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从燃素到氧化 “烧”出来的化学新纪元*

 飘影23号 2016-08-25


用火是人类史上的一个里程碑,它让人类从此多了一种改造自然的途径。但什么是火,火的本质是什么,直到18世纪人们对它有了更深刻的认识。


燃素说成主流

燃烧问题一直是化学研究的核心问题。人们发现,在燃烧的过程中有火焰迸出,而燃烧后的木柴质量会变轻,于是推测再燃烧的过程中有东西离开了燃烧物,人们又推测这种东西应该事非常容易燃烧的物质,于是有燃素说的基本想法——在燃烧过程中“跑掉”的东西后来被成为燃素。

斯塔尔画像

用燃素理论能够解释当时的很多化学现象。在燃素的框架内,斯塔尔还提出,金属生锈和木材燃烧是同一类化学过程,都是失去燃素的过程。虽然后来,被证实是错误的,但燃素说却是化学史上第一个将各种化学现象统一起来的化学理论,并引导化学走向更广阔的领域。

但燃素说中有一个明显地bug,就是燃素到底有没有重量。因为有机物在燃烧后重量会减少,而金属生锈重量却会增加。这是因为燃素学说将燃烧作为燃素从可燃物分离的过程,即分解反应,而现代化学认为的与氧结合的化合反应刚好相反。但由于这种说法确实能比较好地解释众多化学现象,所以还是被大多数化学家所接受。


普利斯特列发现“失燃素空气”

英国化学家普利斯特发现“失燃素空气”——氧气的对于颠覆燃素论起到了至关重要的作用。1767年,因为住在啤酒厂隔壁,英国化学家开始研究空气问题。

774年,他做出了一个重要的发现,再空气中加热水印可以得到红色的氧化汞。6月,伦敦的科学仪器商赠给他1个直径30cm、焦距50cm的大凸透镜。8月1日,他用大凸透镜加热汞灰时看到有气体冒出,并有汞珠出现。他当时认为该气体是“失燃素硝气”。

普利斯特列画像

普利斯特列认识到普通空气中包含着“燃素化空气”,但按照燃素说,物体在空气中燃烧后,脱燃素空气应转化为燃素空气,但实际上并没有这个过程。

几乎和普利斯特列同时,瑞典化学家也发现了氧气和氮气,将其称之为“浊空气”和“火空气”。而他也是燃素说的信奉者。


拉瓦锡推翻燃素说开启新纪元

同时在研究燃素的还有另一个人——拉瓦锡。拉瓦锡从1772年开始研究燃烧问题,他的方法非常简单,就是在物质燃烧前后进行称重。1774年,拉瓦锡在一个密闭的容器中加热锡和铅,两种金属表明出现了一层灰,而金属灰的重量要比原来的重,但他还发现,整个容器在加热后并不好变得更重。

燃素说虽然被拉瓦锡所推翻,但燃素说以科学求真的精神,取代了化学的炼金术传统和神秘主义的束缚,有意识地不借上帝而运用实验和思维方法研究物质的变化现象,力图建立全新的化学理论体系来揭示燃烧的本质,这在思想方法上和研究方法上是一个空前的跃进。而拉瓦锡也正是因为坚持了这种以科学求真的精神,才能颠覆燃素说。


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