《人類科學(xué)技術(shù)史-253》氧化說

氧化說

席勒和普列斯特列相繼發(fā)現(xiàn)氧氣之后，他們本來應(yīng)由此引起對燃素說的懷疑與動搖，本來可以引起一場理論化學(xué)的革命，但由于他們盲目崇信燃素說，以至使氧氣"這種本來可以推翻全部燃素說觀點，并使化學(xué)發(fā)生革命的元素，沒有在他們手中結(jié)下果實。"而發(fā)現(xiàn)氧氣并引起化學(xué)革命的并不是一個職業(yè)化學(xué)家，而是一個曾是學(xué)習(xí)法學(xué)的法國青年拉瓦錫(1743-1794年）。

拉瓦錫是巴黎一個富有的律師的兒子，在父親的敦促下，他上了巴黎的索爾蓬納學(xué)院的法學(xué)系。在校期間，他除了學(xué)習(xí)法學(xué)課程之外，還經(jīng)常去聽該校著名化學(xué)家盧埃爾(1703-1770年）的化學(xué)課，他開始接觸到了元素理論和燃素假說，并產(chǎn)生了獻(xiàn)身于化學(xué)的最初愿望。

人們一直認(rèn)為，拉瓦錫本質(zhì)上是一個理論化學(xué)家，而不是一個實驗科學(xué)家，"在科學(xué)方面，拉瓦錫雖然是一個偉大的建筑師，但他在采石場的勞動卻是很少的。他的材料大都是別人的，而他是不勞而獲的。他的技巧就表現(xiàn)在把它們編排和組織起來。"但這并不是說，拉瓦錫不重視實踐，他曾進(jìn)行過不少化學(xué)實驗，只不過他在理論思維上表現(xiàn)出了杰出的才能，而在實驗技巧上顯得平庸而已。他的這些平庸實踐，對于他后來走向化學(xué)革命的里程有重要的意義。拉瓦錫雖然缺乏杰出的實驗才能，但他的實驗卻頗具有獨(dú)特的風(fēng)格和獨(dú)到的特點，這就是他在實驗中十分重視系統(tǒng)的定量分析方法，他認(rèn)為："由于人工的或天然的操作不能無中生有地創(chuàng)造任何東西，所以每一次操作中，操作前后的物質(zhì)總是相等的，而且其要素的質(zhì)和量保持不變，只是發(fā)生更換和變形。這可以看成公理。做化學(xué)實驗的全部技藝是基于這樣一個原理。我們必須假定被檢定的物體的要素和分解產(chǎn)物的要素精確相等。"這一論述見于他在1770年寫的一篇論文中，這實際上是對化學(xué)反映中質(zhì)量守恒定律的最初表述。

1772年11月，拉瓦錫在提交科學(xué)院的一篇論文中，說他在一次實驗中通過定量分析發(fā)現(xiàn)，硫或磷在空氣中被燃燒后重量增加了。他由此推測，這是因為一些空氣在燃燒時被吸收了。

1773年，拉瓦錫在《物理化學(xué)簡史》一書中，論述了他所進(jìn)行的另一次實驗：在一個鐘罩內(nèi)的水銀面上燃燒磷，在磷完全燃燒后，置于罩內(nèi)的水銀面上升了，其中剩下的空氣使余下的磷或小蠟燭熄滅，而由磷燃燒所產(chǎn)生的白色粉末(實為P2O2）比磷重。磷的生成物所增加的重量，與罩內(nèi)失去的空氣的重量基本一致。拉瓦錫認(rèn)為，這一實驗事實說明，罩內(nèi)的一部分空氣在燃燒時確實被磷的生成物吸收了。與此同時，拉瓦錫也用硫進(jìn)行過同樣的實踐，也得到了同樣的結(jié)果。

通過硫和磷在密封的鐘罩內(nèi)的燃燒實驗，使拉瓦錫對燃素說產(chǎn)生了最初的懷疑。根據(jù)燃素說，燃素在燃燒中或具有正重量，或具有負(fù)重量。可是，無論取正重量還是取負(fù)重量，對這種現(xiàn)象都根本解釋不通。磷或硫燃燒后增加重量的事實說明，它們的生成物只能是燃燒物體與某種空氣化合的結(jié)果。

可是，空氣中以一定的比例與燃燒物體化合在一起的這種氣體到底是什么呢？

1774年，拉瓦錫又以錫和鉛作了著名的金屬煅燒實踐。他把經(jīng)過精確稱量的錫和鉛分別放在兩只曲頸瓶中。在將曲頸瓶密封后，他精確地稱出了金屬、曲頸瓶和其中空氣的總重量。在將曲頸瓶內(nèi)的錫和鉛加熱之后，他發(fā)現(xiàn)，錫和鉛雖都已化為灰燼，但瓶內(nèi)的總重量并無變化。而后，當(dāng)他稱量錫和鉛的灰燼時，發(fā)現(xiàn)灰燼總量增加了。這說明，金屬灰燼中所增加的重量，既不可能來自于火中，也不可能來自于瓶外，而只能是與瓶內(nèi)部分空氣化合的結(jié)果。同時，他還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把曲頸瓶口一打開時，瓶外的空氣立即沖了進(jìn)去。而沖進(jìn)去的空氣的重量，又剛好與金屬灰燼中增加的重量相等。

通過錫與鉛的煅燒實驗，使拉瓦錫對燃素說產(chǎn)生了進(jìn)一步的懷疑。因為在密封的曲頸瓶中加熱金屬增加重量的實驗事實，用燃素說是無論如何也解釋不了的。而它只能說明，金屬灰燼只能是金屬本身與某種空氣的化合物。

可是，這種同樣以一定的比例在煅燒時與金屬化合在一起的氣體又是什么呢？拉瓦錫曾設(shè)想，要想證實金屬灰燼是金屬本身與某種氣體的化合物，最有說服力的實驗，莫過于從金屬煅灰中把這種氣體直接分解出來。根據(jù)這一設(shè)想，他用煅灰進(jìn)行了實驗，但沒有成功。

正當(dāng)拉瓦錫在實驗上遇到困難時，普列斯特列會見了他并介紹了自己的新發(fā)現(xiàn)，席勒也寫信給他告訴自己發(fā)現(xiàn)的"火空氣"。1774年11月，拉瓦錫運(yùn)用普列斯特列的方法，重做了普列斯特列作過的用火鏡加熱氧化汞的實驗，果然得到了與普列斯特列的實踐同樣的結(jié)果，他也從金屬灰燼中分解出了這種被他稱為"上等純空氣"的氧氣。

從1772年對燃素論產(chǎn)生最初的懷疑和動搖開始，經(jīng)過長達(dá)五年的實驗分析和理論探討，特別是在普列斯特列和席勒發(fā)現(xiàn)氧氣的基礎(chǔ)上，拉瓦錫感到推翻燃素說并建立起新的燃燒理論的化學(xué)革命的條件已經(jīng)成熟。于是，他在1777年9月5日，向巴黎科學(xué)院提出了一篇題為《燃燒通論》的論文報告，正式提出了他的關(guān)于燃燒理論的氧化說：①燃燒時，放出光和熱。②物體只能在純粹空氣中才能燃燒。③燃燒時空氣被分為兩種成份，其中的純粹空氣被燃燒物體吸收。燃燒物體后所增加的重量等于"被破壞或被分解"的純粹空氣的重量。④非金屬燃燒后變?yōu)樗狒＜兇饪諝馐撬岬谋驹?，一切酸中都含有純粹空氣。金屬煅燒后變?yōu)殪鸦?，它是金屬與純粹空氣的化合物。⑤純粹空氣是火質(zhì)或光的一個基的化合物。由上述要點可見，其中除個別內(nèi)容還帶有燃素說的某些影響之外，把以前曾被燃素顛倒了的燃素理論，從根本上再顛倒過來了。

此后不久，拉瓦錫在一篇論文中開始把"純粹空氣"的基稱作"酸化要素"或"氧素"。1782年，席勒首次把這種空氣稱為"氧"，拉瓦錫也采用了這一名稱，這樣，新的燃燒理論就以氧化說著稱于世了。

氧化說建立之初，遭到了卡文迪許、席勒和普列斯特列等著名化學(xué)家的反對，但受到了正處于科學(xué)發(fā)展上升時期的法國科學(xué)界的歡迎。在天文學(xué)和物理學(xué)界中初露頭角的青年科學(xué)家拉普拉斯最先對氧化說表示支持。到了八十年代，法國青年化學(xué)家富克魯瓦(1755-1809年）及其他一些青年化學(xué)家也表示支持氧化說。在英國，年老的布萊克在八十年代初也接受了氧化說，并在教學(xué)中講授了拉瓦錫的氧化說。此后，氧化說在西歐各國進(jìn)一步贏得了理論陣地。

1783年，拉瓦錫的《關(guān)于燃素的回顧》一書出版，在書中，他回顧了氧化說的建立過程，進(jìn)一步總結(jié)了他的新的燃燒理論。自1785年以后，除了像普列斯特列這樣在科學(xué)思想上極其保守的化學(xué)家之外，氧化說已為絕大多數(shù)化學(xué)家所接受。

拉瓦錫在1782-1787年間，還和其他化學(xué)家一起，曾對化學(xué)名詞命名法進(jìn)行了研究，他在《化學(xué)名詞命名法》一書中提出的新的命名法，使當(dāng)時較為混亂的化學(xué)名詞初步得到統(tǒng)一，而這一點，對傳播他的新的化學(xué)理論也起了重要作用。1789年，他的《初等化學(xué)概念》一書出版。在書中，他把他當(dāng)時所知道的元素分為四類：氣類元素、酸類元素、金屬類元素和土類元素，盡管他的分類并不盡正確，并且把光和熱也當(dāng)作氣類元素，但他對元素分類所作的這些初步嘗試，無疑是19世紀(jì)的元素分析與元素規(guī)律研究的思想先驅(qū)。他還最先發(fā)現(xiàn)化學(xué)反映的質(zhì)量守恒定律，并由此嘗試使用最初的化學(xué)反應(yīng)方程式。

在科學(xué)上，拉瓦錫為近代化學(xué)建立了功勛，然而，在政治上，拉瓦錫是失敗的，是有罪的，他走到了法國大革命的對立面，1794年5月8日，這位似乎只知道金錢而不懂政治的化學(xué)家，終于被送上了斷頭臺。

氧化說的建立，推翻了統(tǒng)治理論化學(xué)長達(dá)一百多年之久的燃素說，從而最終掃清了帶有若干煉金術(shù)理論色彩的燃素論在理論化學(xué)中的殘余影響。自此之后，近代化學(xué)真正進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。氧化說的建立，向人們又一次顯示了理論思維對于科學(xué)的極端重要性，拉瓦錫尊重實驗事實而又長于理論思維，終使他最終在當(dāng)時的理論化學(xué)中建立了卓越的功勛。