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▲燃素学说（The Phlogiston Theory）是三百年前的化学家们对燃烧的解释，他们认为火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥散于大气之中便给人以热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。
◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 热学研究、燃烧问题研究、气体研究等等领域在18世纪也都逐渐从定性的观察记录转向定量研究，最终完成了化学革命。 定量研究的成熟有赖于实验仪器的发展，我们刚才说到，部分因为演示实验的需求，实验仪器的发展在18世纪得到了促进，温度计、气压计、气体的收集装置、更精密的天平秤等等，这些精密仪器在18世纪后半叶普及开来。 苏格兰学者约瑟夫·布莱克（1728-1799）借助水银温度计进行热学研究，他发现让冰化成水需要施加固定的热量，但温度计没有变化，从而区分了温度与热量的概念。他进而发现不同物质容纳热量的能力不同，也就是说一定的热量让不同的物质提升的温度不一样，从而提出了“比热”的概念。 那么在物质之间传递的“热量”究竟是什么呢？拉瓦锡和拉普拉斯提出了“热质说”，认为热是一种没有重量的流动物质，热的传导就是热质在物体之间流动。热质说还把蒸发过程解释为被蒸发物与热质的“化合”。 热质说虽然在现在看来是错误的，但它反映了对理论化的定量研究的诉求，因为一种定量研究的科学理论，不仅仅意味着定量地测量一个又一个数据，更要给出某种守恒律来解释数据之间的关系，如果没有守恒律，就难以把诸多定量数据放在一个“等式”之内。而守恒律总要求设定某种恒定的东西的存在。“热质”就是这样一种在变化中保持不变的恒定之物，“燃素”也是一种。 燃素说由德国化学家施塔尔（1660－1734）于1703年提出，用以解释燃烧现象。施塔尔在化学史上很重要，他明确把化学与物理相区别，认为物理学研究的是均质的物质粒子之间的集合，而化学研究的是异质物质之间的合成和分解。 燃素说认为燃烧过程是物体失去燃素的过程，它和后来的氧化学说正好相反，认为燃烧是分解而不是化合。空气是一种助燃剂，燃素从物质中分解出来而进入空气。如果隔绝了空气，比如用罩子盖住了蜡烛，燃烧就会停止，这是因为封闭的空气中的燃素很快就达到饱和，燃素跑不出来，自然就不能再燃烧了。 燃素说在18世纪影响很大，不仅限于化学领域，在生命科学、地球科学等领域也被用来解释许多现象。但燃素理论的定量化并不成功，最终被拉瓦锡的氧化还原理论所取代。 说氧化还原理论之前还要讲一下18世纪的气体研究。我们之前提到炼金术士赫尔蒙特就区分了空气和气体，但他当时没有收集气体的设备，因而无法具体研究各种气体的性质。而收集气体的装置在18世纪出现了，黑尔斯（1677-1761）1727年出版的《植物静力学》一书中描述了收集气体的方法（图1），用倒扣在水面上的容器收集气体。黑尔斯本人并不研究这些气体，他以为这些气体与空气是一样的，但他提供的方法影响深远。 ▲图1 《植物静力学》中演示气体收集方法 布莱克1756发表《碳酸镁实验》，考查加热碳酸镁产生的空气，他称之为“固定空气”，他发现释放该空气后盐的重量减少了，且丧失了碱性。而这种空气与一般空气不同，它能使石灰水变浑浊，不支持燃烧和呼吸。布莱克正式把气体研究纳入化学领域，他指出气体也是化学物质，会参与化学反应，可以考察其化学性质。 英国牧师普里斯特利（1733-1804）是一个研究气体的达人（图2），他区分出许多种空气，包括：“固定空气”、“易燃空气”、“含氮空气”、“海酸空气”、“碱性空气”、“含燃素空气”等，翻译成现代的概念依次是：二氧化碳、氢、氮氧化物、氯化氢、氨、氮。 普里斯特利认为这些空气的区别在于所含燃素的程度。鉴于呼吸过程是把有害的燃素排放到大气里，富含燃素的空气是不适合呼吸的。 普里斯特利通过加热红色汞金属灰（氧化汞）得到了一种能够促进燃烧并且适宜呼吸的空气，他把它命名为“脱燃素空气”。既然燃素说认为燃素饱和的空气会抑制燃烧，那么没有燃素的空气自然就会促进燃烧了。我们现在知道这种脱燃素空气就是氧气。 比普里斯特利稍早一些，瑞典化学家舍勒（1742-1786）也独立地分离出了氧气，他将之命名为“火空气”，他认为燃烧过程是燃素与这种火空气结合的过程。 ▲图2 普里斯特利气体实验的仪器图示（1774） ▲《过时的智慧——科学通史十五讲》 【本文摘自《过时的智慧——科学通史十五讲》第十三讲 流行时尚：启蒙时代的科学，上海教育出版社，2016年7月出版。】 |
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