科学蒙难集 1106-第24章

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要价值和意义，自觉地为科学发现的完善和发　展开拓道路。
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　　第十五章　“当真理碰到鼻子尖上的时候”
　　——氧气发现及其历史启示
　　氧气的发现，经历了一个较为漫长的曲折历程。造成这种曲折的原因尽管是多　方面的，但主要还是发现者本人的主观因素所造成。因此，总结这一深刻教训，可　给后人留下许多有益的历史启示。
　　（一）
　　发现氧气是18世纪的事。但人类关于氧气的研究，却可以追溯到遥远的古代。　据史书记载，　公元8世纪，中国就曾经对大气进行过研究，并把大气分为阴阳两部　分。到17世纪，罗伯特。波义耳（R。Boyle，1627－1691）通过对抽气机及燃烧的　实验，发现一些奇妙、有趣的现象。在真空中，火药环只在受热的地方才燃烧，但　一通入空气，立刻全部燃烧。这些燃烧现象，使波义耳得出结论：“空气有一些活　性物质不是被磷的烟雾消耗掉，就是被它驯化”。这给人们以启发，那就是空气中　含有两种截然不同的气体。此后，虎克（R。Hooke，1635－1703）也做了类似的燃　烧实验，并得出结论，认为空气中存在一种可以溶解可燃物体自身的东西。
　　罗伯特。波义耳和虎克的实验，对发现氧气都是极为有益的。只要沿着这个正　确的思路去寻找空气中那种具有活性的物质是什么？氧气就会很顺利地发现。但科　学发现的道路是曲折的。在通往客观真理的征途上，遇到任何一点障碍，都可能使　科学家犹豫不前，而大大推迟科学发现的时间。
　　在氧气发现过程中，最大的障碍，就是“燃素说”的提出。它使一些科学家步　入歧途，茫然而不能自拔。“燃素说”是英国人乔治。恩斯特。史塔尔继承了约翰　。约阿希姆。帕克的《地下的自然哲学》中的学说，综合了各家观点，于1703年较　系统地阐述和发挥为完整的理论。史塔尔认为，空气中有一种可燃的油状土，即为　燃素。史塔尔所说的燃素是“火质和火素而非火本身”，燃素存在于一切可燃物体　中，在燃烧时，快速逸出。燃素是金属性质、气味、颜色的根源。它是火微粒构成　的火元素。按照“燃素说”的观点，一切燃烧现象，都是物体吸收和逸出燃素的过　程。煅烧金属，燃素被释放出来，金属就变成了灰渣。但在金属加热过程中，燃素　不能自动分解，必须加进空气，将燃素吸取出来，燃烧才能实现。18世纪初斯，这　种“燃素说”的理论曾歪曲地说明了大多数化学现象。尽管是歪曲的，牵强附会的，　但在当时，却能“自圆其说”，被人们普遍地接受。就这样，“燃素说”统治人们　的思想将近一个世纪，把人们从研究和探讨燃烧原因、完全可能导致发现氧气的正　确思路，引向歧途，致使氧气的发现经历了一个漫长的曲折历程。
　　（二）
　　人类的科学发现，常常是经历了一段艰辛、曲折的摸索之后，又回到原来的出　发点。1774年，英国化学家普利斯特列（J。Priestley，1733－1804）又进行燃烧　的实验，在给氧化汞加热时，得到一种新气体，这种气体既能助燃，又能支持人的　呼吸。事实上，普利斯特列已经得到了氧气，但他不能正确地认识这种气体。普利　斯特列由于受“燃素说”的影响，错误地认为，这种新气体是“无燃素的空气”。
　　在普利斯特列之前，瑞典化学家舍勒在加热硝酸盐的过程中，也曾得到这种气　体，并发现这种气体能使点燃的蜡烛更加激烈燃烧。事实上，舍勒先于普利斯特列　也独立地获得了氧气，但可惜，舍勒也是“燃素说”的信奉者，他错误地认为，这　种气体是“火气”，燃烧正是燃素与火气的结合。
　　就这样，由于“燃素说”的束缚，在本来已经得到氧气的情况下，还是没有发　现氧气。
　　与此同时，拉瓦锡进行多次反复的实验，又经过长时间的酝酿，大胆地提出这　样的假设：金属锻烧，并不是放出燃素，而是与空气相结合而成新的化合物。如果　这个假设是正确的，那就一定能从这种锻烧后的金属灰烬中再将那部分空气析出。　拉瓦锡沿着这个正确的思路，反复做了多次实验，都没有找到理想的物质。当然，　这主要是实验条件的限制。正当拉瓦锡一筹莫展的时候，1774年普利斯特访问了巴　黎。在宴会上，普利斯特列向拉瓦锡介绍了他关于氧化汞加热实验的全部情况。这　使拉瓦锡一下子就豁然开朗。拉瓦锡沿着普利斯特列的思路，反复进行了一系列较　为精确的定量实验，最后终于找到了他所要寻找的那种纯净的空气，当时他把这种　纯净的空气命名为“氧气”。就这样，经历了一段不平坦的道路，终于由拉瓦锡宣　告了氧气的发现，从而推翻了长期统治化学领域的“燃素说”，同时，也结束了氧　气发现过程中的蒙难史。氧气的发现是化学领域里的一场深刻革命。拉瓦锡在日记　中这样写道：“在我叙述了空气从物质中释放出来以及空气与物质结合的全部历史　后，这些（解释上的）不同就会充分显示出来。这个目的的重要性促使我全面地从　事这一工作，因为我觉得这注定要在物理学和化学上引起一次革命”。发现氧气不　是一件寻常的事情，发现者必须具有革命批判的锐气，冲破传统“燃素说”的迷雾，　才能见到真理的曙光。所以说，伴随着氧气的发现，必然是化学领域里的一场深刻　的革命。
　　（三）
　　氧气发现的过程，对我们有哪些重要的启示呢？恩格斯在谈到氧气发现时做了　如下的概括：“普利斯特列和舍勒析出了氧气，但不知道他们所析出的是什么。他　们为‘既有的’燃素说‘范畴所束缚’。这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化　学发生革命的元素，在他们手中没有能结出果实。但是，当时在巴黎的普利斯特列　立刻把他的发现告诉了拉瓦锡，拉瓦锡就根据这个新事实研究了整个燃素说化学，　方才发现：这种新气体是一种新的化学元素；在燃烧的时候，并不是神秘的燃素从　燃烧物体中分离出来，而是这种新元素与燃烧物体化合。这样，他才使过去在燃素　说形式上倒立着的全部化学正立过来了”。恩格斯的这段论述，深刻地阐明了打破　“燃素说”旧观念的束缚，是结束氧气发现蒙难史的关键。普利斯特列正是因为相　信“燃素说”所以才“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、　不可靠的途径行进”，尽管他已经得到了氧气，但却没有认识和发现氧气。正如恩　格斯所说：“当真理碰到鼻尖上的时候，还是没有得到真理”。
　　与普利斯特列相反，拉瓦锡正是由于打破了“燃素说”的束缚，才成为化学史　上第一个真正发现氧气的人。恩格斯一针见血地指出：“当人们发现燃烧的物体与　另一物体即氧气相结合并且已取得了纯氧的时候，就把——然而也还是经过守旧化　学家的长斯抗拒之后——这种伪说打破了”。其实，拉瓦锡并不是独立地获得氧气　的科学家。普利斯特列也认为，拉瓦锡并不是独立地获得氧气的人。可是，在化学　史上这个重大突破却偏偏是拉瓦锡完成的。这也决非偶然。拉瓦锡较之普利斯特列、　舍勒等人的高明之处，就在于他真正坚持了唯物主义观点，重视科学实验和定量研　究的同时，用批判的态度审查一切旧观念、旧理论，敢于冲破一切传统思想，勇于　排除发现氧气征途上的最大障碍——“燃素说”，所以他才成为化学发展史上真正　发现氧气的人。
　　氧气发现的历史给我们最重要的启示，就是世界观和方法论是关系到一个自然　科学家能否建树科学勋业的关键所在。自然科学家的主观因素，常常是加速和延缓　一项重大科学发现的直接原因。普利斯特列正是由于形而上学机械论的自然观，使　他陷入“燃素说”的泥潭而不能自拔，尽管他已经把氧气拿到手，却未能结出果来；　而拉瓦锡却能接过普利斯特列手中的氧气，重新解释燃烧，完成了化学领域里的重　大发现。就是拉瓦锡已经使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立过来的时候，　普利斯特列仍对拉瓦锡的氧化学说很不理解，依然固守“燃素说”不放。这就更加　有力地说明，一个自然科学家一旦被错误思想所束缚，要踏上真理的道路是多么困　难啊！重温氧气发现的历史，我们更加坚信，自然科学家应该是一个自觉的唯物主　义者。只有这样，才能在科学的探索中不断地获得由必然到自由的飞跃。
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　　第十六章　　阿伏伽德罗常量背后的辛酸
　　——被长期摈弃的分子论
　　1811年，意大利物理学家阿伏伽德罗（A。Avogadoro，1776－1856）提出了分　子学说。这一学说被长期摈弃，冷落了50年之久。这段化学发展史的曲折，很是发　人深省。
　　（一）
　　化学进入19世纪，　　出现了突飞猛进的形势。　　1803年，　　英国化学家道尔顿　（Dalton，1766－1844）发表了著名的原子学说。他认为，自然界存在着不可分割　的原子。不同元素的原子具有不同的质量。原子各以简单整数比结合成化合物。这　一学说的核心是每一元素的原子以其原子质量为其特征。道尔顿引入了原子量的概　念。原子学说合理解释了当时已知的化学现象和有关的化学反应重量关系定律，所　以原子学说迅速为当时的化学界所承认。这一学说，对化学的发展，做出了巨大的　贡献。但限于当时科学发展的水平和认识上的局限性，它还存在着不准确的地方。　他忽视了原子和分子的区别，认为单质都是同类原子的推积。单质在不断分割过程　中，不存在分子这一层次。只有化合物才是分子（道尔顿称为复杂原子）的组合。　这一错误论断，给后来的化学发展带来了意想不到的巨大困惑。原子学说既然认为　原子具有特征重量，并且它们以简单整数比相化合，那么，理所当然地测定原子量　和确定分子式，就成为原子学说进一步发展的必然趋势了。后来，原子学说的遭遇　和分子学说的建立，始终是和这两个问题联系在一起的。很清楚，单是根据分析化　合物的质量百分比，来同时确定原子量和分子式是不可能的。只有这两者之一是已　知的，才能确定另一个。但是在19世纪初，这两者对化学家都旧未知的，道尔顿主　观地假定了一个“最大简度原理”，认为如果两种元不只形成一种化合物，在该化　合物的分子中，只含有每种元素的一个原子等等。在1805年，水是唯一已知的氢和　氧的化合物。　所以水的分子式被定为HO。如果以氢的原子量等于1为标度，则氧的　原了量为8。　道尔顿根据他的假设，把一些化合物的分子式确定错了。随之，原子　量也都计算错了。至此，原子学说遇到了难以解决的困难。这给化学的发展也造成　了相当长时期的混乱。
　　当原子学说在原子量和分子式问题上遇到困难的时候，法国化学家盖。吕萨克　（Gay　Lussac，1778－1805），于1808年发表了气体反应体积关系定律。他指出：　在相同温度、压力下，气体反应中各气体体积互成简单整数比。他