我们能不能呼吸氧气和奇怪气体的混合物?

作者: 七君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2016-08-10

本文探讨了如果将空气中的氮气替换为其他气体,对呼吸的影响。介绍了潜水员使用氦气加氧气的组合来避免“氮醉”现象,以及各种惰性气体的特性和对人体的影响。最后提出了关于直接呼吸纯氧的可能性问题。

小朋友大朋友们,今天我们讲关于你每天都要呼吸的东西——空气的一个有趣问题。氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)、二氧化碳(CO2)和其他气体在大气中的比重示意图。我们知道,几乎所有的生物都要呼吸。在我们周围环境的空气中,占到最大比重的是氮气,地球大气的78%都是它;其次是氧气,大概占20%。猜猜含量排第三的是什么?嗯,并不是二氧化碳哦,二氧化碳排第四,含量只占0.039%。

排名第三的气体叫做氩气,它的含量占大气的0.93%,也就是百分之一不到。换句话说,平常我们呼吸到身体里的,78%是氮气,20%是氧气,剩下2%不到是其他气体的混合物。那么,一些喜欢动脑筋的小朋友可能就想到了一个有趣的问题:如果我们让氧气含量保持不变,把其他气体换掉,会发生什么事呢?我们能够呼吸这种气体吗?我们吸了这样的气体会不会生病呢?

其实啊,已经有好奇的科学家做过实验了,他们曾经把氮气换成了别的气体。比如,戴着水肺的潜水员呼吸的气体,就是氦气加氧气的组合。这是因为,在深水中,潜水员会承受很大的水压,在这种压强下,氮气就会变成一种令人晕眩的麻醉气体。这个现象被称为“氮醉”。呼吸了这种“麻醉剂”的潜水员在水里迷迷糊糊的,什么也做不了,就像喝醉了酒一样,这是非常危险的,所以一定要把氮气替换掉。把氮气换成氦气后,就不会发生这种情况。

那么,为什么是氦气而不是别的什么气体,比如二氧化碳呢?因为啊,任何替换氮气的气体,必须是一种惰性气体。什么是惰性气体呢?那些在常温、常压下很难和别的物质发生反应的气体,被称为惰性气体。氦气就是一种惰性气体。惰性气体也不会在人体内发生化学反应,所以对于人体来说是基本安全的。不过,就算是惰性气体,也并不是对人体完全没有作用。和高压下的氮气一样,它们也会让人轻微地麻醉。

科学家们经过研究发现,气体使人麻醉的能力,和它们的元素质量,也就是“体重”有关。越“胖”的气体,越“醉”人。那有人又要问了,氢气很“瘦”啊,能不能用它来替代氮气呢?的确,氢气不太“醉人”(氢气不是惰性气体)。不过,当氢气和氧气混合的时候,如果氧气含量超过4%,很容易爆炸,出于安全考虑,氢气也被排除在外了。氖气也可以用来替代氦气。氖气也是一种惰性气体,户外的霓虹灯里,用的就是这种气体。

不过,因为氖气比较贵,所以潜水员的水肺里一般也不用它。其他的惰性气体,比如氙(念“仙”)气,也不太适合。这种氙气是一种非常厉害的麻醉剂。医生在给病人做手术的时候,有时就会用氙气,它可以使病人保持在无意识的状态。在大气中含量排名第三的氩气也不适合,因为它的麻醉效力,是氮气的2倍。回到一开始的问题,那么为什么不能用二氧化碳呢?

一是因为,二氧化碳本身是一种代谢废物,会增加血液的酸性,是你身体要排出的气体,你总不能把你身体不要的气体,硬塞给它吧。第二是因为,吸入浓度过高的二氧化碳,会让人产生极度恐惧。所以说,二氧化碳肯定也是没法替代氮气的。最后留一个问题给脑洞大开的你:既然找气体来替代氮气这么麻烦,可不可以让人直接呼吸纯氧呢?聪明的你请在留言区作答!

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