燃素說到氧化說發(fā)展的過程

1、燃素說17世紀下半葉，冶金、煉焦、燒石灰、制陶、玻璃等工藝有了很大發(fā)展，這些工藝 無一不是與燃燒反應(yīng)密切相關(guān)。在當(dāng)時的化學(xué)家們的實驗室里，無論是元素的發(fā)現(xiàn)和鑒別， 或是單質(zhì)與化合物的制備和性質(zhì)比較，幾乎都離不開火的得用。工藝和化學(xué)的發(fā)展都需要從理論上闡明燃燒的機理。因此，對燃燒現(xiàn)象本質(zhì)的研究就成了當(dāng)時以致整個18世紀化學(xué)的中心課題。1673年，波義耳等人做了煅燒金屬的實驗，發(fā)現(xiàn)金屬煅燒之后總是比金屬本身還重。他解 釋為：在煅燒過程中“火微?！贝┻^容器壁與金屬結(jié)合，形成比金屬本身還重的煅灰。在波義耳之前，法國醫(yī)生雷伊(J.Rey,1583-1630)通過鉛和錫的煅燒實驗，已注意到煅燒物的重量增加

2、了。他認為這是由于空氣凝結(jié)在燒渣中的緣故，就象干燥的沙吸收水分而變得更重。1665年，英國物理學(xué)家和化學(xué)家胡克(R.Hooke, 1635 1703)在顯微術(shù)一書中描述到，空氣是所有硫素物質(zhì)(可燃物質(zhì))的溶劑，溶解時產(chǎn)生大量的熱，則表現(xiàn)為火。溶解作用是 由空氣中的某種物質(zhì)所產(chǎn)生的，這種物質(zhì)與固定在硝石中的東西相似。1674年，英國醫(yī)生梅猷(J.Mayow，16401679通過實驗證實，在硝石中存在著空氣中的助燃部分，他稱之為“硝氣?！?，并認為金屬燃燒后增重是由于“硝氣?！惫潭ㄔ诮饘僦械慕Y(jié)果。上述關(guān)于燃燒本質(zhì)的思考如果能繼續(xù)深入一步，就會對燃燒現(xiàn)象的認識取得重大突破，但它卻一時未能引起人們的注意

3、。由于當(dāng)時主要的燃料是木材、煤炭、硫磺、油脂等，所以人們 直接觀察到的現(xiàn)象是絕大部分燃燒物體上有火焰出，燃燒后余下的灰燼要比燃燒前的燃料輕得多。于是，給人們最普遍的印象是：燃燒過程中似乎有某種東西從燃燒物中跑開了。17世紀下半葉，牛頓(I.Newton,1642-1727)力學(xué)體系的成功，使人們普遍以為用機械力學(xué)的 觀點就可以解釋所有的自然現(xiàn)象。用諸如重力、浮力、張力、電力等去解釋物質(zhì)的種種特性。如果這些解釋都不通，就舉出某種人們不知的東西，如光素、熱素、電素等去解釋。在這種 | 思潮的影響下，化學(xué)界中便涌現(xiàn)出了“燃素說”，以此來解釋燃燒現(xiàn)象。1669年，德國化學(xué)家，貝歇爾(J.J.Beche

4、r,1635-1682提出了“燃素說”的初步設(shè)想。他指 出，氣、水、土等都是元素。土質(zhì)又分為三種：固定土、油性土和流質(zhì)土。油性土常存于動 植物體中，物體燃燒時，所含的油土便逸出，剩下固定土或流質(zhì)土。顯然，他所提出的三種 土質(zhì)的假說不過是醫(yī)藥學(xué)派的“鹽、硫、示”三元素說的演變。1703年，貝歇爾的學(xué)生德國醫(yī)藥化學(xué)家斯塔爾(GE.Stah1,1660 1734)繼承和發(fā)展了貝歇爾的思想，把“油土 ”演進為“燃素",系統(tǒng)地提出了 “燃素說"。他認為，一切可燃物均含有一種看不 見的“燃素",可燃物是燃索和灰渣按一定比例構(gòu)成的化合物。燃燒時燃素離開物體，殘留下灰燼,當(dāng)提煉金

5、屬時，燃素從燃料中跑到礦石中去，礦石就變成了金屬。這種學(xué)說似乎可以統(tǒng)一說 明當(dāng)時所知道的大多數(shù)化學(xué)現(xiàn)象。斯塔爾深信,燃素是一切化學(xué)變化的根本，化學(xué)反應(yīng)為燃素的種種表現(xiàn)。因此，1燃素說曾一時被擴展為統(tǒng)一解釋整個化學(xué)反應(yīng)|過程的理論。但是，它卻是用一種虛幻的物質(zhì)-燃素，代替了客觀上真實的物質(zhì)一一氧，因此對化學(xué)過程作了顛倒的解 釋,使化學(xué)發(fā)展走了一段曲折的路。重要氣體的發(fā)現(xiàn)隨著科學(xué)實驗的興起，在18世紀下半葉，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了二氧化碳、氫氣L氯氣、？氮氣、氧氣以及氨、鹽酸氣、硝酸氣等氣體。1755年，英國化學(xué)家布拉克(J.BIack,1728 1799)發(fā)表了題為關(guān)于錢石、生石灰和其他堿性 物質(zhì)的實驗

6、的論文，指出加熱錢石或石灰石可得到一種具有重量的氣體，它可以和堿性物質(zhì)相結(jié)合而被固定，因此他稱之為“固定空氣”。布拉克的實驗證明，“固定空氣”具有不助燃和 使動物窒息等性質(zhì)，在一些鹽決(碳酸鹽)和天然水中都含有“固定空氣"。這一發(fā)現(xiàn)說明，“固定空氣”確實是一種不同于普通空氣的新氣體,表明氣體也象固體、液體一樣是實物，具有多樣 性,從而改變了人們對于氣體的認識，并且引起了人們研究氣體的興趣。石灰石鍛燒過程中重量的變化以及苛性的得失，只與“固定空氣”有關(guān)而與燃素?zé)o關(guān)。這是第一次在燃燒過程中排除了燃素的地位，給了燃素說有力的沖擊。但布拉克本人未能收集到這種氣體，也就沒有提出新的假說。176

7、6年,英國化學(xué)家凱文第旭(H.Cav-endish,1731-1810)發(fā)表了一篇題為論人工空氣的論文, 指出各種空氣都可以用人工的方怯從它所處的物質(zhì)中提取出來。他發(fā)現(xiàn)缽、鐵、錫等金屬和稀硫酸作用都可以得到一種可燃的氣體(即氫氣)。由于不管用哪種酸來溶解相同重量的某種金屬肘，都會產(chǎn)生相同重量的這種氣體,使他誤認為氫氣是來自金屬而不是來自酸，因此把氫氣命名為“來自金屬”的“易燃空氣”。并一度認為，“易燃空氣”本身就是“燃素,'。后來,他 本人精確地測出氫氣的比重，研究氫氣的多種制總及其性質(zhì)，確定了同空氣產(chǎn)生爆鳴的體積比例,從而確定它是一種不同于普通空氣的新氣體。凱文第旭被認為是氫氣的發(fā)現(xiàn)

8、人。但是他 誤認為氫是燃素與水的化合物。氧氣的發(fā)現(xiàn)對推翻燃素說有著決定性的意義。最先取得較純凈的氧氣并對其性質(zhì)進行了研究的人，實際上是瑞典化學(xué)家舍勒 (C.W.Sch661e,1742 1786)。他在加熱硝石時得到一種氣體,能助燃。在加熱硝酸銀，硝酸鋁、氧化鋁等物質(zhì)時，也得到這種氣體，他認為這是存在于空氣中的“火空氣”。他的論文關(guān)于空氣與火的化學(xué)到1777年才出版。雖然舍勒最先發(fā)現(xiàn)了氧，但仍然未認識燃燒過程的本質(zhì)，而錯誤地把火(熱質(zhì))看成是“火空氣”與“燃素”的結(jié)合。稍晚于舍勒，英國化學(xué)家普里斯特利(J.Pricstiey,1733 1804)也獨立發(fā)現(xiàn)了氧氣，并于1774年 公開發(fā)表了這一

9、研究成果，較舍勒早些時候產(chǎn)生了實際影響。普利斯特利用直徑1英尺的聚光鏡加熱氧化隸，采用水上集氣總收集氧氣。此外,他還發(fā)現(xiàn)了氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、 氯化氫和氨氣等多種氣體，被譽為氣體化學(xué)之父。由于虔信“燃素說",他把氧氣叫做“無燃素 空氣"，同舍勒一樣，也未能揭示出燃燒過程的本質(zhì)?！罢胬砼龅搅吮羌舛鴧s沒有發(fā)現(xiàn) ",這已成為 科學(xué)史上一則歷史教訓(xùn)。隨著科學(xué)的發(fā)展，燃素說的矛盾日益尖銳。既然燃案是一種物質(zhì)，但人們又又一直收集不到它；既然金屬燃燒放出了燃素，但剩下的灰渣卻又增加了重量。1750年, 燃素說者文耐爾(G.Vand,1723 1775)竟以燃素具有反常的

10、“負重量",來解釋金屬的鍛燒增重， 然而這對有機物燃燒后失重的現(xiàn)象又不能解釋，燃素說陷入不能自圓其說的困境。氧化學(xué)說的建立燃燒過程的本質(zhì)是什么？這個長期未解決的疑問，終于被怯國化學(xué)家拉瓦錫(A.L.Lavoisier,1743一 1794)揭開。拉瓦錫不迷信當(dāng)時占統(tǒng)治地位的化學(xué)觀念對已知的一些化學(xué)現(xiàn)象采用了嚴密 的定量研究方怯，并通過嚴格的、合乎邏輯的推理對實驗結(jié)果進行解釋。1774年,他重做了鍛燒金屬的實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，品然錫煅燒后的重量有所增加，但盛錫的密封容 器的總重量在鍛燒前后未變，這表明金屬的加熱增重部分不是來自容器外面的“火索",而是容器內(nèi)部金屬周圍的空氣。他把容

11、器啟封后又發(fā)現(xiàn)，有空氣沖入容器而使總重量增加，增加的重量恰與金屬的增重豐等。于是拉瓦錫得出結(jié)論；錫的增重不是來自“火素",而是來自空氣。但這種“空氣”究竟遠什么？他試圖從金屬灰渣中再分離出這種氣件然而未獲成功。1774年10月,正當(dāng)拉瓦錫困惑時，普里斯特利來巴黎訪問，拉瓦錫從普里斯特利那里-解到了 “無燃素空氣”的意義。他重復(fù)了普里斯特利分解紅色氧化銅的實驗，并從化合與分解兩個方面反復(fù)做了精確測定。由此得出結(jié)論金屬鍛燒是吸收了空氣中能夠助燃的部分，勢下不能夠助燃的部分，可見空氣是由兩種氣體所組成。1775年,拉瓦錫向法國巴黎科學(xué)提交了論文使金屬煅燒增重的元素的性質(zhì)1777年,拉瓦錫發(fā)表了燃燒概論一文全面闡述了他的嶄新的燃燒學(xué)說，科學(xué)地揭；了解燃燒 過程的本質(zhì)。他指出，可燃物的燃燒；同氧(注:拉瓦錫正式命名為氧是在1781才但在此時他已經(jīng)掌握