揭開燃燒的秘密——拉瓦錫革命
燃素說統治了化學100多年。這學說在化學史上固然起了一定的積極作用,但燃素畢竟是虛幻的,既無法製造出來,也沒有誰見過它。因而燃素究竟為何物,誰也說不清楚,就連燃素說的創立者施塔爾也回答不出來。
18世紀後期,越來越多的化學實驗結果使燃素說窮於應付,無法自圓其說。1774年,氧氣被發現,化學也由此迎來了大發展的轉折點。
普裏斯特利氧的發現,要歸功於普裏斯特利和舍勒兩位化學家。
普裏斯特利,1733年出生於英國利茲城附近的菲爾德黑德。1765年獲愛丁堡大學法學博士。他的職業是牧師,化學隻是他的業餘愛好。1766年當選為英國皇家學會會員。1782年當選為巴黎科學院的外籍院士。
普裏斯特利的重大貢獻是發現氧氣以及其他氣體。1772年發現了二氧化氮;1773年發現氨;1774年發現二氧化硫。1774年,他利用一個大凸透鏡,把陽光聚集起來,加熱氧化汞,用排水集氣法收集產生的氣體,並研究了這種氣體的性質。
普利斯特利的實驗裝置之一舍勒他發現在這種“空氣”中不僅蠟燭會更旺盛地燃燒,而且火焰非常之大。他又將小白鼠放入這種氣體中,他發現小白鼠活的時間延長了四倍。他自己親自聞了一下,覺得這種“空氣”使呼吸輕快了許多,使人感到格外舒暢。他在實驗報告中這樣描寫道:
普裏斯特利的實驗裝置之二普利斯特利的電動機模型“我把老鼠放在一大瓶新製備的脫燃素的空氣中,發現它們過得非常舒適,我自己受好奇心的驅使,又親自進行了實驗。我是用玻璃吸管從放滿這種氣體的大瓶裏吸取的,當時我的肺部的感覺和吸入普通空氣一樣,但經過呼吸這種氣體以後,經過相當長一段時間,我的身心還總感到輕快舒暢,也許我製取的這種脫燃素的空氣,將來會成為有閃爍而時髦的奢侈品,不過,現在隻有我自己和兩隻老鼠,吸過這種氣體。”
由此,普裏斯特利知道自己發現了一種新氣體,但由於他是燃素說的忠實信徒,他認為,這種氣體之所以助燃能力特別強是因為該氣體中一點燃素也沒有因而吸收燃素的能力特別強,因此,他稱該氣體為“脫燃素空氣”。
普裏斯特利發現了氧氣,並證明了氧氣可以助燃,證明了氧氣幫助呼吸,他本來可以對氧氣的化學性質作出科學的總結,揭開燃燒的奧秘,但是,非常遺憾,他卻沒有能做到這一點,他一直到死都堅信那個根本不存在的“燃素”,而且一直都用錯誤的“燃素說”來牽強地說明新的科學發現。這也說明,人們一旦盲目地相信了一種錯誤理論,就會使它變成科學進步的桎梏。普裏斯特利自己發現了氧氣,實驗了氧氣的性質,卻至死不承認氧化說,法國著名科學家居維葉在評價這種情況時說:“普裏斯特利是現代化學之父,但是,他始終不承認自己的親生兒女。”恩格斯在評論這件事時說:“這種本來可以推翻全部燃素說觀點並使化學發生革命的元素,在他手中沒有能結出果實。”
另一位發現氧的是瑞典化學家舍勒。他比普裏斯特利還早一年發現氧氣,是用高錳酸鉀(黑苦土)製得的。他發現這種氣體有助燃的作用。由於他也相信燃素說,於是他把製得的氧氣稱為“助火空氣”。他是這樣解釋的:這種“助火空氣”能夠幫助燃燒,與燃素生成的化合物是火,燃燒便是這種“助火空氣”與燃燒物體中的燃素結合的過程。他的解釋與普裏斯特利大同小異。
除了氧氣之外,舍勒還發現了不下30種的無機和有機物質,其中包括氯氣。他還是第一個認為氮氣是空氣成分之一的人。
1786年5月21日,舍勒因病去世,終年僅44歲。有人認為他是死於藥物中毒。因為他有一個習慣,每製出一種新的化學物質,他都要親自嚐一下。總之,他是為他所鍾愛的科學事業獻身的。
普裏斯特利和舍勒兩人分別獨立地發現了氧,但都沒有能進一步揭開燃燒的秘密,最後揭開燃燒奧秘的是拉瓦錫。
1743年8月26日,拉瓦錫出生於法國巴黎,其父是一位富有的律師,所以拉瓦錫早年學習的科目是法律。但他對法律不感興趣。1763年法律專業畢業,並取得律師開業證書,後轉向研究自然科學。21歲時從事地質學研究,後又轉為學習化學。他最早的化學論文是對石膏的研究,發表在1768年《巴黎科學院院報》上。他指出,石膏是硫酸和石灰形成的化合物,加熱時會放出水蒸氣。1765年他當選為巴黎科學院候補院士。1768年研究成功浮沉計,可用來分析礦泉水。1772年,拉瓦錫任皇家科學院副教授,1778年提升為教授。1775年任皇家火藥局局長,火藥局裏有一座相當好的實驗室,拉瓦錫的大量研究工作都是在這個實驗室裏完成的。
拉瓦錫一直對“燃素說”持懷疑的態度,他實在難以接受“燃素”具有負重量的說法。1772年2月,他讀到了達爾塞的一篇研究報告,其中談到“在高溫下燒得熾熱的金剛石會消失得無影無蹤”,這一實驗結果使他深受啟發,那麼,在沒有空氣的條件下,加熱金剛石會怎樣呢?於是他把金剛石用調成糊狀的石墨厚厚地包上一層,再把這些烏黑的圓球放在烈火中燒得通紅,幾小時後,剝去石墨外衣,裏麵的金剛石竟然完好無損!拉瓦錫琢磨:“金剛石的失蹤看來與空氣有關。莫非它與空氣發生作用了?”這種想法和“燃素”學說截然相反!