饭饭TXT >
学习管理 >
《元素》作者：阿西莫夫【完结】 >
元素.txt
气。范黑尔蒙特首先使用气体这个词。他把常温下的气体，如二
氧化碳，与只有升高温度才能形成的气体（如蒸气）区别开来。
现今，我们仍然说水蒸气。而不说水气。
对于气体或蒸气的研究继续吸引着化学家们，部分原因是它
们本身适于定量的研究，而支配气体行为的规则也比支配液体和
固体的规则简单，且更容易求出。
液化
1787年，法国物理学家查理发现当气体被冷却时，每冷却1
度，使体积约缩小为 0℃时的1/273；相反，每增加1度，同样引
起体积膨胀1/273。加热产生膨胀的现象并不会产生逻辑上的困
扰，但是如果随冷却收缩继续，根据查理定律（作为今天的称
呼），则在－273℃时，气体将会收缩到什么也没有了。这一矛
盾并未特别使化学家困惑，他们相信查理定律并非在任何状况下
都能成立。因为随着温度的下降，气体便凝结成液体，但是液体
并不会像气体一样随温度下降而缩小体积。而且，化学家们也没
有任何方法得到最低温度以观察实际上发生什么情况。
原子理论由把气体描述为分子的聚集发展为用新术语来表达
这一情况。体积现在被看作取决于分子的粘度。温度愈高，分子
移动愈快，它们就需要更多的“活动空间”和更大的体积。相反，
温度愈低，分子移动愈慢，需要的活动空间和体积就愈小。19世
纪60年代，刚被晋升为开尔文勋爵的英国物理学家W．汤姆孙指
出，气体分子所含平均能量每冷却1度衰减1/273。其体积不能如
预期般地完全消失，能量却可以。W．汤姆孙主张在－273℃时，
分子能量会减少至0。因此－273℃必定代表最低可能的温度。于
是该温度（根据现代测量现在定在－273．16℃）称为绝对零度，
也经常称为开氏零度。在该绝对温度上，冰的熔点为273K（见图
6－4华氏、摄氏和开氏温标）。
这一见解使人们更加确信，当接近绝对零度时。气体将会全
部液化。由于可用的能量更少，气体分子需要很小的活动空间，
以致互相压缩而接触。换言之，它们变成了液体。因为假设液体
是由接触的分子组成的就可以解释液体的性质，但这些分子还有
足够的能量移动和自由地滑下或互相超越。因此，液体能够倾注
并能够容易地改变形状以适应特定的容器。
随着温度的下降，液体的能量继续减少。最后因分子所具有
的能量大小，使相互无法超越，而占有某一固定的位置，在其周
围只能振动不能移动。换言之，液体已经被冻结成固体了。当接
近绝对零度时，所有气体不仅液化，而且冻结。这个论点似乎比
开尔文的清楚。
自然在化学家们中，有人想以降低温度使所有气体先液化再
凝固，再达到实际上的绝对零度，以此来证明开尔文建议的精确
性。甚至在开尔文确定最终目标之前，科学家们就曾探讨过冷却
的极限。法拉第发现，即使在常温下，某些气体仍可在压力下液
化。他用坚固的玻璃管变成类似飞旋镖的形状，在封住的底端放
置可产生气体的物质燃后封住开口端，将放置固体物质的那
端浸入热水中，这样释放的气体量越来越大；因为气体被限制在
管子中，其压力越来越增大，法拉第将管子的另一端保持在装满
碎冰的烧杯中，该端气体受到高压和低温而被液化。1823年，法
拉第用此方法将氯气液化。氯气的正常液化点为－34．5℃ （绝
对温度为238．7度）。
1835年，法国化学家狄劳里雅利用法拉第的方法。在压力下
制成液态二氧化碳。他使用金属圆筒，因为金属圆筒比玻璃管能
承受更大的压力。当他制备的液态二氧化碳达二定量时，就让它
经狭窄的管子流出。
当然在这种情况下，液态二氧化碳就暴露于常温下，会很快
地蒸发。当液体蒸发时，其分子会受拉，离开环绕着它的分子，
而变成单一的个体，自由地到处移动。在液体分子中有吸引力，
反抗吸引力自由拉开需要能量。如果蒸发迅速，没有时间使足够
的能量（以热的形式）进入体系，那么惟一供给蒸发的能量是液
体本身。所以液体快速蒸发时，残留液体的温度会下降。
这一现象我们都曾体验过，因为人体一直在温和地排汗，蒸
发我们皮肤上那层薄薄的汗从皮肤排出热量，而保持我们凉爽。
天气变热，我们一定出汗更多；但是若空气潮湿，难以蒸发，汗
水就会堆积在我们身上，我们的确感到不舒服。运动使我们体内
放热反应增加，也增加排汗，在潮湿的条件下也感到不舒服。
当狄劳里雅（再来谈他的实验）让二氧化碳蒸发时，液体的
温度会随着蒸发的过程而下降，一直到二氧化碳冻结为止。这是
第一次形成固态二氧化碳。
液态二氧化碳仅在压力下稳定，固态二氧化碳暴露在常压下
会升华——不经熔化直接挥发成气体。固态二氧化碳的升华点为
－ 78．5℃ （194．7K）。
固态二氧化碳有云状冰的外观（尽管它很冷）；由于它不形
成液体，它被称为干冰。每年大约有40万吨的干冰被制造出来，
其中大部分都用于经过冷冻保存食物。
利用挥发冷却使人类的生活发生了巨大变化。在 19世纪以
前，冰（当可以得到时）用于保存食物。冬天，经过绝热，将冰
储藏起来，保存至夏天；或从山上将冰搬运下来。这是一个繁重
而困难的过程，而大多数人不得不熬受夏天的炎热（或者整年的
热）。
早在1755年，苏格兰化学家卡伦将大量水的上面抽成真空，
强迫迅速蒸发，把水冷至冰点制成冰。然而这种方法制成的冰无
法与自然形成的冰相比。因为冰形成后会阻塞管子，所以这种过
程也不可能简单地来间接地冷却食物。
现今，一种适当的气体由压缩机使它在室温实现液化。然后
让这种液体循环于环绕着储食容器的螺旋管中。当液体挥发时，
会从容器抽出热量,排出的气体由压缩机再液化、冷却，再一次
循环。该过程连续地把封闭室的热排到外面的大气中。结果这种
电冰箱代替了老式的冰箱。
1934年，美国发明家珀金斯（在英国）取得了用乙醚作为冷
冻剂的专利权。其他的气体如氨和二氧化硫也开始使用，所有这
些冷冻剂皆具有毒性或易燃的缺点。但是在1930年，美国化学家
米奇利发现了二氯二氟甲烷（CF2Cl2），商品名为氟里昂，无毒
（米奇利曾当众将其吸入肺部证明），而且不易燃，完全适合所
需。使用氟里昂，家庭电冰箱变得普遍和平常了。
（虽然氟里昂和其他氟碳化合物一直被证实完全对人类无害，
但是到了20世纪70年代产生了关于它们对臭氧发生不良影响的怀
疑，如前章所述。）
大体积的适度致冷就是通常所说的空气调节，因为空气也经
过调节——过滤和干燥。第一套实用的空气调节器是1902年由美
国发明家卡里尔设计出来的。自从第二次世界大战以来，空气调
节器在美国各大城市，几乎已经成为一种很普遍的电器用品了。
再回头看看狄劳里雅的实验，他把固态二氧化碳加入所谓二乙醚
