1、一、 燃烧素学 物质燃烧现象是古代和近代化学的重要研究对象。古代哲学家把火看作是宇宙的“本原” ；炼金家和医药化学家则视火为构成万物的“要素” ；化学一度被称为 “火术”。当时已知的化学反应大都周燃烧现象有关。特别是到了十七世纪中叶以后，随着资本主义生产的发展，金属冶炼、燃烧及其它高温反应都迫切需要对燃烧现象作出理论上的解释，所以建立燃烧理论已成为整个化学发展的中心课题。在这种形势下，首先出现了错误的燃素学说，并统治化学达百年之久。随后由于气体化学的成就而被推翻，建立了科学的氧化学说，使化学第一次有了关于化学反应的理论。至此化学不仅在元素概念和物质组成上，而且在化学反应上确立了科学体系，奠定了
2、近代化学的最后基石。 (一)燃素学说的统治处于十七世纪中叶的化学，虽然波义耳已从理论上阐明了元素的概念，然而在实际上，人们还难以辨别究竟什么是元素；医药化学家的“三要素 ”说仍在起着作用，并为燃素学说的产生提供了思想基础。1669 年曾经随同波义耳研究过燃烧现象的德国化学家贝歇尔(JJBecher ，16351682) 提出了燃素学说的基本思想。他在土质物理学一书中提到，气、水、土虽然都是元素，作用并不相同：气不能参加化学反应，水仅仅表现为一种确定的性质，而土才是造成化合物千差万别的根源。他认为土有三类：油状土、流质土、石状土，分别相当于硫、汞、盐“三要素” 。他还认为一切可燃物均含有“硫”
3、的“油状土”，并在燃烧过程中放出。他依此来解释燃烧现象。1703 年，贝歇尔的学生(Scheele)斯塔尔对他的老师的思想加以补充和发展，提出了一个比较完整的燃烧理论，称之为燃素学说。他认为，“油状土 ”并非是“硫要素”所代表的可燃性，而是一种实在的物质元素，即“油质元素” 或“硫质元素”，他把这种元素命名为“燃素 ”。据此他提出：一切可燃物均含有燃素，可燃物是由燃素和灰渣构成的化合物，燃烧时分解，放出燃素，留下灰渣。燃素和灰渣结合又可复原为可燃物。他依此来解释一切燃烧现象以至所有的化学变化，例如金属燃烧，逸去燃素而留下灰渣；灰渣同富有燃素的木炭共热，又还原为金属；金属溶于酸，则放出燃素(氢气
4、)，而留下灰渣(盐)，等等。这种理论曾足以说明当时所知道的大多数化学现象，这就使斯塔尔深信，燃素为一切化学变化的根本，化学反应为燃素作用之种种表现，因此燃素说已不只是燃烧理论，而且已扩展为整个化学反应过程的普遍理论了。“燃素 ”一词，虽然在很早以前就由海尔蒙特等人在同一定义下使用过，然而只是在斯塔尔提出了系统的燃素学说之后才得以广泛应用；特别是由于它似乎能较合理地说明从矿石提炼金属等生产过程而得到了更迅速的传播。1723 年后燃素学说在法国得到普及，并逐步培养了一批包括拉瓦锡等在内的化学家。燃素学说是化学上最早提出的反应理论。当时，处于十七世纪中叶的化学，还没有一个反应理论来统一解释所有的化学
5、变化。化学反应的知识是支离破碎的、经验性的。在此情况下，只要能够提出一个理论对所有的化学反应过程给予概括，那怕是并不正确的，也可以说是一个很大的进步。燃素学说提出的历史意义也正是这样。它把当时大量零星片断的反应知识集中在一起，用统一的观点联系起来，并依照燃素的放出和吸入的逻辑加以分类、协调和解释，使化学反应知识形成了乍一看来是井然有序的体系。显然，这是“一个极有价值的理论” ，是“化学领域中第一个把化学现象统一起来的伟大原理”。特别是燃素学说所具有的从化学反应本身来说明化学反应的朴素唯物主义性质，扫除了长期以来笼罩在化学中的神秘观念，引导人们去注意实际化学反应过程的研究，从而积累了丰富的实验资
6、料，并导致了许多化学发现。所以燃素学说成了当时化学家的主要理论依据和思维工具。燃素学说几乎已为举世所公认；至此，化学就不仅在静态的元素概念上，而且也在动态的化学反应理论上全面取代了炼金术，并逐步消除了它的影响。正如恩格斯所说，化学终于“借燃素说从炼金术中解放出来” 。医药化学时期也随之终结，一批以化学研究为主要对象的化学家开始成长起来。应当看到，燃素学说并不是一个正确的科学假说。做为这一学说核心的燃素，是一个假想的、并不存在的“物质” ，而对燃烧过程的解释则是本末倒置的。它把金属煅烧同氧结合的过程，看作是金属分解和放出燃素的过程；把金属看成是燃素和灰渣结合成的化合物，而把灰渣却当成了元素，“真
7、实的关系被颠倒了，映象被当作了原形”。显然，燃素学说是经受不住长期实践考验的。燃素学说的错误随着化学的发展而日益明显暴露出来。既然燃素是一种物质，为什么无人发现过它? 特别是，为什么金属燃烧放出燃素之后剩下的灰渣反而更重了？这使燃素学说陷入了无法解脱的困境。1750 年著名燃素论者文耐尔(G.Venel，17231775)认为是由于燃素具有反常的“负重量的轻浮性”的缘故。所以，“ 燃素并不被吸向地球的中心，而是倾向于上升”，从而使金属在放出燃素后的重量就反而增加了。这就把燃素看成是一种不遵守物理规律的神秘东西，实际上是把它看成了早在 1540 年化学家毕林古乔(VBiringuccio，148
8、01530)提出的物质中的“ 灵气”，因而当物质一旦失去后就会象“完全死了的东西一样倒下来，因而变得加重了” 。但是，为什么有机物燃烧失去燃素后的重量却又反而减轻了呢?燃素究竟是具有“负重量 ”还是“正重量”呢? 燃素论者就很难自圆其说了。可以看出，当化学处于幼稚阶段，只需要从质上定性地考察化学变化时，燃素学说还可以说得过去。但是，当化学发展到较高阶段，不仅需要从质上而且还要从量上加以考察时，燃素学说就显得无能为力而漏洞百出了。但是，也应看到，燃素学说的错误毕竟同带有宗教神秘色彩的炼金术理论的错误不同，它是在科学实验基础上产生的一种相对错误的学说，是基于正确事实提出的不正确的观念，是比古代哲学
9、家的臆测性、炼金家的宗教性和医药化学家半神秘性的理论要切实得多和进步得多。正因为如此，即使它并非是正确的，然而它的出现却积极推动了化学的发展，应当说，是一个“可用的假说 ”。它只是到了后期；才推迟了化学的进步，妨碍许多优秀的研究者看到他们发现的事实的正确解释，成了一种保守的理论然而，燃素理论的失败，并非由于它的内在不合逻辑性。相反，它的“燃素的放出与吸入” 的逻辑方法，对于化学家研究化学过程的思考也是不无益处的，因此有的科学史家认为，燃素说已“为化学方法论打下了基础。虽然在这一学说上的建筑已成废墟，然而我们今天的化学建设却是以它为借鉴进行的”。燃素学说的要害，是在于照它的原样就永不能符合物质的
10、事实，从而就必须把它完全颠倒过来。这时，化学要再进步，当然也就需要推翻它的统治并代之新的科学的燃烧理论。这也就成了十八世纪中叶化学发展所面临的一个迫切任务。燃素论者之所以能够提出燃素学说并统治化学达百年之久，并非偶然，它有着世界观和方法论的根源。燃素学说是流行于十七至十八世纪的机械论哲学的产物，是“运用力学的尺度来衡量化学过程”的结果，机械论者总是期望能找到一切自然现象背后的力学规律来揭示其因果关系。如果做不到，“就举出某种人所不知的东西：光素、热素；电素等等”，燃素学说的产生也正是这样。斯塔尔能够超出“三要素” 的水平，把燃素看作是一种元素的微粒，是实在的“物质” 而不是“性质”；其思想根源
11、也在于此。他受到过机械论哲学的影响，承认原于微粒的存在及其所具有的机械性质。他的观点是同波义耳的微粒哲学酷似的。燃素论者的机械哲学观是不彻底的，还往往带有某种神秘主义的倾向。在贝歇尔看来，由于造物主的殚精竭虑才创造了有机生命，“而金属不过是他的创世计划的副产品” ，从而使人们对于物质及其燃烧过程的认识多少蒙上了一层神秘色彩。因此，当后世的燃素论者无法摆脱“燃烧增重” 的矛盾时，也就自然地会乞求于违反机械论哲学的神秘的“负重量” 了。实际上这也是亚里士多德所谓“物体本质上是轻的” 神秘观念的重新复活。可见，燃素学说的实质是以机械论哲学为主体并包含了某种神秘主义的混合体。这对当时尚处于幼稚时期的化
12、学来说也是很自然的。燃素学说运用了一种直观的、现象的归纳法。他仍虽然是以化学实验事实为出发点，然而只是依照了直接观察到的、表面上的燃烧现象，并由此进行逻缉推理而提出了燃素学说。因为他们在表面上看到的燃烧现象，似乎就是物质的分解、消失、剩下灰渣和放出了光与热。此外，对于热能，当时人们还不可能区分出它同物质的差别，从而也就自然地把它看成是一种“元素” 。这样，他们就为表面的假象所迷惑而造成了错觉，提出了本末倒置的燃素说，而且以为是经过“实践” 检验过的“科学真理”。这就是燃素学说的认识论和方法论的基础。这是一种停留在感性阶段的认识，然而却是从幼稚的非科学概念向科学概念的过渡、从表面现象的认识向内在
13、本质认识过渡的基础。后来的科学的燃烧理论也正是在这；基础上形成的。燃素论者忽视了定量分析而局限于定性分析法。斯塔尔对于燃素学说在化学变化中所碰到的重量上的矛盾，认为是“无关紧要，甚至是不置一辞”，予以忽视或回避。这种思想是同当时化学发展所处的幼稚阶段有关的。那时化学家对于刚刚开拓出来的千变万化的化学世界，首先感受到的是眼花缭乱的质变现象的玄妙和不可思议而为其所吸引和迷惑，还没有余力对化学反应自觉地进行量的考察，因此只能“仅注意物体性质之异同，而不知研究其数量之变化”。这样，他们也就难以发现燃素说的漏洞，或是发现了也未能给予应有的关注，仍在维护错误的理论。这是燃素说能够产生并长期统治化学的一个重
14、要原因。 (二) 气体化学的突破燃素学说的被推翻是以气体化学的突破为线索的。气体化学的成就是建立新的科学的燃烧理论的基础。人们早在十七世纪中叶开始了对气体的研究。海尔蒙特提出了气体的概念，并研究过不驯服的野气(二氧化碳)和可燃的油气。波义耳可能是头一个收集过气体的人；但是由于当时社会和科学还感受不到气体研究的迫切需要，而使一些研究成果被忽视，因此人们对于气体的认识仍然模糊不清，仍把空气看成是唯一的气体元素。 1755 年苏格兰化学家布拉克(JB1ack，17281799)发表了题为关于白镁石、生石灰和其它碱性物质的实验的论文，指出加热白镁石或石灰石可以得到种具有重量的气体；它不同于一般空气，可
15、以和碱性物质相结合而被固定，由此称为“固定空气”。他还指出石灰石加热放出“ 固定空气 ”后失重”约44，生石灰吸收“固定空气” 变成石灰石后增重约 44，失重相等于增重。他还研究了“固定空气” ，发现其具有不助燃和可使动物窒息等性质；并证明在空气、天然水和一些盐类(碳酸盐)中都含有“固定空气 ”，等等；这就说明 “固定空气确是一种不同于普通空气的新发现的气体。这一发现，从根本上改变了人们对于气体的认识，具有重要意义。首先，它表明气体也象液体和固体一样是实物，也可以同固体物质结合成新物质，并成为其组成部分。因此气体并无任何神秘之处，从而推翻了海尔蒙特关于气体不能参加化学反应的结论，开辟了气体化学
16、研究的新领域；其次，它表明气体并非只具有一种，同液体和固体一样，也具有多样性，由此引起了人们对于气体研究的兴趣；第三，它表明石灰石燃烧重量的变化仅由固定空气引起，而与燃素无关，从而在燃烧过程中第一次排除了燃素的地位；给予了燃素说以有力的冲击。然而遗憾的是，布拉克本人并末理解他的重要发现的全部意义他一贯比较重实验而轻理论，行动谨小慎微，未敢于在新发现的事实基础上提出新的科学假说。即使在已经证明了燃素学说的错误时，对于氧化说和燃素说的争论也不加可否，而是谨慎地表示“中立” 。这些表现使他未能成为一个具有更大贡献的化学理论家。1766 年，家境富裕、性情古怪的英国化学家凯文迪旭(HCavendish
17、 ，17311810)发表了一篇题为论人工空气的论文，认为各种空气都可以用人工的方法从它所存在的物质中提取出来。他发现，锌、铁、锡等金属和稀硫酸作用都可以得到一种可燃的气体，即氢气。由于“不管用什么样的酸来溶解具有相同重量的某种金属时都会产生相同重量的同样气体”，使他误认为氢气是来自金属而不是来自酸，由此把氢气命名为“来自金属”的“ 易燃空气 ”。这种错误看法曾一直延续到十九世纪初。不仅如此，由于受到燃素学说的束缚，他甚至于认为“易燃空气”本身就是“燃素” ，他以为当金属在酸中溶解时“所含的燃素便释放出来，形成了易燃空气”。特别是当它被充入气球后会使气球远离地面而向上飘浮，似乎显示了所具有的“
18、负重量” 性质。后来，由于他本人精确测出了氢气的比重，并认清了空气浮力的实质后才否定了自己的看法。凯文迪旭则研究了氢气的多种制法、物理性质和化学性质，确定了同空气产生爆鸣的体积比例，从而确认它是一种不同于普通空气的新气体。因此他被公认是氢气的发现人，然而遗憾的是他并未能理解到这一发现的真正意义。1772 年，苏格兰的医生和化学家、布拉克的学生卢瑟福(DRMtherford，17491819)，依照布拉克的建议研究了物质在空气中燃烧后剩余气体的性质。由于他是一位医生，为了得到这种气体，他先用老鼠放在密闭容器中呼吸直至死亡，发现空气体积减少 110，用碱液吸收后体积又减少 111，而剩余气体仍可使
19、蜡烛燃烧，再加入磷燃烧后所得到的剩余气体已无助燃性质了。他把这部分气体称为“毒气” 或“浊气”，即氮气，并在一篇题为固定空气和浊气导论的论文中发表了这一成果。与此同时，凯文迪旭等人也先后发现了氮气。然而均未及时公布。氮气的发现对于人们认识空气的组成和本质，揭示物质燃烧的奥秘具有重要意义。然而卢瑟福由于受到燃素说的影响，还未认识到氮是一种元素和空气的一个组成部分，只认为是“被燃烧物质吸去燃素后的空气”。氧气的发现对于推翻燃素说具有着决定性的意义。它最早由瑞典化学家舍勒(CWScheet，17421786)所发现。他在硝石的加热中得到了一种气体，能强烈地助燃，使点燃的蜡烛发出了耀眼的光芒。他还在硝
20、酸镁、硝酸汞、氧化汞等物质的加热中也制得了这种气体。他认为这就是存在于空气中的“火空气” 。随后他写出论文关于空气与火的化学，宣告了氧气的发现。然而由于印刷的拖延，宣到 1777 年才得以公开发表。舍勒虽然最早发现了氧，但是并未能认识燃烧的本质，并错把燃烧看成是“火空气” 与燃素的结合；从而失去了一次发现真理的机会。稍后不久；英国化学家普利斯特列(JPriestley， 17331804)也独立发现了氧气，时间虽较舍勒为晚，然而早在1774 年就公开发表了成果，最早产生了重大的实际影响。普利斯特列原修神学，后任牧师，撰写过多部神学著作，然而并未学过化学。在 38 岁以后由于业余爱好而研究化学，
21、并相继发现了氧气、氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、氯化氢和氨气等多种气体，被誉为“气体化学之父” ，成了一位杰出的化学实验家。当他得知布拉克发现“固定空气” 之后，深受启发，也很想研究一下存在于各种固体物质中的不同“空气” 。1774 年，他的朋友送给他一个很大的凸透镜，于是他便以此为工具加热所保存的各种固体物质，以求驱赶出存在于其中的各种“空气” 。当他加热红色的三仙丹(氧化汞)时，看到从中放出了大量气体。经研究发现它具有助燃性和有益于动物呼吸的性质。此外，阳光照射下的绿色植物也能放出这种气体。他由于受到燃素学说的束缚，把这种气体称为“脱燃素空气” ，实际即氧气。这样，普利斯特列同舍勒一样，也并
22、未能认识氧气在燃烧过程中的作用，尚不知自己“已经在化学史上揭开了新的一页” ，以至“当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”，不无遗憾。氧气的发现在化学发展中占有相当重要的地位。日本著名化学史家山冈望认为，“这是十八世纪末到十九世纪初建设化学大厦的一块坚固的基石”。如果当时尚未发现，“ 则要建成化学的殿堂就还不知要推迟几十年”。因此，科学史家贝尔纳把氧气的发现誉为是“化学中气体革命的极点” 。这就是说，如果认为气体化学的每一个成就都是建立新的科学燃烧理论链条的一个环的话，那么，氧气的发现就是这一链条中的最后一环，是气体化学中的最大突破。二、燃烧的氧化学说 燃烧过程的本质气体化学的成就和定量方法
23、的应用，从化学科学内部不断地冲击着陈旧的燃素学说。而在十八世纪后期以英国为主要舞台的工业革命和以法国为主要舞台的资产阶级民主革命，由于促使西欧社会彻底摆脱了僵硬的中世纪封建躯壳，从而推动整个自然科学进入了一个前所未有的发展时期。这就又在化学科学外部提供了推翻燃素学说，建立科学燃烧理论的条件。所有这些因素综合在一起，就使得化学家能够把从气体性质中推导出来的物理概念应用到传统的化学中去，建立了新的氧化学说，实现了一场深刻的化学革命。这样，化学也就从传统的经验技术性的学科，转变为一门象力学一样的、可以用数学进行定量计算的科学了。燃烧过程的本质是什么？这个长期未解的化学奥秘，终于为杰出的法国化学家拉瓦
24、锡( 1743 一 1794)所揭示。 拉瓦锡出身富有的律师之家，自幼受过良好教育，学过数学、化学、天文学、植物学、矿物学和地质学；由于经常同一些化学家交往而开始了化学研究，并很快取得了成果。1768 年，他在年仅 25 岁时就因对天然水的卓越研究而当选为法国科学院院士。但是，他的大部分时间还是从事包税人和兵工厂经理等社会行政工作，只是靠业余时间坚持化学研究。 1772 年他开始研究燃烧问题。他发现金刚石燃烧后竟变得无影无踪，由此想到燃烧可能是物质同空气的结合。他又全面考察了十八世纪以来的气体化学成果，特别是布拉克“固定空气” 的发现，使他深感定量方法的重要。为此，他在磷、硫等非金属燃烧实验中
25、也精确进行了测量，发现它们同锡、铅等金属一样，燃烧产物的重量亦有增加，认识到燃烧增重是一个较为普遍的现象。至于增重的原因，他查遍了各种著作和文献也未找到令人满意的解释。而且说法不一，需要自己抉择。其中，对于“燃素具有负重量”的说法，显然是违背物理规律的，可不加考虑。然而对于百年前波义耳关于“火粒子 ”进入的说法呢?他认为也不可轻易置信，而需要自己动手重新检验。1774 年拉瓦锡重做了 1674 年波义耳煅烧金属的实验。但他防止了波义耳的疏漏，把锡放在一个密封的容器里加热燎烧，以避免外界空气的干扰。结果发现，虽然锡煅烧后的重量有所增加；而盛有锡的密封容器的总重量却在反应前后未有改变。既末增加也末
26、减少。这就表明，并没有波义耳所说的“火粒子 ”从外界进入容器同金属结合，从而否定了传统的“火粒子 ”增重的解释。他又发现，当容器启封后则有空气进入，并使总重量有所增加。这就使他得出个结论：锡的加重不是来自火中物质而是来自 “空气。他还进一步在量上证明，“锡所增加之重，几乎恰等于补入的空气之重” 。至此，拉瓦锡已经明确树立了燃烧是可燃物同空气相结合的观念。但是，拉瓦锡尚未能断定这部分空气的性质是布拉克的“固定空气”，还是普通空气，或普通空气中的一部分。开始时，他曾设想是“固定空气 ”。因为铅在空气中加热后成密陀僧 (一氧化铅)，而密陀僧和木炭共热后又可还原为铅，并放出了固定空气”，从而以为铅原来
27、就是同“ 固定空气 ”相结合的。后来发现磷并不能在“固定空气 ”中燃烧才放弃了这一设想。那么，同可燃物结合的究竟是一种什么气体?他企图从直接加热金属灰渣中得到这种气体，然而未获成功。1774 年 10 月，正当拉瓦锡的实验遇到困难的时候，恰好刚刚发现了氧气一个多月的普利斯特列在漫游欧洲大陆的旅途中来到巴黎同拉瓦锡会晤，并详细介绍了刚刚发现氧气的过程。这使拉瓦锡恍然大悟。他觉得普利斯特列所说的“脱燃素空气” ， 可能正是自己要分离而尚未分离出的气体。他很快重复了普利斯特列的实验， 并从化合和分解两个方面反复做了精确测定。 由此他得出结论： “金属燃烧是吸收了空气中能够助燃的部分； 剩下了不能够助
28、燃的部分，可见空气是由性质相反的两种气体所组成”。 前者称为“上等可呼吸空气” ， 不久又称为 “成酸的元素”(oxygen)，即氧气；后者称为“不能维持生命” 的空气，即氮气。 1775 年，拉瓦锡向法国巴黎科学院提交了使金属煅烧增重元素的性质的报告，公布了研究结果。 至此，拉瓦锡已经揭示出燃烧过程的机制：可燃物的燃烧是同氧的结合而不是燃素的放出；可燃物燃烧的重量变化系由氧造成而同燃素无关，这样就把燃素完全排除在燃烧过程之外，燃素变成了多余的、无用的东西。同时，金属也就不再是由燃素和灰渣组成的化合物，而是元素本身；相反，灰渣也就不是元素，而是化合物了。显然，燃素学说的错误已经勿庸置疑，需要新
29、的科学的燃烧理论即氧化学说加以取代了。 1777 年，拉瓦锡综合了 1772 年至 1777 年五年间的研究成果，撰写成一篇题为燃烧理论的报告，全面、系统地阐述了新理论即：“燃烧的氧化学说” 。其要点是： (1)物质燃烧时放出光和热；(2)物质在氧存在时才能燃烧；(3) 物质在空气中燃烧时吸收其中的氧，燃烧后增加之重恰等于吸收的氧之重；(4)一般可燃物(非金属) 燃烧后变为酸；金属煅烧后变为灰渣即金属氧化物。这样，这个以氧为中心的理论，就以其简捷明快的思想把燃素学说所碰到的种种无法解决的矛盾迎刃而解了，使人们能够按照燃烧的本来面目来掌握燃烧的规律，并彻底改变了整个化学的面貌，正如恩格斯所说，它
30、“使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立过来”，也正像马克思对待黑格尔的辩证法那样，使燃烧理论以至整个化学都“用脚而不是用手” 站立起来。可见，拉瓦锡虽然没有发现氧，然而却成了真正认识氧及其革命意义的第一个化学家。 但是，科学的燃烧理论并未立即为人们普遍接受，象普利斯特列和凯文迪旭等一些著名化学家仍在相信燃素说。这主要是因为还存在一个“易燃空气”( 氢气) 及其燃烧产物的问题。燃素论者认为“易燃空气” 就是燃素本身，从而也是燃素存在的“证据” 。但是依照新的理论， “易燃空气”只是一种元素，并在燃烧后亦应增重。然而拉瓦锡却始终未能找到这一产物而无法证实。所以，拉瓦锡的理论要走向完备，则最后一
31、步就必须解决水的组成问题。 1781 年，普利斯特列在一次氢气和氧气混合爆炸的实验中发现了化合产物水，随后凯文迪旭又精确测出了氢气和氧气化合成水的体积比例。这就用科学的方法第一次证明了水并非象古希腊哲学家泰勒斯所说的是万物的“本原” 或 元素”，而是化合物。然而遗憾的是，发现者本人却对此视而不见，仍坚持认为水是“元素” ，并以其倒置的理论加以解释：在两种气体中原来都含有水，氧气是“脱除燃素的水”，氢气是 “含有更多燃素的水 ”，两种气体的化合只是水的重新分配，而不是水的生成，等等。为此，凯文迪旭就更加相信燃素说，认为是“被普遍接受的燃素的原理，至少同拉瓦锡先生的学说一样，能够解释所有的现象”。
32、这样，燃素论者就又错过了一次重要的发现机会，而这一机会却又落到了拉瓦锡的身上。 1783 年，正当拉瓦锡对氢的燃烧产物困惑不解时，凯文迪旭的助手布莱格登(CBlagden，17481820)来到巴黎拜访了拉瓦锡，并介绍了凯文迪旭合成水的实验，使拉瓦锡顿有所悟。他认为这正是自己要找而尚未找到的“易燃空气”的燃烧产物。他又象过去重复普利斯特列发现氧的实验一样，立即重复了凯文迪旭合成水的实验，并得出结论：水并非元素，而是“易燃空气 ”和氧气的化合物； “易燃空气”的燃烧是氧化并增重的过程，产物为水，“易燃空气” 并非燃素而是元素，应命名为“生成水的元素 ”，即氢气。同年，他撰写了 对于燃素的回顾一文
33、发表了研究成果，否定了燃素说赖以存在的最后一个“依据” 。这是一次历史画面的重演：过去，普利斯特列发现了氧，而拉瓦锡才真正揭示了氧的本质和意义，现在，凯文迪旭合成了水，而又由拉瓦锡真正揭示了水的本质及其合成意义，再一次显示了科学思维在化学研究中的重要作用。 此后，氧化学说日益得到了更为广泛的承认。1783 年，为了宣告燃素说的破产，正像二百多年以前帕拉塞斯当众焚烧了中世纪医学权威的著作那样，也由拉瓦锡夫人当众仪式性地焚烧了斯塔尔和燃素说的书籍；以示氧化学说的胜利。1785 年以后，除了极少数保守者外，绝大多数化学家已不再相信燃素论而使它很快销声匿迹了。氧化学说己为举世所公认。 为了进一步巩固氧
34、化学说的地位，1787 年拉瓦锡等人依照新理论的观点，制定了新的化学命名法。1789 年拉瓦锡在经过十年的努力之后，终于在法国大革命爆发的同年；完成了他的具有划时代意义的名著化学纲要一书。拉瓦锡在书中详细叙述了推翻燃素说的实验依据，系统阐明了氧化说的科学理论，重新解释了各种化学现象，明确了化学研究的目标，认为化学应当是“以自然界的各种物体为实验对象，旨在分解它们，以便对构成这些物体的各种物质进行单独的检验”。他还发展了波义耳的元素概念，并依此提出了包括 33 种元素的化学史上第一张真正的化学元素表；还依照新的化学命名法对化学物质进行了系统命名和分类。书中还以充分的实验根据明确阐述了质量守恒定律
35、，提出了化学方程式的雏形，并把质量守恒定律提到了一个做为整个化学定量研究基础的地位。这是一部依照新理论体系写出的化学教科书，为培养未来几代化学家的工作奠定了基础。它刚一在巴黎问世，很快就被译成荷兰文(1789 年)、英文(1790 年)、意大利文(1791 年)和榜文(1792 年)，受到了各国化学界的重视，从而迅速廓清了燃素说的残余，广泛传播了新的氧化理论，使化学建立起从元素概念到职理论的全面的近代科学体系。这样，化学做为一门科学才得以最后确定。人们已把拉瓦锡化学纲要同牛顿的自然哲学的数学原理和达尔文的物种起源一起被列为世界自然科学的“三大名著” 。此后，在化学发展的历史上就再也没有出现过象
36、炼金术和燃素说那样大的曲折和迂回。化学开始以令人难以置信的速度发展起来。科学的氧化理论的建立，著名法国化学家武兹(C.Wurtz， 18171884)和贝特罗(PEM.Berthelot，18271907)都把它称为是一场全面的“ 化学革命” 。这是因为：第一，推翻了燃素学说的百年统治。它并没有向传统的旧理论妥协，而是从根本上摧毁了旧观念，建立了科学的燃烧理论，把百年来被倒置了的观念重新顺立过来。使燃烧理论焕然一新。第二，结束了元素观念的混乱。做为科学的元素概念，本来早在百年前就已由波义耳提出。然而由于化学技术水乎的限制，长期以来入们还未能在实际上完全认识到什么是元素，以至在 18 世纪中叶人
37、们还在不同程度地相信古老的“四元素说”和以假想的、并不存在的“元素” 为核心的燃素说。它们仍在实际上左右着化学元素观，并由此带来了一系列混乱：元素被当成了“化合物 ”，而化合物又被当成了 “元素”，等等。现在，土、空气、水及燃素都一个个被从传统的“元素宝座” 上拉了下来，代之以氢、氧、氮、硫、磷、碳、砷、铜、锡、铅、汞、铁、金、银等一些真正的元素。它们都是化学“分析所能达到的终点” 。这就使人们实际上的元素观念发生了一个根本变化。至此，百年前波义耳所提出的新的元素观，才从理论和实际两个方面得以最终确立了；随之而来的是能够正确区分元素和化合物，并把化合物区分为酸类；碱类和盐类，由此再进一步给出了
38、科学命名，如把石灰命名为氧化钙，密陀僧命名为氧化铅等，庞杂的化学知识开始条理化了。 可以、看出，这场表现为燃烧理论的革命，具有着比燃烧理论本身更为广泛的意义，即确立了新的元素观。正如日本著名科学史家汤浅光朝所说：它“从对氧气的单质性的认识出发，导致了新元素观的确立这是化学革命的总决战”。第三，确立了化学基本定律质量守恒定律。 只是由于拉瓦锡的工作，不仅用定量的实验否定了燃素的存在，而且也不可辩驳地证明了质量守桓原理。据此，他还写出了现代化学方程式的雏形： 葡萄汁碳酸十酒精 并指出由此可以“用计算来检验我们的实验，再用实验来验证我们的计算”。因为化学反应前后“化学帐目的收支 ”是应当平衡的。拉瓦
39、锡对质量守恒定律的提出、证明和应用等全面进行了论述，从而使质量守恒定律得以最后确立，并推动化学开始成为一门象数学和物理学那样的精密科学。同时，也为唯物主义哲学关于物质不灭的原理，第一次公开地提出了科学证明，促进了哲学的发展。当然，这场革命也还存在着不完备之处。拉瓦锡虽然揭示了燃烧过程的机制，然而却又不适当地扩大了氧的作用，认为氧是一切燃烧的不可缺少的条件和“酸的本原” 。但是不久后人们就知道氢气和氯气混合后在无氧下亦可燃烧和爆炸，而产物盐酸则是个不含氧的酸。此外，他还在抛弃了“超自然的要素” 时又把一切现象都视为物质本身了，错误地把光和热也当作了“元素 ”拉瓦锡把氧看做酸的本原和把热列为元素，
40、是他的理论中两大缺陷，为后代化学家带来了不少困难，一直影响到十九世纪的很长一段时间。总起来看，这场革命不愧是十八世纪化学中的最伟大成就，它不仅仅是燃烧理论的革新，而且也是对过去整个化学的一次系统总结，是从波义耳、到布拉克、普利斯特列和凯文迪旭的气体化学的一个时代的总归宿。它不仅促进了化学的改革，而且也促进了那个时代人们的世界观和思维方法发生变化，伴随着立足于此的自然科学方法论的进步。拉瓦锡的思想与方法 1强调实验做为认识的基础 拉瓦锡在这场深刻的化学革命中能够成为一位倡导者和推动者，是在于他自觉不自觉地应用了一些科学的思想和方法。它们同化学革命的成果一起，对化学的发展也产生了重要影响。这些思想
41、与方法，主要表现为： 1强调实验做为认识的基础. 拉瓦锡的科学座右铭是，“不靠猜想，而要根据事实” ，因为思想只“是事实的化身” 。他强调实践做为认识的基础，提出如果“没有充分的实验根据，我从不推导严格的定律” 。这是他的研究工作的准绳。他企图从氧化物中释放气体和寻找氢的氧化产物的研究中都是这样做的。同时他还强调以实践做为检验真理的标准。他明确指出：“在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验，除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外，别无它途”。 他的研究工作的一个明显特点，就是善于用实践的标准去检验那些长期以来已被公认的，然而并不一定是正确的观点。对于波义耳大师提出的“火粒子” 增重
42、的结论是否正确，他并未主观地加以可否，而是重做实验来检验，然后才做出了否定的结论；对于当时几乎所有化学家都确认的“燃素” ，他的态度则是：“假若有燃素这样的东西，我们就要把它提取出来看看，假若的确有的话，在我的天平上一定能够觉察出来”。否则，也就应当否定燃素的存在，以至否定整个燃素学说；对于古希腊哲学家提出的“水能够转化为土” 的古老观念，曾经得到了权威人士海尔蒙特和波义耳的支持和论证。然而他也并未盲目轻信，而是通过自己亲自操作的一百零一天加热水的实验，证明了“水不能变土” ，至于从水中得到的土只不过是从容器中溶下来的固体物而已，从而推翻了水土转化的学说；这是拉瓦锡在 1769 年开始进行化学
43、研究的第一项成果。他一贯反对那种脱离实际的单纯依靠想象的推理。他认为，那会最终把自己“弄得糊里糊涂而承认了大量错误，这些错误又成为偏见”，并“ 被当作原理被采纳，而我们则因此而愈发糊涂。 总之，正是由于拉瓦锡能够把科学实践摆在第一位，作为认识的源泉和检验的标准，才能“把以前人们所做的一切实验看作只是建议性质的” ，而不是神圣不可侵犯的教条，才能有勇气敢于掀起化学革命，而且能够预见到它的必然到来。 2.重视在实践基础上进行理论思维拉瓦锡能够超过同时代化学家取得重大成功的一个重要点，就是善于在运用大量的经验材料的基础上进行分析综合，判断推理，提出新的思想。这样他就不会为燃烧的表面现象所迷惑，而是能
44、够透过现象深入本质，提出了“乍看起来本是无论如何地无法与我们的感官直接见到的协调起来”的氧化学说，从而能揭示出隐蔽在可见的现象背后的不可见的真实的燃烧本质，完成了这个具有“从外观到实质 ”为特征的化学革命。 相反，尽管象舍勒、普利斯特列和凯文迪旭等一些杰出的化学实验家都很善于观察和实验，并发现了许多重要物质，但是由于他们囿于经验主义，短于理论概括，缺乏理论思维，以至在化学革命中功亏一篑。而拉瓦锡本人虽然并没有在实验中发现过什么新物质，但是却运用理论思维概括了别人的气体化学的成果，完成了这一革命壮举。这正如柏廷顿所说：拉瓦锡没有发现新物质，没有设计过真正是新的仪器，也没有改进过制备方法。他本质上
45、是一个理论家，他的伟大功绩在于：他能够把别人的实验工作承受下来，并用自己的定量实验补充、加强，通过严格的合乎逻辑的步骤，阐明所得结果的正确解释。总之，他依靠在实践基础上进行理论思维，就使他成了一位善于“编排和组织” 的化学上的“伟大建筑师” 。3运用以量求质的研究方法运用天平称量进行定量研究在当时并不只是拉瓦锡一人，同时代的许多著名化学家如舍勒、普利斯特列和凯文迪旭等人也都做过，甚至在拉瓦锡时代以前的海尔蒙特和波义耳等化学家也都早已使用过天平，而拉瓦锡较之其他化学家略胜一筹的是，他不仅仅是停留在测定物质的重量、密度、体积和成分等单纯数量上，而是能够“以量求质”即通过数量的确定推翻了水土相互转化
46、的古老观念，否定了“ 燃素”的“质” 的存在，揭示了氧的实质和燃烧过程的本质，确定了质量守恒定律，等等。总之，他不是单纯地以量求量，而是以量的研究来证明自然界的基本规律和揭示反应过程的本质，建立新的科学理论。他的一个信条是“必须用天平进行精确测定来确定真理”。这是由于在他的思想深处相信自然界的各种现象最终都可以归结为物质元素的质与量上；而且认为能够直接感受到的质，可以转化为不能直接感受到的量。这使他已经觉察到了物质的质与量的统一关系。因此人们评价说，“ 他是明确提出把量做为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第一个化学家”。 在化学研究中“从质到量” 的阶段的转化，是古代化学向近代化学转化的一个重
47、要标志。因此， 以量求质的研究方法也是这场深刻化学革命得以实现的一个重要因素，同时也是化学同物理学和数学相互渗透的开端。可以看出，虽然拉瓦锡的研究领域主要是化学，可是实际采用的却是物理学家的方法。三、燃烧的分子碰撞理论根据化学上定义，强烈的氧化反应并有热和光同时发生者称为燃烧热和光是说明燃烧过程中发生的物理现象，那么燃烧的这种氧化反应是怎样发生的呢？亦即燃烧的实质是什么呢？近代用链式反应理论来解释燃烧的实质，而在这个理论之前，曾有燃烧的分子碰撞理论、活化能理论和氧化的过氧化物理论等。燃烧的分子碰撞理论认为燃烧的氧化反应是由于可燃物和助燃物两种气体分子的互相碰撞而引起的。众所周知，气体的分子都是
48、处于急速运动的状态中，并且不断地彼此互相碰撞，当两个分子发生碰撞时，即有可能发生化学反应；但是用这种理论解释燃烧的氧化反应时，其可能性却非常微小。例如氢与氯的混合物在常温下避光贮存于容器中，它们的分子每秒钟彼此碰撞达 10 亿次之多，但觉察不到有任何反应。可是，若把这种混合物置于日光之下，虽不改变其温度和压力，氢与氯两者却可以极快的速度进行反应，而生成氯化氢，并显出燃烧爆炸现象由此可见，气态下物质的反应速度，并不能仅以分子碰撞次数的多少来加以解释，这是因为在互相碰撞的分子间会产生一般的排斥力，只有在它们的动能极高时，才能在分子的组成部分产生显著的振动，引起键的变弱，使分子各部位的重排有可能，亦
49、即有可能引起化学反应这种动能，按其大小而言，接近于键的破坏能，因而至少是 21418kJ。这就意味着一切反应必须在极高温度下才能发生，因为 41.8kJ 的活化能相当于 12001400的反应温度。假如同意这种观点，那么燃烧与氧的反应该是特别因难的，因为双键 OO 的破坏能是 49kJ，而 CH 键的破坏能为 335418kJ。但是，实验证明最简单的碳氢化合物的氧化在 300左右就进行了。上面的推证排斥了下面这样一种见解，即可燃物质的燃烧是它们的分子与氧分子直接起作用而生成最终的氧化产物； 四、活化能理论为使可燃物和助燃物两种气体分子间产生氧化反应，仅仅依靠两个分子发生碰撞作用还不够，这是因为在互相碰撞的分子间尚会产生一般的排斥力，这就是说在通常的条件下，这些分子没有足够的能量来发生氧化反应；只有当一定数量的分子获得足够的能量以后，才能在碰撞时引起分子的组成部分产生显著的振动，使分子中的原子或原子群之间的结合减弱，引起键的削弱以便使分子各部分的重排有可能，亦即有可能引向化学反应。这些具有足够能量的，在互相碰撞时会发生化学反应的分子，称为活性分子。活性分子所具有的能量要比普通分子平均能量多出一定
