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第二篇近代化学时期从17世纪中叶(1661年)，英国化学家波义耳把化学确立为科学开始，到19世纪90年代末，微观领域的三大发现前，为近代化学时期。*波义耳*拉瓦锡*罗蒙诺索夫*道尔顿*盖-吕萨克*阿伏加德罗*康尼查罗……*门捷列夫第五章科学形态的化学形成波义耳指明化学方向，贝歇尔研究燃烧现象。普里斯特利发现一种神奇的气体，尽情地呼吸一下，顿时如醉如痴，这是什么东西？拉瓦锡抓住实质，氧化学说应运而生。一时众说纷纭，一团糟中理头绪。背景:中世纪的欧洲，天主教会占据着封建统治的宝座，无论文学、艺术和哲学都处于神学婢女的可悲境地。人们只能以《圣经》的教义和教会所许诺的几种学说解释一切事物。自然科学被禁锢着，发展极为缓慢。17世纪下半叶，资本主义生产形式在欧洲有了很大发展，繁重的手工劳动逐步被各种机械装置代替。这种变化引起了欧洲各国旧的封建农奴制的生产关系的解体。与此同时在意识形态领域也发生了巨大变化，占有统治地位的宗教经院哲学宇宙观崩溃了，带有机械唯物主义特点的资产阶级宇宙观产生了。力学、数学、天文学和物理学都取得了重大成就。伽利略（Galileo）创立了力学，他的学生托里拆利发现了大气压力，帕斯卡（Pascal）继承了托里拆利的研究工作，惠更斯创立了光的波动学说，牛顿对力学和天文学做出了极重大的贡献。所有这些的发现和发明，宣告了第一次科学革命的来临。各学会及科学院的成立促进了化学的迅速发展。17世纪时，英国牛津大学和剑桥大学开始了教育改革，逐渐开设了自然科学课程。1702年剑桥大学第一个设置了化学教授席。波义耳17世纪下半期科学中的新思想反映在英国人R·波义耳的科学工作和观念中。他是一位著名的物理学家兼化学家，出身贵族，是一个富翁，自幼受到良好的教育。虽然经济生活优裕，但他并不追求享乐，而是把钱财用于科学研究。1646年起波义耳在伦敦自己家里修建了实验室并进行科学研究。1661年，34岁的波义耳总结了自己十几年来的实验和研究成果，出版了向传统化学观念挑战的名著《怀疑的化学家》，阐述了化学研究的目的、化学实验的意义和他对化学元素的见解。P41对于“化学是什么”这样一个大问题，他认为化学实验不单是为了制造贵重金属和医药，而应有更广泛的用途。化学是一门实验科学，没有实验，任何新东西都不能被进一步了解。在化学研究中，他对物质的组成和结构进行了探索。用加氯化钡生成白色沉淀来鉴定硫酸，加硝酸银生成沉淀来鉴定盐酸，与氨作用生成蓝色溶液来鉴定铜盐以及其他等等，波义耳还使用了一些指示剂如石蕊液、紫罗兰花等。波义耳在科学实验中接触到许多同物质内部结构有关的现象。如液体蒸发和固体升华，它们可以弥散于整个空间；盐块溶解后可以通过滤布的微小空隙等。从而他相信物质是由数目众多的微粒所构成。粒子结合成各种粒子团，粒子团聚合而成各种物体。粒子团的大小形状以及运动决定物质的各种物理和化学特性。粒子团作为基本单位参加各种化学反应。波义耳的很多观点得不到大多数化学家的赞同。当时的伟大科学家中，只有英国的牛顿全盘接受波义耳的化学思想。牛顿对化学也很感兴趣，研究了很多化学问题。他发挥了波义耳的微粒学说，并以物质微粒间相互吸引和发生碰撞的假说来解释观察到的各类化学反应。波义耳的观念为新化学的发展指明了方向。到了波义耳时期，科学已指明物质不是由“性质”组成，而是由化学元素组成的。为此，恩格斯曾对波义耳作了高度评价：“波义耳把化学确立为科学。”在古代，产生过许多火的学说。中国的“五行说”中，就提到了火；古希腊的“四元素说”的“水、土、火、气”中有“火”；古印度“四大说”的“地、水、火、风”中也有“火”等等。在古人看来，火是一切事物中最容易变化，最积极、活跃的东西。“火”是构成万物的本原物质之一。13世纪后，欧洲的工业有了长足的进步。在很多工场中都广泛使用火，如冶炼、做肥皂、蒸酒精等。不同物质产生温度的高低，易燃性程度以及金属煅炼后变为灰烬会增加重量等等问题，引起了人们的重视和思考，迫切需要彻底弄清火及燃烧现象的本质。燃素说大约在1660年，波义耳和挚友胡克（Hooke）进行了真正的燃烧化学实验：把木炭或硫黄放在一个器皿中，用抽气机将里面的空气抽尽，然后将器皿强烈加热，木炭、硫黄却不能燃烧。把木炭、硫黄与硝石混合（即黑火药），即使在抽尽空气的条件下，仍会猛烈燃烧。于是得出结论：燃烧必须依赖空气和硝石中所含的某种共同成分。1673年，他对金属煅烧增重的问题又进行了定量的实验研究。他把密闭容器里的金属加热，两小时打开密闭容器，物体的重量竟增加了。于是波义耳又作出结论：加热时有一种特殊的，超微小的“火素”穿过容器的壁进到了金属里，因而增加了它的重量。提出了如下公式。金属＋火微粒＝金属煅灰很显然，波义耳在实验中有一个极大的疏忽：只注意到了被加热物质本身的变化，而没有去研究被加热物的周围环境有何变化。具体地说，不应该把实验的瓶塞在加热后打开进行称量比较。因此，直到波义耳死后多年，伟大的质量守恒定律才由俄国学者罗蒙诺索夫创立起来。再说同波义耳一个时期的英国医生梅猷（Mayyou），通过燃烧和呼吸试验，对燃烧现象做了更进一步的推断：将点燃的蜡烛，樟脑以及小活鼠置在水面木板上，然后用大玻璃罩扣在上面，发现罩中的空气逐渐减少，但蜡烛熄灭后，里面还剩下大量空气。由此他推算出，空气中含有两种微素，其中一种被蜡烛摄取而“消失”。无论是波义耳和胡克的燃烧实验，还是梅猷的蜡烛燃烧实验，给予人们的普遍感觉是好象有某种东西从中逸出了。至于周围发生了什么变化，他们没有真正意识到。到了1667年，德国医生兼化学家贝歇尔出版了一本叫《土质物理学》的书，对燃烧现象做了一番系统论述。他认为构成一切矿物、植物和动物的初始元素为土和水。其中土又可分为三类：“第一类土”是可溶的和石质的，“第二类土”是油质的，“第三类土”是挥发性的。在解释燃烧现象时，贝歇尔认为燃烧是火分解燃烧物的过程。物质的可燃性是由于其中含有“第二类土”（油质的）。可燃的原因也可能是物质中含有硫。到了贝歇尔的学生施塔尔，对贝歇尔的学说倍加推崇。重版了贝歇尔的著述，并加入自己的一些观点。他认为可燃的要素是一种气体物质，它存在于一切可燃的物质中。他把此种要素称之为“燃素”。“燃素”在燃烧的过程中，从可燃物中飞散出来，与空气结合，从而发光发热，这就是火。有关金属煅烧的变化过程，施塔尔按下面的方程式来解释：金属＋燃素＝金属煅灰而按照后来的氧学说这一方程则为：金属＋氧＝金属氧化物从18世纪初到18世纪末的约一百年间，化学史上称这段时期为燃素说时期。燃素说的创始人一般认为就是贝歇尔和他的追随者施塔尔。尽管燃素说有很多缺点和错误概念，但它能用统一的观点来研究和解释完全不同的现象，因而在一定程度上促进了化学的发展。到了18世纪70年代，氧气被发现了，燃烧本质终于真相大白，燃素说退出化学舞台，由此化学沿着正确方向、步入近代发展时期。18世纪中期特别是下半期，燃素说遇到了严重危机。这一时期在欧洲各国化学的发展是不平衡的。尤其在分析化学研究和气体实验基础上所获得的新的实验事实，同燃素说理论产生了尖锐的矛盾。这一时期德国的大多数化学家持有燃素说的观点；在英国和瑞典，一批著名化学家则研究化学分析和气体问题，感觉燃素说不能自圆其说；在法国，化学取得许多重大发现和研究成果，导致了化学革命；俄国也首次走上了化学历史舞台，如代表人物罗蒙诺索夫，对化学发展做出了重要的贡献。此外，18世纪英国发生了产业革命，资产阶级意识形态对化学发展也起了巨大影响。所有这些意味着化学革命的即将到来⋯⋯罗蒙诺索夫与质量守恒定律且说18世纪的俄国，自然科学和数学都开始了系统的研究工作，但最初没有正规的科学机构，也无著名科学家。化学也同样如此，很多化学品要从国外进口。1725年在彼得堡成立了科学院，罗蒙诺索夫就在科学院工作。罗蒙诺索夫出生于俄罗斯北方的一个农民家庭，童年时靠自学学会了文法和算术，之后离家去莫斯科，在一所希腊——拉丁学院学习。不久，他被派到德国学习物理学、化学和外语。毕业后回到俄国。1745年当选为俄国科学院院士并担任化学研究室负责人。1748年按照他的计划建立了化学实验室。罗蒙诺索夫非常喜爱的科学是化学，特别是理论化学，他把它命名为物理化学。他承认物质微粒的存在，认为微粒的不停运动是发生物理现象和化学现象的原因，这里他根据的是物质和运动不灭定律。罗蒙诺索夫的科学研究正处于燃素说兴旺时期，在研究工作中他不可能忽视当时占主导地位的燃素说。但是他不是把燃素看成无重量或具有负质量的轻微气体，而是物质实体。在他的著述《论金属光泽》一书中，他指出：“铁在酸中的时候，从里冒出可燃气体，它不是别的东西，而是燃素。是由溶液与金属分子摩擦而分离出来的。”这种论点后来同科学家卡文迪什关于燃素本质的结论相同，曾在科学界轰动一时。除了理论上有新的见解和观点外，罗蒙诺索夫还进行了一些出色的实验，其中重新认识波义耳燃烧化学实验最为有名。罗蒙诺索夫改变了波义耳的称量方式，他在实验前和实验后都不打开瓶塞，而把瓶子和金属一起称量。结果发现，当没有外界空气进入瓶中时，金属的重量保持不变。由此，罗蒙诺索夫得出结论：当金属炽热时，和金属结合的并不是什么臆想的神秘微素，而是存在于瓶里空气的一部分：金属上所增加的重量应该等于空气中所减少的重量。这就是质量守恒定律。罗蒙诺索夫是燃素说时期第一位最重要的科学家。他的化学研究工作已经使燃素说呈现了危机。可惜当时俄国远离世界科学，未能起到他应有的作用。再说17世纪中叶，人们对于“气体”、“空气”两者的认识很模糊，很笼统。多数人认为空气是独一无二的气体元素，其他气体仅是空气的不同形式，并且气体不参与化学反应。到了18世纪，随着一些化学家和医生们对燃烧现象的深入研究，气体的多样性和空气的复杂性逐渐被人们认识到了。尤其氢气、氮气、氯气和氧气等的发现，以及水、碳酸气等化学组成的确定，形成了燃素说时期的气体化学。气体化学值得一提的是，化学家们之所以能发现和研究各种气体，很大程度归功于一位英国牧师，叫黑尔斯。他发明了一种制取和收集气体的装置，叫气槽。他利用他的气槽（产气部分与接受部分是分开的）收集干馏木材所放出的气体。由于当时他墨守传统说法，认为收集的气体不过是空气，因此没有着意对它们进行化学鉴定。第一位气体化学家是英国爱丁堡大学的化学家布拉克（JosephBlack）。布拉克最初是一位医生，他的研究当时都是同医学研究有关的，他先是格拉斯哥的大学教授，后转到爱丁堡大学任教。他讲课时喜欢用实验来佐证，为人和蔼，所以听他讲课的人特别多。1755年，布拉克在爱丁堡哲学学会的年会上，宣读了一篇题为《关于镁石·石灰石及一些碱性物质》的实验论文。在论文中，他提出了用定量方法研究气体。他把石灰石加热变成生石灰，再用酸与它们作用。石灰石遇酸产生气泡，而生石灰遇酸则没有这种现象（石灰石为CaCO3，生石灰为CaO）。他把这个差异用天平称重的方法检查一下，于是测出生石灰的重量比石灰石减少约一半。他判断是由于某种气体从中逸出。这种气体，他称为“固定空气”。接着他用“固定空气”同石灰水作用生成白色沉淀，即构成最初的碳酸盐。增加的部分和损失的部分相等。这就表明气体是实物，一种气体能做一种固体的组成部分，毫无神秘之处。“固定空气”就是碳酸气。布拉克发现碳酸气的方法可称为定量方法的典范。布拉克关于碳酸气的研究，其另一重要贡献是初步揭示碱的苛性的本质。过去对碱的苛性的解释，认为它具有亚里斯多德的所谓“火素”。布拉克把石灰石加热变成了苛性石灰，不但没有火素进入，而是有“固定空气”放了出来，他用石灰水加入温和性碱，草木灰汁（K2CO3），就成了强碱（苛性钾），明确了这是碳酸气在起作用，而同火素无关。由此他断然否定了燃素说。由于碳酸气溶解于水，因此布拉克始终未能收集到纯净的空气。到了他的同胞卡文迪什，则对碳酸气研究得更深入了。他用集气法成功地收集到纯净的碳酸气。并证明与木炭燃烧后产生的气体相同。到了1774年，化学革命的杰出人物拉瓦锡，才最终证明“固定空气”是碳的氧化物，即CO2。布拉克的同胞英国科学家卡文迪什是一位自学成名的科学家，凭借