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第9章 燃素说的危机(3)

普利斯特里正想对这种新空气进行深入的研究,可是,英国的政治家舍尔伯恩勋爵要他陪同到欧洲去旅行,因为他是普利斯特里的朋友,曾给予他很多帮助,所以普利斯特里只好忍痛割爱,放下这一研究,陪同舍尔伯恩去欧洲旅行。他们对欧洲各国的旅行时间虽然拖得很长,可是却留下了愉快的印象。

在法国,他与拉瓦锡就燃烧问题进行了讨论。

拉瓦锡知道普利斯特里在气体研究中取得的进展。他留意着英国科学家的全部出版物,并且用法文作了他们著作的摘要。然而对于一些事实他却有自己的解释,这种解释与普利斯特里的观点截然不同。这两位科学家的会见,对他们两人来说都是必要的,而且也推进了化学的发展。他们在一起讨论了许多问题,可是问题的焦点却是燃烧。拉瓦锡试图对燃烧现象做出正确的解释,然而普利斯特里却是“燃素说”的拥护者。在谈话之后,普利斯特里向拉瓦锡揭示了新空气的秘密,并向他表演了制取这种新空气的方法。拉瓦锡立即着手研究了它,并把氧气的问题和燃烧问题联系起来,创立了新的氧气燃烧理论,揭示了燃烧的本质。因而使“燃素说”彻底破产,使化学发生了一场革命,开创了化学发展的新纪元。

普利斯特里回国后,也继续研究这种新空气,发现它是空气中的一部分。然而这位在政治和宗教上自由的化学家,在化学上却是保守的。他是“燃素说”的忠实信徒。所以他认为这种新空气(氧气)是非常需要燃素的,急不可待地接受木材的燃素,致使冒烟的木条又恢复燃烧了,而且燃烧速度加快。这样普利斯特里把这种新空气命名为“脱燃素空气”。

普利斯特里受“燃素说”的束缚,虽然发现了氧,但却不敢承认它是氧。因此说普利斯特里在科学道路上只看到了树木,还未见到森林。直到1804年2月6日逝世,他也是如此。

最终认识氧的是拉瓦锡。大约在1777年,拉瓦锡把它正式命名为“Oxygen”即氧。

普利斯特里取得气体化学的其他成就可以说是显著的,他发明了排汞集气法。普利斯特里研究了硝石气(氧化氮),他把一氧化氮加到空气里,再用碱液吸收生成的二氧化氮,结果用来实验的空气体积减少1/5。此后不久,他用硝石气作用于湿铁末,得到了一氧化二氮(N2O)。

以下是普利斯特里的其他几项发现:用硫酸作用于食盐,制得了氯化氢气体;把氯化氨与石灰混合加热,制得了氨气。稍后,他制得了二氧化硫。

同普利斯特里同时代的化学家舍勒对气体的研究也卓有成效。我们先介绍一下他的生平。

氧气的发现者之一舍勒

舍勒是瑞典人,小时候是药店学徒,完全靠自学不断完善自己在化学和药学方面的知识。他的科学工作的条件很困难:他在私人药房工作,做科学研究只能在工作完成后悄悄进行。在他临死前,自己才拥有一家药房。

舍勒的科学成果是丰硕的。舍勒对氯的研究很深入,也很有影响。1771~1774年,他在研究一种软锰矿时,发现它不溶于硫酸和硝酸,但易溶于盐酸,同时冒出一股令人“肺部极为难受”的黄绿色气体。经过研究,了解到此种气体微溶于水,使水呈酸性,并且有漂白作用。能使蓝色石蕊试纸几乎变白。另外它还能腐蚀金属,杀死昆虫等。舍勒认为是一种“失燃素盐酸”,因而没有最终确定它是一种元素物质。

舍勒在分析化学和药物化学上也非常有名。如酒石酸、柠檬酸、苹果酸的制得,二氧化锰的研究等等。

德国矿物化学家马格拉夫用硫酸与萤石相互作用得到“氟酸空气”。苏格兰解剖学家克留向克在普利斯特里的研究基础上,真正认识到CO可以燃烧,且呈现蓝色火苗。

近代化学突飞猛进,日新月异,很大程度上依赖于18世纪分析化学的发展和取得的成就。

分析化学的推动作用

分析化学是研究物质的化学组成和分析方法的一门科学。它的发展揭示了一系列新的单质和化合物,极大丰富了人们对化学变化的认识,尤其是定量的了解,为一些化学定律的建立打下了坚实的基础。

对溶液的定性分析早在医药化学时期,已有一定的进展。到了波义耳时期,波义耳根据自己长期的经验,注意到火不能单一地鉴别一切物质。因此,他开始用特定的化学试剂,通过特定的化学反应来鉴定物质。如用硝酸银与盐酸生成白色沉淀来鉴定盐酸,用酸碱指示剂来判定物质的酸碱性等。

与此同时,溶液中的化学反应已开始被广泛研究,其中很多便为分析化学所利用。德国科学家霍夫曼提出以硫酸检验钙质,以氯化铵检验碱质,以硝酸银检验水中的岩盐及矿泉中的硫;格劳贝尔发现氯化银溶于氨水;孔克尔研究石灰与氯化铵作用放出氨的反应。这一时期,分析检验的方法有了新的突破,从过去利用物质的物理性状为主,发展到广泛利用化学反应为主。分析检验方法的多样性、可靠性和灵敏性都大大提高了。

18世纪,工业迅猛发展,推动了地质学、地球化学的发展,而这些学科又以分析化学为前提。所以分析检验的要求越来越高,分析检验也从定性检验逐渐发展到较高级的定量检验,以前起过重要作用的干法吹管法,逐步到走向系统化的湿法定性分析。

有关溶液中的化学反应,前一时期对常见的三种矿物酸与一些金属溶液间的反应,了解得比较清楚了。而对碱类与金属溶液间的反应则所知甚少,因此需要通过分析化学,来进行认真的研究。

德国人马格拉夫,是18世纪著名的定性分析化学家。他继承前人的工作,系统地研究了金属溶液同碱液及氨水反应时所显示的品性。

马格拉夫最重要的成就是分辨K2CO3(来自草木灰)与天然碱(即苏打,Na2CO3),通过他的认真研究,焰色检验就成为鉴别这两类盐的手段了。

黄血盐的发明,为分析化学提供了一个非常重要的试剂。最初是一个叫狄斯巴赫的德国涂料工,偶然中他用草灰和牛血一起焙烧,然后经浸取、结晶的手续后,得到一种黄色晶体,并发现它同铁溶液生成鲜艳的蓝色沉淀,是一种良好的涂料。但他的老板,一个涂料商却对此法严格保密,并把它以“普鲁士蓝”的名字出售,直到1725年制法才被公开。马格拉夫大约在1745年才自己合成了此种试剂。他用此试剂检测出石灰石、矿泉水里的铁质。

在“燃素说”时期,一些新的元素和化合物被发现,新试剂和新的分析方法也丰富起来。

18世纪,分析化学迅猛发展,这就需要化学家把它系统化。瑞典著名的分析化学家贝格曼经过努力,解决了这一问题。贝格曼一生陆续编著过很多书,全是系统总结当时分析化学发展所取得的成就的,成为研究分析化学发展史的重要资料。

从贝格曼的著作中可见到不同物质的不同鉴定方法。例如以硫酸鉴定钡(即硫酸中的硫酸根离子同钡离子反应,生成白色硫酸钡沉淀),以肥皂水检验酸类及碱土等办法。贝格曼还规定了湿性分析的更详细的步骤。正确使用酸碱试剂的方法也应归功于他。因此直到今天在分析化学中仍保留他所倡导的一些反应。

贝格曼虽然为分析化学的发展提供了新的见解和观点,但是他的实验数据的准确度却比较差。他的同时代人瑞典医生文策尔所测的实验数据,准确度大大超过了贝格曼,现摘录如下,以作为那段时期定量分析的典范。

在18世纪中期,尽管“燃素说”统治着整个化学领域,但已有不少化学家开始对其怀疑。当时是资产阶级革命时期,法国科学繁荣昌盛。因此,欧洲其他的许多科学家都赞同法国科学家所提出的许多发现和新的科学原理。

化合物盐基硫酸钠晶体酸水组成(%)文策尔数据贝格曼数据理论值19.51519.224.32725.055.25855.8

盐基硫酸镁晶体酸水16.91916.330.63332.652.54851.1

盐基酸钾晶体酸水54.85254.0545.24045.95-8-

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