什么是“燃素學(xué)說(shuō)”?
燃燒現(xiàn)象是自然界發(fā)生的最重要的變化之一,但在化學(xué)史上,物質(zhì)燃燒的本質(zhì)卻成了一個(gè)長(zhǎng)期難解的謎! ∪紵o人們的最普遍的感覺是:物體燃燒時(shí)好像有某種東西從中逃去了,誰(shuí)都看到過(guò)一縷青煙,冉冉騰空而去,只留下少許的灰燼。于是化學(xué)家猜想,在燃燒時(shí)是否某種易燃的元素逃逸了。
雖然與此同時(shí),冶金化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與上述現(xiàn)象相反的事實(shí),即金屬在加熱時(shí)變成較重的粉末──金屬灰。不過(guò)他們只埋頭于實(shí)際工作,對(duì)這樣的理論問(wèn)題不感興趣,也不去深究。當(dāng)時(shí)英國(guó)化學(xué)家波義耳也曾定量地研究過(guò)金屬在密閉的容器中燃燒后增重的實(shí)驗(yàn),并將金屬燃燒解釋為:金屬+火微粒=煅灰。
但他沒(méi)有在這個(gè)基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究,尤其忽視了研究與金屬密切接觸的空氣發(fā)生了什么變化,為了說(shuō)明實(shí)驗(yàn)事實(shí),找了一個(gè)“火微粒”來(lái)充數(shù),從而未能揭示燃燒的秘密。但他把燃燒現(xiàn)象看做是一個(gè)可燃物與其他物質(zhì)結(jié)合的見解,在當(dāng)時(shí)是少見的。
17世紀(jì)以后更多化學(xué)家為之不倦地探索,并提出了各種學(xué)說(shuō)。其中最有代表性的是“燃素學(xué)說(shuō)”。與波義耳同時(shí)有一位德國(guó)化學(xué)家貝歇爾,他對(duì)燃燒現(xiàn)象也做了相當(dāng)多的研究。他認(rèn)為燃燒是一種分解作用,物質(zhì)燃燒時(shí),放出其中的“油土”成分后,留下的灰燼是簡(jiǎn)單的物質(zhì)。貝歇爾提出的“油土”實(shí)際上相當(dāng)于不久后盛傳起來(lái)的所謂“燃素”。因此后人認(rèn)為他是與施塔爾共同創(chuàng)立“燃素學(xué)說(shuō)”的化學(xué)家。
貝歇爾的學(xué)生施塔爾是德國(guó)的一位醫(yī)生兼化學(xué)家,曾任哈雷大學(xué)醫(yī)學(xué) 和化學(xué)教授,后任柏林普魯士王的御醫(yī)。1703年施塔爾在總結(jié)了燃燒的觀點(diǎn),尤其是貝歇爾的觀點(diǎn)后,系統(tǒng)地闡述、發(fā)揮了燃素學(xué)說(shuō)。燃素學(xué)說(shuō)在化學(xué)史上幾乎統(tǒng)治了一個(gè)世紀(jì),對(duì)化學(xué)的影響是深遠(yuǎn)的。
燃素學(xué)說(shuō)認(rèn)為一切可燃物質(zhì)中都含一種可以燃燒的要素,即所謂燃素,它在燃燒過(guò)程中從可燃物里分散出來(lái),從而發(fā)光發(fā)熱。而空氣是帶走燃素的必需媒介物,燃燒一定要有空氣才能實(shí)現(xiàn)。木頭富含燃素,能燃燒,燃燒時(shí)燃素散逸,剩下灰燼。
石頭中不含燃素,因而不能燃燒。燃素說(shuō)把一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都?xì)w結(jié)為物體吸收燃素與釋放燃素的過(guò)程。煅燒金屬,燃素從中逸出,變成煅渣。煅渣與木炭共燃時(shí),又從木炭中吸取燃素,所以金屬再生。燃素學(xué)說(shuō)把金屬煅燒過(guò)程解釋為:金屬-燃素=煅灰,即認(rèn)為金屬燃燒是分解作用,與波義爾的解釋恰好相反。
燃素學(xué)說(shuō)是錯(cuò)誤的。“燃素”也是不存在的。施塔爾對(duì)燃燒現(xiàn)象(氧化還原反應(yīng))作出的解釋與現(xiàn)代的觀點(diǎn)恰好完全相反。凡我們現(xiàn)在認(rèn)為是與氧結(jié)合的反應(yīng),他都認(rèn)為是燃素被分離出來(lái)的反應(yīng)。但是施塔爾認(rèn)為,化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)都有某種東西從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另外一種物質(zhì)的觀點(diǎn)及化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)守恒的觀點(diǎn),與現(xiàn)代氧化還原反應(yīng)中發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移有著某些相似之處。
燃素學(xué)說(shuō)正是利用這種轉(zhuǎn)移的概念,解釋了大量的化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng),把大量的化學(xué)事實(shí)統(tǒng)一在一個(gè)概念之下,因此很快得到當(dāng)時(shí)許多化學(xué)家的相信與支持,從而結(jié)束了煉金術(shù)對(duì)化學(xué)的控制,使化學(xué)獲得解放,得到發(fā)展。在燃素學(xué)說(shuō)流行的長(zhǎng)達(dá)一百年時(shí)間里,化學(xué)家為證實(shí)燃素學(xué)說(shuō),為尋找燃素,為解釋各種現(xiàn)象,又做了大量的實(shí)驗(yàn),積累了相當(dāng)豐富的感性材料,這些都是化學(xué)史寶庫(kù)中的珍貴資料。拉瓦錫和以后的化學(xué)家在一定程度上利用了燃素學(xué)說(shuō)信奉者做過(guò)的實(shí)驗(yàn)(包括普利斯特里和舍勒制造氧氣的實(shí)驗(yàn)),推翻了燃素學(xué)說(shuō),建立了正確的燃燒理論。
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