統治化學百年的燃素說
人類很早就會使用火了,燃燒是人們最司空見慣的現象。但長時間不知道燃燒是怎麼回事。17世紀,隨著冶金業的發展,迫切需要對燃燒的本質作出解釋。
施塔爾
1669年,德國醫生兼化學家貝歇爾出版了《土質物理學》一書,對燃燒現象做了一番論述,提出了燃素說。他認為,燃燒是一種分解作用,是複雜物質分解成硫、汞、鹽這些簡單東西,燃燒過程是物質放出“油土”(燃素)而剩下“石土”或“汞土”的過程。
1703年,德國化學家施塔爾對老師貝歇爾的理論極為推崇,他根據當時已知的各種燃燒現象,提出了比較係統的燃燒理論。他認為,可燃的要素是一種氣體物質,它存在於一切可燃的物質中。他把此種要素稱之為“燃素”。“燃素”在燃燒的過程中,從可燃物中飛散出來,與空氣結合,從而發光熱,這就是火。他還認為,物質失去燃素就會變成灰燼,灰燼獲得燃素還會複活起來。施塔爾在解釋金屬燃燒過程中還提出一個公式:金屬-燃素=煆灰通俗地說,比如木板、棉花,燃素說認為,它們裏麵都含有“燃素”,這是一種氣體,在燃燒時,它會從木板或棉花中跑出來,在空氣中發光發熱。而散發了“燃素”後的木板、棉花就剩下了灰燼,這灰燼必然比木板、棉花原來輕。
燃素說的這種解釋是符合我們的日常經驗的。然而,隻要學過中學化學,我們都會明白,燃素說的這種解釋完全是錯誤的。它把燃燒看成了一個分解反應,其實它是一個氧化還原反應,而所謂留下的灰燼比木板、棉花輕,並不是木板、棉花中的“燃素”跑了,而是木板、棉花與空氣燃燒後生成二氧化碳、水蒸氣等成為氣體散發掉了。其實,當時燃素說之所以能統治化學達百年之久,一方麵固然是化學當時缺乏理論指導;另一方麵也與當時的實驗條件有關,化學當時基本上是一門定性學科,最多不過半定量,還沒有走向定量實驗科學的階段。
對有機物燃燒需要空氣的原因,施塔爾解釋說,因為空氣可以幫助燃燒物把“燃素”吸出來。後來,人們經廣泛地研究燃燒現象發現,某些金屬燃燒時,它形成灰燼重量反而會增加,這樣用上述公式就無法解釋。這時燃素說的維護者又說燃素和“靈氣”一樣與地心是相排斥的,具有“負重量”。因此,金屬在燃燒時是失去燃素,好比活著的人失去靈魂,因此就像屍體比活著的時候要重那樣,“死”的灰渣自然就比活的金屬重。
在當時,燃素說“雖然在某些場合不免有些牽強附會”,但是它“足以說明當時大多數化學現象”。著眼點在於從物質燃燒本身去解釋燃燒,完全拋棄了煉金術士的神秘理論。在燃素說流行的一百多年中,化學家們積累了許多實驗材料,這些材料對近代化學的發展和科學的燃燒理論的建立都是有價值的。因此,恩格斯指出:化學是“借燃素說從煉金術中解放出來”。但是,燃素說的創立者和維護者,當時還隻能是從燃燒現象來解釋燃燒的本質,還隻是把事物的影子當作事物的原形,因此就臆造出一個“燃素”來,所以這種理論經不起科學實踐的檢驗。