第7章 化学趣史（5）

“空气微粒”，究竟怎样和金属化合呢？空气里究竟有些什么东西？当时，氧气还没有发现，人们对于这些问题，还不十分清楚。虽然波义耳的热素学说被推翻了，但是，要想再推翻斯塔尔的“燃素”学说，还必须彻底揭开燃烧的秘密，必须解决空气在燃烧过程中究竟担任了什么样的角色这一问题。

实际上，燃烧就是物质和空气中的氧气激烈化合而放出光和热的过程。氧气的发现，成了揭开燃烧之谜必不可缺的前提。

据考证，中国学者马和（译音）在公元八世纪（唐朝）时，已经对氧气作了深入的研究，他在《龙认》一书里，记载了氧的制取和燃烧原理。在欧洲，人们以为氧气是瑞典化学家舍勒在1772年和英国化学家普利斯特列分别在不同的地方，各自独立发现的。[9]

普利斯特列是英国的牧师，他写过许多关于宗教和传教的书籍，但是他也很爱自然科学，特别是喜欢化学。他出生于了一个裁缝的家里，很贫苦，当他7岁时，母亲便死了。普利斯特列是一个很文静的人，身体瘦弱，但学习很勤奋。小时候，他跟一个牧师学拉丁文和希腊文，到了16岁的时候，又自学法文、意大利文和德文。后来，他做了牧师，并兼行一个学校的校长。

有一次，普利斯特列偶然遇到了美国科学家富兰克林。富兰克林向他讲述了自然科学许多方面许多有趣的问题，一下子吸引了他。从此，普利斯特列开始对自然科学性发生兴趣。他常常在空闲的时候，做着各种化学实验。特别是1772年以后，他在英国舍尔伯恩伯爵的图书馆里工作，阅读了不少自然科学方面的著作，更加爱上了化学。

1771年8月17日，普利斯特列在一个密闭的瓶子里，放进一支点着了的蜡烛。蜡烛很快就熄灭了。接着，他又往瓶里放进一束带着绿叶的薄荷枝。到了8月27日，他重新再往瓶里放进一支点燃了的蜡烛，蜡烛竟然能够燃烧。

于是，普利斯特列又做了另一个实验：在两个密闭的瓶子里，都插进点燃了的蜡烛，到它熄灭之后，在一个瓶里放进薄荷枝，而另一个瓶子里什么也不放。经过几天，当他再把点燃了的蜡烛插进去时，插进放了薄荷枝的瓶里的蜡烛继续燃烧着，而在另一个没有放薄荷枝的瓶里，蜡烛刚一伸进去，立即熄灭了。[10]

这究竟是怎么回事儿呢？普利斯特列对这个奇怪的现象很感兴趣。于是，他便开始钻研这个问题。

1774年8月1日，是普利斯特列难忘的日子，对于世界化学史说来，也是一个值得纪念的日子。在这一天，普利斯特列在自己的实验记录里，记述了一件重大的发现，现在把他的原文引述在下面：

“我在找到了一块凸透镜之后事，便非常快乐地去进行我的实验了。

如果把各种不同的东西放在一只充满水银的瓶里，再把那瓶子倒放在水银糟中，用凸透镜，使太阳的热集中到那物体上，我不知道会得到些什么样的结果。在做了许多实验后，我想拿三仙丹[11]来做做看。我非常快乐地看到，当我用凸透镜照射之后，三仙丹竟而产生许多气体。”

这是些什么古怪的气体呢？

普利斯特列接着写道：“当我获得了比所用的三仙丹的体积大三四倍的气体之后，我便取出了一些气体，倒进一些水，看见这气体并不溶解于水。但是，使我更奇怪得说不出来的事，是当我把一支蜡烛放到这种气体中燃烧的时候，蜡烛晚而发出一种非常亮的火焰。这种奇怪的现象，我真是完全不知道该怎样解释才好。”

除了对这种新发现的气体作燃烧实验外，普利斯特列还把一头小老鼠放到充满这种气体的瓶子里，小老鼠在瓶子里却显得挺快活，挺自在！

“老鼠既然在这气体里能舒舒服服地生活，我自己也要亲自来试试看！”普利斯特列接着写道：“我用玻璃管从一个大瓶里吸进这种气体到肺中，我竟觉得十分愉快。我的肺部在当时的感觉，好象和平常呼吸空气时没有什么区别，但是，我自从吸进这气体后，觉得经过好久，身心还是十分轻快舒畅。唉，又有谁知道，这种气体在将来会不会成时髦的奢侈品呢？不过，现在世界上享受到这种气体的快乐的，只有两头老鼠和我自己！”

这种气体究竟是什么呢？

本来，普利斯特列已经知道了这种气体的几个最重要的性质，如果他再仔细地加以分析、研究，是不难揭开谜底的。可惜！普利斯特列和舍勒一样，受燃素学说的影响太深，已经成了一个十分固执的燃素论者，犹如被戴上了有色眼镜，竟把树上红艳的苹果看成是跟树叶一样的颜色。

普利斯特列从燃素学说观点出发，错误地进行“解释”：他认为燃烧就是燃素从燃烧物中跑出来的过程。从三仙丹加热得到的新气体，既然能够帮助蜡烛燃烧得更旺，射出目的光芒，那么，这一定是由于这种气体本身没有燃素，这才特别喜欢从会燃烧的物体中去吸取燃素，这才特别喜欢从会燃烧的物体中去吸取燃素。这样，普利斯特列就断言：“这种新气体气以具有那样的特，显然是因为它完全没有燃素，因而贪婪地从燃烧物里去吸取燃素。”

因此，普利斯特列把自己新发现的气体，命名为“失燃素的空气”——这也就是现在我们所称的“氧气”。

恩格斯深刻地指出：“普利斯特列和舍勒析出了氧气，但不知道他们所析出的是什么，他们为‘既有的’燃素说‘范畴所束缚’。这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化学发生革命的元素，在他们手中没有能结出果实。”[12]恩格斯还指出，“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠的途径行进，往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理（普利斯特列）。”[13]

知识就是力量。可是，错误的“理论”就象一个坏了的指南针，它不仅不能给人以力量，相反地还会使人失去综合、分析、判断事物的能力，掉进错误的泥坑。普利斯特列正是因为受了燃素学说的影响，以至铸成大错。不但如此，他到了晚年，变得越发固执了。

揭开燃烧之谜

普利斯特列发现氧气时，正在英国舍尔伯恩伯爵的图书馆里工和。两个月后——1774年10月，他随着舍尔伯恩伯爵到欧洲各国去旅行。

当他们经过法国首都巴黎的时候，普利斯特列应邀拜访了好客的法国著名化学家安·罗·拉瓦锡。他们在吃饭的时候，普利斯特列谈起自己两个月前的新发现。饭后，他在拉瓦锡的邀请下，把自己的实验表演了一遍。

拉瓦锡看了这实验，深受启发。当普利斯特列告辞以后，拉瓦锡回到自己的实验室里，马上动手来做关于三仙丹的分解实验了。

拉瓦锡于1743年8月26日诞生在巴黎一个豪富的家庭里。他的父亲是巴黎有名的律师。靠着他阔绰的父亲，拉瓦锡从从容容地从一个学校毕业，又马上升学到另一个学校里。20岁时，他便在巴黎的马萨朗学院毕业，以事又念完了法律系，取得律师的头衔。

拉瓦锡是一个博学的人，精通好几门科学。从1769年开始，拉瓦锡把注意力转移到化学上来。

1774年，也就是在罗蒙诺索校核波义耳的实验18年之后，拉瓦锡又重复做着这个实验。他同样地发现了：如果把容器密闭起来，加热后容器和金属的总重量没有增加；但是，如果敞着口加热，那么，容器和金属的总重量就会增加。

拉瓦锡很想寻找敞着口加热时，金属重量会增加的原因，但是，一直没有找到。

拉瓦锡重复做了普利斯特列的实验以后，又做了这样的一个实验：他在那个弯颈的玻璃瓶——曲颈甑里，倒进一些水银。然后，再把曲管的一端，通到一个倒置在水银槽中的玻璃罩里。

普利斯特列在实验中，是利用凸透镜聚集太阳光进行加热的。这样加热，一来火力不强，二来只能在中午加热一阵，不能长时间地连续加热，因此，拉瓦锡改用炉子来加热。拉瓦锡把水银加热到将近沸腾，并且一直保持这样的温度，日夜不停地和他的助手轮班，加热了20昼夜！

在加热后的第二天，那镜子般发亮的水银液面上，开始漂浮着一些红色的“渣滓”。接着，这红色的“渣滓”一天多似一天，一直到第十二天，每天都在增加着。然而，12天以后，红色的“渣滓”就增加得很少。到了后来，甚至几乎没有增加。

拉瓦锡感到有点惊异。他仔细地观察了一番，发现钟罩中原先的大约50立方英寸[14]的空气，这时差不多减少了7-8立方英寸，剩下的气体体积为42-43立方英寸。换句话说，空气的体积大约减少了六分之一。

剩下来的是些什么气体呢？拉瓦锡把点着的蜡烛放进出，立即熄灭了；把小动物放进去，几分钟内便窒息而死了。显然，在这气体中，没有或者很少有普利斯特列所谓的“失燃素的空气”。

接着，拉瓦锡小心地把水银面上那些红色的“渣滓”取出来，了一下，重为45克。他把这45克红色“渣滓”分解了，产生大量的气体，同时瓶里出现泛着银光的水银——“戏法”又变回来了！

拉瓦锡称了一下所剩的水银，重41.5克。他又收集了所产生的气体，共7-8立方英寸——恰恰和原先空气所减少的体积一样多！

这又是些什么气体呢？

拉瓦锡把蜡和进这些被收集起来的气体中，蜡烛猛烈地燃烧起来，射出白炽炫目的亮光；他投进火红的木炭，木炭猛烈燃烧，以至吐着火焰，光亮到眼睛不能久视。很明显，拉瓦锡断定这气体就是普利斯特列所谓的“失燃素的空气”了，而那红色的“渣滓”便是三仙丹。

尽管拉瓦锡所做的实验，是受普利斯特列的启发而进行的，但是他的可贵之处，在于勇敢地摈弃了燃素学说那陈腐的观点。拉瓦锡决心用崭新的观点解释这一自然现象。他说：

“我觉得这注定要在物理学和化学上引起一次革命。我感到必须把以前人们所做的一切实验看作只是建议性质的；为了把我们关于空气化合或者空气从物质中释放出来的知识，同其他已取得的知识联系起来，从而形成一种理论，我曾经建议用新的保证措施来重复所有的实验。”

从漫长而仔细的实验中，拉瓦锡终于得出了这样的结论：空气是由两种气体组成的。一种是能够帮助燃烧的，称为“氧气”（也就是普利斯特列所称为的“失燃素的空气”）。氧气大约占空气总体积的六分之一到五分之一；另一种是不能帮助燃烧的，他称之为“窒息空气”——“氮气”。氮气大约占空气总体积的六分之五到五分之四。[15]

更重要的是，拉瓦锡由此终于最后揭开了燃烧之谜，找到了真正的谜义：燃烧，并不是象燃素学说所说的那样，是燃素从燃烧物中分离的过程；而是燃烧物质和空气中的氧气相化合的过程。

例如，水争的加热实验便是这样：受热时，水银和氧气化合，变成了红色的“渣滓”——氧化汞（即三仙丹）。由于钟罩里的氧气，渐渐地都和水银化合了，所以加热到第十二天以后，氧化汞的量就很少再增加。然而，当猛烈地加热氧化汞时，它又会分解，放出氧气，而瓶中析出水银。

在1774年到1777年之间，拉瓦锡做了许多关于燃烧的实验，象磷、硫、木炭的燃烧，有机物质的燃烧，锡、铅、铁的燃烧，氧化铅、硝酸钾的分解等等，而后他提出了燃烧学说：燃烧就是燃烧物和空气中的氧气化合的过程，在这一过程中同时产生光和热。

这样，拉瓦锡终于阐明了燃烧的本质，彻底粉碎了荒谬的燃素学说；就象一把扫帚似的，把这堆垃圾从化学领域中扫了出去。

恩格斯高度评价了拉瓦锡的功绩，指出：“当时在巴黎的普利斯特列……把他的发现告诉了拉瓦锡，拉瓦锡就根据这个新事实研究了整个燃素说化学，方才发现：这种新气体是一种新的化学元素；在燃烧的时候，并不是神秘的燃素从燃烧物体中分离出来，而是这种新元素与燃烧物体化合。这样，他才使过去在燃烧说形式上倒立着的全部化学正立过来了。即使不是像拉瓦锡后来硬说的那样，他与共他两人同时和不依赖他们而析出了氧气，然而真正发现氧气的还是他，而不是那两个人（即指普利斯特列和舍勒——编者得注），因为他们只是析出了氧气，但甚至不知道自己所析出的是什么。”[16]恩格斯在为《资本论》写的序言中，以化学史上的这个著名的事例为证，来说明“在剩余价值理论方面，马克思与他的前人的关系，正如拉瓦锡与普得利斯特列和舍勒的关系一样。”[17]

在这里，应该补充说明一下的是，燃素学说尽管就其本质来说，是荒廖的、反科学的。但是，它是化学上第一个比较统一的理论，在18世纪初叶，对于化学的发展仍有一定的贡献——它曾把化学从混乱的状态中拯救出来，使当时凌乱如麻的化学知识系统化了。

正如一个民间故事所说的那样：一个年老的农民快要死了，他故意对自己3个懒惰的儿子说，地里埋着黄金。在他死后，儿子们天天到地里去挖黄金，虽然黄金没有挖到，倒因此翻松了地，而获得了丰收，金谷满囤。燃素学说在化学上也起过类似的作用：人们为了提取那神秘的要素（它正像那地里并不存在着的黄金一样），忙着在实验室里，用各种巧妙的方法进行实验，想提取燃素，结果虽然没有提取到什么燃素，但是，倒因此而发现了许多新的元素、化学反应和化学规律。