“火空氣”、“脫燃素空氣”，這些名字對您而言一定很陌生吧。不過，這絕不是什么新鮮事物，它就是氧氣。 

　　      那么，人們?yōu)槭裁磿o氧氣起如此奇異的名字？原因很簡單，最初命名的時候?qū)瘜W(xué)元素的認(rèn)識尚不成熟，因此無法用含有這些元素的名詞進(jìn)行命名。從這一點上來看，各個元素的發(fā)現(xiàn)與命名對于化學(xué)、物理等學(xué)科，甚至對于我們的日常生活都有十分重要的意義。 

　　2017年12月，聯(lián)合國大會將2019年定為國際化學(xué)元素周期表年[1]。讓我們一起回顧一下與元素發(fā)現(xiàn)以及元素周期表有關(guān)的科學(xué)故事，而我們今天要講的就是氧氣。 

包含118個元素的元素周期表（圖片來源http://www.chemsoc.org.cn/） 

　　  

　　燃素學(xué)說的出現(xiàn) 

　　在眾多的元素被發(fā)現(xiàn)之前，人們很早便知道有金、銀、銅、鉛等物質(zhì)，但他們并不能理解組成物質(zhì)的元素是什么。古希臘人認(rèn)為世界是由土、空氣、火和水組成的，萬物皆出于這四種元素。但隨著人們對物質(zhì)研究的深入，這一理論慢慢受到了質(zhì)疑。 

　　到17世紀(jì)中葉，人們已能區(qū)分3種氣體：普通的空氣、易燃的空氣（即氫氣）、固定空氣（即二氧化碳）。至18世紀(jì)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近20種元素，并且隨著研究的深入，人們相信會有更多的元素被發(fā)現(xiàn)。這一時期，對空氣的研究成為一個研究熱點。 

　　1.火空氣 

　　在瑞典，18世紀(jì)70年代初期，藥劑師卡爾·威爾海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele, 1742-1786）受朋友伯格曼（Bergman）的啟發(fā)，分析了氧化汞、軟錳礦等物質(zhì)加熱后生成氣體的性質(zhì)，他發(fā)現(xiàn)這種氣體有助于燃燒。在18世紀(jì)，“燃素學(xué)說”（Phlogiston Theory）十分盛行，該學(xué)說認(rèn)為物質(zhì)燃燒的時候，“燃素”開始離開物體，當(dāng)物體中所有的“燃素”都消失的時候，燃燒也就停止了。當(dāng)時化學(xué)家認(rèn)為空氣中至少存在兩種不同的氣體，一種有助于燃燒，一種不支持燃燒。舍勒對“燃素學(xué)說”也深信不疑，根據(jù) “燃素學(xué)說”解釋了他的實驗現(xiàn)象，并稱他發(fā)現(xiàn)的氣體為 “火空氣”（fire air）。后來他把這些實驗結(jié)果寫入一本書中《火與空氣》（Chemical Treatise on Air and Fire），但由于書稿在出版社壓了兩年，直至1777年才發(fā)表[2]。 

卡爾·威爾海姆·舍勒（圖片來源：wikipedia） 

　　  

　　2.脫燃素空氣 

　　同時期，英國的牧師約瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley, 1733-1804）也喜歡做氣體實驗。1774年8月1日，普利斯特里加熱氧化汞，發(fā)現(xiàn)有氣體生成。他收集氣體后，研究了它的性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)把蠟燭放入新生成的氣體中，蠟燭燃燒得更旺了。木條在氣體中快速燃燒并且火花四射。將老鼠置于這種氣體中，本以為老鼠會很快死去，誰知老鼠活的很自在。此時，他并沒有意識到自己發(fā)現(xiàn)了一種重要的氣體，由于對“燃素學(xué)說”的虔信，普利斯特里只是認(rèn)為新生成的氣體中沒有燃素，并將這種沒有燃素的氣體稱為“脫燃素空氣”。1775年，他的研究成果得以發(fā)表[3] 。 

約瑟夫·普利斯特里論文中關(guān)于燃燒現(xiàn)象的描述（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]，作者拍照并加下劃線） 

　　  

　　氧氣被發(fā)現(xiàn)：“燃素學(xué)說”開始動搖 

　　1774年10月，也就是發(fā)現(xiàn)“脫燃素空氣”后不久，普利斯特里陪同謝爾本勛爵到歐洲旅行。他們來到巴黎，并被邀請與法國著名科學(xué)家進(jìn)餐，宴會中有一名客人是安東尼·拉瓦錫（Antoine Lavoisier，1743-1794）。 

　　拉瓦錫28歲就被推選到法國科學(xué)院，是一名年輕的科學(xué)精英。他在與普利斯特里談話的過程中，后者詳細(xì)描述了自己的實驗過程和結(jié)果，特別是“脫燃素空氣”。與普利斯特里簡陋的實驗條件不同，拉瓦錫擁有歐洲最好的實驗室，數(shù)量眾多的精密儀器。 

　　而且，不同于普利斯特里的定性研究方法，拉瓦錫更善于用定量的方法進(jìn)行研究。在一次實驗中，他準(zhǔn)確稱量了金屬錫，在空氣中加熱后發(fā)現(xiàn)錫的重量并沒有減少，而是增加了。這與“燃素學(xué)說”是矛盾的，因為“燃素學(xué)說”認(rèn)為物質(zhì)在燃燒時，“燃素”跑掉了，應(yīng)該變輕。拉瓦錫認(rèn)為“燃素學(xué)說”存在缺陷，增加的重量來自于空氣，但是這種氣體是什么呢？ 

　　這次與普利斯特里的談話啟發(fā)了拉瓦錫[4]，他重復(fù)了普利斯特里的實驗，而且還做了汞在密閉的容器中加熱的實驗。根據(jù)兩個實驗中氣體增加或減少的量的對比，最終得出結(jié)論：加熱氧化汞時生成的氣體與“燃素”無關(guān)，這是一種新元素，并將其命名為氧。此后他又研究了氧氣在燃燒中的作用，提出了燃燒的原理…… “燃素學(xué)說”的大廈開始動搖了。 

拉瓦錫（圖片來源：參考文獻(xiàn)[5]） 

　　  

　　批判“燃素學(xué)說”：拉瓦錫掀起化學(xué)革命 

　　對于新元素的命名以及對“燃素學(xué)說”的批判，讓堅持“燃素學(xué)說”的普利斯特里與拉瓦錫的關(guān)系一度變得比較緊張。但這一切隨著1789年法國大革命的到來，變得不再那么重要了。在英國，同情起義的普利斯特里被一名暴徒燒毀了房子。僥幸生還后，他不得不逃往美國生活。 

　　而法國的拉瓦錫就沒有這么幸運了，作為資產(chǎn)階級中非常富有的一員，同時又是一名征稅官，1794年5月8日，拉瓦錫被送上了斷頭臺。數(shù)學(xué)家拉格朗日（Lagrange）評論此事時說：“砍下拉瓦錫的頭顱，只需要一眨眼的工夫，但要長出這樣一個頭顱，也許100年都不夠。”[5] 

　　不過拉瓦錫留下了寶貴的遺產(chǎn)，他摒棄了舊的教條，代之以定量的實驗方法，并且提出了元素的定義，這些在化學(xué)領(lǐng)域掀起了一場革命。從1789年到1797年這8年間，他所著的《化學(xué)基礎(chǔ)論》在8個國家以6種文字印行了26次，足見其在當(dāng)時影響之大。 

　　從最初命名氧氣，直到創(chuàng)立氧化說，闡述燃燒理論。拉瓦錫對于“燃素學(xué)說”的挑戰(zhàn)，曾遭到堅持“燃素學(xué)說”的多名化學(xué)家的質(zhì)疑。但他始終堅持從定量的實驗結(jié)果出發(fā)，不斷驗證其理論，從而以詳實的實驗結(jié)果和完善的理論解釋逐漸獲得了大家的認(rèn)可。 

　　恩格斯在《資本論》第二卷序言中提到：“拉瓦錫就根據(jù)這個新事實研究了整個燃素說化學(xué)，方才發(fā)現(xiàn)：這種新氣體是一種新的化學(xué)元素；在燃燒的時候，并不是神秘的燃素從燃燒物體中分離出來，而是這種新元素與燃燒物體化合。這樣，他才使過去在燃素說形式上倒立著的全部化學(xué)正立過來了。” 

　　  

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]   http://www.un.org/zh/documents/view_doc.asp?symbol=A/72/422/ADD.2 

　　[2]   J. R. Partington (1962). A History of Chemistry, vol. 3. Macmillan, London; St. Martin's Press, New York. 

　　[3]   Joseph Priestley. An Account of Further Discoveries in Air, Philosophical Transactions,1775,vol. 65, 384–394. 

　　[4]   https://www.encyclopedia.com/people/science-and-technology/chemistry-biographies/antoine-laurent-lavoisier 

　　[5]   https://www.sciencehistory.org/historical-profile/antoine-laurent-lavoisier 

氧氣發(fā)現(xiàn)與命名：撼動燃素學(xué)說大廈

圖文簡介

摘要：在18世紀(jì)，“燃素學(xué)說”（Phlogiston Theory）十分盛行，1774年普利斯特經(jīng)過實驗將一種沒有燃素的氣體稱為“脫燃素空氣”。拉瓦錫28歲就被推選到法國科學(xué)院，是一名年輕的科學(xué)精英，在一次與普利斯特里談話的過程中，后者詳細(xì)描述了自己的實驗過程和結(jié)果，特別是“脫燃素空氣”。這次的談話啟發(fā)了拉瓦錫，他重復(fù)了普利斯特里的實驗，而且還做了汞在密閉的容器中加熱的實驗。根據(jù)兩個實驗中氣體增加或減少的量的對比，最終得出結(jié)論：加熱氧化汞時生成的氣體與“燃素”無關(guān)，這是一種新元素，并將其命名為氧。