氮元素的發現

氮元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

宇宙中氮的存量在所有元素中名列第六，在地球大氣中依體積估算，氮氣約佔78%，依重量估算，約佔75%。 十八世紀，化學家已經知道空氣中有兩種成分，一種可以支持燃燒與維生，另一種卻不行。西元1772年，蘇格蘭愛丁堡一位醫學生拉賽福 (Daniel Rutherford，1749~1819) 率先發表了發現及分離純氮的報告，他稱其為毒氣 (noxious gas)。

話說蘇格蘭的布萊克 (Joseph Black, 1728~1799 )以研究二氧化碳而聞名。當時科學家還未完全了解空氣的組成，布萊克就知道並非氣體都能使蠟燭燃燒。他將蠟燭放在密閉空氣罐中點燃，蠟燭熄滅時，罐中還有氣體，但是無法繼續支持燃燒。這倒不希奇，他驚訝的是當他用鹼性藥品把燃燒產生的二氧化碳完全吸收了之後，剩下來的「空氣」還是無法支持燃燒。 拉塞福正好是布萊克的學生（註一），拉塞福做的實驗是分別將蠟燭或磷置入密閉空氣罐中燃燒，直到燃盡；也用小鼠放在密閉空氣罐中，直到小鼠窒息而死。剩下的空氣通過鹼性溶液，將產生的二氧化碳完全吸收。

拉塞福確定這種氣體無法支持燃燒也無法維持生命，因為布萊克及拉塞福都相信燃素論 (phlogiston theory)，他們就稱此氣體為燃素化的空氣 (phlogisticated air)，他們認為小鼠呼吸或燃燒釋放的燃素隨著二氧化碳進入了空氣中 （註二），他們也相信失去了燃素的物質是無法燃燒的 （註三）。

同時期，英國更負盛名的普里斯利 (Joseph Priestley, 1733~1804) 及卡文迪西 (Henry Cavendish, FRS, 1731~1810)，還有瑞典的席勒 (Carl Wilhelm Scheele, 1742~ 1786) 都發現了氮氣。拉瓦節確認其為元素，稱作azote，就是無生命的氣體，氮氣直到1790年方才確定現在的用名。Nitrogen直譯是「硝素」，就是形成硝的物質，而nitre泛指硝石 (saltpetre或Nitrate of potash)，也就是硝酸鉀KNO₃。氮氣也是到十九世紀才確定是雙原子分子的。

註一：現在知道為什麼要跟名師了吧？
註二：怎麼解釋質量的變化呢？
註三：17~18世紀正是理性主義盛行的時代，為什麼漏洞百出的燃素論會盛行逾一百年呢？