金属煅烧实验的三种历史解释-《化学教学》(2019年1期).docx

龙源版权所有 金属煅烧实验的三种历史解释作者：袁振东 刘立新 杜卫民来源：《化学教学》2019年第01期 摘要： 分析19世纪以前的化学史可知，关于金属煅烧实验的解释先后出现了三种范式： 波义耳的微粒学说、斯塔尔的燃素学说和拉瓦锡的氧化学说。这三种范式之间更替的历史是化学元素的发现史，也是化学思想的革命史。 关键词： 金属煅烧实验; 波义耳的微粒学说; 斯塔尔的燃素学说; 拉瓦锡的氧化学说 文章编号：2019）1009305 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 一些金属的天然存在以及早期冶金技术的发展，使人们很早就认识了金、银、铜、铁、汞等金属。与冶金技术及生活相关的“火”是人类较早认识的燃烧现象。自古以来人们就一直探索燃烧的本质。金属的煅烧实验自然成为早期化学家重要的研究活动。英国化学史家柏廷顿（James Riddick Partington， 1886～1965）认为“燃烧与金属的焙烧这两类化学变化，因为它们被平行地研究，且具有相同的起因，为了方便，可以放在一起描述”[1]。从科学方法角度看，金属的煅烧、焙烧、灼烧、加热等是有所不同的过程，但在史料中大都没有清楚的界定，且这里主要关注实验中金属与氧气发生化学反应的历史解读，因此文中将之统称为煅烧。 面對相同的金属煅烧现象，不同时代的化学家有不同的解释或说明，于是形成了不同的假说。当这些模型化的假说成为“科学共同体共同接受的实际科学研究范例”时，按照美国科学哲学家和科学史学家托马斯·库恩（Thomas S. Kuhn， 1922～1996）的观点，科学研究的“范式”（paradigms）就形成了，这些范例包括定律、理论、应用及仪器的设计、制作、操作等要素[2]。 关于金属煅烧现象的解释，在已有化学史论著中均有不同程度的涉及，但迄今未见专题研究。本文拟按照时间顺序对化学史上关于金属煅烧实验的解释进行深入考证，以期梳理史料，分析相关的化学思想变化及科学方法的发展，并为广大化学教师提供课程资源。 1 波义耳的微粒说解释 英国科学家罗伯特·波义耳（Robert Boyle， 1627～1691）出身于爱尔兰贵族，父亲是伯爵，自幼受到良好的教育。年轻时受到宗教的感化，他争取利用科学来揭示神的启示。虽然家里经济富裕，但他并不追求享乐，而是把精力和钱财贡献于科学。 波义耳对金属煅烧现象的解释基于他关于物质构成的微粒学说和严密的实验方法。 在波义耳生活的17世纪，关于构成物质的本原，广为传播的元素论有古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle，前384～322）的四元素论（水、火、气、土）和瑞士炼金术士、医师帕拉塞尔苏斯（Paracelsus， 1493～1541）的三元素论（硫、汞、盐）。 1645年，波义耳在其父亲逝世一周年纪念会上，与来访的法国学者勒内·笛卡尔（Rene Descartes， 1569～1650）讨论了关于物质世界的学说。波义耳坚持德谟克里特（Demokritu from Abdera，约公元前460～公元前370）的原子论。笛卡尔辩驳说：“您总该承认目前亚里士多德的学说占着优势。他的四元素和炼金术士的三元素，是大家公认的。”然而，波义耳对上述两种观点持怀疑态度： 一切物体都仅有四种元素组成吗？炼金术士为什么不能找到点金石并用它把所有的金属都点成金子？作为皇家学会的创始人之一，他谨记印在会徽上的箴言——“勿信空言”，认为“空谈无济于事，实验决定一切”[3]。 古代元素论与原子论在本体论意义上的重要区别在于： 元素论是宇宙充满论，不承认虚空;而原子论承认虚空存在[4]。 波义耳相信原子学说。他还认为化合作用是在基本粒子之间发生的。他认为： 存在这样的粒子团，其中粒子并不是非常紧密地附着在一起，但这些粒子可以在另一种粒子中相遇，同其中一些微粒结合，比这些粒子彼此之间的结合更为紧密[5]。 波义耳用以批判当时的元素论的武器，就是他从实验中观察和推论出来的微粒学说。他注意到气体具有弹性，可以被压缩;液体蒸发和固体升华后，蒸气可弥漫整个空间;大块的盐溶解在水中以后可以透过滤布上的微细小孔。波义耳受到了这些自然现象的启发，提出了物质的微粒学说[6]。基本内容如下： （1） 物体的基本组分只有一种，即“同质粒子”（particle），这与炼金术“万物同根生”思想相合;这些粒子由上帝制造，它们有大小、形状，并且上帝已经将它们置于运动之中（运动与活性只能来自上帝）。 （2） 最小的同质粒子逐级凝结成各级微粒（corpuscle， cluster）直至最大的微粒，最大的微粒组成物体。 （3） 最大的微粒的组成决定着物体的化学性质，它们在化学过程中保持稳定。 （4） 真正的炼金操作可以摧毁一切微粒的结构，还原出原始粒子，