从五行说到法国科学家拉瓦锡：燃烧现象的认识历程

公元前4世纪，中国古人提出的“五行说”体现了对火及燃烧的理解。“五行说”认为水、木、火、土、金这五种基本物质相互结合，构成世间万物。五行会“顺次相生”，因为水能滋润树木，木能燃烧产生火，火能使物体燃烧后变成灰土，土里面有金属矿物，寒冷的金属表面易产生露水，而且金属在高温下可熔化成似水的液态。五行也会“隔一相克”，因为水能灭火，火能熔化金属，金属制品能砍伐树木，树木的根能穿透土壤，土能吸收水使之消失。这个时期，古希腊哲学家也提出了类似的四元素说，认为火是构成世间万物的基本元素（水、土、气、火）之一。这些思想中包含的对于火及燃烧的认识在某些方面可以自圆其说，但更多局限于哲学理论的角度，并没有揭示出火及燃烧现象的本质。

第一个以实验方法研究燃烧现象的人是英国科学家波义耳，他曾把金属放入玻璃瓶中燃烧，发现燃烧后形成的金属灰的重量大于原先的金属，故而认为火是一种微粒，火微粒进入燃烧的金属中使其重量增加。

1669年，德国化学家柏克尔认为物体含有“油状土”时往往会燃烧，燃烧时“油状土”释放出去，剩下的是灰渣。1703年，德国化学家施塔尔在柏克尔的理论基础上，将油状土重新命名为“燃素”，提出了燃素学。他认为，物体燃烧的过程就是燃素释放的过程，燃素本身有重量，于是燃烧后剩下的灰渣的重量就比燃烧之前的物体的重量轻得多。例如，当木炭燃烧时，燃素被释放出去，剩下的只是重量很小的灰烬。然而，这种学说存在很大的漏洞：虽然有机物燃烧后变轻了，但无机物如金属燃烧后重量却增加了。燃素说的支持者进而提出有些燃素可能有负重量，虽然这种解释较为牵强，但它较好地解释了很多化学现象，也符合常识，人们对此深信不疑。甚至在长达几十年的时间里，这种说法也一直支配着化学家们的思想。

1772年，卢瑟福在密闭容器中燃烧磷，除去寻常空气中可助燃和可供动物呼吸的气体，对剩下的气体进行了研究，发现这种气体不被碱液吸收，不能维持生命和具有可以灭火的性质。因此，他把这种气体叫作“浊气”或“毒气”。同年，英国化学家普利斯特里也了解到木炭在密闭于水上的空气中燃烧时，能使1/5的空气变为碳酸气，用石灰水吸收后，剩下的气体不助燃也不助呼吸。

1774年，普利斯特里利用一个直径为1ft的聚光镜来加热各种物质，看看它们是否会分解放出气体。他还用汞槽来收集产生的气体，以便研究它们的性质。同年8月1日，他如法加热汞煅灰（即氧化汞），发现蜡烛在分解出的“空气”中燃烧，放出更为光亮的火焰；他又将老鼠放在这种气体中，发现老鼠比在同体积的寻常空气中活的时间约长了4倍，而他本人吸入这种气体，胸部感到极其舒服。他开玩笑说：谁知道将来这种气体不会变成一项时髦的奢侈品呢？但到现在只有两只老鼠和我有过吸入这种气体的特权。可以说，普利斯特里发现了氧。遗憾的是，他和卢瑟福等都坚信当时的“燃素说”，从而错误地认为：这种气体不含燃素，所以有特别强的吸收燃素的能力，因而能够助燃。当时，他把氧气称为“脱燃素空气”，把氮气称之为“被燃素饱和了的空气”。

事实上，瑞典化学家舍勒在卢瑟福和普利斯特里研究氮气的同时，于1772年也从事这一研究。他是第一个认为氮是空气成分之一的人。1773年，他用硝酸盐（硝酸钾和硝酸镁）、氧化物（氧化汞）加热，制得“火气”（fire air），并用实验证明空气中也存在“火气”。(www.xing528.com)

综上所述，可见舍勒和普利斯特里虽然都独立地发现并制得氧气，但由于他们被传统的燃素说所束缚，“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠近的途径行进，当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”。

最终解释燃烧现象，并彻底打破燃素说思想禁锢的是法国著名科学家拉瓦锡。拉瓦锡于1743年生于巴黎一个富有的律师之家，在学校时就是一个天才少年。他知识渊博，善于思索，20岁时因出色地撰写了巴黎街道照明设计的文章而获得法国科学院的嘉奖。1768年，被评选为法国科学院的“名誉院士”。1774年，拉瓦锡重做了波义耳的煅烧金属实验，他比波义耳的高明之处在于加热前后都准确称量了金属的重量，也称量了整个容器的重量。先将已知重量的锡放入曲颈瓶中，密封后称其总重量，然后充分加热使锡灰化。待冷却后，再称其总重量，发现总重量前后没有变化。然后在曲颈瓶上穿一个小孔，发现瓶外空气带着响声冲进瓶内，再称其总重量和金属灰的重量，发现总重量增加的值恰好等于锡变成锡灰后的增重（都等于燃烧时消耗的氧气的重量）。

拉瓦锡又对铅等其他金属进行了同样的煅烧实验，得到相同的结论。由此，他认为物质的燃烧其实就是该物质与氧化合的过程。但出于谨慎，他并没有立即做出结论，而是继续做了大量的燃烧实验来验证自己的想法。直到1777年，拉瓦锡向社科院提交了《燃烧概论》一文，系统地提出了氧化燃烧学说，揭示了燃烧是有氧气参加的发光发热的化学反应。《燃烧概论》后来被翻译成多国语言，逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此进入了科学实验和定量研究（即近代化学）时期。拉瓦锡也因此被称为是近代化学的奠基者。

1768年，年仅25岁的拉瓦锡在成为皇家科学院院士的同时，当上了一名包税官；拉瓦锡本来十分富有，但维持化学实验室需要大量钱财，他向包税局投资50万法郎，承包了食盐与烟草的征税大权，实际上就是“买官敛财”。结果在18世纪末的法国大革命中，拉瓦锡成为被革命对象，被送上断头台。当拉瓦锡向人民法庭请求宽限几天执刑，以便整理自己的化学实验结果时，在当时过激的革命状态下得到如是回答：“共和国不需要科学家！”据说在断头台上，拉瓦锡做了平生最后一项实验。当时有人争论断头机行刑时人在身首分离后还能存活多久，于是拉瓦锡答应在铡刀落下后尽量眨眼。1794年5月8日，行刑后的刽子手提起这颗伟大的头颅计数，说拉瓦锡至少眨了十一下眼。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说：“他们可以一瞬间把拉瓦锡的头割下，但他那样的头脑一百年也长不出一个来。”拉瓦锡对于燃烧本质的研究，像燃烧的火焰，点燃了近代化学的红火发展，照亮了科学发展的道路。