燃素说到氧化说发展的过程

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1、燃素说17 世纪下半叶，冶金、炼焦、烧石灰、制陶、玻璃等工艺有了很大发展，这些工艺无一不是与燃烧反应密切相关。在当时的化学家们的实验室里，无论是元素的发现和鉴别，或是单质与化合物的制备和性质比较，几乎都离不开火的得用。工艺和化学的发展都需要从理论上阐明燃烧的机理。因此，对燃烧现象本质的研究就成了当时以致整个18 世纪化学的中心课题。1673 年，波义耳等人做了煅烧金属的实验，发现金属煅烧之后总是比金属本身还重。他解释为：在煅烧过程中“火微粒”穿过容器壁与金属结合，形成比金属本身还重的煅灰。在波义耳之前，法国医生雷伊(J.Rey,1583-1630)通过铅和锡的煅烧实验，已注意到煅烧物的重量增加

2、了。 他认为这是由于空气凝结在烧渣中的缘故，就象干燥的沙吸收水分而变得更重。1665 年，英国物理学家和化学家胡克（R.Hooke， 16351703）在显微术 一书中描述到，空气是所有硫素物质（可燃物质）的溶剂，溶解时产生大量的热，则表现为火。溶解作用是由空气中的某种物质所产生的，这种物质与固定在硝石中的东西相似。1674 年，英国医生梅猷（ J.Mayow，16401679 通过实验证实，在硝石中存在着空气中的助燃部分，他称之为“硝气粒”，并认为金属燃烧后增重是由于“硝气粒”固定在金属中的结果。上述关于燃烧本质的思考如果能继续深入一步，就会对燃烧现象的认识取得重大突破，但它却一时未能引起人

3、们的注意。由于当时主要的燃料是木材、煤炭、硫磺、油脂等，所以人们直接观察到的现象是绝大部分燃烧物体上有火焰出，燃烧后余下的灰烬要比燃烧前的燃料轻得多。于是，给人们最普遍的印象是：燃烧过程中似乎有某种东西从燃烧物中跑开了。17 世纪下半叶，牛顿(I.Newton,1642-1727) 力学体系的成功，使人们普遍以为用机械力学的观点就可以解释所有的自然现象。用诸如重力、 浮力、张力、电力等去解释物质的种种特性。如果这些解释都不通，就举出某种人们不知的东西，如光素、热素、电素等去解释。在这种思潮的影响下，化学界中便涌现出了“燃素说”，以此来解释燃烧现象。1669 年，德国化学家，贝歇尔（J.J.Be

4、cher,1635-1682 ）提出了“燃素说”的初步设想。他指出，气、水、土等都是元素。土质又分为三种：固定土、油性土和流质土。油性土常存于动植物体中，物体燃烧时，所含的油土便逸出，剩下固定土或流质土。显然，他所提出的三种土质的假说不过是医药学派的“盐、硫、示“三元素说的演变。1703 年,贝歇尔的学生德国医药化学家斯塔尔(GE.Stah1,1660一 1734)继承和发展了贝歇尔的 思想 ,把“油土 “演进为 “燃素 “,系统地提出了 “燃素说 “。他认为 ,一切可燃物均含有一种看不见的“燃素 “, 可燃物是燃索和灰渣按一定比例构成的化合物。燃烧时燃素离开物体,残留下灰烬,当提炼金属时,燃

5、素从燃料中跑到矿石中去,矿石就变成了金属。这种学说似乎可以统一说明当时所知道的大多数化学现象。斯塔尔深信,燃素是一切化学变化的根本,化学反应为燃素的种种表现。因此,l 燃素说曾一时被扩展为统一解释整个化学反应| 过程的理论。但是,它却是用一种虚幻的物质-燃素 ,代替了客观上真实的物质一一氧,因此对化学过程作了颠倒的解释,使化学发展走了一段曲折的路。重要气体的发现随着科学实验的兴起,在 18 世纪下半叶 ,人们陆续发现了二氧化碳、氢气L氯气、 ?氮气、氧气以及氨、盐酸气、硝酸气等气体。1755 年,英国化学家布拉克(J.Black,1728一 1799)发表了题为关于钱石、生石灰和其他碱性 物质

6、的实验的论文,指出加热钱石或石灰石可得到一种具有重量的气体,它可以和碱性物质相结合而被固定,因此他称之为“固定空气“。布拉克的实验证明,“固定空气 “具有不助燃和使动物窒息等性质,在一些盐决 (碳酸盐 )和天然水中都含有“固定空气“。这一发现说明,“固定空气 “确实是一种不同于普通空气的新气体,表明气体也象固体、 液体一样是实物,具有多样性,从而改变了人们对于气体的认识,并且引起了人们研究气体的兴趣。石灰石锻烧过程中重量的变化以及苛性的得失,只与“固定空气“有关而与燃素无关。这是第一次在燃烧过程中排除了燃素的地位,给了燃素说有力的冲击。但布拉克本人未能收集到这种气体,也就没有提出新的假说。17

7、66 年,英国化学家凯文第旭(H.Cav-endish,1731-1810)发表了一篇题为 论人工空气 的论文 ,指出各种空气都可以用人工的方怯从它所处的物质中提取出来。他发现钵、 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 )。由于不管用哪种酸来溶解相同重量的某种金属肘 ,都会产生相同重量的这种气体,使他误认为氢气是来自金属而不是来自酸,因此把氢气命名为“来自金属“的“易燃空气“。并一度认为 ,“易燃空气 “本身就是“燃素,。后来 ,他本人精确地测出氢气的比重,研究氢气的多种制总及其性质,确定了同空气产生爆鸣的体积比例,从而确定它是一种不同于普通空气的新气体。凯文第旭被认为是氢

8、气的发现人。但是他误认为氢是燃素与水的化合物。氧气的发现对推翻燃素说有着决定性的意义。最 先 取 得 较 纯 净 的 氧 气 并 对 其 性 质 进 行 了 研 究 的 人 , 实 际 上 是 瑞 典 化 学 家 舍 勒(C.W.Sch661e,1742一 1786)。 他在加热硝石时得到一种气体,能助燃。在加热硝酸银， 硝酸铝、氧化铝等物质时,也得到这种气体,他认为这是存在于空气中的“火空气 “。他的论文 关于空气与火的化学到1777 年才出版。虽然舍勒最先发现了氧,但仍然未认识燃烧过程的本质,而错误地把火 (热质 )看成是“火空气“与“燃素 “的结合。稍晚于舍勒 ,英国化学家普里斯特利(J

9、.Pricstiey,1733 一 1804)也独立发现了氧气,并于 1774 年公开发表了这一研究成果,较舍勒早些时候产生了实际影响。普利斯特利用直径1 英尺的聚光镜加热氧化隶,采用水上集气总收集氧气。此外 ,他还发现了氧化氮、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。由于虔信 “燃素说 “,他把氧气叫做 “无燃素空气 “,同舍勒一样 ,也未能揭示出燃烧过程的本质。 “ 真理碰到了鼻尖而却没有发现“, 这已成为科学史上一则历史教训。随着科学的发展,燃素说的矛盾日益尖锐。既然燃案是一种物质,但人们又又一直收集不到它;既然金属燃烧放出了燃素,但剩下的灰渣却又增加了重量。l

10、750 年,燃素说者文耐尔(G.Vand,1723一 1775)竟以燃素具有反常的 “负重量 “, 来解释金属的锻烧增重,然而这对有机物燃烧后失重的现象又不能解释,燃素说陷入不能自圆其说的困境。氧化学说的建立燃烧过程的本质是什么?这个长期未解决的疑问,终于被怯国化学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743一 1794)揭开。拉瓦锡不迷信当时占统治地位的化学观念对已知的一些化学现象采用了严密的定量研究方怯,并通过严格的、合乎逻辑的推理对实验结果进行解释。1774 年,他重做了锻烧金属的实验。结果发现 ,品然锡煅烧后的重量有所增加,但盛锡的密封容 器的总重量在锻烧前后未变,这表明金属的加热增

11、重部分不是来自容器外面的“火索 “,而是容器内部金属周围的空气。他把容器启封后又发现,有空气冲入容器而使总重量增加,增加的重量恰与金属的增重丰等。于是拉瓦锡得出结论;锡的增重不是来自“火素 “,而是来自空气。 但这种“空气 “究竟远什么 ?他试图从金属灰渣中再分离出这种气件然而未获成功。1774 年 10 月,正当拉瓦锡困惑时,普里斯特利来巴黎访问,拉瓦锡从普里斯特利那里-解到了“无燃素空气 “的意义。他重复了普里斯特利分解红色氧化铜的实验,并从化合与分解两个方面反复做了精确测定。由此得出结论金属锻烧是吸收了空气中能够助燃的部分,势下不能够助燃的部分 ,可见空气是由两种气体所组成。1775 年,拉瓦锡向法国巴黎科学提交了论文使金属煅烧增重的元素的性质. 1777 年,拉瓦锡发表了 燃烧概论 一文全面阐述了他的崭新的燃烧学说,科学地揭 ;了解燃烧 过程的本质。他指出,可燃物的燃烧;同氧 (注:拉瓦锡正式命名为氧是在1781 才但在此时他已经掌握了氧的本质)的结论而不是燃素的放出;可燃物燃烧的重量变化由氧造成的而与燃素无关。科学的氧化理论建立,推翻了燃素说百年来对化学的束缚。另外,他还澄清了元素观念的混乱 ,奠立了化元素的科学概念,确立了化学基本定律一质量守恒定律。这样 ,就推动着化学走上了学发展的道路。所以,人们把科学的氧化理的建立,称为是一场全面的“化学革命“。