世界近代中期科技史-第16章
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存在于钟罩内的空气中的“硝气粒子”被燃掉了，由于“硝气粒子”在空气
中所占据的空间是一定的，在蜡烛燃烧后所造成的真空也是一定的，所以水
在钟罩内上升的高度也是一定的。梅尤的这个实验，实际上是对氧气的最初
发现，只不过是他本人当时并未认识到这是氧气。所以他对这一实验的解释
只比波义耳和胡克前进了一步：即认识到并不是所有的空气都参加燃烧，而
只是一部分空气参加燃烧。这部分参加燃烧的空气就是空气本身所含有的“硝
气粒子”。
其实，在波义耳、胡克、梅尤等人之前，法国冶金学家雷伊（1583—1630
年）就曾提出过类似的理论。1630年，他发表了一篇题为《关于焙烧锡和铅
重量增加原因的研究》的论文，在文中，他叙述了他的焙烧锡和铅的实验，
他认为，锡和铅经过焙烧之所以增加了重量，是因为“浓密的空气”“混进
①
烧渣中”的缘故 。他认为，空气中的某种浓密成分混进金属烧渣并不是两种
物质之间的化合，而是两种物质微粒的一种机械混合，这种混合就同水的微
粒与沙的微粒的混合一样。水粒混入沙粒后使沙粒变重，空气混进金属烧渣
后也使金属烧渣变重。
① 同上书，第86页。
① 同上书，第92页。
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以上事实说明，在燃烧说尚未正式登上近代化学的历史舞台之前，在17
世纪初期逐渐复兴的原子学说的影响下，近代化学的早期理论中已逐渐形成
了一种机械自然观，它在当时的最典型的理论特征，一是把一切物质实体的
最小单位看作是类似于原子的物质微粒；二是把一切物质实体的相互作用看
作是微粒之间的力学作用。从雷伊、波义耳、胡克到梅尤，他们所提出的关
于燃烧的种种理论，差不多都是这种机械自然观在燃烧理论上的反映。
（2）燃素假说的兴起
梅尤之后，英国化学出现了停滞不前的局面，而在带有浓厚的炼丹术与
炼金术色彩的德国医学化学却振兴起来，正是在这种背景下，以贝歇尔和斯
塔尔为代表的医药化学家提出了解释燃烧和焙烧现象的燃素假说。而早期的
近代化学也因此进入了以燃素假说为基本标志的发展时期，即一般化学史家
通称的“燃素时期”。
最先提出燃素假说的是德国美因茨大学的医学教授贝歇尔（1635—1682
年），1669年，他发表了他的主要著作《地下的自然哲学》，提出了最初的
燃素假说。他从炼金术关于物质构成的硫、汞、盐三要素的观念出发，认为
一般固体物质的构成元素是三种土质：油土、汞土和石土。其中油土是存在
于一切可燃性物体中的油质性的土，相当于炼金术士所说的硫元素；汞土是
一种可变化的流质性的土，相当于炼金术士所说的汞元素；石土则是一切物
体中一种固定的硬质性的土，相当于炼金术士所说的盐元素。在提出三种土
质理论的基础上，贝歇尔对燃烧进行了解释，他认为，在一切可燃物体中都
含有油土，油土作为一种油性的和硫质的元素，在可燃物体燃烧时，便从可
燃物体中释放出来。所谓燃烧，实质上是可燃物体释放油土的过程。这是贝
歇尔提出的最初的燃素说。
后来，德国的另一个医药化学家斯塔尔（1660—1734年）在贝歇尔的油
土说的基础上，以燃素概念代替了贝歇尔的油土概念，并对贝歇尔的油土论
作了一些发挥，这样就正式形成了解释燃烧现象的燃素假说。
1697年，斯塔尔进行了一些硫磺与硫酸的实验，他推测，硫磺燃烧时，
即生成硫酸；反过来，如果把硫磺燃烧时随火焰一道逸去的东西重新加入硫
酸，那么这两者重新加在一起就会生成硫磺。因此，他认为，在硫磺燃烧时
随火焰逸出的那部分物质，实质上就是硫磺中所含有的可燃性的物质。他把
这种可燃性的物素称为“燃素”，意即火的原素。
在进行上述实验研究的同时，斯塔尔研究了《地下的自然哲学》等医学
化学著作，1703年，他重印了《地下的自然哲学》一书，并在贝歇尔阐述的
油土论的地方加上了一个很长的评注，他指出，贝歇尔所说的油土，实际上
就是存在于一切可燃物体中的燃素。后来，他在《化学基础》一书中进一步
阐述了他的燃素说。并在他的教学中长期讲授他的燃素说，这样，燃素假说
这样一个关于燃烧学说的新理论便广泛传播开来。
斯塔尔的燃素说认为，燃素是一种火质和火素，但并非火的本身，而是
一种呈细微粒子状的火的原质或元素；燃素广泛地存在于一切可燃物体之
中，也存在于金属之中；燃素有时是油质的，有时是火质的，有时是土质的，
但无论分别存在于植物体、动物体和矿物体的燃素的性状怎样不同，它们在
本质上都是一样的。他们的本质属性是它们的可燃性；物体的燃烧过程实质
上是燃素的逸出过程，燃素本身具有从一种物体转入另一种物体的特性。斯
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塔尔还认为，如果把金属烧渣与含有燃素的物质一道加热，就可以使金属还
原。
燃素说大体上能解释一些燃烧现象，如油、脂、土、炭等在燃烧之后留
下来的残渣与灰烬确实比原来的物体要轻得多，而这些现象很有些燃素说所
解释的那样，这是因为这些物体在燃烧时，燃素随着火焰一道释放出来了。
这样，其残渣与灰烬自然要比燃烧前轻得多。
由于燃素说表面上能解释一些燃烧现象，所以他给当时的化学家们以一
种理论上的幻觉：似乎燃素说确实是能够正确解释燃烧现象的燃烧学说。正
因为如此，当时的不少化学家都成了燃素说的忠实信徒，而近代化学也因此
进入了一个以燃素说为标志的新的历史时期——燃素时期。
4。气体化学
（1）燃素说的理论危机
从贝歇尔最初提出的燃素说的1669年起，燃素说在欧洲化学界前后风行
了一个多世纪。
根据燃素说的解释，燃素是一种基质，但这种基质却具有变幻莫测的性
质：它有时是火质，有时是土质，有时是油质，有时是光质，有时是热质。
它充塞于天地万物之间，流动于雷电风云之中。但无论是在动物体或植物体
中，还是在矿物体或其他物体中，它在本质上是一样的。一方面，它是组织
这些物质的一种基质；另一方面，它又是这些物质的物理性质与化学性质的
质动因。物质失去它就变成灰烬，而灰烬得到它就会新生。总之，在当时一
些化学家的心目中，燃素是无所不在、无所不能的超级基质。
根据燃烧说对燃烧现象所作的理论解释，一切与燃烧有关的化学变化都
可归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程，但在解释一种与燃素有关的化学
现象时，燃素说始终无法自圆其说。这种与燃素有关的重要化学现象就是金
属的煅烧现象。
燃烧说认为，物体燃烧的过程是物体释放燃素的过程，物体燃烧，燃素
释放出去了，燃烧物体变成了灰烬。因为燃素被释放出去了，所以物体的灰
烬也就比物体本身轻得多。对于诸如木炭之类的植物体的燃烧，燃素说是乎
能得到一种似是而非的解释。可是，同样是物体的燃烧，为什么金属被燃烧
后，它的灰烬不但不比原来的金属物体轻，反而比原来的金属物体重呢？
对于金属燃素 （煅烧）后增加重量的事实，当时一些持燃素论立场的化
学家颇感困惑，为了使燃素论能自圆其说，法国化学家文耐尔（1723—1775
年）竟别出心裁地解释：燃素有时具有为地心引力所吸引的向下的重量，他
把这种向下的重量称为“正重量”，有时具有与地心引力相反的“向上的重
量”，他把这种“向上的重量”称为“负重量”。由于金属燃素具有“负重
量”的性质，所以当金属燃烧而释放出燃素时，它的重量就不但没有减轻，
反而增加了。
一种基质，既具有向下的正重量，又具有向上的负重量，这很令人费解，
于是，有些人费尽心思找到了这样一个比喻：金属失去燃素，好比人死时失
去灵魂。失去灵魂的死人不是比含有灵魂的人重吗？由此可见，燃烧后的死
金属要比活金属重。这样，就使燃素不仅成为一种无所不在的基质，而且成
了一种神秘莫测的幽灵。由于燃素说在解释金属煅烧时所遇到的无法克服的
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理论困难，它所编织出来的理论幻景正在消逝，理论化学已处于一场新的危
机之中。
把燃素说进一步推向理论危机的动因，是 18世纪初气体化学的初步发
展。
（2）布莱克
到 18世纪初，气体化学有了初步发展，特别是对于碳酸气的发现与研
究，可以说是18世纪气体化学发展的先导。第一个重新发现并深入研究碳酸
气的是英国化学家布莱克 （1728—1799年）。
1746年，18岁的布莱克考入格拉斯哥大学学习医学，在学习医学之际，
他同时致力于化学研究，1750年，在他移居爱丁堡的同年，由于医学研究的
需要，布莱克即开始进行酸类与碱类物质的研究。1754年，他写出了他的博
士论文《论胃中食物产生的酸，兼论白氧镁》，第二年，他把这篇论文扩充
为专著，并在爱丁堡学会上宣读了这一著作，1756年，该书以《关于镁石、
石灰石和其他碱类物质的实验》的书名出版，在这一著作中，他记述了发现
碳酸气的过程，并对这种气体的性质进行了初步的分析。
在一次实验中，他发现，把石灰石加热，除了制得石灰之外，还可以制
取一种气体，他把这种气体叫作“固定空气”，并用定量分析的方法对这种
气体的性质进行了分析，结果发现，石灰石经过煅烧后减少重量44％，他认
为，这正是“固定空气”被从中释放出来的缘故。与此同时，他也用镁石（碳
酸镁）作过类似的实验，发现镁石也含有“固定空气”。他还发现，碳酸镁
（镁石）与氧化镁（镁土）的区别，仅仅在于“固定空气”的得失，碳酸镁
失去“固定空气”即为氧化镁；而氧化镁得到“固定空气”即为碳酸镁。
布莱克还用其他许多方法制取过“固定空气”，并认识到在呼吸、发酵、
木炭燃烧中也能产生这种气体，而空气本身就含有少量的“固体空气”。
在制取“固体空气”的基础上，布莱克对这种气体的性质进行了多方面
的研究。他发现，这种气体能为苛性碱所吸收；能使燃烧的蜡烛熄灭；能使
动物窒息以至死亡。在当时，“窒素”曾是一个与“燃素”对立的概念，布
莱克的发现从根本上揭开了“窒素”的秘密，原来“窒素”并不是一种与“燃
素”对立的基质，而是一种特殊的气体。
通过对“固定空气”的深入研究，布莱克进一步指出，石灰石在煅烧后
失重并转变为苛性石灰，正是由于失去酸性的“固定空气”，而这种“固定
空气”本身并不是“燃素”，而恰好是“窒素”。他的这些实验与理论，一
方面使燃素说进一步陷入了严重的理论危机中；另一方面，也为后来推翻燃
素说提供了重要的实验根据与理论启示。
（3）卡文迪许
继布莱克之后为证实燃素说而进行气体化学研究的，是英国化学家卡文
迪许（1731—1810年），他是一个公爵的后代。富裕的条件使得他终生都得
以进行专注的研究。
他在气体化学方面的第一个重要贡献，是创用汞槽法制取纯净的二氧化
碳，并测定了二氧化碳的比重和溶解度，证明了用实践方法制取的二氧化碳，
与动物呼出二氧化碳和木炭燃烧时产生的二氧化碳完全相同，同时，他还发
现，当空气中含有九分之一的二氧化碳时，就会使蜡烛熄灭。
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他在气体化学方面的另一贡献，是制取了氢气，并对氢气的性质进行了
初步的研究。
1766年，他把题为《人造空气的实验》的论文提交英国皇家学会。文中
除了具体论述二氧化碳的制取及其性质外，就是论述氢气的制法及其性质。
他在文中指出，用盐酸或稀硫酸与铁或锌等作用，就可以用水槽法收集到反
应过程中产生的氢气。他还指出，用定量的某种金属与多种酸作用，所产生
的氢的量总是固定的，而与酸的种类无关。他认为氢气与空气混合后，一点
燃即发生爆发。由于他崇信燃素说，所以他断言这种气体来自金属，而不是
来自酸，因此他把这种气体称为“从金属中来的可燃空气”，他错误地认为，
这种“可燃空气”就是从金属中分离出来的“燃素”，后来，他又认为氢气
是“燃素”与水的混和物。
卡文迪许制取氢气后，人们曾把它充入气球，发现它能使气球很快飘浮
上升，这样，一些燃素论的信奉者认为，气球飘浮上升正是“燃素”具有负
重量的证据。可是不久发现氢气本身也是有重量的。
氢气的发现，一方面直接导致了后来的氧气的发现，另一方面也又一次
动摇了燃素说。
（4）卢瑟福
在导致氧气的发现并最终推翻燃素说的过程中，除了二氧化碳与氢气的
发现外，氮气的发现也是极其重要的一步。1755年，布莱克在制取“固定空
气”即二氧化碳之后，意识到剩余的气体与“固定空气”并不同，因此，他
要他的学生卢瑟福 （1749—1819年）继续研究这种剩余气体的性质。
1772年，卢瑟福对这种剩余气体进行了多方面的实验研究，他把一只老
鼠放在含有这种气体的器皿内，发现老鼠闷死后，器皿内的气体容积减少了
十分之一（实为老鼠耗掉的氧）。如果将里面剩余的气体用碱液吸收，则器
皿内的整个气体的容积又减少十分之一 （实为二氧化碳）。他以这样的方法
除掉器皿内的“燃烧素空气和固定空气”（实为氧气与二氧化碳）之后，再
对剩余的气体进行研究。他在这种剩余气体中点燃蜡烛，仍能看到隐现的烛
光；若投磷少许，则可见磷发光。这些现象使他认识到，他所得到的并不是
纯净的另一种剩余气体，于是，他改用以磷在密闭的器皿中燃烧的方法，结
果制取了这种较为纯净的剩余气体。通过实验分析，卢瑟福发现，这种气体
既不能助燃烧，也不能助呼吸，且不溶于苛性钾溶液。他把这种气体命名为
“浊气”或“毒气”。由于他受燃素说的影响较深，他认为这种“浊气”并
不是一种独立的�
