燃素学说

古代燃素学说

燃素学说是一种对燃烧认识的学说。

问题来源

自从十字军东征以来，欧洲的工业有了巨大的发展，形成了许多工业基地。在很多工业中都广泛地使用火。随着火的使用范围日益扩大。不同的物质可燃性的大小、产生温度的高低以及金属煅烧后变成灰烬并且会增加的重量等等问题，在那时很自然地引起了人们的重视和思考。特别是17世纪之后，火在使物质发生化学变化的新技术中更加不可缺少，因而人们迫切需要了解燃烧的本质以此提高燃烧的效率。但当时炼金士的神话与经学家的空谈无法解答这些问题。

发展历程

17世纪末，欧洲开始流传一种燃烧本质的学说“燃素说”，该学说在此后的100多年以来一直流传很广并占有统治地位。

在燃素说提出之前，已经有人对燃烧现象进行了仔细的研究并且发出了许多议论。15世纪时，意大利人达·芬奇曾有这样的发现：物质在燃烧时，若无新鲜空气补充，则燃烧就不能继续进行，表明燃烧与空气的存在与否有着必然的联系。1630年，法国人雷伊将该学说进一步发展，他发现金属锡和铅经煅烧后重量增加，于是将这一现象解释为空气凝结于锡烬中，正如同干燥的沙吸收水分而变重一样。1664年，英国化学家胡克认为火焰是引起化学作用的混合气体。胡克忽视了空气在燃烧中的作用，他仍相信燃烧时，物体中有炼金士所谓的燃烧“燃素”放出。

火微粒说

17世纪下半叶，形而上学、机械唯物论的观念基本形成，不可再分的物质微粒和机械的力成为人们解释自然现象的基础。在这一时期，人们往往在解释各种现象时不自觉地运用“某某力”或“某某素”这样的名词。英国化学家波义耳在这里也提出了自己对燃烧本质的看法，他认为火应当是一种实实在在的，由具有重量的“火微粒”所构成的物质元素。依据此点，植物、燃料在燃烧时，它们的极大部分都变成火素散失在空气中去了，只留下了同原物体本身的重量相比微不足道的灰烬。

1673年，波义耳在做一些金属的煅烧实验。他将铜、铁、铅、锡等金属放在密闭的容器内进行煅烧，再仔细定量地研究它们在煅烧后增重的情况。最后，波义耳认为，在金属被煅烧时，从燃料中散发出来的火微粒，穿过容器壁，钻进了金属，并与它们结合而形成了比金属本身重的煅灰。他用下式对金属煅烧后的增重现象进行解释。

金属+火微粒=煅灰

但是，波义耳没有在此基础上继续进行更深入的研究，最终丧失了一次很好的在对火及燃烧现象的认识方面取得突破的机会。波义耳忽略了考察与金属密切接触的空气的变化情况，这一观察上的片面性，使他未能正确提示火和燃烧现象的奥秘。

1674年，英国医生梅猷曾发表了他对燃烧现象的见解，他的见解在当时是相当先进的。他利用小动物进行实验，他将燃烧的蜡烛和一只小老鼠放在水面上，然后分别在两者上部罩一烧瓶。他发现瓶中的空气体积逐渐减少，他认为其中一部分物质被燃烧和呼吸消耗掉了，剩余气体经他测量得知比空气稍轻。之后，他又在实验中发现火药在水下仍能燃烧。于是，他认为，在硝石中也存在着那种空气中的助燃成分，他称之为“硝气精”。

以上几种关于燃烧的见解在当时只是个别科学家所具有的，大多数人仍认为物质在燃烧时有某种东西从中逃走了。但是，这几种见解为以后燃素说的提出奠定了一定的基础，积累了一定的资料。

创立燃素说

在化学史上，人们普遍认为，贝歇尔和施塔尔共同创立了燃素说。贝歇尔是17世纪末德国的一位化学家，他提出燃烧是一种分解作用，动、植物和矿物等燃烧之后，留下的灰烬都是成分更简单的物质。在此推理，不能分解的物质，尤其是单质是不会燃烧的。贝歇尔认为各种物质都是由他所谓的三种基本“土质”组成的。这三种“土质”包括，“石土”-存在于一切固体物质中的一种“固定性的土”；“油土”-存在于一切可燃物体中的一种“可燃性的土”；“汞土”是一种“流动性的土”。物质因三种成分比例不同而各有特性。

贝歇尔用他的三种“土质”来解释物质燃烧的现象：物体在燃烧时，就会放出其中的“油土”部分，只剩下“石土”或“汞土”的成分。在这里，贝歇尔所谓的“油土”，便相当于以后的“燃素”。

燃烧本质观点

1703年，另一位德国化学家施塔尔在总结了前人关于燃烧本质的各种观点，并对其进行甄别之后，更系统地提出了明确的燃素学说。施塔尔认为，火是一种由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种微粒可以和其他的元素结合形成化合物。同时也能够以游离的形式存在。如果大量的微粒聚集在一起就会形成明显的火焰，这些微粒弥漫在大气之中便给人以热的感觉。由这种微粒构成的火的元素称为“燃素”。

他认为，燃素无处不在，包含于万物之中。甚至将闪电也归结为大气中含有燃素的缘故，它使大气动荡不已，他认为生物因含有燃素而富有生机；无生命的物体因含有燃素而能够发生燃烧。他认为燃素是万物的灵魂，物体失去燃素而变成死灰烬，灰烬获得燃素，物体就会复活。

施塔尔这样解释燃烧现象，他认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素或放出燃素的过程。例如，煅烧金属时，燃素从中逃逸出来，变成煅渣；将煅渣与木炭共燃，则煅渣又从木炭中吸取燃素而重回到金属面目。硫磺燃烧后变成硫酸，硫酸与松节油共煮而变成硫磺，都是由于物质中的燃素得失而完成变化的。在施塔尔看来，物体中所含燃素的多少决定了该物质可燃性的大小。看起来，“燃素说”与波义耳的“火微粒”的观点颇为相似，然而恰恰相反，从以下施塔尔对金属煅烧过程的表示式可以看出：

燃烧空气

那么，为什么燃烧时不可缺少空气呢？施塔尔在他的学说中解释道：这些物质在加热时，燃素并不能自动分解出来，必须有外来的空气将其中的燃素吸取出来，燃烧过程才能实现。并且还认为，上好的空气具有吸收燃素的性质。

除以上观点以外，施塔尔还用燃素说的观点解释了金属溶解于酸以及金属的置换反应，他认为前者是由于酸夺取了金属中的燃素的缘故；而一种金属可以置换出另一种金属，乃是由于前者的燃素转移到了后者中的结果。

施塔尔的燃素说曾统治化学界达百年之久，及至科学燃烧的学说建立之后，人们才知道它的谬误。但是，燃素说在整个化学发展中的作用却是不容忽视的，它的创立首先结束了炼金术对化学界的统治局面。另一方面，燃素说提出的100年中，即使相信他的化学家也亲身从事化学实验，因而积累了大量丰富的经验和材料，借助这些材料，拉瓦锡才能在日后的实验中发现科学的燃烧现象的本质，才能提出科学的燃烧学说。

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