火的本质是什么？

何为燃素说

何为燃素说

火如何燃烧？这一点长期困扰着人们，围绕着火也产生了诸多科学与不科学的猜测。

1．古代人对火的认识

人类使用火的历史已有几十万年，在世界各国、各民族的历史传说中都有关于火的故事。例如，在中国有燧人氏钻木取火（见图8－1）的故事，西方有普罗米修斯盗天火以救人类的故事。火对于人类的生存发展有无比重要的意义，火为人类的智能及体能的增长提供了必不可少的条件。

在中国，有阴阳五行“金木水火土”相生相克的说法，即：金生水、水生木、木生火、火生土、土生金；金克木、木克土、土克水、水克火、火克金。其中与火有关的说法有：

火旺得水，方成相济；

众胜寡，故水胜火，精胜坚，故火胜金；

火能生土，土多火晦，强火得土，方止其焰；

火能克金，金多火熄，金弱遇火，必见销熔；

火赖木生，木多火炽，木能生火，火多木焚；

水能克火，火多水干，火弱遇水，必见熄灭；

土赖火生，火多土焦，火能生土，土多火晦；

木能生火，火多木焚，强木得火，方化其顽；

木性温暖，火隐伏其中，钻木而生火，所以木生火；

火灼热，可焚木，木焚成灰，灰即土，所以火生土。

古印度也有与古代中国类似的说法。

在古代西方，火被看做一切事物中最积极、最活跃、最能动、最容易变化的东西。在亚里士多德所提出的四元素说中，火作为一种元素被提出来，也仅此而已，因为在当时知识积累欠缺、科学不发达的条件下，人们难以对火进行深究。

图8－1　燧人氏钻木取火

2．燃素说提出的背景

在燃素说提出之前，已经有人对燃烧现象进行过仔细研究，并由此生发出许多关于火的议论和释义。15世纪时，文艺复兴时期著名学者、意大利人达·芬奇（1452～1519）曾有这样的发现：在燃烧时，若无新鲜空气补充，则燃烧就不能继续进行，表明燃烧与空气有必然的联系。1630年，法国人雷伊（1583～1645）进一步发现，金属锡和铅经煅烧后会增加重量，他将这一现象解释为空气凝结于锡烬，如同干燥的沙吸收水分而变重一样。1664年，英国化学家胡克（1635～1703）认为火焰是发生化学作用的混合气体，但是胡克忽视了空气在燃烧中的作用，他仍相信，燃烧时物体中有炼金术士所说的燃烧“硫素”放出来。

在经历了文艺复兴运动、十字军远征以后，欧洲的工业有了巨大发展，形成了许多工业基地，火的使用范围也日益扩大。不同物质可燃性的优劣、燃烧过程温度的高低以及金属煅烧变成灰烬增加重量等问题，很自然地受到人们的重视、引发人们去思考。特别是17世纪之后，火在使物质发生化学变化的新技术中更加不可缺少，因而人们迫切需要了解燃烧的本质以提高燃烧的效果。但是，在当时无论是炼金术士的神话还是经学家的空谈，都无法给出这一问题的解答。

17世纪末，欧洲开始流传一种燃烧本质的学说——燃素说，该学说在此后的100多年一直在扩大流传范围，并在知识界特别是化学界占据着统治地位。

17世纪下半叶，形而上学、机械唯物论的自然观基本形成，不可再分的物质微粒和机械力成了人们解释自然现象的基础，人们在解释各种现象时常常不自觉地运用“某某力”或“某某素”这样的说法。英国化学家、物理学家和哲学家波义耳曾提出自己对燃烧现象本质的看法，他认为火应当是一种由实在的、有重量的“火微粒”所构成的物质元素。依此观点，植物、燃料在燃烧时，它们的极大部分都变成火素散失到空气中去，只留下了同原物体本身的重量相比微不足道的灰烬。

波义耳在做金属煅烧实验时，将铜、铁、铅、锡等金属放在密闭的容器内进行煅烧，再对煅烧后的增重情况做仔细的定量研究。他认为，在金属被煅烧时，从燃料中散发出来的火微粒，穿过容器壁钻进了金属，并与它们结合形成了比金属本身重的煅灰。他在解释金属煅烧后的增重现象时，应用了反应式“金属＋火微粒＝煅灰”。但是，波义耳忽略了考察与金属密切接触的空气的变化情况，没有在此基础上继续进行更深入的研究。波义耳这一观察上的片面性，使他未能正确揭示火和燃烧现象的奥秘，失去了一次在认识火及燃烧现象上取得突破的好机会。

1674年，英国医生梅猷（1635～1679）发表在当时很有道理的对燃烧现象的见解，并利用小动物实验作说明。将燃烧的蜡烛和一只小鼠放在水面上，并分别用烧瓶罩住。他发现瓶中的空气体积逐渐减少，他认为其中一部分气体被燃烧和呼吸消耗掉了，剩余气体经测量得知比空气稍轻。之后的实验又证实火药在水下仍能燃烧，于是，他认为在硝石中也含有那种存在于空气中的助燃成分，并称其为“硝气精”。

以上几种关于燃烧的见解，在当时只是个别科学家所持有的观点，多数人仍认为物质在燃烧时有某种东西从中逃走了。这种见解为以后燃素说的提出奠定了一定基础，积累了相应的资料。

3．创立燃素说

化学史家普遍认为是德国化学家贝歇尔和德国医生、化学家施塔尔共同创立了燃素说。

瑞士医生帕拉塞苏斯曾提出物质构成的“三元素说”（认为物质是由盐、硫、汞三种元素按不同比例构成的），他指出，物质之所以千差万别，是由于构成它们的“土”各不相同。贝歇尔继承了帕拉塞苏斯的三元素说，虽然并未直接提出“燃素”这一概念，但是他认为物质燃烧时放出“油土”，因此，后人把他作为燃素说的创立人之一。

贝歇尔在1669年的著作《土质物理》一书中，对燃烧的作用给出了详尽的论述。他认为燃烧是一种分解作用，动植物和矿物燃烧之后，留下的灰烬是成分更简单的物质。因此，按照他的理论，不能分解的物质（尤其是单质）当然不会燃烧。

贝歇尔认为各种物质都是由三种基本“土质”组成的。这三种“土质”包括：石土，存在于一切固体物质中的一种固定性的土；油土，存在于一切可燃物体中的一种可燃性的土，即相当于以后的所谓“燃素”；汞土，是一种流动性的土。物质因三种成分比例不同而各有特性。

贝歇尔用他的三种“土质”来解释物质燃烧的现象：物体在燃烧时，就会放出其中的“油土”部分，只剩下“石土”和“汞土”的成分。因此贝歇尔可以说是燃素说的第一个创建人。

德国化学家施塔尔是贝歇尔的学生，他于1684年获耶拿大学医学士学位，1687年担任萨克斯－魏玛公爵的医生，1694年任哈雷大学医学和化学教授，1716年任柏林普鲁士王的御医。施塔尔总结了前人观察到的燃烧的各种现象及各家观点，并对其进行甄别，于1703年系统地提出了燃素说。

和贝歇尔的观点一样，施塔尔也认为在物质燃烧时有易燃元素逸出，但施塔尔把这种易燃元素叫做“燃素”而不称“油土”。他认为物质燃烧时放出燃素（见图8－2），燃素随即在空气中消失，所以空气是带走燃素的必需媒介物，燃素是离不开空气的。

图8－2　燃素说认为物质燃烧时放出燃素

燃素说的观点、看法足以解释当时所知道的大多数化学现象，尽管对某些现象和过程的解释难免牵强附会。由于大多数化学现象在燃素的概念上得到了统一的说明，因此燃素说在当时很快就被很多化学家接受并得到支持。