斯塔尔是德国著名的医生,但是,他也很喜欢化学。
对于燃烧之谜,斯塔尔根据他的老师、德国化学家柏策的理论,提出了一种不同于波义耳的见解。
“木头为什么能够燃烧,石头为什么不能燃烧?”对于这个问题,斯塔尔这样回答:“木头之所以能够燃烧,是由于在木头里含有一种特别的‘要素’;石头之所以不能燃烧,是在于它不含有这种特别的‘要素’。
不光是木头如此,煤、木炭、蜡烛、油、磷、硫磺——简而言之,一切可燃的物质——都含有这种特别的‘要素’。
这种‘要素’是什么呢?我叫它为‘燃素’。
于是,我认为所有的可燃物质,都是一种燃素的化合物,其中的成分之一便是燃素..当一个东西燃烧的时候,其中的燃素便分离出来,而且所有的燃烧现象——热、光、火焰——都是因为燃素逸出,而发生的剧烈的现象。
”斯塔尔还说:“木头是燃素和灰的化合物。
木头燃烧,就是燃素从灰中分离出来。
燃烧后,燃素跑掉了,自然,炉膛里剩下的灰,也就不会再燃烧了。
”至于金属,那当然也是一样——在煅烧时,金属失去了燃素而剩下来灰烬。
根据斯塔尔的燃素学说,金属煅烧的过程,用算术式子来表示的话,这就是:金属-燃素=灰烬。
这跟波义耳的“金属+火素=灰烬”的公式恰恰相反。
斯塔尔的燃素学说,获得了许多科学家的赞同,因为它很圆满地解释了许多以前所没法解释的科学现象。
如果你有机会到博物馆里去瞧瞧,翻开一本两百多年前欧洲流行的化学教科书,在那发黄的书页上,你一定可以看到这样的话:“物质能够燃烧,是因为含有燃素。
物质所含的燃素越多,物质就越容易着火和燃烧。
煤、脂肪、油类、木头非常容易燃烧,便是由于它们几乎全部都是由燃素组成的。
在一些普遍的金属中也含有燃素,这就是金属也能够燃烧的原因。
不过,金属中所含的燃素不多,所以它燃烧时没有木头那样猛烈,所剩下来的灰烬也比木头多。
”瞧,燃素学说讲得多么头头是道!燃素学说还很圆满地解释了别的许多难题:比如,人为什么要呼吸?这是过去人们一直想不通的“为什么”。
然而,燃素学说解释道:“呼吸,实际上就是人在不断地排出燃素的过程。
从肺里不断吐出来的气体里,便含有许多燃素。
因为呼吸是一个排出燃素的过程,如同木头燃烧时,散发出的燃素,所以能产生热,人体的热量便是从这儿来的。
”在17、18 世纪,人们所知道的化学知识,还只是零零碎碎,东鳞西爪,没有形成一个完整的系统和严格的理论,每个化学家对于各种化学现象,都是各有自己的一套说法。
由于每一种说法都不很完善,难以使人信服,这样,化学就好象一支没有指挥官的队伍似的,一片混乱。
自从出现了燃素学说以后,得到了各国科学家的支持,于是,燃素学说成了化学的“统帅”——指导理论。
正如恩格斯所指出的,燃素学说“曾足以说明当时所知道的大多数化学现象,虽然在某些场合不免有些牵强附会。
”[2]从此,化学就“借燃素说从炼金术中解放出来”[3],发展成为一门有理论的系统的科学。
当时,在科学院的论文报告会上、在实验室里、在学校的讲台上,燃素学说到处被讲述着,引用着,传播着;燃素学说,被写进科学专著,写进教科书。
燃素学说,统治着化学。
寻找打破砂锅问到底:燃素又是什么呢?谁也不知道。
人们为了追根求源,开始在实验室里,用各种各样巧妙的办法寻找燃素,提取不含任何杂质的纯净的燃素!找呀,找呀,英国化学家在找,法国化学家在找,德国化学家在找,俄罗斯化学家也在找——人们足足寻找了半个世纪,可是,谁也没有提取到一丁点儿“不含任何杂质的、纯净的燃素”。
1766 年,英国化学家卡文迪许的一个实验,却深深地吸引了那些寻找燃素的人们的注意。
卡文迪许是一个身材瘦长的人。
平时,很少说话,英国皇家学会开会时,他总是到会,但照例总是不发言,静静地坐在那里所。
虽然他说话不多,看的书、做的实验、写的论文,在科学上所作的贡献却不少。
在卡文迪许家中,他认为最珍贵的东西是图书和仪器。
他不太喜欢把时间花在宴会和舞会上,只喜欢一个人静静地埋头于实验。
他除了出去参观工厂或者考察地质外,很少外出,整天都待在实验室里。
1766 年,卡文迪许在实验中,发现了这样一个奇怪的现象:他把锌片和铁片等金属扔进稀硫酸里,咦,金属片顿时大冒气泡。
他小心地用瓶子把这些冒出来的气体收集起来。
使他惊讶的是,这些气体看上去似乎平平常常,象空气一样无色无味,然而,一遇到火星,却会立即燃烧,以至爆炸起来![4] 卡文迪许把自己的新发现写进了论文,发表了。
“燃素找到了!燃素找到了!”那些正在为找不到燃素而苦闷的科学家,一看到卡文迪许的论文,简直高兴得跳了起来。
他们认为,那无色、无味的气体,就是燃素:因为根据燃素学说:“金属-燃素=灰烬”,换句话说,就是“金属=燃素+灰烬”。
在卡文迪许的实验里,金属和酸作用,放出了会燃烧的气体,而在酸中只剩下一些渣滓。
因此燃素学说的支持者们解释道,在金属和酸作用时,金属被分解了,变成燃素和灰烬两部分;放出来的可燃气体就是燃素,剩下的渣滓便是灰烬。
这样,燃素学说,似乎第一次获得了实验的证实。
后来,又有一件事情,有力地给燃素学说撑了腰。
1785 年,俄罗斯化学家、科学院院士托·叶·罗维兹,在彼得堡皇家大药房的实验室里忙碌着。
罗维兹高高的前额下有一双精细的眼睛。
在他周围,摆满了装着液体的瓶瓶罐罐。
那时候,医药上正需要大量纯净的酒石酸,而普通的酒石酸却总是含有许多杂质。
罗维兹想:怎样提纯这些普通的酒石酸呢?罗维兹慢慢地在火上把酒石酸溶液加热。
令人遗憾的是,不论怎样小心地加热,本来稍微带点黄色的粗酒石酸溶液在蒸浓时,总是变成了一片红褐色的浑浊的液体,最后甚至变成黑色的粘稠液体——反而比原先更加糟糕了。
罗维兹写道:“这种浑浊液体特别使我感到不愉快,我从来也没有像这样强烈地希望过,希望设法避免这一不愉快的现象..”怎么办呢?在当时,罗维兹是燃素学说的热烈支持者之一,他开始用燃素学说的观点来分析实验现象。
酒石酸晶体是能够燃烧的。
罗维兹不由得这样想:酒石酸显然含有大量的燃素。
燃素只有完全燃烧时,才会全部从物质中放出来。
而在稍微加热时,例如慢慢地蒸发酒石酸溶液,那么,燃素只能部分地放出来。
“也许,那可憎的红色和黑色的浑浊液体,就是放出来的燃素的化合物吧。
”罗维兹这样猜测。
接着,罗维兹又想到:如果在酒石酸溶液里,加入某种能够吸收燃素的物质,这岂不就能够消灭那不愉快的浑浊物,而得到纯净的酒石酸了吗?木炭,是最富有燃素的物质之一。
罗维兹知道,要是把木炭放在密闭的容器中,即使加热到极高的温度,它也不会燃烧——不肯放出燃素。
[5]这样,罗维兹认为,木炭对燃素一定是非常信贪婪的。
他得出了结论:“如果真是这样的话,那么,使木炭和燃素相接触,它就能大量地吸收燃素。
换句话,如果把木炭放进酒石酸溶液,它就能吸收那可憎的红色和黑色的浑浊物。
”要证明这个从燃素学说里得出来的结论是不是正确,并不困难——可动手做个实验试试看。
于是,罗斯兹在实验室里,又开始加热酒石酸溶液。
到了溶液里再出现那“不愉快”的红褐色浑浊现象时,就加放一些捣碎的木炭。
一摇晃,等黑色的炭粒沉淀下去,溶液果然变得无色透明了!罗维兹把炭粒滤掉,一冷却,在蒸浓了的溶液里,就出现了大块的、漂亮的、无色透明的酒石酸结晶体。
罗维兹把自己的实验经过,写成论文,发表在1786 年第一卷《克瑞里斯化学年报》上。
接着,罗维兹又用木炭粉做了许多实验,证明木炭粉还能使褐色的盐水脱色,使蜂蜜、糖汁、染料脱色,可以除掉普通酒里有恶味的杂醇,可以使带有腐臭味的水变成可用的饮料,等等。
1794 年,罗维兹还亲自用木炭粉来净化俄罗斯船队上不适于作饮料的水和制酒工厂里的酒精。