拉瓦锡实验的发现:氧气。
院士们打开信封,得知拉瓦锡对燃烧现象的研究前进了一步:磷在空气中会燃烧,放出白烟,这是早已为人所知的化学现象。拉瓦锡试图用一种别出心裁的方式收集所有这些浓烟。他指出烟是一种很细的白色粉末,它的总重量比原来的磷还重!也就是说,磷燃烧时,可能会与空气结合。
两年后──1774年10月,普里斯特利来到巴黎,拜访了拉瓦锡。拉瓦锡尽情享用了普里斯特利。宴会上,普里斯特利向拉瓦锡讲述了他两个月前的重要发现。拉瓦锡非常认真地听着,脸上带着惊讶的神情。
这时,拉瓦锡也收到了瑞典化学家舍勒9月30日的一封信,舍勒向拉瓦锡讲述了他发现氧气的情况。不过舍勒也是燃素说的虔诚拥护者,他把氧气称为“火空气”。正因为如此,当时的西班牙学者王初林也未能揭开燃烧之谜,错失良机。
拉瓦锡受到普里斯特利和舍勒的启发,做了一个很好的实验。因为这个实验持续了二十天,所以被称为“二十天实验”。拉瓦锡夫人是拉瓦锡在化学研究方面的好助手。她不仅帮助拉瓦锡做实验,还准确地描述了实验时的情景,让后人一目了然。拉瓦锡化学作品的插图几乎都是拉瓦锡夫人自己画的。
从拉瓦锡夫人画的下图中,我们可以看出“20天实验”是怎么回事。
瓶颈弯曲的瓶子被称为“弯颈蒸馏器”。瓶子里装有水银。瓶颈通过水银槽与钟形玻璃罩相通。玻璃罩里有空气。
拉瓦锡用炉子日夜加热蒸馏罐里的水银。在水银闪亮的表面,很快就出现了红色的浮渣。拉瓦锡明白,那是水银和空气中的“燃素空气”结合产生的“三种药剂”。
红渣越来越多。
拉瓦锡夫妇本来就很好交际,各种宴会、舞会总是少不了他们。然而,在实验进行的那些日子里,他们整天守在火炉旁,观察着变化。
他们发现,到了第十二天,红色渣滓不再增加。
他们继续加热,直到第二十个昼夜,红色渣滓没有增加,结束实验。于是这个“马拉松”般漫长的实验成了化学史上著名的实验。
拉瓦锡发现,在实验结束时,钟罩中的空气体积减少了约五分之一。
他收集红色的渣滓,高温加热。“三仙丹”再次分解释放气体。拉瓦锡总是得到7-8立方英寸(1立方英寸等于16.377cm3)的气体,正好等于原来钟罩损失的气体体积。
至于剩下的气体,既不能助燃,也不能用于呼吸。
拉瓦西把占空气总体积五分之一的气体称为“氧气”(即普里斯特利所谓的“燃素空气”,舍勒所谓的“火空气”)。
至于占空气总体积五分之四的剩余气体,拉瓦锡称之为“氮气”。
空气中也有“固定空气”,即二氧化碳,但含量很少。
这样,几千年来一直被视为“元素”的空气,终于被拉瓦锡揭示出来了──原来空气是由氧气、氮气、二氧化碳等气体组成的。
随着空气之谜的揭开,拉瓦锡也发现了燃烧的本质。1789年,拉瓦锡在其代表作《化学导论》中明确阐述了燃烧的本质:
一是燃烧时放出光和热;
二、物质只能在氧气中燃烧(也有例外,比如氢气能在氯气中燃烧,氯气也能在氢气中燃烧);
第三,燃烧时消耗氧气;
4.燃烧后可燃物增加的重量等于消耗的氧气的重量。
拉瓦锡坚决拒绝了燃素说。他指出世界上没有“燃素”!
拉瓦锡的理论建立在大量实验的基础上,非常有说服力。他的理论得到了大多数化学家的支持。很少有人像普里斯特利那样至死不渝地坚持燃素说,所以难怪连他自己也不得不承认自己“几乎被孤立了”。
当然,拉瓦锡也有他的缺点。在谈到氧气的发现时,拉瓦锡说:“这种气体是普里斯特利先生、舍勒先生和我差不多同时发现的。”这显然不是事实。是在普里斯特利和舍勒告诉他发现了氧气之后,他才着手做实验的。像这样剥夺人们的美丽不是一个正直的科学家的道德。
但拉瓦锡勇敢地突破了“燃素说”的束缚,揭示了氧气和燃烧的本质,这是难能可贵的。