使天空顯得藍色。

為什麽天空是藍色的,而不是綠色或紅色的?

首先,妳要明白壹個道理:我們身邊的東西之所以有顏色,只是因為陽光照射在上面。雖然陽光看起來是白色的,但所有的顏色:紅色、橙色、黃色、綠色、青色、藍色和紫色都存在於陽光中。

天空中有這麽多顏色,為什麽我通常只看到藍色?妳可能會問。

如果妳把光想象成壹種波,妳就會解開這個謎。光實際上像波壹樣運動。讓我們想象壹滴雨落在水坑裏。當這滴雨落在水面上時,會產生小波浪,波浪會落入更大的圓圈,向四面八方擴散。如果這些波浪碰到卵石或其他障礙物,它們會反彈回來並改變波浪的方向。

當太陽從天而降時,它會繼續遇到壹些障礙。因為光必須穿透的空氣不是空的,它是由許多微小的粒子組成的。其中百分之九十九要麽是氮氣,要麽是氧氣,其余的是其他氣體顆粒和微小的漂浮顆粒,它們來自汽車尾氣、工廠煙霧、森林火災或火山灰。雖然氧氣和氮氣顆粒只有壹滴雨水的百萬分之壹,但它們仍然可以阻擋陽光的道路。光線從這些小絆腳石上反彈回來,自然地改變了方向。

但是那麽多顏色的光都改變了方向,為什麽只看到藍色?妳可能還是不明白。

我們必須回到我們剛剛談到的那個水坑。

在水坑裏,如果小浪遇到鵝卵石,水面會很亂;但如果是“巨浪”,就像妳在水坑邊用手掀起的那種“巨浪”,可能幹脆從石頭上溢出,暢通無阻地到達水坑對面的邊緣。然後,就像有大浪和小波壹樣,各種光波都有不同的“波”,也就是波長:但它們不像水波的波,它們的大小是肉眼看不到的,因為它們小得不可思議,只有壹根頭發的百分之壹!妳得用非常靈敏的測量儀器才能精確測量。

根據科學家的測定,藍光和紫光的波長都比較短,相當於“小波”;橙光和紅光的波長都比較長,相當於“大浪”。當遇到空中的障礙物時,藍光和紫光因為無法越過那些障礙物而被“散射”到各處,覆蓋了整個天空——天空,所以被“散射”成藍色。

發現這種“散射”現象的科學家叫瑞利。他是在130年前發現的,他也是諾貝爾獎獲得者。

用“散射”現象,可以解釋以下天文現象:

例如,妳頭頂的天空是藍色的,但在地平線上——天堂和地球相遇的地方,天空看起來幾乎是白色的。為什麽?這是因為陽光從地平線到妳所在的地方在空氣中傳播的距離要比它直接從空氣中落下的距離遠得多——並且它在這壹路上自然會吃掉更多的顆粒。這些大顆粒以這種方式多次散射光,因此它在白色中呈現淡藍色。建議大家做個小實驗驗證壹下:拿壹杯水,放在黑暗的背景下,放壹滴牛奶,然後拿手電筒照亮杯子的壹端,靠近它。手電筒的光在水中會呈現淡藍色。如果妳把更多的牛奶放入水中,水就會更白,因為光被這許多牛奶顆粒反復散射,結果是白色的。它和地平線上壹樣白。

傍晚太陽下山時,天空變紅而不是變藍,落下的太陽也變成暗紅色。由於晚霞在去妳那裏的路上遇到的無數顆粒,太陽光的紫色和藍色部分向四面八方散射,只留下壹點肉眼可見的橙紅色光——由於它們波長長,“浪大”,越過了路上的障礙。

但是,如果妳細心的話,妳會發現,日落之後的壹段時間,天空會是深藍色的。這曾經是科學家們關心的壹件奇怪的事情,但幾位物理學家已經在50年前解開了這個謎:造成黃昏天空的藍色是壹種特殊的物質。這種特殊物質在距離地球表面20到30公裏的高度聚集成厚厚的壹層,稱為臭氧層。這種氣體對落下的陽光起著濾色鏡的作用:它攔截了陽光中的黃色和橙色部分,但讓藍色部分幾乎不受阻礙地通過。當最後壹點光消失的時候,所有的顏色都消失在黑夜裏。

臭氧不僅造成了黃昏的藍天,還吞噬了壹種妳看不到的特殊的光:紫外線,或者叫紫外光。妳壹定聽說過紫外線對包括妳在內的所有生物有多危險。如果它照射在妳裸露的皮膚上太久,妳就會曬傷。各處的臭氧層都足夠厚,可以攔截盡可能多的紫外線:這對我們星球上的所有生命都極其重要。

不幸的是,今天,這個威脅生命的保護層在很多地方變薄了,甚至在南極上空形成了壹個大洞。破壞臭氧的殺手是“氟利昂”——壹種人們用來噴頭發摩絲或用於冰箱和空調制冷的物質。這是壹種對臭氧層特別有害的物質,所以很多國家都不再使用這種“臭氧殺手”。

今天我們知道了為什麽我們眼中的天空是藍色的。其實從地球外部看也是壹樣的:覆蓋我們地球三分之二的海水也發出藍光。雖然陸地上有褐色的土地或綠色的森林,但天空永遠是藍色的——從宇宙的角度來看,整個地球被包裹在壹層柔和的藍色面紗中。從大氣層外看到過地球的天文學家都報道過這種情況。

所以地球被稱為“藍色星球”是絕對正確的。它獨特的藍色是生命的顏色。

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