发现历程：石灰石疏松化与固定空气

公元299年秋，西晋洛阳城里，一位60多岁的官员散朝回府，在院子里发现了一个奇怪的现象：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，是当时的文坛领袖。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。

17世纪初，比利时科学家海尔蒙特（1577—1644）发现在一些洞穴中有一种可以使燃烧着的蜡烛熄灭的气体，并且与木炭燃烧，与麦子、葡萄发酵以及石灰石与醋酸接触后产生的气体一样。可这种气体是由什么组成的，它们为什么来源不同、性质却相同呢？海尔蒙特也只是知其然，不知其所以然。

17世纪中叶，一位叫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%。1755年，布拉克又进一步定量地研究这种气体，他一次次把石灰石放到容器里煅烧，烧透后再一次次仔细称量剩下的石灰重量，发现每次都减轻了44%。这44%究竟是什么呢？他改用酸来与石灰石反应，并用一定量的石灰水来捕捉反应时生成的气体，发现石灰水能很好地捕捉住这些气体，而且又刚好是44%。这么说，煅烧时跑掉的那44%，就是这44%的气体。这气体不烧不出来，好像固定在石灰石中一样，遂把它叫作“固定空气”。布拉克将蜡烛、麻雀、小老鼠等放在这“固定空气”里，发现这气体跟一般空气不一样，它能熄灭蜡烛，还会无情地扼杀麻雀、小老鼠的生命。他还做了许多实验来研究，证实这种“固定空气”的存在，大大开阔了人们的眼界，使人们认识到世界上的“气”原来不是唯一的，更不是一种元素。布拉克和其他科学家还想进一步在水面上收集一些极纯净的这种气体，但由于这种气体能溶在水里，所以始终没取得成功。

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。(www.xing528.com)

1772年，法国大化学家拉瓦锡等人用大聚光镜把阳光聚焦在汞槽玻璃罩中的金刚石上，做了著名的烧钻石实验，发现钻石燃烧后产生的也是这种气体，与一般木炭燃烧产生的气体毫无差别。随后，舍勒和普利斯特里发现了氧气。拉瓦锡马上又用普利斯特里发现的氧化汞制氧法制出纯氧，然后再用这纯氧与纯炭进行燃烧实验，发现所生成的只有一种气体，从而也就说明这种气体是由碳、氧两种元素组成的化合物，进一步证明它不是什么单纯的基本的要素。1773年，拉瓦锡把碳放在氧气中加热，得到被他称为“碳酸”的二氧化碳气体，测出质量组成为碳23.5%～28.9%，氧71.1%～76.5%。

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。

1823年，迈克尔·法拉第发现，加压可以使二氧化碳气体液化。1835年，法国化学家查尔斯制得固态二氧化碳（干冰）。1884年，在德国建成第一家生产液态二氧化碳的工厂。