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化学趣史 一、混沌之中的化学 先说三个有趣的故事 有趣的故事，人人爱听。 在这本书开头，先给你讲三个有趣的故事。 第一个故事，发生在 1 9 9 4 年，美国某地。 那天，大学里的一座大楼失火了。“呜，呜”消防车闻讯赶来。 一件奇怪的事情发生了消防队想就近从旁边的一座大楼里接取自来 水。可是，大楼门口警卫森严，不许消防队员进去。 “火烧眉毛了，还不让我们进去”消防员着急地问。 “不行。没有国防部的证明，谁都不许进”警卫板着铁青的面孔说道。 烈火熊熊，消防队员心急如焚。他们围着警卫，大声地质问“等国防 部的证明送到，大楼早烧光啦” 警卫总算作了点让步“这样吧，你们向本地的局请示，打个证明。” 没办法，消防队员只好开着消防车去局，开来了证明。 消防队员把证明朝警卫手中一塞，便急急忙忙往大楼里奔去。 这时，警卫追上来，拦住了他们，很严肃地说道“先生们，你们虽然 有了证明，但是按照规定，每个进楼的人要在登记簿上签名。先生们，请你 们去签名” 消防队员们哭笑不得，只好退回去签名。 虽然这几位警卫那样忠于职守，但却暴露了大楼的秘密。人们纷纷猜疑 那座大楼如此警卫森严，里面是干什么的呢 要知道，美国国防部为了保守那座大楼的秘密，煞费苦心有一次，保 卫人员仔细检查了大楼内的图书室，发觉许多化学书籍看上去还算新，但是 每本书有关元素铀的章节，都被翻得卷起书角或者弄脏了。保卫人员认为， 这些书也可能会导致暴露大楼的秘密，决定全部销毁，而又买了一批崭新的 化学书籍。他们如此精心保守秘密，却被邻近大楼失火一事而无意中暴露了。 于是，德国间谍开始注意这座大楼⋯⋯ 不言而喻，那座大楼里的科学家，正在极端秘密地研究着化学元素铀。 为什么研究铀要那样严格保密 1 9 4 5 年 8月 5日，原子弹的爆炸声震动了世界。原子弹里的“主角”， 便是铀。正因为这样，那座大楼既成为美国国防部重点保密的部门，也成为 德国间谍机构瞩目的地方。 第二个故事，发生在 1 7 8 1 年，英国。 那时候，英国有位著名的化学家，叫做普利斯特列。他呀，很喜欢给朋 友表演化学魔术。 你瞧，当朋友们来到他的实验室里参观时，他便拿出一个空瓶子，给大 家看清楚。可是，当他把瓶口移近蜡烛的火焰时，忽然发出“啪”的一声巨 响。 朋友们吓了一跳，有的甚至吓得钻到桌子下面。 普利斯特列得意地哈哈大笑起来。 笑罢，他把秘密告诉朋友们原来，瓶子里事先灌进氢气。氢气和空气 中的氧气混合以后，点火，会燃烧起来，发出巨响。 他不知将这个“节目”表演了多少遍，使它成了一出“拿手好戏”。 有一次，他表演完“拿手好戏”，在收拾瓶子时，注意到瓶壁上有水珠。 奇怪，变“魔术”时的瓶子是干干净净的，那瓶壁上的水珠是从哪儿冒 出来的呢 普利斯特列仔细揩干瓶子，重做实验。咦，瓶壁上依旧有水珠。 经过反复实验，他终于发现氢气燃烧后，变成了水，凝聚在瓶壁上 在普利斯特列之前，尽管人们天天喝水、用水，可是并不知道水是什么。 自古以来，人们甚至把水当作“元素”。1 7 7 0 年，法国著名化学家拉瓦锡曾 试图揭开水的秘密。他把水封闭在容器中加热了 1 0 0 天，水依旧是水，称一 下，重量跟 1 0 0 天以前一样。他，弄不清楚水究竟是什么。至于普利斯特列 呢虽然他揭开了水的秘密，然而，他是在变了好多好多次“魔术”之后， 才注意到瓶壁上的水珠⋯⋯ 第三个故事，发生在 1 8 9 0 年，德国。 一天，雇马车的人突然增多。马车夫问雇主“上哪儿去”答复令人 莫名其妙“随便” “随便”从来没有一个地名，叫做“随便”的 马车夫好不容易领会了雇主的意思。马车漫无目的地在街上转悠。 雇主似乎无心观赏街景，闭起了双眼，进入了梦乡⋯⋯ 那些雇主难道有钱无处花，雇了马车睡觉 哦，后来，人们才明白，原来是这么回事 在庆祝德国化学会成立 2 5 周年的大会上，著名德国化学家凯库勒，讲述 了自己怎样解决了有机化学上的一大难题 “那时候，我正住在伦敦，日夜思索着苯的分子结构该是什么样子的。 我徒劳地工作了几个月，毫无所获。一天，我坐在马车回家。由于过度的劳 累，我在摇摇晃晃的马车上很快就睡着了。我做了一个梦，梦见我几个月来 设想过的种种苯的分子结构式，在我的眼前跳舞。忽然，其中有一个分子结 构式变成了一条蛇，这蛇首尾相衔，变成一个环。正在这时，我听见马车夫 大声地喊道‘先生，克来宾路到了’我这才从梦乡中惊醒。当天晚上， 我在这个梦的启发下，终于画出了首尾相接的环式分子结构，解决了有机化 学上的这一难题。” 坐在台下的一些听众听了，以为凯库勒的成功，全是因为在马车上做了 一个梦。于是，他们便雇了马车，在街上漫游，也想做个梦，轻而易举地摘 下科学之果。 虽然有的人在马车上睡着了，也做起梦来，可是谁也没有从梦中得到什 么。 他们不懂得，凯库勒之所以能够成功，是因为他把全部心思用到科学研 究上，这样，甚至连他做梦时，也不忘科学研究。凯库勒的成功，与其说是 来自马车上的梦，倒不如说是来自那数不清的不眠之夜 三个故事讲完了。 三个故事，三个意思 第一个故事，从一个很小的侧面，说明化学何等重要； 第二个故事，说明研究化学一定要非常细心； 第三个故事，说明每一项化学成果都来之不易。 这三个故事合起来，说明一个意思化学是一门很有趣的科学，化学 的发展史上有许多有趣的故事。 这本化学趣史，向你讲述一个个有趣的故事，使你了解化学是一门 什么样的科学，它是怎样发展起来的。 如果你读了这本有趣的书，对化学发生了兴趣，愿意学习化学，研究化 学，那么，编者和作者就感到莫大的欣慰了。 以上的话，算是这本书的开场白。 黄金梦 1 5 9 4 年秋天，德国。 街头，挤满了看热闹的人。众目睽睽，盯着一个从街上缓缓走过的穿着 金色外衣的人。此人双手被反绑着，低着头。一群士兵押着他，走向广场。 广场上矗立着绞刑架。那穿金色外衣的人一见到绞刑架，双腿直哆嗦， 再也走不动了。士兵们把他拉上了绞刑架。 照例，在执行绞刑之前，一位军官当众宣读了犯人的罪状 “大公爵谕，立即用绞刑处死大骗子奥斯卡伦菲尔德。该犯自称发现 了制造黄金的伟大秘密，向我骗取大量金钱进行实验，炼得类似黄金的小块 金属。经检验，该犯制得所谓黄金全是假的。经将伦菲尔德逮捕并用火刑审 问，该犯对诈骗行为供认不讳，为此判处该犯绞刑” 当刽子手一脚踢开犯人脚下的木桶时，犯人便悬挂在空中了，得到了应 有的惩罚。 黄金，以灿烂夺目的光芒，很早就引起人们的注意。黄金那么漂亮，不 锈不烂，人们喜欢它，而黄金在大自然中又那么稀少，“物以稀为贵”，于 是黄金便成了非常宝贵的东西，成了货币，成了财富的象征。 英国著名剧作家莎士比亚在雅典的泰门中，用这样生动的语言，勾 画出黄金在人们心目中的形象 “金子黄黄的、发光的、宝贵的金子⋯⋯只这一点点儿，就可以使 黑的变成白的，丑的变成美的，错的变成对的，卑贱变成尊贵，老人变成少 年，懦夫变成勇士。⋯⋯这黄色的奴隶可以使异教联盟，同宗分裂；它可以 使咒诅的人得福，使害着灰白色的癞病的人为众人所敬爱；它可以使窃贼得 到高爵显位，和元老们分庭抗礼；它可以使鸡皮黄脸的寡妇重做新娘⋯⋯” 黄金如此可贵，有人就想“点石成金”。 有这么一个神话 据说，有一位国王，虽然已经从老百姓那里搜刮了许多黄金，可是他的 心像无底洞似的，永远也填不满。他贪得无厌，想得到更多的黄金。他问神 仙祈求，结果神仙给他一个“点金石”的手指头。他用这个手指头摸什么东 西，什么东西便变成黄金。 他摸一下椅子，椅子变成了金椅子； 他摸一下柱子，柱子变成了金柱子； 他摸一下花，花变成了金花； ⋯⋯ 他高兴极了，王宫里到处金灿灿的。这时候，他的心爱的小女儿朝他跑 来，他兴高采烈地抱起女儿。谁知那“点石成金”的手指头一碰到女儿，女 儿便变成了金人，一动也不动了。 直到这时，国王才明白，他成了世界上最富有的人，也成了世界上最冷 漠的人 神话当然只是神话，世界上并不存在什么“点石成金”的手指头。 可是，自古以来，不论中外，却有许许多多的人在寻找“点金石”（也 有的叫“哲人石”）。他们做着“点石成金”的美梦。有人在探索着种种“点 石成金”的方法。 也许使你吃惊，在古代，“化学”一词的含义，便是“炼金术” 据人们考证，“化学”一词最早见于公元 2 9 6 年古罗马皇帝戴克里先关 于严禁制造假金银的告示之中，他把制造假金银的技术，称为“化学” （C h e m e i a ）。又据考证，英语中的 C h e m i s t r y ，法语中的 C h i m i e ，德语中的 C h e m i e （以上均为“化学”），源于欧洲语词 A l c h e m y 。而 A l c h e m y则来自 阿拉伯语中的“炼金术”一词a l －k ↑m ↑y a 。 炼金术士们为了制造黄金，用水银、铅之类作为原料，进行了许许多多 化学实验。 据说，英王亨利六世为了能够得到大批黄金，竟然招募了三千名炼金术 士来“炼金”。 唉，帝王们做着可笑的黄金梦 长生梦 帝王们不仅做着黄金梦，而且做着长生梦。 秦始皇、汉武帝、唐太宗，是中国历史上声名显赫的皇帝。然而，就在 他们创立了丰功伟绩之后，却做起了长生梦。 秦始皇在统一了六国之后， 专门派人远度重洋， 去寻找 “仙人不死之药” 。 结果呢什么长生不老之药，都没有找到。 汉武帝呢他听说露水是“仙露”，能够使人“长生不老”，于是，便 下令在长安的建章宫里，竖立起所谓“承露盘”。那盘是用青铜铸造的，高 高地安置在 2 0 丈高的石柱上。夜间，露水凝结在盘里，成了 “仙露”。这“仙 露”被侍从送呈汉武帝，跟美玉碎屑一起服用，以求长生不老。因为据说 “服 玉者寿如玉”。 其实，那青铜盘经日晒雨淋，长满铜绿，而美玉碎屑，人体无法消化、 吸收，还会阻塞消化器官，使人得病呢。 命运最悲惨的，要算是唐太宗了。 唐太宗的威名，曾使他的敌人心惊胆战。然而，他却在 5 2 岁时过早地离 开了人世。 使唐太宗丧命的，不是他的敌人所下的毒药，而是他自己要吃的“长生 药” 原来，他希图长生。在 6 4 8 年（贞观 2 2 年），他的部队打败帝那伏帝国， 从俘虏中发现一个名叫那罗迩娑婆的和尚，据说会制造“长生药”。唐太宗 待他如上宾，叫他在金飙门制造“长生药”。第二年，当唐太宗吃下了那个 和尚给他配制的“长生药”后，竟然中毒而亡 唉，长生不成，反而丧生 唐太宗吃了“长生药”死了还不算，唐宪宗、唐穆宗、唐武宗、唐宣宗， 也都是因为吃“长生药”而断送了性命 那“长生药”究竟是什么东西呢 1 9 7 0 年，我国考古学家在唐代京都长安现在的西安，发掘到两坛唐 代窖藏的宝物。据查证，那是唐明皇的堂兄邠王李守礼埋在地下的东西。里 面除了金银财宝之类外，还有一张“长生药”的药方。药方上开列着珠砂、 密陀僧、琥珀、珊瑚、乳石、石英等。 珠砂是什么这种红色的矿物的化学成分是硫化汞，是一种剧毒的化合 物。 那些皇帝们服用了剧毒的“长生药”，怎能不呜呼哀哉 你知道吗，这些“长生药”也跟化学有着密切的关系哩。在古代，化学 又被称为“炼丹术”。这“丹”，便是指“长生丹”，也就是“长生药”。 许许多多炼丹家们，如同那些炼金术士们一样，做着各式各样的化学实 验。尽管黄金梦、长生梦是荒谬的，但是，炼丹家们、炼金术士们毕竟在种 种化学实验中，懂得并积累了一些化学知识。 比如，8世纪阿拉拍炼金术士贾博，在炼金时制成了硫酸、硝酸、硝酸 银等，还懂得用盐酸和硝酸配制成“王水”。 汉朝末年的魏伯阳，被人们称为“中国炼丹术始祖”。他所写的炼丹著 作周易参同契中，大部分内容非常荒诞，但是也有一些关于汞、铅的化 学知识。 谈到炼金术、炼丹术，使人们不由得记起这么一个故事 有一个年老的农民快要死了，他担心在他死后，三个懒惰的儿子不愿种 田，就故意对他们说，葡萄园里埋着黄金。老农死后，三个儿子天天拿锄头 到葡萄里去挖，虽然挖不到什么黄金，但是土地被翻松了，葡萄长得茂盛， 第二年丰收了。 如果说，炼金术、炼丹术对于化学的发展起过什么作用的话，它们就是 那位老农所说的那些并不存在的黄金罢了。 化学的发展，走过了十分曲折的道路。 “短衫医师” 当你走过理发店，常常可以看到特殊的标志在圆柱形的玻璃灯里， 红、白、蓝三条倾斜的色带，在不停地旋转着。 你知道吗，这特殊的标志是什么意思 1 9 6 4 年版的英国百科全书，回答了这个问题 原来，在古代的欧洲，外科医生分为两类。一类是医学院毕业的“正统” 的医生，穿着长衫，被人们称为 “长衫医师”。这些医师往往 “动口不动手”； 另一类是理发师，兼做着外科医生的工作，穿着短衫，被称为“短衫医师” 或者“理发外科医生”。那时候，人们很看不起外科手术，认为跟脓、血之 类打交道，有损于医师的身份。于是，就把那些“动手”的事儿，交给理发 师去干。在动手术的时候，“长衫医师”仿佛建筑师在工地上监工似的，而 在那里动手术的则是“短衫医师”。 1 1 6 3 年，欧洲的天主教通过一项法案，禁止 “神职人员”从事抽血工作， 这种工作只能由理发师来做。后来，理发店前那特殊的标志，便是为了纪念 理发师在医学上的贡献那圆柱象征受伤的手臂，倾斜的色带表示纱布，而 套筒表示带血的器皿。 1 5 2 6 年， 在瑞士巴尔塞大学，一位名叫巴拉塞尔士的人，走上了讲台。 他破例邀请了那些“短衫医师”们跨进大学之门，坐在课堂里听他讲课。巴 拉塞尔士在讲课之前，做了一件惊人的事情他把罗马医生盖仑的著作，当 众烧毁 为什么呢盖仑自公元 2 世纪以来，一直被人们推崇为医学权威。他的 著作，甚至被当作医学的“圣经”。可是，盖仑只解剖过牛、羊、狗、猪， 从未解剖过被认为“神圣不可侵犯”的人的尸体。因此，他的医学著作错误 百出。比如，盖仑认为人的肝分为五叶那是因为从狗的肝分五叶而推想 出来的。 巴拉塞尔士烧掉了盖仑的著作，表示他与旧医学彻底决裂的决心。 巴拉塞尔士主张，“人体本质上是一个化学系统”。因此，人生病，就 是这个“化学系统”失去了平衡。要医好人的病，就要用化学药品恢复这个 “化学系统”的平衡。 巴拉塞尔士质问那些炼金术士、炼丹家们“你们以为懂得了一切，实 际上你们什么也不懂只有化学可以解决生理学、病理学、治疗学上的问题。 没有化学，你们就会迷失在黑暗里。” 巴拉塞尔士提出了关于化学的新概念。他不再把化学称为“炼金术”， 而是称为“医疗化学”。 从此，化学开始了一个崭新的阶段。渐渐地，人们研究化学，不再是为 了“点石成金”或者“长生不老”，而是为了制造治病救人的药剂。 二、揭开燃烧之谜 “怀疑派的化学家” “化学，不是为了炼金，也不是为了治病。化学应当从炼金术和医学中 分离出来。它是一门独立的科学” 在 1 6 6 1 年，英国出现一篇题为怀疑派的化学家的论文。文章中又提 出了新的观点。 这篇论文起初是笔名发表的。论文发表后，轰动了欧洲化学界。有人细 细打听，这才弄清楚，论文的作者原来是英国化学家波义耳。 这时波义耳已是一个 4 0 开外的人了，个儿长得又高又瘦，头发一直下垂 到肩膀。他是一个十分勤奋的人，在十一岁时，便学会了拉丁语和法语，接 着跟他的哥哥到欧洲大陆留学，在法国、意大利住了好几年。波义耳非常喜 欢自然科学，一有空，总爱待在自己的实验室里，做着各式各样的实验。在 1 6 6 1 年，他做了许多有关气体的体积和压强之间的关系的实验，发现了物理 学上著名的 “波义耳定律”。在这一年，他写了著名论文 怀疑派的化学家。 在这本书里，他提出许多新的观点，对过去化学上的许多错误观念，大胆地 表示怀疑。恩格斯曾高度评价波义耳的贡献 “波义耳把化学确立为科学。” [ 1 ] 1 6 7 3年的一天，英国著名的科学家罗伯特波义耳，一手拿着玻璃瓶， 一手支着脑袋，皱着眉头在牛津实验室里沉思着。 这天，波义耳又在思索着什么呢 他在探索着燃烧的秘密。 波义耳做了这样的实验他把铜片放在玻璃瓶里，称了一下重量，然后， 把它放在炉子上猛烈地加热、煅烧。这时，原来闪耀着紫红色光辉的铜片， 渐渐地蒙上一层暗灰色的东西，最后，以至变成了黑色的渣滓。烧完后，他 再去一称，咦，铜片竟然变重了 这是为什么呢波义耳想不通。 接着，波义耳又拿了铅、锡、铁和银来进行同样的煅烧，结果还是一样. . 金属变重了 4 8 0 克铜煅烧后，加重了 3 0 －4 9 克； 4 8 0 克铅煅烧后，加重了 7 克（失落了的没计算在内）； 4 8 0 克锡煅烧后，加重了 6 0 克； 2 4 0 克铁煅烧后，加重了 6 6 克； 2 1 2 克银煅烧后，加重了 2 克。 波义耳仔细地看了看煅烧以后的金属紫红色的铜变成了黑色的渣滓， 银白色的铅、锡和银的表面蒙上了一层白色的灰烬，而铁却变成了疏松的红 色粉末，一捏就碎。 “也许是因为瓶子没有盖紧，让炉子里的脏东西落了进去，才变重的 吧”波义耳这么猜想。于是，他找了一个有着长长的、弯头颈的玻璃瓶 曲颈甑，把金属放进去再把瓶口封闭起来。当煅烧完毕后，他小心地从炉 膛里拿出滚烫的瓶子，打开瓶口（这时，他听见一阵尖锐的丝丝声），再称 金属的重量，结果仍然一样，金属变重了。 这就是说，金属变重，并不是由于落进什么脏东西引起的。 波义耳是位谨严的科学家。他在科学研究工作中，常常很注意所得的结 果是否真实。 起初，他一直认为，金属在煅烧后重量会增加，这是不可能的事；然而， 一次又一次的实验结果，却迫使他不得不承认，这是事实。 为了解释这个奇怪的现象， 1 6 7 4 年，波义耳在 关于火和火焰的新实验 这篇论文里，提出了自己的见解金属在加热以后，它的重量之所以增加， 那是由于它在加热时，受到热的作用，有一种特殊的、极其微小的、肉眼看 不见的“火素”，穿过了玻璃瓶的瓶壁的，跑到金属里去，跟金属化合变成 了灰烬。“火素”是有重量的，这样，怪不得加热后金属的重量就增加了。 如果用算术式子来表示，这就是 金属＋火素＝灰烬 波义耳的见解究竟对不对呢 神秘的“要素” 1 7 0 3 年，德国哈勒大学医学教授、普鲁士王的御医奥尔格恩斯特斯 塔尔，也开始注意燃烧现象。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 1 7 、1 8 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”。 1 7 6 6 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。 1 7 6 6 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。 1 7 8 5 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 1 7 8 6 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。1 7 9 4 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。 罗维兹的实验，再次证明了燃素学说的正确性因为从燃素学说所得 出的结论，居然被实验所证实了。[ 6 ] 这样，相信燃素学说的人就更多了。当时化学界的权威们，如瑞典化学 家白格门、德国化学家马格拉夫、法国化学教授卢爱勒、瑞典化学家兼药剂 师舍勒等等，都是燃素学说最热烈的拥护者和最忠实的信徒。 这样，燃素学说，在化学史上几乎统治了一个世纪。[ 7 ] 动摇 在 1 8 世纪，科学家们不光是相信有燃素存在，而且还相信存在着别的许 多神秘的“要素”。 你要是问铁为什么具有重量 他们回答道因为在铁的微孔中存在着“重素”。 你要是问为什么有的东西热，而有的东西冷呢 他们回答道这是因为热的东西里含有“热素”，冷的东西里含有“冷 素”。 你要是问空气为什么能够被压缩，而且具有弹性呢 他们回答道那是因为空气含有“弹性素”。 另外还解释说，光，是因为有 “光素”，电有 “电素”，磁有 “磁素”⋯⋯ 那时科学家们的逻辑就是这样遇上什么解释不通的现象，便认为这是 由于含有特殊的“某某素”的缘故。如果你再追问一句这“某某素”是什么， 他们的回答是不知道，或者不可思议 就这样，各式各样、令人眼花缭乱的特殊的“要素”，简直成了万应灵 丹。当时在自然科学的书籍中，满是写着这样或那样的奇妙的“要素”。 尽管千奇百怪的各种“要素”满天飞，然而，谁也没有真正见到这些 “要 素”。 俗话说得好“真金不怕火烧”。要分清是假金还是真金，要用火来检 验；要分清是谬论还是真理，要用实践来检验。实践，是检验真理的唯一标 准。 燃素学说，在实践中却开始遭到重重困难。 人们发现了这样的事儿一支点着了的蜡烛，如果放在密闭的罩子下， 没一会儿就会熄灭掉。 蜡烛既然含有燃素，为什么在密闭的罩子里会熄灭掉呢它所含有的燃 素并没有跑掉呀如果你把罩子打开，蜡烛照样可以点燃，发出柔和而昏黄 的光。 斯塔尔对于这个现象，作了这样的解释那是因为在密闭罩里的空气， 已经“吸饱”了燃素的缘故。 他说“当空气对于燃素已经饱和了的时候，便不能再吸收燃素了。于 是，蜡烛中的燃素便不得不停止放逸，火焰也就消失了。” 其实，这是一种牵强附会的解释。 至于波义耳的实验金属在煅烧后增加了重量，也给燃素学说带来了 巨大的困难，既然金属在煅烧时，是在不断地放出燃素。那么，煅烧以后， 金属失去了燃素， 照理应该比煅烧前更轻， 为什么结果反而是重量增加了呢 起初，一些为燃素学说辩护的科学家们说燃素是没有重量的东西 可是，这样还不能自圆其说，如果说燃素没有重量的话，那么，金属在 煅烧前后应该是一样重才对呀为什么波义耳的实验却一再证明，金属的重 量的的确确是增加了呢 于是，这些科学家又修改了自己的理论，他们说燃素不是没有重量的 东西，而是具有“负的重量”因为地心对它不但没有吸引力，反而对它有 排斥力。火焰，是燃素从燃烧物体中逃逸形成的。火焰总是向上，便是由于 燃素具有“负的重量”，向上飞的缘故。也正因为这样，当金属被煅烧时， 燃素跑掉了，剩下的渣子失去了“负的重量”，它本身的重量当然也就增加 了。 当时，法国著名的燃素学说理论家、蒙彼利埃医院教授加勃里尔文耐 尔便宣称燃素具有“正的轻量”（亦即“负的重量”） “燃素并不被吸向地球的中心，而是倾向于上升，因此在金属灰渣形成 后，重量便有所增加，而在它们还原时重量就减少。” 有趣的是，还有人把燃素比做“灵魂”。他们说，金属失去燃素，就好 比活着的人失去了灵魂。人失去灵魂以后，尸体比活着时要重；死的灰渣当 然也就比活的金属重。 这是第二个牵强附会的解释 真理，放之四海而皆准；谬论，则常常矛盾重重，错误百出。燃素学说 的拥护者们虽然费了好多力气，才“解释”了波义耳的实验，可是，没想到 这又和另一件事相矛盾了。可不是吗许多燃素学说的拥护者都一直认为卡 文迪许用金属和酸作用所获得的可燃气体，就是燃素。然而，不久，人们便 发现这种气体是一种化学元素氢气（当时称为“水素”），它只不过是 一种普普通通的气体罢了，而且是具有一定的重量的，并不是具有“负的重 量”。换句话说，如果燃素学说的拥护者们认为燃素具有“负的重量”，那 么，氢气就不是燃素；如果认为氢气是燃素，那么，就无法解释波义耳的实 验。燃素学说，可真成了“床下挥斧头不碍上，就碍下”。 人们开始怀疑氢气并不是燃素，于是，燃素学说了遭到了第三个困难 燃素究竟什么它的性质怎样究竟能不能把它提取出来 这是一个老问题从燃素学说诞生的第一天起便存在的问题，同时也 是许许多多科学家费尽心机所久未解决的问题没有提取到纯净的燃素。 那些醉心于燃素学说的科学家，面对着难堪的局面，又提出了新的“解释” 无论是“燃素”也好，无论是“电素”、“光素”、“磁素”也好，这些“素” 全是一些看不见、摸不着、听不到、没有重量或者具有“负的重量”的东西 这些奇妙玄虚的“素”，是没法提取出来的，因为当你把它装到任何一个密 闭的瓶子里时，它会立刻穿过瓶壁，溜掉⋯⋯也正因为这样，人们是无法提 取这些“素”的。总之，燃素是不可捉摸的东西。 这是第三个牵强附会的解释 鱼目岂能混珠科学，是一门老老实实的学问事实，是科学的最高法 庭。在科学上，牵强附会，强词夺理是没有用处的，像是在石臼里捣水 白费力气。只要是不符合于事实，任何“理论”即使说得天花乱坠，也只能 算是谬论。 燃素学说在科学实践中困难重重，在生产实践中也是擀面杖吹火一 窍不通。在 1 8 世纪中叶，由于冶金工业，特别是钢铁工业的迅速发展，迫切 地需要一种新的、正确的理论来解释关于金属的冶炼过程，来指导生产的进 一步发展。然而，燃素学说却象一根柔软无力的蛛丝，无法鞭策生产向前发 展。例如，当时炼铁厂迫切需要解决炼铁炉的鼓风问题为什么要往炉里 鼓风风的流速多大最合适炼一吨铁要鼓进多少空气空气最合适的温度 是多少度⋯⋯这一系列问题，都涉及燃烧的本质，是燃素学说没法解决的。 燃素学说在动摇中。 论冷和热的原因 1 7 4 5 年 1 月，在俄罗斯彼得堡科学院的全体大会上，一位宽肩膀、高个 儿、头上戴着假发的院士， 在大声地宣读着自己的论文 论冷和热的原因 。 这位 3 0 多岁的院士，在论文里提出了一个崭新的观点他不同意科学界 中最流行而又最普遍的关于冷和热的看法冷是由于物体中含有 “冷素”， 热是由于物体中含有“热素”。他认为，冷和热的根本原因，就在于物质内 部的运动 这是一个前所未有的观点，这是一个向当时最流行的关于冷和热原因的 理论的大胆挑战。 宣读这篇论文的科学家，就是俄罗斯彼得堡科学院院士米华罗蒙诺 索夫。 罗蒙诺萦夫诞生在俄罗斯北方荒僻的德维斯基县米沙宁斯卡雅村一个渔 民的家里。小时候，罗蒙诺索夫常常跟着他父亲一起出海捕鱼。 罗蒙诺索夫从小就非常好学，可是，他家里很穷，父亲又目不识丁。他 在不随父亲下海的日子里，就常常到邻居伊凡舒卜依家里去。舒卜依是村 子里一位有学问的人，罗蒙诺索夫从他那里学会了读和写。他还向舒卜依借 了许多书，一空下来，就贪婪地读着。很快地，他念完了他在村子里所能借 到的所有的书籍。 强烈的求知欲，驱使罗蒙诺索夫在 1 9 岁的时候，便离开了故乡，到莫斯 科去求学。他怕他的父亲不让他走，在一个北风呼啸着的寒夜，他趁家里的 人都睡着时，穿着两件单薄的衬衫和一件光板的皮祆，带着舒卜依借给他的 3个卢布，偷偷地离开了家。由于身边仅有 3个卢布，他不得不冒着严寒， 从故乡一直步行到遥远的莫斯科 经过了长途跋涉，1 7 3 1 年 1 月初，罗蒙诺索夫终于来到了盼望已久的莫 斯科，并以优异的成绩，考进了当时莫斯科唯一的高等学校斯拉夫－希 腊－拉丁语学院。 在斯拉夫－希腊－拉丁语学院里，罗蒙诺索夫第一次走进了图书馆，看 到那么多的书籍，他简直象一个饿汉闯进一个放满白面包的厨房里一样，贪 婪地读了起来。 罗蒙诺索夫以惊人的勤奋和顽强的精神学习着，在一年时间里，就学完 了三年的课程。在这个学院里，他并没有念完最后一个学期，因为这个学院 所讲授的知识，已经不能满足他的需要了。他很想探索大自然的秘密，但是， 这个学院并没有自然科学方面的课程。由于罗蒙诺夫成绩优异，他被选派到 彼得堡去，在那里的科学院附属的大学里学习。 罗蒙诺索夫来到彼得堡后，还不到一年，随即又被派到德国去学习冶金 和采矿。在德国，罗蒙诺夫得到了实际的锻炼，成了一个知识渊博的人。 由于罗蒙诺索夫平时刻苦学习，善于观察和分析自然界各种现象，使他 的科学思想，远远地超过了他的同时代人。 罗蒙诺索夫首先向“热素学说”开火。在论冷和热的原因这篇著名 的论文里，他写道 “在我们这个时代，把热的原因归结到某种特别的物质， 大多数人管这种物质叫做热素，另外一些人管它叫做以太，还有些人甚至叫 它火素。大家认为物体里所含的热量越多，那就是它所含有的热素越多⋯⋯ 这种看法，在很多人的脑子里，已经是那样根深蒂固，以至在各种物质学的 著作里也可以读到⋯⋯” 波义耳认为“热素”不仅具有重量，甚至还是一种化学元素哩他曾经 排过一张化学元素表， 在这张表里， 写着各种化学元素 铁、 铜、 铅、 热素⋯⋯ 但是，罗蒙诺索夫认为这种“热素”是人们凭空臆造出来的东西。他在 论冷和热的原因一文中问道这种热素是从哪儿来的呢例如“⋯⋯ 在冬季严寒的天气中，这时好象不该有什么热素存在了吧，但是，一点星星 之火，会烧掉一大堆火药，燃起熊熊烈焰，这热素又是从哪儿来的呢是由 于什么奇怪的性质，使热素一下子聚拢来的呢难道它会在瞬息之间跑来又 跑回去吗⋯⋯显然，这不仅和经验相矛盾，而且不合乎常情。” 罗蒙诺索夫接着写道“许多动物并不吃什么热的东西，可是，它们却 浑身温暧，甚至能够把它们附近的东西也变得暧和起来。热素的拥护者和辩 护者们，请解释一下，热素是怎样跑进动物身体里去的是不是它跑进去的 时候是冷的但是， ‘冷的热素’这岂不是和潮湿的干燥、黑暗的光明、 柔软的刚性