與科學(xué)家對(duì)話——重溫氧氣的發(fā)現(xiàn)之旅

1、與科學(xué)家對(duì)話重溫氧氣的發(fā)現(xiàn)之旅 作者： （山西太原師范學(xué)院化學(xué)系，山西 太原 030001）摘要：氧氣的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的曲折歷程，化學(xué)歷史上的重要人物如波義爾，舍勒，普利斯特里以最終發(fā)現(xiàn)氧氣的拉瓦錫都在氧氣的發(fā)現(xiàn)史上留下了重要的一頁(yè)，通過(guò)對(duì)化學(xué)史上氧氣的發(fā)現(xiàn)過(guò)程的回顧，我們能從中得到很多的歷史教訓(xùn)，對(duì)燃素說(shuō)的固守導(dǎo)致的失敗及拉瓦錫突破創(chuàng)新所創(chuàng)造的成功更讓我們明了對(duì)待科學(xué)的重要態(tài)度：沖破束縛，破舊立新。關(guān)鍵字：氧氣，發(fā)現(xiàn)史，科學(xué)態(tài)度，創(chuàng)新在地球上，有我們賴以生存的空氣和水?？諝庵械难鯕饧s占二成，然而就是這對(duì)我們來(lái)說(shuō)司空見(jiàn)慣的氧氣，其發(fā)現(xiàn)也經(jīng)歷了一段曲折且困難的歷程。當(dāng)我們回望這一段氧氣的發(fā)現(xiàn)之旅

2、，歷數(shù)許多科學(xué)家與氧氣的失之交臂和拉瓦錫最終沖破桎梏發(fā)現(xiàn)氧氣的過(guò)程，從其中我們可以得到很多深刻的歷史教訓(xùn)。（一）發(fā)現(xiàn)氧氣是18世紀(jì)的事。但人類(lèi)關(guān)于氧氣的研究，卻可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代。據(jù)史書(shū)記載，公元8世紀(jì)，中國(guó)就曾經(jīng)對(duì)大氣進(jìn)行過(guò)研究，并把大氣分為陰陽(yáng)兩部分。早在一千多年前的中國(guó)大唐時(shí)期，版圖遼闊、文化繁榮、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、國(guó)力富強(qiáng)。煉丹家馬和在他生平的工作記錄平龍認(rèn)中作出這樣的結(jié)論：空氣成分復(fù)雜多樣，主要由陽(yáng)氣和陰氣組成，其中陽(yáng)氣比陰氣多得多，陰氣可跟可燃物化合，在空氣中消失，而陽(yáng)氣則可安然無(wú)恙地保留，陰氣存在于青石(氧化物)、火硝(硝酸鉀)等物質(zhì)中，加熱它們陰氣就會(huì)放出來(lái)，陰氣在水中也大量存在，只

3、是很難把它們?nèi)〕鰜?lái)6。 到17世紀(jì)，羅伯特波義耳（RBoyle，16271691）通過(guò)對(duì)抽氣機(jī)及燃燒的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一些奇妙、有趣的現(xiàn)象。在真空中，火藥環(huán)只在受熱的地方才燃燒，但一通入空氣，立刻全部燃燒。這些燃燒現(xiàn)象，使波義耳得出結(jié)論：“空氣有一些活性物質(zhì)不是被磷的煙霧消耗掉，就是被它馴化?！边@給人們以啟發(fā)，那就是空氣中含有兩種截然不同的氣體。此后，虎克（R.Hooke，16351703）也做了類(lèi)似的燃燒實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論，認(rèn)為空氣中存在一種可以溶解可燃物體自身的東西2。羅伯特波義耳和虎克的實(shí)驗(yàn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)氧氣都是極為有益的。只要沿著這個(gè)正確的思路去尋找空氣中那種具有活性的物質(zhì)是什么？氧氣就會(huì)很順利地發(fā)

4、現(xiàn)。但科學(xué)發(fā)現(xiàn)的道路是曲折的。在通往客觀真理的征途上，遇到任何一點(diǎn)障礙，都可能使科學(xué)家猶豫不前，而大大推遲科學(xué)發(fā)現(xiàn)的時(shí)間。在氧氣發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，最大的障礙，就是“燃素說(shuō)”的提出。它使一些科學(xué)家步入歧途，茫然而不能自拔?！叭妓卣f(shuō)”是英國(guó)人喬治恩斯特史塔爾繼承了約翰約阿希姆帕克的地下的自然哲學(xué)中的學(xué)說(shuō)，綜合了各家觀點(diǎn)，于1703年較系統(tǒng)地闡述和發(fā)揮為完整的理論。史塔爾認(rèn)為，空氣中有一種可燃的油狀土，即為燃素。史塔爾所說(shuō)的燃素是“火質(zhì)和火素而非火本身”，燃素存在于一切可燃物體中，在燃燒時(shí)，快速逸出。燃素是金屬性質(zhì)、氣味、顏色的根源。它是火微粒構(gòu)成的火元素。按照“燃索說(shuō)”的觀點(diǎn)，一切燃燒現(xiàn)象，都是物體吸收

5、和逸出燃素的過(guò)程。煅燒金屬，燃素被釋放出來(lái)，金屬就變成了灰渣。但在金屬加熱過(guò)程中，燃素不能自動(dòng)分解，必須加進(jìn)空氣，將燃素吸取出來(lái)，燃燒才能實(shí)現(xiàn)9。18世紀(jì)初期，這種“燃素說(shuō)”的理論，曾歪曲地說(shuō)明了大多數(shù)化學(xué)現(xiàn)象。盡管是歪曲的，牽強(qiáng)附會(huì)的，但在當(dāng)時(shí)，卻能“自圓其說(shuō)”，被人們普遍地接受。就這樣，“燃素說(shuō)”統(tǒng)治人們的思想將近一個(gè)世紀(jì)，把人們從研究和探討燃燒原因、完全可能導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)氧氣的正確思路，引向歧途，致使氧氣的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的曲折歷程。1（二）人類(lèi)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，常常是經(jīng)歷了一段艱辛、曲折的摸索之后，又回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)。1774年，英國(guó)化學(xué)家普利斯特列（J.Priestley，17331804）又

6、進(jìn)行燃燒的實(shí)驗(yàn)，在給氧化汞加熱時(shí)，得到一種新的氣體，這種氣體既能助燃，又能支持人的呼吸。事實(shí)上，普利斯特列已經(jīng)得到了氧氣，但他不能正確地認(rèn)識(shí)這種氣體。普利斯特列由于受“燃素說(shuō)”的影響，錯(cuò)誤地認(rèn)為，這種新氣體是“無(wú)燃素的空氣”。10在普利斯特列之前，瑞典化學(xué)家舍勒在加熱硝酸鹽的過(guò)程中，也曾得到這種氣體，并發(fā)現(xiàn)這種氣體能使點(diǎn)燃的蠟燭更加激烈燃燒。事實(shí)上，舍勒先于普利斯特列也獨(dú)立地獲得了氧氣，但可惜，舍勒也是“燃素說(shuō)”的信奉者，他錯(cuò)誤地認(rèn)為，這種氣體是“火氣”，燃燒正是燃素與火氣的結(jié)合。就這樣，由于“燃素說(shuō)”的束縛，在本來(lái)已經(jīng)得到氧氣的情況下，還是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氧氣。1774年，法國(guó)著名的化學(xué)家拉瓦錫(L

7、avoisier A L，17431794)正在研究磷、硫以及一些金屬燃燒后質(zhì)量會(huì)增加而空氣減少的問(wèn)題，大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)使他對(duì)燃素理論發(fā)生了極大懷疑，正在這時(shí)，10月份普利斯特里來(lái)到巴黎，把他的實(shí)驗(yàn)情況告訴了拉瓦錫，拉瓦錫立刻意識(shí)到他的英國(guó)同事的實(shí)驗(yàn)的重要性。他馬上重復(fù)了普利斯特里的實(shí)驗(yàn)，果真得到了一種支持燃燒的氣體，他確定這種氣體是一種新的元素。1775年4月拉瓦錫向法國(guó)巴黎科學(xué)院提出報(bào)告金屬在煅燒時(shí)與之相化合并增加其重量的物質(zhì)的性質(zhì)公布了氧的發(fā)現(xiàn)，他說(shuō)這種氣體幾乎是同時(shí)被普利斯特里、舍勒和他自己發(fā)現(xiàn)的。8拉瓦錫堅(jiān)持探究燃燒的真正本質(zhì)，當(dāng)“燃素說(shuō)”與實(shí)驗(yàn)發(fā)生矛盾時(shí)，他毅然地選擇推翻“燃素說(shuō)”。

8、 拉瓦錫于1783年在他的關(guān)于燃素的思考中抨擊了燃素說(shuō)，“化學(xué)家們使燃素成為一種含糊的要素，它沒(méi)有嚴(yán)格的定義，因此適應(yīng)于一切可能引用它的解釋。它是名副其實(shí)的普羅丟斯，每時(shí)每刻都在變換形狀?！?（三）氧的發(fā)現(xiàn)不是一個(gè)人所做的。恩格斯在資本論第二卷序言中提到：“普利斯特里和舍勒已經(jīng)找出了氧氣，但不知道他們找到的是什么。他們不免為現(xiàn)有燃素范疇所束縛。這種本來(lái)可以推翻全部燃素觀點(diǎn)并使化學(xué)發(fā)生革命的元素，沒(méi)有在他們手中結(jié)下果實(shí)。不過(guò)普利斯特里不久就把他的發(fā)現(xiàn)告訴了巴黎的拉瓦錫；拉瓦錫依據(jù)這個(gè)新的事實(shí)研究了整個(gè)燃素化學(xué)，方才發(fā)現(xiàn)這種新的氣體是一種新的化學(xué)元素。燃燒的時(shí)候，并不是什么神秘的燃素從燃燒體分離，

9、而是這種新的元素和這種物體化合。因此，在燃素形式上倒立著的整個(gè)化學(xué)才正立起來(lái)。照拉瓦錫后來(lái)主張，他和其他兩位學(xué)者是同時(shí)并且相互獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)氧氣。雖然事實(shí)不是如此，但同其他兩位比較起來(lái)，他仍不失為氧氣的真正發(fā)現(xiàn)者，因?yàn)槠渌麅晌徊贿^(guò)找出了氧氣，但一點(diǎn)兒也不知道他們自己找出了什么。7”普利斯特列正是因?yàn)橄嘈拧叭妓卣f(shuō)”所以才“從歪曲的、片面的、錯(cuò)誤的前提出發(fā)，循著錯(cuò)誤的、彎曲的、不可靠的途徑行進(jìn)”，盡管他已經(jīng)得到了氧氣，但卻沒(méi)有認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)氧氣。正如恩格斯所說(shuō)：“當(dāng)真理碰到鼻尖上的時(shí)候，還是沒(méi)有得到真理?！迸c普利斯特列相反，拉瓦錫正是由于打破了“燃素說(shuō)”的束縛，才成為化學(xué)史上第一個(gè)真正發(fā)現(xiàn)氧氣的人。恩格斯

10、一針見(jiàn)血地指出：“當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)燃燒的物體與另一物體即氧氣相結(jié)合并且已取得了純氧的時(shí)候，就把然而也還是經(jīng)過(guò)守舊化學(xué)家的長(zhǎng)期抗拒之后這種偽說(shuō)打破了?！逼鋵?shí)，拉瓦錫并不是獨(dú)立地獲得氧氣的科學(xué)家。普利斯特列也認(rèn)為，拉瓦錫沒(méi)有資格說(shuō)他是發(fā)現(xiàn)氧氣的人?？墒?，在化學(xué)史上這個(gè)重大突破卻偏偏是拉瓦錫完成的。這也決非偶然。拉瓦錫較之普利斯特列、舍勒等人的高明之處，就在于他真正堅(jiān)持了唯物主義觀點(diǎn)，重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研究的同時(shí)，用批判的態(tài)度審查一切舊觀念、舊理論，敢于沖破一切傳統(tǒng)思想，勇于排除發(fā)現(xiàn)氧氣征途上的最大障礙“燃素說(shuō)”，所以他才成為化學(xué)發(fā)展史上真正發(fā)現(xiàn)氧氣的人。11777年，拉瓦錫命名此種氣體為Oxygen(氧

11、)，是由希臘文oxus-(酸)和geinomai(源)組成，即“成酸的元素”的意思。它的化學(xué)符號(hào)為O。氧氣的中文名稱是 HYPERLINK /view/5405.htm t _blank 清朝 HYPERLINK /view/202879.htm t _blank 徐壽命名的。他認(rèn)為人的生存離不開(kāi)氧氣，所以就命名為“養(yǎng)氣”即“養(yǎng)氣之質(zhì)”，后來(lái)為了統(tǒng)一就用“氧”代替了“養(yǎng)”字，便叫這“氧氣”6。最終氧氣的發(fā)現(xiàn)竟經(jīng)歷了近乎一個(gè)世紀(jì)的風(fēng)風(fēng)雨雨，波義爾的誤入歧途，觀念失當(dāng)，讓燃素說(shuō)統(tǒng)治了化學(xué)界一百年；舍勒的墨守成規(guī)，使其功虧一簣；普里斯特利食古不化，讓他與氧氣失之交臂；而到最終拉瓦錫的沖破桎梏，修成正

12、果，我們可以得到深刻的歷史教訓(xùn)：盡管拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)技巧并不比波義耳、舍勒、普里斯特利等人高明，工作也不比他們更勤奮，但是他創(chuàng)新意識(shí)超群，思維活躍，善于用正確的理論來(lái)指導(dǎo)、概括、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不為錯(cuò)誤理論所惑，從不把自己桎梏于傳統(tǒng)的藩籬中，所以才有為后人所銘記的創(chuàng)造；而另外三位則或者建立謬論或者迷信錯(cuò)誤理論，頭腦僵化，固步自封，結(jié)果是“為他人做嫁衣裳”。這就是我們學(xué)到的，對(duì)待科學(xué)，沖破束縛，破舊立新才是王道！5參考文獻(xiàn)：1趙*華編著，化學(xué)通史，高等教育出版社，1990.52楊*印編著，化學(xué)的歷程，陜西師范大學(xué)化學(xué)系，20003郭*章、董*偉編著，化學(xué)史簡(jiǎn)明教程，北京師范大學(xué)出版社，1985.6 4張*輪，林德宏，科學(xué)方法卷，創(chuàng)造動(dòng)力叢書(shū)（第二卷），安