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蜡烛燃烧与呼吸关系:揭秘氧气不足导致蜡烛熄灭现象

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:现在,我们再来研究一个极为有趣的问题—蜡烛的燃烧和人体内部燃烧的关系。要是我现在宣布,我呼出来的气体也可以使蜡烛停止燃烧,你们又认为如何?刚上来,蜡烛还能继续燃烧,可是当我呼出来的气体到达那儿的时候,它立刻就熄灭了。这种现象没有别的理由可以解释,完全是由于氧气不足的关系,我的肺趁我一吸一呼的当儿,已经从空气中将氧取去,因此我呼出来的气体,便不能满足蜡烛燃烧的需要了。

蜡烛燃烧与呼吸关系:揭秘氧气不足导致蜡烛熄灭现象

现在,我们再来研究一个极为有趣的问题—蜡烛的燃烧和人体内部燃烧的关系。事实说明,我们每个人的身体内部,都有一种燃烧过程在那儿不断地进行,这种燃烧过程和蜡烛的非常相像,这一点,只要大家细心往下听,我想是可以弄明白的。

为了清楚地说明两者之间的关系,我准备了一套立即可以当场装配的小设备。这是一块木板,上面刻有一条凹槽,这条凹槽用盖子盖住以后,便成为一道暗沟,两头各露一个小孔。再在每个小孔上各罩一根玻璃管,通过小孔和暗沟,两根玻璃管里的空气可以互相往来,畅通无阻。现在,我拿支点燃了的蜡烛,放进一根玻璃管里(图)。你们看,它照样烧得很好,它燃烧时所需的空气,是打另一头玻璃管进入,通过暗沟上升到放置蜡烛的玻璃管里来的。如果我把空气进口处的小孔堵住,燃烧即宣告结束,因为空气的供应中断了,所以蜡烛也就跟着熄灭了。但是,假如我用一种比较复杂的设备,像上次实验那样,把另一支蜡烛燃烧生成的气体,导入这根玻璃管里,那么,这支烧得挺好的蜡烛也会熄灭。大家想想看,这是什么道理?要是我现在宣布,我呼出来的气体也可以使蜡烛停止燃烧,你们又认为如何?当然,我的意思并不是用嘴去把它吹熄,我只是说,我肺部呼出的气体,本身就具有这样的性能,蜡烛根本没办法在它的势力范围内燃烧。大家看,我把嘴凑到玻璃管上,既不去吹动烛火,也不让空气进入玻璃管,单让我呼出来的气体跑进小孔里去。刚上来,蜡烛还能继续燃烧,可是当我呼出来的气体到达那儿的时候,它立刻就熄灭了。这种现象没有别的理由可以解释,完全是由于氧气不足的关系,我的肺趁我一吸一呼的当儿,已经从空气中将氧取去,因此我呼出来的气体,便不能满足蜡烛燃烧的需要了。这一点,对我们现在的讲题具有很重要的意义,所以我打算再做个实验,着重地给大家多谈谈。

这只通底瓶里装的是新鲜空气,不论蜡烛或是煤气灯,都能在里面正常地燃烧。现在,我把瓶口封闭起来,将通底瓶放入水盆中,通过瓶口上的这根管子,我可以把瓶里的空气吸进肺部,然后再呼入瓶内,如图所示。大家从瓶中水面的升降上,能够明显地看出空气的吸入和呼出:空气被我吸入以后,水面会跟着上升,当我把吸入的空气呼出来时,水面又跟着下降了。我们再取支点燃的蜡烛放入瓶内,看看我的呼吸能对它发生什么作用。瞧,我只消这么一吸一呼,一个来回,根本用不着来第二个回合,瓶里的空气就全部遭到了破坏,丧失了原有的助燃性能—蜡烛熄掉了。而应该特别强调的是,仅仅这么一次呼吸,已经把空气搞得如此糟糕,因此也不难理解,我们对房屋的通风调节应给予怎样的重视,新鲜空气对我们的健康又是多么重要。

我们再用石灰水做进一步的研究。这是一只圆形玻璃瓶,里面装了小半瓶石灰水,另外还插着两根细玻璃管(图)。瓶内空气可以通过这两根玻璃管自由出入,从而我们也可以确定,经过呼吸和没有经过呼吸的空气对石灰水所起的作用。因为这样一安排,我既能通过A管,从瓶中将空气吸入肺内,同时也能通过B管,让我肺内的气体跑到瓶底去,把它对石灰水所起的作用显示一番。闲话休提,说干就干,现在我先利用A管把瓶里的空气吸出来。你们看,不管我吸上多久,石灰水总是清澈透明,一点变化也没有。可是,大家再看,当我通过B管,将我肺内的气体呼到瓶子底部的时候,就只消这么呼几下子,石灰水立即变成了乳白色,顿时把经过呼吸的空气对它所起的作用显示出来了。前面我们讲过,呼吸的结果使空气遭到了破坏,现在我们懂得,这完全是二氧化碳搞的鬼。喏,物证在此,石灰水跟它一碰头不是立刻变色发白了吗!

我们还可以用另一个实验来证明这一点。这儿有两只玻璃瓶,一只装的是石灰水,一只装的是普通水,两只玻璃瓶中间有根弯弯的管子通连着(图)。这套装置虽说很简陋,可是挺实用,试验起来非常精确,效果也相当好。当我含着管子吸气的时候,瓶内空气就跑到我的肺里,等我往外呼气时,吐出来的气体便不能抄老路回到原处,非打石灰水那儿通过不行。结果呢,玻璃瓶里出现了两种不同的情况,一种是:未经呼吸的空气对石灰水不发生任何作用;另一种是:石灰水什么东西也没碰到,只是让我呼出来的气体到它那儿转了转,就已经弄得混浊不堪,周身发白了。

我们再略为深入地分析一下:这种在我们身体内部发生的变化过程,究竟是怎么回事呢?它不以我们的意志为转移,日日夜夜,毫无停息,谁要是硬把气屏住,不去呼吸,那时间也极其有限,否则就会造成自杀事故。我们是这样的需要空气,即使睡着以后,我们的呼吸器官,以及与呼吸系统有关的各个部门,仍然毫不停息地在那儿工作。这种生理作用,我们也得简要地谈谈。大家知道,我们所吃的食物,经过体内特殊而复杂的消化器官以后,便向身体各部输送,其中一部分以血液的形式,通过某组器官到达肺部。(图)同时,由呼吸系统吸入的空气也进入肺内,与消化系统送来的消化生成物紧挨在一起,中间只隔一层极薄的薄膜。于是,空气就获得了对血液发生作用的机会。结果呢,和我们前面看到的蜡烛燃烧情况完全一样:蜡烛燃烧时与空气中的氧化合,产生了二氧化碳,放出了热量,这种奇妙的变化过程,也同样在肺内进行。空气被吸入肺部以后,其中的氧也与碳化合起来,变成了二氧化碳,跟着又被呼出体外,散布于空气之中,同时也产生了维持我们生命所需的热量。

因此,我们也可以这么说,食物就是我们身体内部的燃料。这一点,只要把这块糖拿来分析一下,就更加清楚了。大家知道,糖是一种碳、氢和氧的化合物,它的成分和蜡烛完全一样,差别仅在于各种成分的组合比例有所不同。糖的各种成分的比例如下表:

这的确是件叫人难忘的怪事:上表中的氢、氧数字,居然和水里面的氢、氧比例一模一样。所以我们也可以说,糖是由72份碳和99份水化合成的,而糖里的这种碳,和通过呼吸作用随着空气进入肺部的氧一经化合,又居然把我们变得像蜡烛那样,经过极其微妙但又极其简单的变化过程,放出了热量,生成了许多我们赖以生存的更为宝贵的东西。(www.xing528.com)

关于这一点,我想再举个具体例子加以说明,以便大家能获得更为明确的认识。但为了节约时间,我打算用3份糖1份水的蜜糖来试验。如果我在这种蜜糖里加上点硫酸,稍稍搅拌一下,等不多久,硫酸就把蜜糖中的水分吸收掉了,剩下一块硬邦邦的炭。这块炭,完全是从糖里分解出来的。大家都知道,糖嘛,甜津津的,是种非常好吃的东西,可是这儿的糖呢,却出人意料地变成了一块名副其实的黑炭!要是我再想个办法,把糖内的碳质氧化一下,效果还要来得精彩。不信我们就来试试看:取一块糖和一种氧化剂混在一起,这种氧化剂对糖的作用比空气较为迅速,它对碳的氧化过程,在形式上虽然和呼吸不同,但实质上并没什么区别。瞧,我把它们一混一拌,糖内的碳和氧化剂里的氧一接触,马上就着火燃烧起来。这种情况跟我肺内发生的完全一样,只不过肺内的氧气来源是空气,而作用的过程也比较和缓一些罢了。

假如把碳的这种有趣的变化,归纳起来用数字计算的话,大家一定会感到惊奇的。一支蜡烛可以点上4~7个小时,一个人每天要连续不断地呼吸24小时,大家想想看,在这样的情况下,每天会有多少由燃烧和呼吸生成的二氧化碳,散布在空气中,大自然又将发生何种惊人的变化!一个人24小时的呼吸可以把198.8克(7盎司)的碳变成二氧化碳。单凭呼吸作用,一头奶牛每天制造二氧化碳用的碳可达1.988千克(70盎司),一匹马是2.244千克(79盎司)。换句话说,一匹马每天要在呼吸器官中烧掉2.244千克(79盎司)的碳,才能保持它当天的体温。所有的热血动物都是用这种办法,通过碳化合物的变化来保持它们的体温的。单是伦敦这座城市,每天由呼吸产生的二氧化碳即达2270吨(500万磅)之多!

这么多的二氧化碳往哪儿跑呢?往空气的海洋里跑。我们不妨这么设想一下:假如碳也跟铅或铁那样,也在燃烧的时候生成一种固体物质,结果又将如何?结果就不堪想象,燃烧就无法继续进行了。幸亏事实并不如此,碳燃烧后即化为一种气体,散布在空气里,而空气又是个伟大的运输工作者,跟着就把它运送到别的地方去了。究竟送到哪儿去了?说起来也真是奇妙得很,这种对我们极其有害的,绝不能吸入肺内的二氧化碳,却是地面植物发育成长所必不可少的养料。在辽阔广大的水底世界里,情况也是如此:鱼类和其他水生动物,虽然不直接与空气接触,但它们进行呼吸的生理作用和地面上的动物完全相同。

比方这只金鱼缸里的金鱼吧,它们吸进去的是溶解在水里的氧,呼出来的也是二氧化碳。它们整天游来游去,为缔造动植物界相辅相成的和谐共存,贡献了应有的力量。所有生长在地面上的植物,都要从空气中吸取碳质,而这种碳质,却是由我们的呼吸作用,以二氧化碳的形式输送到空气里去的。在我们认为清洁纯净的空气中,植物根本无法生存,只有在含碳的空气里,它们才能成长繁茂,开花结果。空气供应了植物所需的全部碳质,使这种对我们有害的物质,在植物身上发挥了积极的作用。大自然相辅相成的共存规律就是如此:对甲有害的东西,对乙说来恰恰是极为宝贵、必不可少的。因此,我们在日常生活中,不但需要彼此支援、相互帮助,同时还有赖于整个生物界的大力配合哩。

在结束这次报告之前,有个非常有趣的问题还必须谈一下,它跟我们看到的那些化学作用,跟我们提到的氧、氢、碳的各种不同状态,都有连带关系。刚才大家看到了铅粉的燃烧[1],当我把装铅粉的玻璃管一打碎,让它们跟空气一接触,还没来得及往外倒呢,它们就自行着火了。这是一种化学亲和力,我们看到的那些化学作用,都是由它推动的。当我们呼吸的时候,同样的化学作用也在我们身体内部进行着。蜡烛点燃以后,不同部分间的相互吸引、亲和也随即跟着开始。铅的燃烧也是如此,而且是化学亲和力中一个出色的范例。假如铅的燃烧生成物,能够脱离原体表面往外飞散,那它也会不断地燃烧,直到全部烧光为止。可是,大家总还记得,碳和引火铅在这一点上是完全不同的:引火铅与空气一碰头,立即发生作用着火燃烧,碳呢,在空气里待上几天、几星期、几个月甚至几年,也不会起什么变化。我们在古代赫库兰尼姆城[2]废墟里发现的用炭的墨汁写成的手稿,虽然在不同情况下跟空气接触了1800多年,可字迹还挺清晰,并没有完全变色。

碳和铅的这种区别,到底是什么原因造成的呢?明明是一种燃料,却偏不肯像铅那样,痛痛快快地燃烧,硬要拖拉等待,岂不是件怪事!比方这几支蜡烛吧,你不去点它,它就不肯马上着火燃烧,硬要在那儿等啊,等啊,等上几年,几十年,也不发生什么变化。煤气也是这样,它从煤气管里跑出来,就往空气里一钻,也不肯自行着火,也要等啊,等啊,直到热至一定程度时才开始燃烧。这时候,如果你把它吹熄了,它又会继续等待下去,除非你再用火去点,它是绝不肯再次着火的。而更为有趣的是,各种不同的物质,也各有各的不同的着火点,各有各的不同的等待法。有的只要等到温度升高一点点,就开始烧了起来,有的则非有很大的增加以后,才肯着火燃烧。此地有点火药和火棉,就是这两样东西,它们的着火点也不相同。火药是由碳和其他物质组成的,燃烧能力非常强;火棉是一种浸透了硝酸的炸药,燃烧能力也挺好。这会儿它们都在等待着,要等温度达到它们的着火点时,才肯开始活动。

现在,我用一根烧烫了的铁丝去和它们接触,看谁头一个起火燃烧。大家瞧,火棉已经砰的一声烧光了,可火药呢,即使用铁丝最烫的部分去碰它,它还是嫌热度不够,不肯起火燃烧。这充分说明各种物体的着火点是有很大差别的。有的物质不热到一定程度,就不肯发生作用,就要等,不管等多久都愿意;有的物质,如同参与我们呼吸作用的,却毫不拖拉,立即燃烧。空气一到达我们的肺部,马上和碳化合起来,产生了二氧化碳,然后再由肺部呼出,使整个生理机构得以正常地、健康地活动,即使在天寒地冻气温最低的情况下,也毫无例外。从这方面来看呼吸与燃烧的共同之处,就更加明显更加突出了。

关于蜡烛的化学故事,我们总算讲完了。

【注释】

[1]将干燥的酒石酸铅置于玻璃管内加热,直到气体全部散尽,即得引火铅。此时,把玻璃管开口的一端用吹管密封起来。需要时将管打碎,引火铅遇到空气即自行燃烧。

[2]赫库兰尼姆是意大利古城,在那不勒斯西南7公里处。公元79年8月24日维苏威火山喷发时被毁,与庞贝同为火山灰所埋。自18世纪多次发掘,在那里发现住宅、剧院、集议场所、神庙、别墅等的废墟。

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