燃素学说错在哪里：燃素说的兴起

在波义耳做过的诸多化学实验中，关于燃烧的实验占据了相当大的比例。他这样做是很自然的，因为当时人们对火在化学实验中的作用有误解，认为火是万能的分析工具，它能把被加热物体中所有预先存在的元素分离出来。这种认识当然会引发人们对燃烧现象的重视。另外，在17、18世纪，欧洲的工业生产也有了较大的发展，跟燃烧现象有关的冶金、炼焦、烧石灰、制陶瓷、炼玻璃等工业有了普遍的增长，诸如此类的工业活动，使人们积累了大量有关燃烧的经验，同时也对化学学科提出了迫切要求，希望化学学科能够从理论上阐明燃烧的本质和所遵循的规律。波义耳就是在这种历史背景下展开了他关于燃烧现象的研究。

关于燃烧，当时的人们已经积累了足够多的经验知识。比如，人们知道像煤炭、木材、油脂、硫磺等绝大部分可燃物在燃烧时，会损耗掉大量物质，燃烧结束后只留下少量的灰烬。同时，人们也发现，金属之类物体在燃烧后却增加了重量。同样是燃烧，为什么会出现这样两种截然相反的现象呢？

波义耳在探究燃烧现象时，对此有所解答。他经过实验，证实了上述现象的存在，同时也提出了自己的解释。他以“火微粒”说来解释上述现象。根据他的理解，火是一种实实在在具有重量的“火微粒”（或曰“火素”），一般的可燃物含有大量的这种“火微粒”，当可燃物燃烧时，这种“火微粒”就被释放到空气中，留下的是那些不能燃烧的灰烬，因此一般可燃物燃烧时表现为重量减少。而金属的燃烧不是主动进行的，换句话说，金属是被燃烧的，金属被燃烧时，周围的“火微粒”进入到金属里面，与金属结合到一起，从而导致金属燃烧后重量增加。这种“火微粒”是具有穿透力的，即使把金属放到密闭容器中燃烧，“火微粒”仍然能够穿透容器，进入到金属内部，与金属结合。

波义耳对燃烧现象的本质的解释是不成立的。他在做金属在密闭容器内燃烧的实验时，只注意到了燃烧后金属重量增加的一面，忽略了考察密闭容器内空气重量在燃烧前后的变化。这种疏忽，使他未能发现自己对燃烧现象的解释的荒谬之处。波义耳对燃烧本质的解释是错误的，他的错误成为18世纪化学学科另一个错误学说——燃素说的先声。

燃素说的奠基人是德国化学家贝歇尔（Johann Joachim Becher，1635—1682）和他的学生斯塔耳（Georg Ernst Stahl，1660—1734）。贝歇尔继承了传统的炼金术的思想，把燃烧看成是一种对可燃物进行解析的过程，火就是解析剂，燃烧的过程就是火把可燃物分离成其基本组分的过程。他认为，固体由三种土元素组成，这三种土元素分别是“石状土”“玻璃状土”和“油状土”。可燃物中存在着大量的“油状土”，在燃烧或焙烧过程中，“油状土”被释放出来，“石状土”“玻璃状土”留了下来。所以，燃烧的过程，就是可燃物向外排放“油状土”的过程。

贝歇尔的思想被斯塔耳发扬光大了。斯塔耳在吸取和总结前人关于燃烧问题的认识的基础上，修正了贝歇尔的“油状土”学说，于1703年把“油状土”命名为燃素，系统地提出了燃素说。燃素说的主要内容是：火是由大量细小的微粒组合在一起形成的。这些微粒既可以与其他元素结合在一起形成化合物，也可以游离在空气中单独存在。这种微粒如果弥漫在空气中，就会给人以热的感觉；如果聚集在一起，就会形成明亮炽热的火焰。这种微粒就叫燃素。物质中含的燃素越多，它燃烧起来就越猛烈。可燃物燃烧的过程，就是它向空气中释放燃素的过程。一切与燃烧有关的化学变化，都可以归结为物体释放或吸收燃素的过程。例如，煅烧金属时，燃素由金属中逸出，剩余的以锻灰的形式存在；而锻灰与木炭在一起燃烧时，又从木炭中吸收燃素，重新变成了金属。

燃素说把燃素定义为一种物质性的微粒，以之说明燃烧问题，这与18世纪统治科学界的机械论自然观相适应，也可以解释有关燃烧方面的许多问题。较之此前形形色色的燃烧理论，燃素说看上去更为合理可信，所以，它在很大程度上受到了化学界的欢迎。到了18世纪中叶，几乎得到化学界的普遍认可，并进一步发展成了整个18世纪化学学科的中心学说。

燃素说虽然得到了大多数化学家的欢迎，但这并不等于说它没有面临尴尬。比如，如果燃烧过程的确是可燃物向外释放燃素的过程，它就应该与空气存在与否无关。那么，波义耳发现的燃烧离不开空气的存在的现象又当如何解释呢？对此，燃素说的解释是：燃烧确实是可燃物向外排放燃素的过程，而空气则是燃素的携带者。没有空气，燃素在离开可燃物后将无处存身，这样，它就无法离开可燃物。由此，在燃烧的过程中，必须有空气的存在。

燃素说面临的另一更大的困难是，燃烧过程中可燃物重量的变化表现为两种相反的倾向：木材、煤炭等大多数可燃物在燃烧后几乎失去其所有的重量，而金属在燃烧后重量非但不减少，反倒增加了。应该怎样解释这些截然相反的燃烧现象呢？

对于这一问题，斯塔耳本人并没有感到特别的不安，因为在他的身上，仍然保留着炼金术士重视定性描述的习性，所以，他对可燃物在燃烧后重量变化之类问题并不重视，因此没有回答这样的问题。物理学界习惯于定量测量已经100多年了，而在斯塔耳的时代，化学界对定量分析的方法还熟视无睹。不过，在物理学巨大成功的感召下，化学界的熟视无睹也持续不了多久，斯塔耳可以对金属燃烧后重量增加的问题置之不理，18世纪后期的化学家们却无法绕开这一问题。当他们试图解答该问题时，隐藏在其脑海深处的亚里士多德哲学自然就浮出了水面。根据亚里士多德的四元素说，有些元素是重的，例如水、土，有些元素是轻的，例如气、火。受到这种说法的潜在影响，有化学家试图用类似的手法解释金属燃烧后变重的问题，他们认为燃素具有负的或曰与重力相反的重量，这样当燃素离开金属后，金属减少了负重量，其剩余的重量当然增加了。18世纪60年代，蒙彼利埃医学院的教授加勃里尔·文耐尔（Gabriel Venel，1723—1775）就曾说过：

燃素并不被吸向地球的中心，而是倾向于上升，因此在金属灰碴形成后，重量便有所增加，而在它们还原时重量就减少。

这种想法颇为精巧，也能自圆其说。但在18世纪，它显得有些与时不合，要让18世纪的化学家们普遍承认物质实体有负重量的想法，是不可能的。因此，新的解释必然会相继问世。P.J.马凯（1718—1784）就曾提出过另一种解释。马凯认为金属燃烧后剩余的灰烬之所以比燃烧前的金属重，是由于金属在燃烧时虽然失去了燃素，但燃素逸去后所留下的空间却被空气充入，燃素虽然有重量，但充入的气体的重量超过了这个过程中金属所失去的燃素的重量，所以金属在焙烧后重量增加了。

燃素说的诸多观点虽然不无牵强，但该学说能够解释当时所知道的许多化学现象，解答当时生产实践和化学实验中提出的大量问题，因而还是统治化学界近一个世纪之久。该学说是在波义耳开创化学学科之后产生的一个重要化学理论，它所蕴含的基本思想与18世纪科学界的还原论哲学倾向是一致的，而与炼金术理念格格不入。该学说的出现，并非化学学科本质上的倒退，而是化学学科发展过程中出现的曲折，它在化学史上的地位是应该得到肯定的。但是，燃素说毕竟是一种错误的学说。燃烧的本质是可燃物与氧元素的化合，而燃素说则将其说成是燃素从可燃物中逸出，把燃烧的本质完全说颠倒了。随着氧化反应理论的建立，燃素说必然要被人们所推翻。在历史上，推翻燃素说的头号功臣是法国化学家拉瓦锡。正是由于拉瓦锡的杰出工作，近代化学大厦才得以建立起来。