拉瓦锡如何促进了近代化学的萌芽？

2022-11-16 10:13:18 来源：科普中国

作者：老猫

火塑造了人类，火独特的性质也让人为之着迷。关于火的科学解释可以追溯到公元前5世纪，古希腊哲学家恩培多克勒将火视为组成世界的四种基本微粒之一，认为所有物质都是由水、土、气体和火四种元素组成，物体发生燃烧，就是火元素被释放了出来。虽然恩培多克勒的学说更多还是停留在形而上的，缺乏实证证据，但是经过亚里士多德等人的传承和发展，元素学说俨然成为了欧洲古典时代的显学，并一直指导着欧洲炼金术的发展。

到了十七世纪中后期，随着欧洲工业技术水平的进展，人们了解火的欲望越来越迫切，因为火被广泛应用于手工业乃至工业中，用火使其它物质发生化学变化，或者仅仅是更加精确地控制火本身，对于新技术的发展起着至关重要的作用。

(资料图片仅供参考)

于此同时，近代化学也开始在欧洲萌芽，科学手段和新的仪器也在这个时间段被广泛引入到化学研究中，越来越多的化学反应被观察、记录。古典时代的理论显然没有办法解释很多反应，于是很多创新的理论假说被提了出来。

其中最成功的一个假说要属“燃素说”。这个假说认为，所有能够燃烧的东西都含有一种叫做“燃素”的东西，这种东西如果单独聚集在一起，就是火焰，分散的话也可以让温度升高。燃烧是一个简单的分解反应，燃素被释放出来了，剩下了之前与燃素结合的那种东西。譬如说煅烧金属时，燃素从金属中逸出，最后只留下灰渣；而将木炭与灰渣共同加热，木炭里的燃素会重新与灰渣相结合，形成金属。以当时的科学水平来看，这套新理论相当自洽而完备，可以完满地解释氧化、呼吸、燃烧、分解等许多化学现象，因而被当时的科学界普遍接受。

然而法国化学家拉瓦锡对于这一假说心存疑惑。因为人们发现，金属燃烧后剩下的灰渣重量会增加，燃素学说没有办法很好地解释这一点。甚至有人指出金属燃烧释放出来的燃素质量是负数，和其它物质不一样——当然这听上去挺没有说服力的。于是拉瓦锡设计了一系列的实验来探究燃烧的本质。

最早的实验是磷。如果是在开放的条件下实验，除了产生大量的白烟之外，磷会燃烧殆尽，什么都不会剩下。但是拉瓦锡在封闭的条件下进行了燃烧，发现燃烧除了消耗了大量空气之外，还留下了磷酸酐（也就是五氧化二磷，燃烧中产生的白烟），而且燃烧产物的重量和金属燃烧一样，增加了。之后他又用硫重复了相同的实验，同样发现了质量的增加，这次的产物是气体，和磷燃烧产生的白烟一样，被之前的学者忽略了。

更有决定性的实验是煅烧铅块的实验。拉瓦锡惊讶地发现，在封闭玻璃瓶里煅烧铅块，反应完成之后重量竟然没有发生任何变化，直到容器被打开之后，煅烧后的灰渣才像之前观察到的那样变重了，与此同时，可以观察到有气体冲进了玻璃瓶。拉瓦锡意识到，或许燃烧反应并不是一个分解反应，而是一种化合反应，是燃烧物与空气结合，增加了自己的重量。

而拉瓦锡所做的一系列燃烧实验中，最经典的莫过于汞氧化的实验。拉瓦锡在水封的鹅颈瓶中加热汞，让它与封闭在容器内的空气充分反应，十二天后，空气减少了五分之一，并且再也不会减少了。然后，拉瓦锡仔细收集了实验中产生的所有氧化汞，并加热使其分解——发现生成的气体恰好和之前氧化反应中减少的气体数量相等。新生成的气体，现在我们当然知道是氧气，不过彼时刚刚由瑞典的舍勒和英国的普利斯特里先后独立发现，而加热氧化汞正是普利斯特里得到氧气的反应。不过稍微有点讽刺的是，普利斯特里至死都是燃素说的铁杆支持者，他甚至把氧气命名为“去燃素空气”，认为这种气体之所以和可燃物反应比空气更剧烈，是因为它能够容纳更多的燃素。

和之前的研究相比，拉瓦锡设计的实验的不同之处在于，他总会试图收集所有的反应产物，并且仔细称量。这让之前的定性实验转变成了更加精确的定量实验，更具有说服力的同时，也让人们发现、建立一般性的规律成为可能。譬如一系列金属氧化的实验让早些年米哈伊尔·罗蒙诺索夫提出的质量守恒定律更加深入人心，这无疑让化学向现代科学迈进了一大步。

当然，拉瓦锡也不是没犯错误，氧气（oxygen）这个名字就是。这个词是由希腊词根“酸味”和“生产者”组成，因为拉瓦锡误以为所有的酸，比如说他实验中产生的磷酸、亚硫酸，都必须含有氧。虽然化学家们后来发现有盐酸、氢氟酸这样的无氧酸，和氧相比，酸里面含有的氢才是决定性的，但氧气的名字早已敲定了，大家也都无可奈何。顺带说一句，徐寿最早把化学名词引入中文的时候，取其滋养生命的那重意思，定名为“养”，之后逐渐演变成“氧”，避免了名称上的谬误。而在更早接触近代化学的日本，氧至今都被错误地称为“酸素”。

关键词：近代化学有说服力的分解反应