一、燃素说

玻义耳和他的一些同胞在致力于解决燃烧、焙烧和呼吸等问题时，沿着这样的思路：这些现象受在这些过程中空气所含有的和取自空气的某种东西支配。与此同时，欧洲大陆却在探索一条不同的思路，它在十八世纪的相当长时间里主宰着化学理论。这种竞争的解释方式称为燃素说。按照这种学说，一切可燃物质都包含一种可燃元素，它在燃烧、焙烧和呼吸过程中释出，并为周围空气吸收。热质观念是一个古老且为人们熟悉的实用概念。火是传统的元素之一，甚至像笛卡尔和玻义耳这样的近代思想家也相信，存在一种特殊的火微粒。新发现的磷可能也倾向于鼓励这种观念。主要意见分歧在于，有人认为，某种这样的热元素包含在空气之中并可从空气取得，以支持燃烧、焙烧和呼吸；而另一些人认为，这种热质包含在燃烧着的、被焙烧的或在呼吸的物体之中，在这些过程中被它们释出，并为空气所吸收。这两种相互不相让的观点都能援引一些现象支持自己。事实是，最后前一种学说获胜。但是，这不一定使人漠视燃素说可用于让人理解许多化学现象。例如，这样的揣测看来简单而又合理：其中发生过燃烧或呼吸的闭合空气所以变污浊，是由于它吸收了在呼吸的或燃烧着的物体所释出的某种东西；还可推测，当一棵植物在这种污浊的空气中生长时，这空气便又恢复，因为这植物又从空气中吸收了燃素。

燃素说的奠基人是德国化学家柏克尔和斯塔耳；接受这种学说的人中，有一些著名化学家，如舍勒、普利斯特列、马凯、卡文迪什、迈耶尔，还有布莱克和贝尔托莱也至少一度接受过。

J.J.柏克尔（1635—82）是个医学化学家，他得到德国许多王公贵族的惠顾。在他的《地下物理学》（Sub Terranean Physics）（1669年）中，他拒斥除土和水之外的一切传统元素和要素。不过，他区分开三种土元素。其中一种他称之为“油状土”（terra pinguis），他并表明，它必定包含在一切可燃物体之中。火历来被看做是一种普适的解析剂，把化合物分离为它们的组分。因此，一个可燃物体必定是复合物。在燃烧或焙烧过程中，“油状土”被排出，因此，只有“石状土”或“玻璃状土”留下来。另外，还已表明，在燃烧或焙烧之后这种残留物质的量越少，原先组分中“油状土”含量就一定越多。因此，只留下微量灰烬的木炭被认为是几乎纯粹的“油状土”。柏克尔的思想为G.E.斯塔耳（1660—1734）所继承和发扬。斯塔耳是哈雷大学的医学和化学教授，后来去到柏林。“燃素”这个术语（玻义耳以前已在另一个意义上用过它）经过斯塔耳而流传开来，取代柏克尔的“油状土”而作为可燃性要素。斯塔耳认为，当金属焙烧时，它们释出所包含的燃素，被周围空气吸收。当用木炭加热矿石使之变为金属时，它们吸收木炭所释出的燃素。如刚才所解释的，木炭被看作是几乎纯粹的燃素。为进行燃烧等过程，必须导入自由空气，但这只是为了吸收燃烧等过程中释出的燃素。因为，不排除燃素，就不可能进行燃烧等过程，而如果没有自由空气来吸收燃素，燃素就不可能离开可燃物体。

（参见 L.J.M.Coleby：Studies in the Chemical Work of Stahl，1938，Ph.D.Thesis，Library of the University of London.）

燃素说最早遇到的问题之一是，怎么解释尽管在焙烧过程中据说燃素损失了，可是事实上金属灰却比未经焙烧的金属重。斯塔耳没有对这个问题作出决定性的解决。有些化学家认为，这种重量增加可能是由于被焙烧的物质密度增加或者它吸收了空气微粒的缘故。然而，另一些人把金属的较轻重量归因于燃素的轻性（即负的重量）。按照这种观点，凡包含有燃素的物质重量都会减轻；因此，当燃素由于加热而被排出时，这物质便变重了。这种精巧的想法没有得到公认。甚至舍勒和普利斯特列也不能相信，物质实体会有负重量而不是重性。他们一般都装作只注意到燃素的存在而忽略了它的真实本质。由于这个缘故，在他们感到有利，同时也不为他们所无法解释的东西过分忧虑的时候，他们便使用燃素说。然而，人们继续尝试解释据说在燃素影响下发生的重量减小。例如，1780年，J.埃利奥特提出，燃素的这种作用可能是由于它“减弱了微粒和以太之间的斥力”，因而减小了它们间相互的万有引力（Philosophical Observations on the Senses…and an Essay on Combustion…，1780，p.122）。P.J.马凯（1718—84）提出了另一种比较简单的解释。他认为，金属灰是失去了燃素但却充入了气体的金属，正是这种气体说明了为什么金属在焙烧时重量增加（Dic tionnaire de Chimie，Paris，1778，辞条“Chaux metalliques”和“Combustion”）。可见，他看来已经相信，即使燃素有重量，金属在焙烧时所吸取的气体的重量也超过了这过程中所失去的燃素的重量。

（参见 J.R.Partington和D.Mckiei：“The Levity of Phlogiston”，Annals of Science，1937，Vol.2，pp.361—404，和“The Negative Weight of Phlogiston”，Annals of Science，1938，Vol.3，pp.1—58；L.J.M.Coleby：The Chemical Studies of P.J.Macquer，London，1938.）

本章其余部分要讲的是，各种化学发现最终导致燃素说让位给新化学的史事。这里只需补充一点：早在1774—1775年间，皮埃尔·巴扬（1725—98）已经在研究氧化汞时发现，在加热这种金属灰时，即使不加入据说提供不可或缺的燃素的碳，金属灰也会变成金属，并且，在金属灰变金属的过程中，发放出气体。他得出结论：金属灰由金属和空气组成，空气同金属的结合是致使金属灰在焙烧时重量增加的原因。而且，他还认识到，他的观测同燃素说不一致；他看来比拉瓦锡还早就拒斥了燃素说（Observations sur la Physique，Vol.Ⅲ，1774，pp.127，128；Vol.Ⅴ，1775，p.147；Vol.Ⅵ，p.487）。然而，拉瓦锡没过几年就发起了对燃素最为有效的反对。1783年，拉瓦锡在他的《关于燃素的思考》（Reflexions on Phlogiston）中抨击了燃素说，这里可以从中录引下面一段话：“化学家们使燃素成为一种含糊的要素，它没有严格的定义，因此适应于一切可能引用它的解释。这要素是重的，时而又不重；它时而是自由的火，时而又是同土元素相化合的火；它时而通过容器的微孔，时而又穿透不过它们。它同时解释苛性和非苛性、透明和不透明、有色和无色。它是名副其实的普罗丢斯 ^[1] ，每时每刻都在变换形状”（Mém.de I’Acad.Roy.des Sciences，1783，p.523）。

（参见 J.H.White：A History of the Phlogiston Theory，1932；D.Mokie：Antoine Lavoisier，1935.）