用火是人類史上的一個里程碑,它讓人類從此多了一種改造自然的途徑。但什么是火,火的本質是什么,直到18世紀人們對它有了更深刻的認識。
燃素說成主流
燃燒問題一直是化學研究的核心問題。人們發現,在燃燒的過程中有火焰迸出,而燃燒后的木柴質量會變輕,于是推測再燃燒的過程中有東西離開了燃燒物,人們又推測這種東西應該事非常容易燃燒的物質,于是有燃素說的基本想法——在燃燒過程中“跑掉”的東西后來被成為燃素。
斯塔爾畫像
用燃素理論能夠解釋當時的很多化學現象。在燃素的框架內,斯塔爾還提出,金屬生銹和木材燃燒是同一類化學過程,都是失去燃素的過程。雖然后來,被證實是錯誤的,但燃素說卻是化學史上第一個將各種化學現象統一起來的化學理論,并引導化學走向更廣闊的領域。
但燃素說中有一個明顯地bug,就是燃素到底有沒有重量。因為有機物在燃燒后重量會減少,而金屬生銹重量卻會增加。這是因為燃素學說將燃燒作為燃素從可燃物分離的過程,即分解反應,而現代化學認為的與氧結合的化合反應剛好相反。但由于這種說法確實能比較好地解釋眾多化學現象,所以還是被大多數化學家所接受。
普利斯特列發現“失燃素空氣”
英國化學家普利斯特發現“失燃素空氣”——氧氣的對于顛覆燃素論起到了至關重要的作用。1767年,因為住在啤酒廠隔壁,英國化學家開始研究空氣問題。
774年,他做出了一個重要的發現,再空氣中加熱水印可以得到紅色的氧化汞。6月,倫敦的科學儀器商贈給他1個直徑30cm、焦距50cm的大凸透鏡。8月1日,他用大凸透鏡加熱汞灰時看到有氣體冒出,并有汞珠出現。他當時認為該氣體是“失燃素硝氣”。
普利斯特列畫像
普利斯特列認識到普通空氣中包含著“燃素化空氣”,但按照燃素說,物體在空氣中燃燒后,脫燃素空氣應轉化為燃素空氣,但實際上并沒有這個過程。
幾乎和普利斯特列同時,瑞典化學家也發現了氧氣和氮氣,將其稱之為“濁空氣”和“火空氣”。而他也是燃素說的信奉者。
拉瓦錫推翻燃素說開啟新紀元
同時在研究燃素的還有另一個人——拉瓦錫。拉瓦錫從1772年開始研究燃燒問題,他的方法非常簡單,就是在物質燃燒前后進行稱重。1774年,拉瓦錫在一個密閉的容器中加熱錫和鉛,兩種金屬表明出現了一層灰,而金屬灰的重量要比原來的重,但他還發現,整個容器在加熱后并不好變得更重。
燃素說雖然被拉瓦錫所推翻,但燃素說以科學求真的精神,取代了化學的煉金術傳統和神秘主義的束縛,有意識地不借上帝而運用實驗和思維方法研究物質的變化現象,力圖建立全新的化學理論體系來揭示燃燒的本質,這在思想方法上和研究方法上是一個空前的躍進。而拉瓦錫也正是因為堅持了這種以科學求真的精神,才能顛覆燃素說。