揪出氧气，推旧创新

猪尿泡中神秘的“愤怒”

公元1771年秋天的一天，瑞典化学家舍勒在实验室里做了一个实验，研究猪尿泡的燃烧现象。他将硝石(硝酸钠)和明矾油(浓硫酸)放入蒸馏罐中进行高温蒸馏，并用含有石灰水的猪尿泡吸出棕色气体。他不小心把点燃的蜡烛放进了猪尿泡里，但蜡烛没有熄灭，反而发出了耀眼的光。

"这种气体能燃烧吗？"他努力思考，反复尝试，结果都一样。所以他得出结论，猪尿泡里有一种未知的气体。

舍勒继续用其他药物进行实验，如加热硝石、硝酸汞或混合二氧化锰和浓硫酸加热，所有这些都能产生神秘气体，使点燃的蜡烛发出更明亮的光。经验丰富的他把这种气体命名为“火空气”。然后，通过大量的实验，他发现空气中“火空气”的体积占了五分之一。

舍勒通过加热硝石获得了“火焰空气”的现代还原图(网络图)。

舍勒隐约觉得“火空气”的产生和流行的燃素理论是完全不同的概念。理解“火空气”可以解决燃烧的基本问题。了解燃烧的本质将极大地促进冶金和化学工业的蓬勃发展。舍勒对燃素理论有一点怀疑，但是因为没有明显的证据，他仍然把燃烧解释为根据旧理论把空气中的“内热”和可燃物质中的燃素结合起来的过程。

那么，燃素理论到底是什么？什么是燃素？这将追溯到半个多世纪前。

燃素说的兴起

公元1703年，两位德国医生，贝歇尔(注1)和斯塔尔(注2)，由于工作需要，在对燃烧现象反复观察和研究之后，提出了一种新的燃烧理论——燃素说。

他们认为，所有可燃材料，如木材、磷和硫，都含有燃素，而不可燃材料，如石头和黄金，则不含燃素。可燃物质燃烧时会放出光和热，燃素也会从中逸出。他们从这里得到了一个数学公式:

燃素= =灰烬

这个公式可以很容易地解释许多与燃烧有关的化学现象。例如，纸、木材和油是易燃的，因为它们含有大量的燃素。一种物质包含的燃素越多，燃烧得越多。油含有更多的燃素，所以它比纸和木头燃烧得更猛烈。石头、黄金和其他固体不含燃素，因此不能燃烧。

燃素理论的创始人:贝彻(左)和斯塔尔(右)

那时，燃素唯一不能解释的问题是金属的质量在燃烧后会增加。然而，许多后来的科学家仍然相信这个看似合理的燃素理论。

创造新的燃烧理论

尽管舍勒“当真相触及他的鼻尖时并没有得到它”(恩格斯)，他的实验吸引了另一位科学家的注意。这位科学家是法国拉瓦锡。拉瓦锡在多次研究舍勒的“猪尿泡内热”实验后，结合他自己提高空气中锡和铅的加热质量的实验，发现“内热”可能是一种纯燃素。为此，经过许多天的仔细思考，他设计了一个具有划时代意义的新实验。

拉瓦锡将少量称过的水银放入蒸馏罐中。甑口覆盖有玻璃盖，玻璃盖与盛汞的容器相通。玻璃盖的体积是已知的。然后他加热甑煮水银，直到第二天，银白色的水银表面漂浮着像红色鳞片一样的浮渣。继续加热直到12天，当红色浮渣不再增加时，玻璃罩中的空气量减少了近五分之一。测量后，红色浮渣的质量与原始汞相比有所提高。

后来，他把点燃的蜡烛放进玻璃罩，蜡烛立刻熄灭了。老鼠被放进引擎盖后很快窒息而死。

还原拉瓦锡找氧实验(网络图)

在这一切之后，拉瓦锡收集了红色的渣滓，把它放在另一个小容器里，用凹透镜聚焦阳光加热它，再次获得水银和无色气体。测量后，此时获得的气体等于加热水银时玻璃罩中还原的气体。最后，他将气体添加到原来的玻璃罩中，并将其与剩余的气体混合。获得的气体具有与空气完全相同的性质。

“我终于发现了！”拉瓦锡兴奋地大叫。经过冷静思考，他得出了两个结论:

首先，这是一种无色的未知气体，动物可以呼吸并帮助燃烧。

第二，燃烧绝不是燃素的逃逸，而是物质和无色未知气体的作用，并发出光和热。

他称这种未知的无色气体为“酸性气体”。几年后，清代科学家徐寿在翻译外国化学著作时，认为人类的生存离不开“酸气”。为什么不称之为“滋养气体”？后来，为了统一起见，科学界用“氧气”代替了“提高”一词，现在被称为“氧气”。

拉瓦锡继续他的努力，通过进一步分析，提出了两个对后世影响很大的结论:

首先，空气由两种气体组成，一种是助燃“酸性气体”(即氧气)，舍勒称之为“火空气”，约占空气体积的五分之一；另一种不能支持燃烧的氮大约是空气体积的4/5。

第二，当金属在空气中受热时，金属与氧气结合生成氧化物。由于加入了氧，氧化物的质量自然比原来的金属重。当木材和纸张燃烧时，自然质量降低，因为产生的二氧化碳逃逸到空气中，只留下灰烬。

空气的主要成分(网络图)

从那以后，拉瓦锡创立的新理论完全揭开了燃烧的“真面目”，统治化学世界近70年的“燃素理论”也完全退出了历史舞台。这一新理论极大地推进了化学研究:后来的科学家不仅弄清楚了空气成分的真实组成，还利用新的燃烧理论发现了许多新的元素、化学反应和化学定律。

自然，这一切都要归功于“英雄”氧气！