二氧化碳的身世
人和動物呼吸,都要排出二氧化碳,柴草、木炭、煤等燃料在燃燒時會放出濃度更大的二氧化碳。二氧化碳是人們接觸最廣泛的氣體之一,除了呼吸和燃料燃燒外,人們知道有這樣一種特別的氣體,還是從煆燒石灰石和釀酒發酵才開始的。認識二氧化碳是氧化物,這是1772年法國人拉瓦錫用巨大的凸透鏡,把陽光聚焦到價值昂貴的鑽石上,使鑽石燃燒掉了,直到1774年後才弄清的。至於它是一種共價化合物,它的分子中兩個氧原子連接在一個碳原子的兩邊,誰也看不到誰的麵,以及整個分子沒有一邊帶電多一邊帶電少(化學上叫極性),等等,這是近幾十年才研究出來的。化學上發現,研究到認識一種物質要經過多少的波折,付出多大的代價是很難用時間(有多少人同時在從事研究)和金錢(有多少的實驗設備在使用)來衡量的,那怕是最簡單的物質(如水、氫氣、氧氣等),都是如此。由此可見,化學課本(還應包括其它學科)裏的一頁書,一行字,都是這樣的來之不易。
研究二氧化碳比較早的,是英國人布拉克,由於他細心的稱量了實驗中反應前後各物質質量的變化和性質的關係,認為這是一種特別的氣體,並給它起名叫做“固定空氣”。“燃素說”的學者們認為煆燒石灰石時,由於石灰石從煤炭中吸收了“燃素”,從而生成了有苛性的石灰。布拉克則認為,這是從石灰石中放出了“固定空氣”(即二氧化碳),剩下了苛性石灰(即氧化鈣,俗名生石灰)。這是對“燃素說”的一個有力的反駁。
可惜布拉克隻會使用排水集氣法,一直未能收集到純淨的二氧化碳。十多年後,1766年英國人凱文第旭用水銀代替水,收集二氧化碳,測定了它的一些物理性質,同時才知道人和動物呼出的氣體中就有它,從此脫去了二氧化碳由人們所加給的神秘外衣,恢複了它本來就是十分樸實麵貌。
很長時間,人們把二氧化碳當成一種無害的可有可無的廢物,其實它一直默默無聞的卻在無聲無息的參與了修飾地球的工作,為人類提供充足的衣食。
在整個宇宙裏,碳元素的重量隻約占所有元素重量的0.27%,在地球上的表層(地殼),包括岩石、動植物體內,水和空氣中所含的碳元素,也隻占0.35%,其中以二氧化碳氣體形式存在的,更是微乎其微了。根據研究推測,地球表麵的原始大氣中,曾經有一個時期(約30億年前)主要是含有二氧化碳、氮氣和一些水蒸氣,卻很少有氧氣。由於地球在太陽係中處於一個不遠也不近於太陽的環境裏,也可能地球的外表在那時還很熱,這樣維持了一個很長的時間,地球的溫度慢慢的降下來了,低凹處液體的水也慢慢的多了起來,漸漸二氧化碳能夠在水中溶解了,溶有二氧化碳而呈微酸性的水,又能慢慢的溶解岩石(主要是石灰岩等碳酸鹽構成的岩石),形成了大大小小、溝渠縱橫的溶洞和溝穀。我們現在看到的奇山怪石,無不是經過水和二氧化碳合力加工過了的。