从燃素到氧化 “烧”出来的化学新纪元

　　用火是人类史上的一个里程碑，它让人类从此多了一种改造自然的途径。但什么是火，火的本质是什么，直到18世纪人们对它有了更深刻的认识。

　　燃素说成主流

　　燃烧问题一直是化学研究的核心问题。人们发现，在燃烧的过程中有火焰迸出，而燃烧后的木柴质量会变轻，于是推测再燃烧的过程中有东西离开了燃烧物，人们又推测这种东西应该事非常容易燃烧的物质，于是有燃素说的基本想法——在燃烧过程中“跑掉”的东西后来被成为燃素。

　　燃素理论最早可以追溯到化学家贝歇尔。1669年，他发表了《地下物理学》一书，在书中，他提出在有机物燃烧过程中，其所包含的油状土会很快逸出，而只有玻璃状土留下来。贝歇尔认为，自然中的物质之所以不同，是因为他们含有不同的土元素，而土元素分为玻璃状土、油状土和流质土三种。

　　贝歇尔的学生斯塔尔深受原子论的影响，在原子论的基础上他建立了燃素的元素概念，将贝歇尔的油状土称之为燃素，phlogistou，这个词来自希腊文，意思是使火开始。

　　斯塔尔画像

　　用燃素理论能够解释当时的很多化学现象。在燃素的框架内，斯塔尔还提出，金属生锈和木材燃烧是同一类化学过程，都是失去燃素的过程。虽然后来，被证实是错误的，但燃素说却是化学史上第一个将各种化学现象统一起来的化学理论，并引导化学走向更广阔的领域。

　　但燃素说中有一个明显地bug，就是燃素到底有没有重量。因为有机物在燃烧后重量会减少，而金属生锈重量却会增加。这是因为燃素学说将燃烧作为燃素从可燃物分离的过程，即分解反应，而现代化学认为的与氧结合的化合反应刚好相反。但由于这种说法确实能比较好地解释众多化学现象，所以还是被大多数化学家所接受。

　　普利斯特列发现“失燃素空气”

　　英国化学家普利斯特发现“失燃素空气”——氧气的对于颠覆燃素论起到了至关重要的作用。1767年，因为住在啤酒厂隔壁，英国化学家开始研究空气问题。

　　1772年，普利斯特列发表了长篇论文“对各种空气的观察”，文中记载了他利用集气槽收集到的各种气体：由铜、铁、银等金属于稀硝酸制取的“亚硝空气”（氧化氮）、“燃素化空气”（氮气）、与浓硝酸制取的“亚硝蒸气”（二氧化氮）、“减缩的亚硝空气”（氧化亚氮）、“酸性空气”(氢氯酸)。

　　774年，他做出了一个重要的发现，再空气中加热水印可以得到红色的氧化汞。6月，伦敦的科学仪器商赠给他1个直径30cm、焦距50cm的大凸透镜。8月1日，他用大凸透镜加热汞灰时看到有气体冒出，并有汞珠出现。他当时认为该气体是“失燃素硝气”。

　　10月，普利斯特在巴黎与拉瓦锡曾谈到有关“失燃素硝气”的事情。11月初回到伦敦后，从11月19日到21日，他再次进行实验，实验后他断定该气体不是“失燃素硝气”。1775年3月1日至9 日，他通过著名的小白鼠实验，发现该气体可以助呼吸。但由于虔信燃素说，他认为这种气体不过是含燃素极少的空气。3月15日，他将发现报告以书信的形式呈交皇家学会会长，报告中把发现的气体称为“失燃素空气” (dephlogisticatedair)。

普利斯特列画像

　　普利斯特列认识到普通空气中包含着“燃素化空气”（氮气），但按照燃素说，物体在空气中燃烧后，脱燃素空气应转化为燃素空气，但实际上并没有这个过程。

　　几乎和普利斯特列同时，瑞典化学家也发现了氧气和氮气，将其称之为“浊空气”和“火空气”。而他也是燃素说的信奉者。

　　拉瓦锡推翻燃素说开启新纪元

　　同时在研究燃素的还有另一个人——拉瓦锡。拉瓦锡从1772年开始研究燃烧问题，他的方法非常简单，就是在物质燃烧前后进行称重。1774年，拉瓦锡在一个密闭的容器中加热锡和铅，两种金属表明出现了一层灰，而金属灰的重量要比原来的重，但他还发现，整个容器在加热后并不好变得更重。他推测，金属增加了重量，说明空气中必定失去了重量，若空气失去重量就会出现真空。果然，当他打开容器，空气马上进入了容器，容器的重量立刻增加了。这个实验说明，金属的燃烧是化合的结果。

　　后来，普利斯特列访问巴黎，拉瓦锡得到了“脱燃素空气”的信息。第二年，拉瓦锡重做了普利斯特列的实验，明确得出了燃烧是与空气中的某种成分相化合的结论。1790年，拉瓦锡建议将“最宜于呼吸的空气”命名为氧。大量的实验表明，燃烧现象是一种氧化现象，于是拉瓦锡开始向燃素挑战。

　　1787年，拉瓦锡和其他几位化学家出版了《化学命名法》，从此每一种物质均有了自己的名称，单质的名称反映其化学性质，化合物则由组成它的元素来标定。

　　再接再厉的拉瓦锡，于1789年出版了化学史上划时代的著作《化学纲要》。书中，他详尽地说明了对以氧化理论为核心的新燃烧理论，并且推翻了燃素说。在书中，还阐述了化学反应过程中的物质守恒思想，并将化学反应过程写成了一个代数式。从此化学进入了一个新纪元，所以后来有人将拉瓦锡人称作“近代化学之父”。

　　燃素说虽然被拉瓦锡所推翻，但燃素说以科学求真的精神，取代了化学的炼金术传统和神秘主义的束缚，有意识地不借上帝而运用实验和思维方法研究物质的变化现象，力图建立全新的化学理论体系来揭示燃烧的本质，这在思想方法上和研究方法上是一个空前的跃进。而拉瓦锡也正是因为坚持了这种以科学求真的精神，才能颠覆燃素说。