二氧化碳发现史：1500年付出换来超级回报

“好热好热！爸爸，我要喝汽水。”放学回到家，女儿就直奔冰箱。半瓶汽水下肚，小家伙冒出一个问题，“为什么喝了汽水会感觉凉快呢？”

“因为你喝进了一种叫二氧化碳的气体！”我随口答道。

“二什么碳？它就像冰激凌一样？”她又来了，打破沙锅纹（问）到底.

“二氧化碳。它与冰激凌是两回事。工厂里，工人叔叔们将二氧化碳溶解在汽水里。当你喝进汽水后，肠胃虽然不吸收二氧化碳，但由于体内温度较高，二氧化碳很快就从嘴巴里排出，并带走部分热量，因此你喝了汽水后，就会感到很凉快。”一口气说完，也不管七岁的她能不能理解。

^{喝汽水让人感觉舒爽凉快！（网络图）}

“虽然听不懂。但我知道这种气体很神奇。”果不其然。

“这也算不了什么。知道吗，昨晚电视剧《西游记》里天宫的云雾，上个月你看到的桂林山水，都是二氧化碳的功劳！”我仔细地说。

“不会吧？”女儿的口头禅，“爸爸，你要好好讲讲这种神奇的气体怎么来的。你不是天天写文章吗？”

我也是醉了，“这可得1700多年前说起！”

发现这点东东，居然花了15个世纪！

公元299年秋，西晋洛阳城里，一位六十多岁的官员散朝回府，在院子里发现一个奇怪的现象：只见仆人把一盆水浇在一堆烧白石上，瞬间升起一股白烟。“这是怎么回事？”官员望着白烟，想了半天，也没弄明白。当时他正在写一部叫《博物志》的书，书里记载的都是稀奇古怪的东西。因为晚上还有同僚来拜访他，他便把这种现象写进《博物志》里，准备空闲后慢慢研究。可惜，当时正值“八王之乱”的末期，他没法空闲下来。没过一年，他死于动乱中。

这个老人叫张华，当时的文坛领袖。他记录下来的烧白石，俗称石灰石，化学名碳酸钙。碳酸钙遇水生成的“烟”，即是二氧化碳。这是关于二氧化碳的最早记录。

^{西晋文坛领袖张华，最早记录下二氧化碳（网络图）}

时光匆匆，转眼到了17世纪中叶。一位叫约瑟夫·布拉克的苏格兰人遇到张华当年记录的现象。作为科学家，除了思考外，还用科学的方法——实验来说话。布拉克先测了石灰石的重量，再称它与水反应后的重量，结果他发现，石灰石变得十分疏松，重量也减轻了约44%。他又让盐酸与石灰石反应，并用一定量的石灰水来捕捉反应时生成的气体。这时，他发现石灰水捕捉到的这种气体的重量正好是石灰石的44%。由于这种气体就好像是固定在石灰石中一样，因此布拉克称它为“固定空气”。布拉克想用排水法收集这种气体。但由于它溶解在水中，所以未能取得成功。

^{约瑟夫·布拉克（网络图）}

10年后，英国著名化学家卡文迪许研究气体时，对布拉克的实验产生了兴趣。他把这种气体通入水银槽，果然在水银表面上收集到了这种“固定空气”。卡文迪许对它进行一系列研究，发现“固定空气”与一般的空气并不相同，它会无情地扼杀麻雀、老鼠等动物。卡文迪许还测定了“固定空气”的密度是空气的1.57倍（实际数据为1.53倍）。后来，他发现，“固定空气”与动物呼吸、木炭燃烧产生的气体相同。

又10年后，法国化学家拉瓦锡在用钻石燃烧实验时，发现钻石高温燃烧后，产生的也是这种“固定空气”。为了研究“固定空气”的成分，他让纯氧与纯碳进行燃烧试验，发现生成的气体就是“固定空气”。这一实验有力证明了“固定空气”是由碳和氧两种元素组成的化合物。由于拉瓦锡当时研究的东西实在太多，他没想过测出“固定空气”组成元素的比值。

真正测出“固定空气”碳、氧元素之比，则是19世纪20年代的事儿了。当时人们发现了更精确的实验方法，并在道尔顿、贝采尼乌斯等化学家们的努力下，终于证明了“固定空气”分子中碳、氧原子个数之比为1:2。于是，“固定空气”名称被二氧化碳所代替。

从“白烟”到“固定空气”再到二氧化碳，前后花了15个世纪。发现时间跨度最长的气体，非二氧化碳莫属！

这些东东，居然都离不开它！

“1500年，好漫长哟。对了，你不是说二氧化碳很神奇吗？到底多神奇？”隔半天，女儿还记得这事。

我再次醉了。还好，我研究过二氧化碳，可以从容谈来。

中秋节、国庆节即将到来，以山水甲天下闻名的广西桂林成为不少游客的首选之地。桂林形态各异的奇峰怪石、不计其数的地下溶洞、洞中巧夺天工的石柱等，都让游客叹为观止。感慨之余，不少人会发出疑问，鬼斧神工的桂林山水到底是怎么形成的呢？其实，这也是二氧化碳的功劳。桂林属于喀斯特岩溶地貌，这种地貌所含的岩石中，石灰岩占了绝大部分。石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙难溶于水，但经二氧化碳分解，可生成水和可溶性的碳酸氢钙。从天下降下的雨水中含有二氧化碳。二氧化碳数量虽少，但能量不小。带有这种气体的雨水流到哪里，以碳酸钙为主的石灰岩就会被溶蚀，天长日久，就形成了游客看到的桂林的奇峰怪石。

^{绮丽的喀斯特岩溶地貌（中国国家地理）}

或许，有人说，这没什么，不出游照样过日子。

那么，呆在家里总得看电视吧。神话影视剧中，经常会出现云雾翻滚，氤氲缭绕的特殊效果，人们在云雾里飞来飞去，让人感觉神乎其神。比如86版《西游记》中，玉皇大帝、王母娘娘生活的天宫，观音菩萨住的南海，如果佛祖的大雷音寺等地，成天云雾缭绕，给人超强的视觉享受。那么，这些缭绕的云雾是怎么做出来的呢？其实，这一切得感谢固态二氧化碳——干冰。众所周知，在常温和压强为6079.8千帕压力下，二氧化碳冷凝成无色的液体；温度继续降低，并加强低压，液体会迅速蒸发，凝结成一块块压紧的冰雪状固体物质，这便是干冰。当干冰遇热而变为气体时，就把附近空气中的水蒸气冷凝为无数的小水点，这就是白雾。如果把热水淋在干冰上，这些白雾就显得更浓厚，仿佛仙境一般。用在舞台的特效上，就是在专用机器中放入大量干冰，根据需要开动风扇、鼓风机等一样的机器，吹动干冰进行升华，造成舞台上云雾的效果。

^{干冰制造出云雾效果（网络图）}

或许，有人说，这也没什么，不看电视不看电影死不了人。

但是，人在屋中坐，祸从天上来。当你上学、上班、逛商场，甚至在家休息时，发生火灾怎么办？发生火灾自然要灭火，灭火又要靠我们这位“大神”——二氧化碳。只要我们稍加留意，就会发现在超市、学校或办公楼等公共场所里，立着一个个红色的钢筒。它们就是泡沫灭火器。泡沫灭火器里有一个小玻璃瓶，里面装的是硫酸铝以及用甘草、皂液等抽取的液体，而大钢筒里则装着碳酸氢钠。竖直放置时，它们各自呆在自己的瓶子中，互不相干。一旦灭火器倒置，两种液体就会混合在一起，发生化学反应，产生大量的二氧化碳，同时夹带着许多泡沫。化学常识告诉我们，物质燃烧需要两个必备条件：温度达到着火点以上，有氧气存在。这两个条件只要有一个不能满足，火就会熄灭。同样，当钢筒里的二氧化碳和泡沫浮在燃烧物上面，将燃烧物与空气（主要是空气中的氧气）隔绝，火就被扑灭。

^{释放二氧化碳的干粉灭火器（网络图）}

或许，有人会说，火灾的机率那么小，难道会偏偏降到我身上？

那么，我们总要吃饭吃馍吃菜吃肉吧？这些东西怎样保鲜呢？古人用冰块来保鲜，但现在，一种新型保鲜剂——干冰在食品行业火了起来。比如，在食品仓库或火车冷藏库中放一些干冰，既可以降低温度，又可以使细菌无法繁殖，从而保持鱼、肉、水果的新鲜。干冰有冰块无法比拟的优点。比如它质量轻，所占重量是同体积水冰的1/18左右。质量轻则有利于运输。此外，干冰升华后不会留下液体，这样比水冰冷藏更清洁干净，不会使食物潮湿；同时，干冰升华后生成的二氧化碳密度大于空气，因而二氧化碳气会附在质量重的食物表面，使食物与氧气隔绝，达到抑制细菌滋生、减缓其新陈代谢的速度等作用，确保果蔬海鲜产品新鲜不变质。值得一提的是，用干冰制作美食，还可以营造温馨浪漫的氛围，可以让食客产生如临仙境的愉悦感觉。如今，采用干冰来制作美食，已经成为不少高档酒店的必备。

^{美味酷炫的干冰冰淇淋（网络图）}

或许，有人会说，1500多年来，人类都不懂什么二氧化碳，不是一样过？

回答这个问题前，我们不妨先来看另一问题，就是地球上没有植物行不行？答案是否定的。植物能提供绿荫、调整温度、降低风速、减少噪音和防止水土流失等等。没有植物，这个世界不可想象。

植物之所以能茁壮成长，就是因为它们吸收了空气中的二氧化碳。植物是怎么吸收和利用这种看不见、摸不着的气体呢？原来，植物中有一种叶绿素，它就是一个“绿色工厂”：吸收空气中的二氧化碳，与水化合后，放出氧气，合成供植物生长必需的有机物，如葡萄糖、淀粉等。这一过程，在科学上被称为“光合作用”，它是生物界赖以生存的基础。

^{光合作用是生物界赖以生存的基础（昵图网）}

从溶进汽水使人凉爽，到帮助植物进行光合作用，二氧化碳渗透到地球的每一个角落，与人类的生存息息相关。这也算是对科学家1500多年付出的超级回报吧。

当然，二氧化碳的作用有目共睹，但是，如果它在空气中的含量（正常情况下是0.04%）过多，也是会出大事儿的。人吸入高浓度的二氧化碳，会出现昏迷及脑缺氧的症状，浓度超过6%时，就会重度缺氧窒息甚至死亡。二氧化碳也被认为是全球变暖的“罪魁祸首”，如何减少大气中的二氧化碳含量成为科学家们研究的一个重要课题。

发表于 2016-09-29 00:00
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