燃烧学理论

一、燃烧素学物质燃烧现象是古代和近代化学的重要研究对象。

古代哲学家把火看作是宇宙的“本原”；炼金家和医药化学家则视火为构成万物的“要素”；化学一度被称为“火术”。

当时已知的化学反应大都周燃烧现象有关。

特别是到了十七世纪中叶以后，随着资本主义生产的发展，金属冶炼、燃烧及其它高温反应都迫切需要对燃烧现象作出理论上的解释，所以建立燃烧理论已成为整个化学发展的中心课题。

在这种形势下，首先出现了错误的燃素学说，并统治化学达百年之久。

随后由于气体化学的成就而被推翻，建立了科学的氧化学说，使化学第一次有了关于化学反应的理论。

至此化学不仅在元素概念和物质组成上，而且在化学反应上确立了科学体系，奠定了近代化学的最后基石。

(一)燃素学说的统治处于十七世纪中叶的化学，虽然波义耳已从理论上阐明了元素的概念，然而在实际上，人们还难以辨别究竟什么是元素；医药化学家的“三要素”说仍在起着作用，并为燃素学说的产生提供了思想基础。

1669年曾经随同波义耳研究过燃烧现象的德国化学家贝歇尔(J．J．Becher，1635—1682)提出了燃素学说的基本思想。

他在《土质物理学》一书中提到，气、水、土虽然都是元素，作用并不相同：气不能参加化学反应，水仅仅表现为一种确定的性质，而土才是造成化合物千差万别的根源。

他认为土有三类：油状土、流质土、石状土，分别相当于硫、汞、盐“三要素”。

他还认为一切可燃物均含有“硫”的“油状土”，并在燃烧过程中放出。

他依此来解释燃烧现象。

1703年，贝歇尔的学生(Scheele)斯塔尔对他的老师的思想加以补充和发展，提出了一个比较完整的燃烧理论，称之为燃素学说。

他认为，“油状土”并非是“硫要素”所代表的可燃性，而是一种实在的物质元素，即“油质元素”或“硫质元素”，他把这种元素命名为“燃素”。

据此他提出：一切可燃物均含有燃素，可燃物是由燃素和灰渣构成的化合物，燃烧时分解，放出燃素，留下灰渣。

燃素和灰渣结合又可复原为可燃物。

他依此来解释一切燃烧现象以至所有的化学变化，例如金属燃烧，逸去燃素而留下灰渣；灰渣同富有燃素的木炭共热，又还原为金属；金属溶于酸，则放出燃素(氢气)，而留下灰渣(盐)，等等。

这种理论曾足以说明当时所知道的大多数化学现象，这就使斯塔尔深信，燃素为一切化学变化的根本，化学反应为燃素作用之种种表现，因此燃素说已不只是燃烧理论，而且已扩展为整个化学反应过程的普遍理论了。

“燃素”一词，虽然在很早以前就由海尔蒙特等人在同一定义下使用过，然而只是在斯塔尔提出了系统的燃素学说之后才得以广泛应用；特别是由于它似乎能较合理地说明从矿石提炼金属等生产过程而得到了更迅速的传播。

1723年后燃素学说在法国得到普及，并逐步培养了一批包括拉瓦锡等在内的化学家。

燃素学说是化学上最早提出的反应理论。

当时，处于十七世纪中叶的化学，还没有一个反应理论来统一解释所有的化学变化。

化学反应的知识是支离破碎的、经验性的。

在此情况下，只要能够提出一个理论对所有的化学反应过程给予概括，那怕是并不正确的，也可以说是一个很大的进步。

燃素学说提出的历史意义也正是这样。

它把当时大量零星片断的反应知识集中在一起，用统一的观点联系起来，并依照燃素的放出和吸入的逻辑加以分类、协调和解释，使化学反应知识形成了乍一看来是井然有序的体系。

显然，这是“一个极有价值的理论”，是“化学领域中第一个把化学现象统一起来的伟大原理”。

特别是燃素学说所具有的从化学反应本身来说明化学反应的朴素唯物主义性质，扫除了长期以来笼罩在化学中的神秘观念，引导人们去注意实际化学反应过程的研究，从而积累了丰富的实验资料，并导致了许多化学发现。

所以燃素学说成了当时化学家的主要理论依据和思维工具。

燃素学说几乎已为举世所公认；至此，化学就不仅在静态的元素概念上，而且也在动态的化学反应理论上全面取代了炼金术，并逐步消除了它的影响。

正如恩格斯所说，化学终于“借燃素说从炼金术中解放出来”。

医药化学时期也随之终结，一批以化学研究为主要对象的化学家开始成长起来。

应当看到，燃素学说并不是一个正确的科学假说。

做为这一学说核心的燃素，是一个假想的、并不存在的“物质”，而对燃烧过程的解释则是本末倒置的。

它把金属煅烧同氧结合的过程，看作是金属分解和放出燃素的过程；把金属看成是燃素和灰渣结合成的化合物，而把灰渣却当成了元素，“真实的关系被颠倒了，映象被当作了原形”。

显然，燃素学说是经受不住长期实践考验的。

燃素学说的错误随着化学的发展而日益明显暴露出来。

既然燃素是一种物质，为什么无人发现过它? 特别是，为什么金属燃烧放出燃素之后剩下的灰渣反而更重了？这使燃素学说陷入了无法解脱的困境。

1750年著名燃素论者文耐尔(G.Venel，1723—1775)认为是由于燃素具有反常的“负重量的轻浮性”的缘故。

所以，“燃素并不被吸向地球的中心，而是倾向于上升”，从而使金属在放出燃素后的重量就反而增加了。

这就把燃素看成是一种不遵守物理规律的神秘东西，实际上是把它看成了早在1540年化学家毕林古乔(V．Biringuccio，1480—1530)提出的物质中的“灵气”，因而当物质一旦失去后就会象“完全死了的东西一样倒下来，因而变得加重了”。

但是，为什么有机物燃烧失去燃素后的重量却又反而减轻了呢?燃素究竟是具有“负重量”还是“正重量”呢?燃素论者就很难自圆其说了。

可以看出，当化学处于幼稚阶段，只需要从质上定性地考察化学变化时，燃素学说还可以说得过去。

但是，当化学发展到较高阶段，不仅需要从质上而且还要从量上加以考察时，燃素学说就显得无能为力而漏洞百出了。

但是，也应看到，燃素学说的错误毕竟同带有宗教神秘色彩的炼金术理论的错误不同，它是在科学实验基础上产生的一种相对错误的学说，是基于正确事实提出的不正确的观念，是比古代哲学家的臆测性、炼金家的宗教性和医药化学家半神秘性的理论要切实得多和进步得多。

正因为如此，即使它并非是正确的，然而它的出现却积极推动了化学的发展，应当说，是一个“可用的假说”。

它只是到了后期；才推迟了化学的进步，妨碍许多优秀的研究者看到他们发现的事实的正确解释，‘成了一种保守的理论然而，燃素理论的失败，并非由于它的内在不合逻辑性。

相反，它的“燃素的放出与吸入”的逻辑方法，对于化学家研究化学过程的思考也是不无益处的，因此有的科学史家认为，燃素说已“为化学方法论打下了基础。

虽然在这一学说上的建筑已成废墟，然而我们今天的化学建设却是以它为借鉴进行的”。

燃素学说的要害，是在于照它的原样就永不能符合物质的事实，从而就必须把它完全颠倒过来。

这时，化学要再进步，当然也就需要推翻它的统治并代之新的科学的燃烧理论。

这也就成了十八世纪中叶化学发展所面临的一个迫切任务。

燃素论者之所以能够提出燃素学说并统治化学达百年之久，并非偶然，它有着世界观和方法论的根源。

燃素学说是流行于十七至十八世纪的机械论哲学的产物，是“运用力学的尺度来衡量化学过程”的结果，机械论者总是期望能找到一切自然现象背后的力学规律来揭示其因果关系。

如果做不到，“就举出某种人所不知的东西：光素、热素；电素等等”，燃素学说的产生也正是这样。

斯塔尔能够超出“三要素”的水平，把燃素看作是一种元素的微粒，是实在的“物质”而不是“性质”；其思想根源也在于此。

他受到过机械论哲学的影响，承认原于微粒的存在及其所具有的机械性质。

他的观点是同波义耳的微粒哲学酷似的。

燃素论者的机械哲学观是不彻底的，还往往带有某种神秘主义的倾向。

在贝歇尔看来，由于造物主的殚精竭虑才创造了有机生命，“而金属不过是他的创世计划的副产品”，从而使人们对于物质及其燃烧过程的认识多少蒙上了一层神秘色彩。

因此，当后世的燃素论者无法摆脱“燃烧增重”的矛盾时，也就自然地会乞求于违反机械论哲学的神秘的“负重量”了。

实际上这也是亚里士多德所谓“物体本质上是轻的”神秘观念的重新复活。

可见，燃素学说的实质是以机械论哲学为主体并包含了某种神秘主义的混合体。

这对当时尚处于幼稚时期的化学来说也是很自然的。

燃素学说运用了一种直观的、现象的归纳法。

他仍虽然是以化学实验事实为出发点，然而只是依照了直接观察到的、表面上的燃烧现象，并由此进行逻缉推理而提出了燃素学说。

因为他们在表面上看到的燃烧现象，似乎就是物质的分解、消失、剩下灰渣和放出了光与热。

此外，对于热能，当时人们还不可能区分出它同物质的差别，从而也就自然地把它看成是一种“元素”。

这样，他们就为表面的假象所迷惑而造成了错觉，提出了本末倒置的燃素说，而且以为是经过“实践”检验过的“科学真理”。

这就是燃素学说的认识论和方法论的基础。

这是一种停留在感性阶段的认识，然而却是从幼稚的非科学概念向科学概念的过渡、从表面现象的认识向内在本质认识过渡的基础。

后来的科学的燃烧理论也正是在这；基础上形成的。

燃素论者忽视了定量分析而局限于定性分析法。

斯塔尔对于燃素学说在化学变化中所碰到的重量上的矛盾，认为是“无关紧要，甚至是不置一辞”，予以忽视或回避。

这种思想是同当时化学发展所处的幼稚阶段有关的。

那时化学家对于刚刚开拓出来的千变万化的化学世界，首先感受到的是眼花缭乱的质变现象的玄妙和不可思议而为其所吸引和迷惑，还没有余力对化学反应自觉地进行量的考察，因此只能“仅注意物体性质之异同，而不知研究其数量之变化”。

这样，他们也就难以发现燃素说的漏洞，或是发现了也未能给予应有的关注，仍在维护错误的理论。

这是燃素说能够产生并长期统治化学的一个重要原因。

(二) 气体化学的突破燃素学说的被推翻是以气体化学的突破为线索的。

气体化学的成就是建立新的科学的燃烧理论的基础。

人们早在十七世纪中叶开始了对气体的研究。

海尔蒙特提出了气体的概念，并研究过不驯服的野气(二氧化碳)和可燃的油气。

波义耳可能是头一个收集过气体的人；但是由于当时社会和科学还感受不到气体研究的迫切需要，而使一些研究成果被忽视，因此人们对于气体的认识仍然模糊不清，仍把空气看成是唯一的气体元素。

1755年苏格兰化学家布拉克(J．B1ack，1728—1799)发表了题为《关于白镁石、生石灰和其它碱性物质的实验》的论文，指出加热白镁石或石灰石可以得到—种具有重量的气体；它不同于一般空气，可以和碱性物质相结合而被固定，由此称为“固定空气”。

他还指出石灰石加热放出“固定空气”后失重”约44％，生石灰吸收“固定空气”变成石灰石后增重约44％，失重相等于增重。

他还研究了“固定空气”，发现其具有不助燃和可使动物窒息等性质；并证明在空气、天然水和一些盐类(碳酸盐)中都含有“固定空气”，等等；这就说明“固定空气’确是一种不同于普通空气的新发现的气体。

这一发现，从根本上改变了人们对于气体的认识，具有重要意义。

首先，它表明气体也象液体和固体一样是实物，也可以同固体物质结合成新物质，并成为其组成部分。