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第4章 化學趣史(2)

1964年的《英國百科全書》,回答了這個問題:

原來,在古代的歐洲,外科醫生命分為兩類。一類是醫學院畢業的“正統”的醫生,穿著長衫,被人們稱為“長衫醫師”。這些醫師往往“動口不動手”;另一類是理發師,兼做著外科醫生的工作,穿著短衫,被稱為“短衫醫師”或者“理發外科醫生”。那時候,人們很看不起外科手術,認為跟膿、血之類打交道,有損于醫師的身份。于是,就把那些“動手”的事兒,交給理發師去干。在動手術的時候,“長衫醫師”仿佛建筑師在工地上監工似的,而在那里動手術的則是“短衫醫師”。

1163年,醫洲的天主教通過一項法案,禁止“神職人員”從事抽血工作,這種工作只理由能發師在醫學上的貢獻:那圓柱象征受傷的手臂,傾斜的色帶表示紗布,而套筒表示帶血的器皿。

1526年,在瑞士巴稱塞大學,一位名叫馬拉塞爾士的人,走上了講臺。他破例邀請了那些“短衫醫師”們跨進大學之門,坐在課堂里聽進大學之門,坐在課堂里聽他講課。巴拉塞爾士在講課之前,做了一件驚人的事情:他把羅馬醫生蓋侖的著作,當眾燒毀!

為什么呢?蓋侖自公元2世紀以來,一直被人們推崇為醫學權威。他的著作,甚至被當作醫學的“圣經”。可是,蓋侖只解剖過牛、羊、狗、豬,從未解剖過被認為“神圣不可侵犯”的人的尸體。因此,他的醫學著作錯誤百出。比如,蓋侖認為人的肝分為五葉——那是因為從狗的肝分五葉而推想出來的。

巴拉塞爾士燒掉了蓋侖的著作,表示他與舊醫學徹底決裂的決心。

巴拉塞爾士主張,“人體本質上是一個化學系統”。因此,人生病,就是這個“化學系統”失去了平衡。要醫好人的病,就要用化學藥品恢復這個“化學系統”的平衡。

巴拉塞爾士質問那些煉金術上、煉丹家們:“你們以為懂得了一切,實際上你們什么也不懂!只有化學可以解決生理學、病理學、治療學上的問題。沒有化學,你們就會迷失在黑暗里?!卑屠麪柺刻岢隽岁P于化學的新概念。他不再把化學稱為“煉金術”,而是稱為“醫療化學”。從此,化學開始了一個嶄新的階段。漸漸地,人們研究化學,不再是為了“點石成金”或者“長生不老”,而是為了制造治病救人的藥劑。

二、揭開燃燒之謎

“懷疑派的化學家”

“化學,不是為了煉金,也不是為了治病?;瘜W應當從煉金術和醫學中分離出來。它是一門獨立的科學!”

在1661年,英國出現一篇題為《懷疑派的化學家》的論文。文章中又提出了新的觀點。

這篇論文起初是筆名發表的。論文發表后,轟動了歐洲化學界。有人細細打聽,這才弄清楚,論文的作者原來是英國化學家波義耳。

這時波義耳已是一個40開外的人了,個兒長得又高又瘦,頭發一直下垂到肩膀。他是一個十分勤奮的人,在十一歲時,便學會了拉丁語和法語,接著跟他的哥哥到歐洲大陸留學,在法意大利住了好幾年。波義耳非常喜歡自然科學,一有空,總愛待在自己的實驗室里,做著各式各樣的實驗。在1661年,他做了許多有關氣體的氣積和壓強之間的關系的實驗,發現了物理學上著名的“波義耳定律”。在這一年,他寫了著名論文《懷疑派的化學家》。在這本書里,他提出許多新的觀點,對地去化學上的許多錯誤觀念,大膽地表示懷疑。恩格斯曾高度評價波義耳的貢獻:“波義耳把化學確立為科學?!盵1]

1673年的一天,英國中的科學家羅伯特·波義耳,一手拿著玻璃瓶,一手支著腦袋,皺著眉頭在牛津實驗室里沉思著。

這天,波義耳又在思索著什么呢?

他在探索著燃燒的秘密。

波義耳做了這樣的實驗:他把銅片放在玻璃瓶里,稱了一下重量,然后,把它放在爐子上猛烈地加熱、煅燒。這時,原來閃耀著紫紅色光輝的銅片,漸漸地蒙上一層暗灰色的東西,最后,以至變成了黑色的渣滓。燒完后,他再去一稱,咦,銅片竟然變重了!

這是為什么呢?波義耳想不通。

接著,波義耳又拿了鉛、錫、鐵和銀來進行同樣的煅燒,結果還是一樣,金屬變重了:

480克銅煅燒后,加重了30——40克;

480克銅煅燒后,加重了7克(失落了的沒計算在內);

480克錫煅燒后,加重了60克;

240克鐵煅燒后,加重了66克;

212克銀煅燒后,加重了2克。

波義耳仔細地看了看煅燒以后的金屬:紫紅色的銅變成了黑色的渣滓,銀白色的銅、錫和銀的表面蒙上了一層白色的灰燼,而鐵卻變成了疏板的紅色粉末,一捏就碎。

“也許是因為瓶子沒有蓋緊,讓爐子里的臟東西落了進去,才變重的吧!”波義耳這么猜想。于是,他找了一個有著長長的、彎頭頸的玻璃瓶——曲頸甑,把金屬放進去再把瓶口封閉直來。當煅燒完畢后,他小心地從爐膛里拿出滾燙的瓶子,打開瓶口(這時,他聽見一陣尖銳的絲絲聲),再稱金屬的重量,結果仍然一樣,金屬變重了。

這就是說,金屬變重,并不是由于落進什么臟東西引起的。

波義耳是位謹嚴的科學家。他在科學研究工作中,常常很注意所得的結果是否真實。起初,他一直認為,金屬在煅燒后重量會增加,這是不是可能的事;然而,一次又一次的實驗結果,卻迫使他不得不承認,這是事實。

為了解釋這個奇怪的現象,1674年,波義耳在《關于火和火焰的新實驗》這篇論文里,提出了自己的見解:金屬在加熱以后,它的重量之所以增加,那是由于它在加熱時,受到熱的作用,有一種特殊的、極其微小的、肉眼看不見的“火素”,穿過了玻璃瓶的瓶壁的,跑到金屬里去,跟金屬化學合成了灰燼?!盎鹚亍笔怯兄亓康?,這樣,怪不得加熱后金屬的重量就增加了。

如果用算術式子來表示,這就是:

金屬+火素=灰燼

波義耳的見解究竟對不對呢?

神秘的“要素”

1703年,德國哈勒大學醫學教授、普魯士王的御醫奧爾格·恩斯特·斯塔爾,也開始注意燃燒現象。斯塔爾是德國著名的醫生,但是,他也很喜歡化學。對于燃燒之謎,斯塔爾根據他的老師、德國化學家柏策的理論,提出了一種不同于波義耳的見解。

“木頭為什么能夠燃燒,石頭為什么不能燃燒?”對于這個問題,斯塔爾這樣回答:“木頭之所以能夠燃燒,是由于在木頭里含有一種特別的‘要素’;石頭之所以不能燃燒,是在于它不含有這種特別的‘要素’。不光是木頭如此,煤、大碳、蠟燭、油、磷、硫磺——簡而言之,一切可燃的物質——都含有這種特別的‘要素’。這種‘要素’是什么呢?我叫它為‘燃素’。于是,我認為所有的可燃物質,都是一種燃素的化合物,其中的成分之一便是燃素……當一個東西燃燒的時候,其中的燃素便分離出來,而且所有的燃燒現象——熱、光、火焰——都是因為燃素逸出,而發生的劇烈的現象?!彼顾栠€說:“木頭是燃燒和灰的化合物。木頭燃燒,就是燃素從灰中分離出來。燃燒后,燃素就跑掉了,自然,爐膛里剩下的灰,也就不會再燃燒了。”至于金屬,那當然也是一樣——在煅燒時,金屬失去了燃素而剩下來灰燼。

根據斯塔爾的燃素學說,金屬燃燒的過程,用算術式子來表示的話,這就是:

金屬—燃素=灰燼。

這跟波義耳的“金屬—燃素=灰燼”的公式恰恰相反。

斯塔爾的燃素學說,獲得了許多科學家的贊同,因為它很圓滿地解釋了許多以前所沒法解釋的科學現象。

如果你有機會到博物館里去瞧瞧,翻開一本兩百多年前歐洲流行的化學教科書,在那發黃的書頁上,你一定可以看到這樣的話:“物質能夠燃燒,是因為含有燃素。物質所含的燃素越物質就越容易著火和燃燒。煤、脂肪、油類、木頭非常容易燃燒,便是由于它們幾乎全部都是由燃素組成的。在一些普遍的金屬中也含有燃素,這就是金屬也能夠燃燒的原因。不過,金屬中所含的燃素不多,所以它燃燒時沒有木頭那樣猛烈,所剩下來的灰燼也比木頭多?!?

瞧,燃素學說講得多么頭頭是道!

燃素學說還很圓滿地解釋了別的許多難題:

比如,人為什么要呼吸?這是過去人們一直想不通的“為什么”。然而,燃素學說解釋道:

“呼吸,實際上就是人在不斷地排出燃素的過程。從肺里不斷吐出來的氣體里,便含有許多燃素。因為呼吸是一個排出燃素的過程,如同木頭燃燒時,散發出的燃素,所以能產生熱,人體的熱量便是從這兒來的?!?

在17、18世紀,人們所知道的化學知識,還只是零零碎碎,東鱗西爪,沒有形成一個完整的系統和嚴格的理,每個化學家對于各種化學現象,都是各有自己的一套說法。由于每一種說法都不很完善,難以使人信服,這樣,化學就好角一支沒有指揮官的隊伍似的,一片混亂。

自從出現了燃素學說以后,得到了各國科學家的支持,于是,燃素學說成了化學的“統帥”——指導理論。正如恩格斯所指出的,燃素學說“曾足以說明當時所知道的大多數化學現象,雖然在某些場合不免有些牽強附會?!盵2]從此,化學就“借燃素說從煉金術中解放出來”[3],發展成為一門有理論的系統的科學。

當時,在科學院的論文報告會上、在實驗室里、在學校的講臺上,燃素學說到處被講述著,引用,傳播著;燃素學說,被寫進科學專著,寫進教科書。

燃素學說,統治著化學。

尋找

打友砂鍋問到底:燃素又是什么呢?

誰也不知道。

人們為了追根求源,開始在實驗室里,用各種各樣巧妙的辦法尋找燃素,提取不含任何雜質的純凈的燃素!

找呀,找呀,英國化學家在找,法國化學家在找,德國化學家在找,俄羅斯化學家也在找——人們足足尋找了半個世紀,可是,誰也沒有提取到一丁點兒“不含任何雜質的、純凈的燃素。”

1766年,英國化學家卡文迪許的一個實驗,卻深深地吸引了那些尋找燃素的人們的注意。卡文迪許是一個身材瘦長的人。平時,很少說話,英國皇家學會開會時,他總是到會,但照便總是不發言,靜靜地坐在那里聽。雖然他說話不多,看的書、做的實驗、寫的論文,在科學上所作的貢獻卻不少。在卡文迪許家中,他認為最珍貴的東西是圖書和儀器。他不太喜歡把時間花在宴會和舞會上,只喜歡一個人靜靜地埋頭于實驗。他除了出去參觀工廠或者考察地質外,很少外出,整天都待在實驗室里。

1766年,卡文迪許在實驗中,發現了這樣一個奇怪的現象:他把鋅片和鐵片等金屬扔進稀硫酸里,咦,金屬片頓時大冒氣泡。他小心地用瓶子把這些冒出來的氣體收集直來。使他驚訝的是,這些氣體看上去似乎平平常常,象空氣一樣無色無味,然而,一遇到火星,卻會立即燃燒,以至爆炸起來![4]

卡文迪許把自己的瓣發現寫進了論文,發表了。

“燃素找到了!燃素找到了!”那些正在為找不到燃素而苦悶的科學家,一看到卡文迪許的論文,簡直高興得跳了起來。他們認為,那無色、無味的氣體,就是燃素:因為根據燃素學說:“金屬—燃素=灰燼”,換句話說,就是金屬=燃素+灰燼”。在卡文迪許的實驗里,金屬和酸人艇,放出了會燃燒的氣體,而在酸中只剩下一些渣滓。因此燃素學說的支持者們解釋道,在金屬和酸作用時,金屬被分解了,變成燃素和灰燼兩部分;放出來的可燃氣體就是燃素,剩下的渣黨章便是灰燼。

這樣,燃素學說,似乎第一次獲得了實驗的證實。后來,又有一件事情,有力地給燃素學說撐了腰。

1785年,俄羅斯化學家、科學院院士托·葉·羅維茲,在彼得堡皇家大藥房的實驗室里忙碌著。羅維茲高高的前額下有一雙精細的眼睛。在他周圍,擺滿了裝著液體的瓶瓶罐罐。

那時候,醫藥上正需要大量純凈的酒石酸,而普通的酒石酸卻總是含有許多雜質。羅維茲想:怎樣提純這些普通的酒石酸呢?

羅維茲慢慢地在火上把酒石酸溶液加熱。令人遺憾的是,不論怎樣小心地加熱,本來稍微帶點黃色的粗酒石酸溶液在蒸濃時,總是變成了一片紅褐色的渾濁的液體,最后甚至變成黑色的粘稠液體——反而比原先更加糟糕了。

羅維茲寫道:“這種渾濁液體特別使我感到不愉快,我從來也有像這樣強烈地希望過,希望設法避免這一不愉快的現象……”

怎么辦呢?

在當時,羅維茲是燃素學說的熱烈支持者之一,他開始用燃素學說的觀點來分析實驗室現象。酒石酸晶體是能夠燃燒的。羅維茲不由得這樣想:酒石酸顯然含有大量的燃素。燃素只有完全燃燒時,才會全部從物質中放出來。而在稍微加熱時,例如慢慢地蒸發酒石酸溶液,那么,燃素只能部分地放出來。

“也許,那可憎的紅色和黑色的渾濁注體,就是放出來的燃素的化合物吧。”羅維茲這樣猜測。

接著,羅維茲又想到:如果在酒石酸溶液里,加入某種能夠吸收燃素的物質,這豈不就能夠消滅那不愉快的渾濁物,而得到純凈的酒石酸了嗎?

木炭,是最富有燃素的物質之一。羅維茲知道,要是把木炭放在密閉的容器中,即使加熱到極高的溫度,它也不會燃燒——不肯放出燃素。[5]這樣,羅維茲認為,木炭對燃素一定是非常信貪婪的。他得出了結論:“如果真是這樣的話,那么,使木炭和燃素相接觸,它就能大量地吸收燃素。換句話,如果把木炭放進酒石酸溶液,它就能吸收那可憎的紅色和黑色的渾濁物?!币C明這個從燃素學說里得出來的結論是不是正確,并不困難——可動手做個實驗試試看。

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