《人類科學(xué)技術(shù)史-252》氣體化學(xué)（下）

氣體化學(xué)（下）
4.盧瑟福

在導(dǎo)致氧氣的發(fā)現(xiàn)并最終推翻燃素說的過程中，除了二氧化碳與氫氣的發(fā)現(xiàn)外，氮?dú)獾陌l(fā)現(xiàn)也是極其重要的一步。1755年，布萊克在制取"固定空氣"即二氧化碳之后，意識(shí)到剩余的氣體與"固定空氣"并不同，因此，他要他的學(xué)生盧瑟福(1749-1819年）繼續(xù)研究這種剩余氣體的性質(zhì)。

1772年，盧瑟福對(duì)這種剩余氣體進(jìn)行了多方面的實(shí)驗(yàn)研究，他把一只老鼠放在含有這種氣體的器皿內(nèi)，發(fā)現(xiàn)老鼠悶死后，器皿內(nèi)的氣體容積減少了十分之一(實(shí)為老鼠耗掉的氧）。如果將里面剩余的氣體用堿液吸收，則器皿內(nèi)的整個(gè)氣體的容積又減少十分之一(實(shí)為二氧化碳）。他以這樣的方法除掉器皿內(nèi)的"燃燒素空氣和固定空氣"(實(shí)為氧氣與二氧化碳）之后，再對(duì)剩余的氣體進(jìn)行研究。他在這種剩余氣體中點(diǎn)燃蠟燭，仍能看到隱現(xiàn)的燭光；若投磷少許，則可見磷發(fā)光。這些現(xiàn)象使他認(rèn)識(shí)到，他所得到的并不是純凈的另一種剩余氣體，于是，他改用以磷在密閉的器皿中燃燒的方法，結(jié)果制取了這種較為純凈的剩余氣體。通過實(shí)驗(yàn)分析，盧瑟福發(fā)現(xiàn)，這種氣體既不能助燃燒，也不能助呼吸，且不溶于苛性鉀溶液。他把這種氣體命名為"濁氣"或"毒氣"。由于他受燃素說的影響較深，他認(rèn)為這種"濁氣"并不是一種獨(dú)立的氣體，而是從燃燒物體中吸取"燃素"后的"火氣"。但他的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是氮?dú)獾淖钤绨l(fā)現(xiàn)，后來，他把這一發(fā)現(xiàn)寫入了《固體空氣或濁氣導(dǎo)論》一文中。

與盧瑟福大體同時(shí)，卡文迪許也運(yùn)用苛性鉀吸收木炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳的方法，制取過這種剩余氣體，他也發(fā)現(xiàn)這種氣體具有滅火的性質(zhì)。可見，卡文迪許也是氮?dú)獾莫?dú)立發(fā)明者。

這時(shí)，英國化學(xué)家普列斯特列也利用石灰水吸收二氧化碳的方法，制取過這種剩余氣體，并且也發(fā)現(xiàn)這種氣體的既不助燃、也不助呼吸的性質(zhì)。由于他信奉燃素說，因此他認(rèn)為，氮?dú)馑圆恢迹且驗(yàn)樗呀?jīng)吸足了燃素，這樣就使它失去了助燃的能力。因此，他把這種氣體叫"被燃素飽和了的空氣"。

瑞典著名化學(xué)家席勒也在這時(shí)發(fā)現(xiàn)過氮?dú)猓€最后指出，氮?dú)馐强諝獾慕M成成分之一。

正是在氮?dú)膺@一重要成果的直接推動(dòng)下，僅在一兩年后，席勒和普列斯特列就大體同時(shí)發(fā)現(xiàn)了直接推翻燃素說的重要?dú)怏w——氧。

5.席勒

席勒(1742-1786年），生于瑞典波美尼亞的斯特拉爾松城的一個(gè)經(jīng)商的家庭，十四歲時(shí)，被送到藥劑師包赫的藥店去當(dāng)學(xué)徒，為他后來的化學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。

在從事醫(yī)藥化學(xué)研究的同時(shí)，席勒也開始進(jìn)行燃素現(xiàn)象與氣體化學(xué)方面的研究。1772年，席勒獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了氮?dú)狻＞驮谕辏趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一定容積的空氣在長久接觸某種物質(zhì)后，其容積就會(huì)減少，而其中剩余的空氣能使蠟燭熄滅。席勒根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)分析，空氣至少有兩種性質(zhì)不同的氣體組成。他認(rèn)為這兩種氣體中有一種不表現(xiàn)出吸引燃素的性質(zhì)，因此他把它稱為"濁空氣"(即氮?dú)猓欢硪环N則表現(xiàn)出特別能吸引燃素的性質(zhì)，因此他把這種氣體稱為"火空氣"，這實(shí)際上是氧氣的最初發(fā)現(xiàn)。

在發(fā)現(xiàn)"火空氣"之后，席勒即想以實(shí)驗(yàn)方法制取出這種"火空氣"來。他根據(jù)燃素說設(shè)想，熱是由"燃素"和"火空氣"組成的。如果能把熱分解為"火空氣"和"燃素"，便可制取出"火空氣"來。他想，只要選定這樣一種物質(zhì)，這種物質(zhì)對(duì)燃素的吸引力比"火空氣"對(duì)燃素的吸引力更大，那么就可以使這種物質(zhì)同燃素結(jié)合，從而將"火空氣"單獨(dú)離析出來。為此，他選定了硝酸，因?yàn)橄跛嵋子谂c金屬作用，易于吸取金屬中的"燃素"。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，他取得了這種氣體，點(diǎn)著的小蠟燭在這種氣體中能放射出耀眼的光芒。這樣，被席勒稱為"火空氣"的氧，就不但被席勒最先發(fā)現(xiàn)了，而且被席勒最先制取出來了。

此后，席勒又先后采用加熱氧化汞、硝酸鎂、二氧化錳與硫酸等多種方法制取過"火空氣"，1782年，席勒又最先給"火空氣"取名為"氧"。在發(fā)現(xiàn)和制取氧氣之后，席勒還對(duì)氧氣的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步的研究。

如果循此前進(jìn)，席勒本來可以揭示出氧在物體的燃燒與金屬的煅燒中的化學(xué)實(shí)質(zhì)，并由此推翻燃素說。但由于席勒?qǐng)?jiān)信燃素說，因此，他同略后一些發(fā)現(xiàn)氧的化學(xué)家一樣，沒有抓到"碰到鼻尖的真理"。席勒在化學(xué)的其他方面也有建樹，他在1774年曾對(duì)氯、錳、鋇等元素有過最初的發(fā)現(xiàn)，1775年，曾從骨中制取過磷，他還制取過一種被人們稱為"席勒綠"的染料。特別是他在1788年合成了第一種有機(jī)酸"氫氰酸"。可惜的是，他由于多年的貧困與疾病的折磨，在剛得到一筆稿費(fèi)使他得以同一個(gè)孀婦結(jié)婚的兩天之后，即已四十四歲之年去世。

1773年以前，席勒發(fā)現(xiàn)并制取氧的有關(guān)實(shí)驗(yàn)即已完成，有關(guān)氧氣的著作《論火與空氣》一書，也在1775年底以前完稿，由于出版的延誤，席勒這一著作直到1777年8月才出版。此后，普列斯特列記述發(fā)現(xiàn)氧的論文已經(jīng)發(fā)表了，拉瓦錫論氧的論文也發(fā)表了。

6.普列斯特列

普列斯特列(1733-1804年）是與卡文迪許齊名的18世紀(jì)后期的英國著名化學(xué)家之一，他是一個(gè)農(nóng)民的兒子。起初，在富蘭克林的影響下，他開始研究電學(xué)，特別是電學(xué)史的研究。1676年，他發(fā)表了一篇電學(xué)史方面的論文《電的歷史及狀況》，他因這篇論文被選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，并于同年獲博士學(xué)位。這一年，他出版了《電學(xué)史》的第一卷。

在寫作《電學(xué)史》第二卷的過程中，他在聽一位化學(xué)博士的講演時(shí)，對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了興趣。經(jīng)過幾年的努力，他已經(jīng)精通了當(dāng)時(shí)的化學(xué)理論與實(shí)踐技術(shù)。1771年，他在加熱硝石時(shí)，實(shí)際上已制得了氧氣，并認(rèn)識(shí)到這種氣體有助燃性。只是他當(dāng)時(shí)還未認(rèn)識(shí)到這是一種獨(dú)立的氣體，而是把它同空氣混為一談。

1772年，普列斯特列獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了氮?dú)猓_始認(rèn)識(shí)到，空氣并不是單一的氣體，而是由不同的氣體組成的。氮?dú)獾陌l(fā)現(xiàn)，為他進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)氧氣鋪平了道路。

1774年8月1日，普列斯特列想用剛得到的一只大透鏡做一次實(shí)驗(yàn)，以分析光對(duì)氧化汞的作用。他想，物體燃燒時(shí)，它的火焰總是放射出光，也許燃素本身是一種光。當(dāng)他把透鏡的聚焦點(diǎn)上的強(qiáng)光投射到玻璃罩內(nèi)的氧化汞上時(shí)，紅色的汞灰即出現(xiàn)耀眼的光點(diǎn)。幾分鐘后，汞灰竟變成了水銀珠。而當(dāng)他把點(diǎn)燃的干木條放入玻璃罩內(nèi)時(shí)，不但木條本身燃燒得更旺，而且整個(gè)罩內(nèi)即發(fā)出閃亮的光焰。顯然，罩內(nèi)有一種未知的氣體被點(diǎn)燃了。但由于他篤信燃素說，他誤認(rèn)為通過透鏡聚射進(jìn)去的強(qiáng)光本身就是燃素，而沒有認(rèn)識(shí)到這是新的氣體。

以后他陪一公爵到歐洲旅行，在法國期間，他會(huì)見了拉瓦錫，并告訴了自己的發(fā)現(xiàn)，這一新的科學(xué)信息，成了拉瓦錫在三年后徹底推翻燃素說的最初起點(diǎn)。

1774年11月，他回到英國，1775年，他開始研究他的發(fā)現(xiàn)，這時(shí)，他逐漸認(rèn)識(shí)到，他所發(fā)現(xiàn)的并不是燃素，而是一種新的氣體。這一年，他在對(duì)新氣體所進(jìn)行的研究中，主要做了以下兩方面工作。在實(shí)驗(yàn)上，他進(jìn)一步分析了這種氣體的化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這種氣體特別能助燃燒和助呼吸。老鼠在盛有這種氣體的器皿中活的時(shí)間要相當(dāng)于在盛有普通空氣的器皿中活的時(shí)間的兩倍，而且在取出之后還能復(fù)活。他自己吸入這種氣體后，胸部有一種特別輕松舒暢的快感，他欣喜地說："這種氣體，將來說不定要成為一種時(shí)髦的奢侈品呢！"他看到這種氣體具有重要的醫(yī)學(xué)價(jià)值，建議醫(yī)學(xué)家們?cè)谥委熤羞\(yùn)用這種氣體。而這一點(diǎn)，后來成為現(xiàn)代輸氧技術(shù)的發(fā)端。在理論上，他也試圖對(duì)這種氣體進(jìn)行一些探索，但由于燃素說的影響，他認(rèn)為，這種氣體之所以特別能助燃燒，是因?yàn)樗缓猩倭咳妓鼗蛘吒静缓妓兀虼耍堰@種空氣稱為"脫燃素空氣"。同時(shí)他認(rèn)為氮?dú)庵阅苁够鹧嫦纾且驗(yàn)樗驯蝗妓仫柡停虼耍训獨(dú)夥Q為"燃素化空氣"。這些是完全錯(cuò)誤的分析。

普列斯特列發(fā)現(xiàn)了氧，可是他不承認(rèn)拉瓦錫以他所發(fā)現(xiàn)的氧所建立起來的氧化學(xué)說，正如居維葉所說："普列斯特列是現(xiàn)代化學(xué)之父，但是，他始終不承認(rèn)自己的親生女兒。"