燃素
中世紀化學家對
燃素及
燃素說的描述:“燃素充塞於天地之間,流動於雷電風雲之中。在地上,天上,海洋,陸地,動、植、礦物,和人的心中都含有它。大氣中含有燃素,因而會在空氣中引起閃電,而使大氣動盪不已;生物含有燃素就富有生機;
無生命物質含有燃素,就會燃燒。燃素不僅具有各種機械性質,而且又像靈魂一樣,本身就是一種
動因,是“火之動力”。物體失去燃素,變成死的灰燼,灰燼獲得燃素,物體又會復活。
物質在加熱時,
燃素並不能自動分解出來。而須外加空氣將其中燃素吸取出來,燃燒才能實現;上好的空氣是具有吸收燃素的性質的。
腐蝕劑奪取了金屬中的燃素,金屬就被腐蝕;煅燒金屬,金屬失去尊貴的光芒而變成渣滓——當賦予它們以燃素,它們又變得不可一世。
物體中含燃素越多,燃燒起來就越旺;含的燃素少,燃燒起來就弱。上好的空氣是具有吸收燃素的性質的,因此物體必須在空氣中才能燃燒;各種實體都是由物體所共有的基本物質(元素)和該物體所特有的“靈氣”所構成.並可以用火煉的方法使其分離。當實體被加熱時,“靈氣”便從實體中逸出。
由於金屬等物質被氧化後質量增重,有的科學家認為
燃素和“靈氣”一樣與地心是相排斥的具有負重量(即所謂“輕量”),因此金屬失去燃素時,重量反而增加了。有人說,金屬失去燃素,好比活著的人失去了靈魂,因此就像死體比活著的時候要重那樣,“死”的灰渣自然就比活的金屬重。”
形成
燃素說形成於17世紀末、18世紀初的一個解釋燃燒現象甚至整個化學的學說。燃素說認為,可燃的要素是一種氣態的物質,存在於一切可燃物質中,這種要素就是
燃素(phlogiston);燃素在燃燒過程中從
可燃物中飛散出來,與空氣結合,從而發光發熱,這就是火;油脂、蠟、
木炭等都是極富燃素的物質,所以它們燃燒起來非常猛烈;而石頭、木灰、黃金等都不含燃素,所以不能燃燒。物質發生
化學變化,也可以歸結為物質釋放燃素或吸收燃素的過程。例如,煅燒鋅或鉛,燃素從中逸出,便生成了白色的
鋅灰和紅色的鉛灰;而將鋅灰和鉛灰與木炭一起
焙燒時,鋅灰和鉛灰從木炭中吸收了燃素,金屬便又重生了出來。
酒精是水和
燃素的結合物,酒精燃燒後,便剩下了水;金屬溶於酸是燃素被酸奪去的過程。
最初,醫療化學家曾經構想化學物質含有三大元素:硫為易燃的元素,汞為流動性和揮發性的元素,鹽為固定和不活動的元素。
到了17世紀,
美因茨大學醫學教授約欽姆貝歇爾(Joachim Becher)略微修改了醫療化學的學說,於1669年主張固體的泥土物質一般含有三種成分:
“石土”,存在於一切固體中的一種固定的土,相當於早期醫療化學家的鹽元素
“油土”,存在於一切可燃物體中的一種油性的土,相當於
硫元素普利斯特里認為,一切可以燃燒的物體含有硫質的、油性的“油土”,在燃燒過程中,它在與其他“土”結合時逃了出來;也就是說,燃燒是一種
分解作用,物質燃燒後,留下的灰燼是成分更簡單的物質。
燃素說認為,燃燒和鍛燒的過程牽涉到化合物分解為組成部分的過程,在最簡單的情況下,也就是分解為硫質的“油土”和固定的“ 石土”。理論上,簡單的物體不能發生燃燒,因為含有“油土”和另一種土的物質必然是化合物。
18世紀,新的化學概念和
燃素學說雙方支持者展開激烈辯論。 1703年,
德國哈雷大學的醫學與化學教授格奧爾格·恩斯特·斯塔爾把
普利斯特里的“ 油土”重新命名為“
燃素”,並把這個理論發展成更廣泛的理論體系,用以說明氧化、呼吸、燃燒、分解等很多化學現象。金屬是灰碴與燃素的 化合物,加熱釋放了燃素而剩下灰碴。總的說來,燃素為一切可燃物體的根本要素,油、脂、木、炭及其他燃料含有特別多的燃素。當這些物體燃燒時,燃素便釋出,或則進入大氣中,或則進入一個可以與它化合的物質中如灰碴,從而形成金屬。
到1740年,燃素理論在法國被普遍接受;十年以後,這種觀點成為化學的公認理論。
但燃素學說有很多漏洞,所以遭到一些質疑,在1756年
羅蒙諾索夫用實驗證明燃素學是錯的。但人們到十九世紀後期還多半相信燃素說,到1890年左右
羅蒙諾索夫的試驗和觀點才得到承認,
燃素說從此滅亡。
局限性
燃素說未能合理解釋
定量實驗的結果;根據燃素說,鎂在燃燒後會釋出燃素,但實際上重量不減反增。其後
拉瓦錫證明氧 在燃燒過程中必不可少,解釋了燃燒後增加重量的現象,並為其後的Caloric theory(熱質論)奠下基礎。
意義
燃素說對燃燒現象正好做了顛倒的解釋,把化合過程描述成了分解過程,但卻使當時的大多數化學現象得到了統一的解釋,幫助人們擺脫、結束鍊金術思想的統治,使化學得到解放,在歷史上起到了積極作用。儘管燃素說本身是錯誤的,但它卻引導和啟發人們去思考、探索,並不斷地實踐、驗證、修正假說或是得到新的發現。也正是在這種不斷的過程中積累起來的大量的科學實驗材料,為科學的燃燒理論的創立準備了條件。