气体的液化与低温的获得

低温的获得是与气体的液化密切相关的。早在十八世纪末荷兰人马伦（Martin van Marum， 1750—1837）第一次靠高压压缩方法将氨液化。1823 年法拉第在研究氯化物的性质时，发现玻璃管的冷端出现液滴，经

过研究证明这是液态氯。1826 年他把玻璃管的冷端浸入冷却剂中，从而陆续液化了 H2S，HCl，SO2，及 C2N2 等气体。但氧、氮、氢等气体却毫无

液化的迹象，许多科学家认为，这就是真正的“永久气体”。

接着许多人设法改进高压技术提高压力，甚至有的将压力加大到3000 大气压，空气仍不能被液化。

气液转变的关键问题是临界点的发现。法国人托尔（C.C.Tour，1777

—1859）在 1822 年把酒精密封在装有一个石英球的枪管中，靠听觉通过辨别石英球发出的噪音发现，当加热到某一温度时，酒精将突然全部转变为气体，这时压强达到 119 大气压。这使托尔成了临界点的发现者，

然而当时他并不能解释。直到 1869 年安德纽斯（Thomas Andrews， 1813

—1885）全面地研究了这一现象之后，才搞清楚气液转变的全过程。

安德纽斯是爱尔兰的化学家，贝伐斯特（Belfast）大学化学教授。1861 年他用了比前人优越得多的设备从事气液转变的实验，他选用 CO2 作为工作物质，作了完整的 p−V 图，如图 2−6。由图可以看出 CO2 气液转

变的条件和压强、温度的依赖关系。当温度足够高时，气体服从波意耳定律，当温度高于临界温度时，不论加多大的压力也无法使气体液化。安德纽斯的细致测量为认识分子力开辟了道路。

“永久气体”中首先被液化的是氧。1877 年，几乎同时由两位物理学家分别用不同方法实现了氧的液化。

法国人盖勒德（Louis Paul Cailletet， 1832—1913）将纯净的氧压缩到 300 大气压，再把盛有压缩氧气的玻璃管置于二氧化硫蒸气（−29

℃）中，然后令压强突降，这时在管壁上观察到了薄雾状的液氧。

■图 2−6CO2 等温线

正当盖勒德向法国科学院报告氧的液化时，会议秘书宣布，不久前接到瑞士人毕克特（Paous−PierrePictet，1846—1929）从日内瓦打来的电报说：“今天在 320 大气压和 140 的冷度（即−140℃）下联合使用

硫酸和碳酸液化氧取得成功。”他是用真空泵抽去液体表面的蒸气，液体失去了速度最快的分子而降温，然后用降温后的液体包围第二种液体，再用真空泵抽去第二种液体表面的蒸气，它的温度必然低于第一种液体，如此一级一级联下去，终于达到了氧的临界温度。

6 年后的 1883 年，波兰物理学家乌罗布列夫斯基（S.Wrob−lewski，

1845—1888）和化学家奥耳舍夫斯基（K.Olszewski，1846—1915）合作，将以上两种方法综合运用，并作了两点改进：一是将液化的氧用一小玻璃管收集，二是将小玻璃管置于盛有液态乙烯的低温槽中（温度保持在

−130℃），这样他们就第一次收集到了液氧。后来奥耳舍夫斯基在低温领域里续有成就，除了氢和氦，对所有的气体他都实现了液化和固化，此外还研究了液态空气的种种性质。

1895 年德国人林德（Carl von Linde， 1842—1934）和英国人汉普孙（William Hampson， 1854—1926）同时而分别地利用焦耳和 W.汤姆生发现的多孔塞效应实现液化气体，并分别在德国和英国获得了专利。

1893 年 1 月 20 日杜瓦宣布发明了一种特殊的低温恒温器

（cryostat）——后来称为杜瓦瓶。1898 年他用杜瓦瓶实现了氢的液化，达到了 20.4K。翌年又实现了氢的固化，靠抽出固体氢表面的蒸气，达到了 12K。

荷兰莱登大学的低温实验室在昂纳斯（Kamerlingh Onnes，1853— 1926）的领导下于 1908 年首开记录，获得了 60C.C.的液氦，达到 4.3K，第二年达到 1.38—1.04K。