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科学名著文库
弁 言
在近现代学者移译西学典籍的过程中,一些科学经典名著也被介绍到国
内来.为使前辈学者的工作承续不辍,我们在武汉出版社的支持下,创办《科
学名著文库》,选择成书时间在16至19世纪,其学术价值经历史检验得到
公认的科学大师的代表作,约请国内学者加以翻译,陆续出版.其中,有些
著作以前曾出过节译本或文言文译本,但绝大多数是第一次译成中文.凡已
有语体文全译本者,文库中不再收入.因文库所选,皆系经典,翻译中将尽
量保持原著风貌.
科学名著文库编委会
1991年12月
汉译者
前 言
本书作者安托万-洛朗 拉瓦锡(Antoine-Laurent Lavosier,1743-
1794)对生理学,地质学,经济学和社会改革均做出过贡献,但主要因在化
学科学中的划时代成就而受到后世的景仰.
拉瓦锡是近代化学的奠基者.他创立了在化学中具有普遍意义的氧理
论,这一理论战胜燃素理论被认为是一切科学革命中最急剧最自觉的革命.
对这场化学革命的研究,早已成为一个专门的领域,在国际上已形成多个研
究中心,因拉瓦锡研究方面的成就而获德克斯特奖(the Dexter Award)者
就有 5人之多.据I.伯纳德 科恩(I.Bernard Cohn)考证①,拉瓦锡是弗
里德里希 恩格斯为了衡量卡尔 马克思的伟大而借以与之比较的仅有的两
位伟人之一(另一位是查尔斯 达尔文).托马斯 S.库恩(Thomas S.Kuhn)
在他系统论述他的科学发现的历史结构的第一篇论文②中,篇幅最大的一节
便是分析氧的发现.保罗 撒加德(Paul Thagard)甚至用人工智能技术,
对这场革命的概念结构和机制进行探索③.由此可见拉瓦锡研究之深入.实
际上,这个领域的文献已经如此之多,以致如果我们不把主要注意力集中在
爱德华 格里莫克斯(E-douard Grimaux),埃莱娜 梅斯热(Hélène Metzger),
丹尼斯 I.杜维恩(DenisI.Duveen),道格拉斯 麦凯(Douglas McKie),
亨利 格拉克(Henry Guerlac),莫里斯 多马斯(Maurice Daumas),
W.A.斯米顿(W.A.Smeaton),罗伯特 西格弗里德(Robert Siegfried)
和卡尔 E.佩林(Carl E.Perrin)等人的工作上的话,我们就概然把握不
住拉瓦锡研究的学术走向.
本书是拉瓦锡的代表作.科学史学家认为,"它就象牛顿的《原理》在
一个世纪前奠定了现代物理学的基础一样,奠定了现代化学的基础"①,它
"在化学史上的重要性怎样强调也不过分"②.作者在1778至1780年间写
出了书的提纲,法文书稿于1789年3月在巴黎面世,13年之内在法国出了8
版,即1789年巴黎2版,1793,1801,1805年巴黎各1版,1793年被人盗
印2版,1804年在阿维尼翁出1版.法文版初版不久,很快就被译成多种文
字在其他国家出版.罗伯特 克尔(Robert Kerr)的英译本于1790,1793,
1796,1799和1802年在英国爱丁堡 5次出版(其中1802年版为2卷本),
① 见Revdutionin Science,The Belkanp Press of Harvard University Press,1985,Pp.514—515.
② 见Science,Vol.136(1962),No.3518,Pp.760—764.
③ 见Philosophy of Science,Vol.57(1990),No.2,Pp.183—209.
① Douglas McKic,AntoineLαvoisier:Scientist,Economist,SocicαlReformαer,DaCapoPress,Inc,
1980.Pp.274—276.
② H.M.Lecicester,The HistoricαlBαckground of Chemistry,John Wiley & Sons,Inc.,1956.P.147.
1799年在美国费拉德尔菲亚,1801和1806年在美国纽约共3次出版;温琴
佐 丹多洛(Vincenzo Dandolo)的意大利译本于1791,1792和1796年在
威尼斯3次出版;S.F.赫尔姆布施泰特(S.F.Hermbstadt)的德译本于1792
和1803年在柏林2次出版;曼努埃尔 穆纳里斯(Manuel Munarriz)的西
班牙译本于1798年在马德里出版;N.C.德 弗雷里(N.C.de Fremery)的
荷兰译本于1800年在乌得勒支出版;此外,1791年在阿姆期特丹,1794年
在格赖夫斯瓦尔德,1797年在墨西哥还分别出版过荷兰,德和西班牙文节译
本.这部科学经典巨著在17年的时间内,就在8个国家以6种文字出版了
26次,足见其在当时的影响之广泛.
克尔的英译本在最近半个世纪中还被多次重版和重印,如1952年收入
罗伯特 梅纳德 哈钦斯(Robert Maynard Hutchins)主编,不列颠百科
全书出版公司(Encyclopaedia Britannica,Inc.)出版的《西方世界名著》
(Geαt Books of the Western World)第 45卷(删去了副书名,附录和
大部分英译者注)已印刷20余次,1965年多佛出版公司(Dover
Publication,Inc.)按 1790年版原貌重印,等等.而且,我们在《爱西
斯》(Isis),《英国科学史学报》(British Journal for theHistory of
Science),《科学史》(History of Science),《科学史年刊》(An-
nals of Science),《奇米亚》(Chymia),《安比克斯》(Ambix)等权
威刊上看到,克尔译本也是专家们进行研究引用频率最高的版本.因此可以
说,这个译本是国际上最通行的版本.
本书是第一次译成汉文出版.汉译本译自克尔的英译本.英译本出版于
200多年前,其中所用的一些现已废弃了的古异拼词甚至在《牛津英语词典》
(The Oxford English Dictionary,second edition,Oxford University
Press,1989)中都查不到,加上拉瓦锡革命的一个重要内容就是化学语言
改革,这就给本书的翻译工作带来许多困难.译者在译述过程中力图谨慎地
(但不一定是高水准地)按英译本原貌用汉语再现这座历史丰碑.有些物质
名词,如compound和bond,在拉瓦锡著作中的意义与在现代化学文献中的
意义相差甚远,我们必须按拉瓦锡的用法而不是现代用法去翻译.同一种物
质往往有不同名称,如quicksilver(水银)与mercury(汞),muriaticacid
(盐酸)与marine acid(海酸),hepatic air(肝空气),sulphuratedhydrogen
gas(硫化氢气)与foetid air from sulphur(来自硫的臭空气),base
(基)与radical(根),等等,汉译本中尽量采用不同的对应名称分别表
示之.有些在今天看来是完全相同的物质,而在拉瓦锡看来却是不同的物
质,如acetic acid与acetous acid,我们均按拉瓦锡的本意将它们译成不
同的汉语术语.有些物质名词原本是俗名,在今天的英汉词典中却被"现代
化"了,译者遇到这类名词时注意还其历史原貌,比如butter ofarsenic
和butterof antimony在各种现代英汉词典中分别被译为三氯化砷和三氯化
锑,其实拉瓦锡时代根本就不知道氯元素的存在,因此我们只能将它们分别
译作砒霜酪和锑酪.有些物质名称由于其历史源衍关系和化学源衍关系的不
同而在译述时必须特别注意,如potash和potassium,在化学上是先有后者
后有前者,但在历史上则是先有前者后有后者,而且拉瓦锡时代还不知道后
者的存在,这样,本书中只能把前者译为草碱而不是钾碱.
为保证译文的准确性,我们除了根据汉语表达习惯对逗号作了必要的增
删处理(少数地方还转换成为顿号)之外,对其他标点符号都维持原有用法.
英文本中的数字并没有全用阿拉伯数字表示,汉译本中也相应地将英文数字
译为汉文数字,而阿拉伯数字则一仍旧贯.英文版中,第一,三部分有章有
节而第二部分却有节无章,第一部分的表格在目录中均未列出而在正文中还
有编号,第二部分的表格统统列于目录之中而又皆无编号,译者在汉译本中
完全保留了这些特点.原书目录和正文中的标题并不精确一致,如第一部分
第九章之中的各个小标题前,目录中标有节数而正文中未标节数,再如第一
部分第十六章目录和正文中标题的文字略有不同,节数的表示也不完全一
样,等等,我们在翻译中有意保持了诸如此类的不一致,以使汉译文与英译
文更加一致.译者冒昧改动的只是第二部分正文中的一些节的序数.这一部
分正文中的标题与目录中的标题文字上基本一致,只有详略区分,未作改
动;但正文中有些节的序数重复,有些序数又没有,故译述中按目录节序将
正文中的一些混乱节序纠正过来.
英译者在他的"告白"中谈到他的一个疏忽,即在第一部分没有把炭和
碳区别开来(作者本来是加以区分了的).实际上,英译者在全书中都没有
区分.汉泽本中,保留了英译本中的这种疏忽.英译者对附录所作的改动,
"告白"中已有交待,不赘述.作者注和英译者注均按英译本分别以字母A
和E标明.汉译者注以C标明.
汉译本所依据的爱丁堡1790年版中的图安排得较松散:图版Ⅷ和Ⅺ的
版心分别为33厘米宽21厘米长和28厘米宽24厘米长,两个图版各占1页;
其他11个图版都各占1页以上,每页的版心约为11厘米宽16厘米长;全
部13个图版共27页.《西方世界名著》第45卷中将每个图版中的图作了
密集重拼处理,在保持每个图版中各图图序不变的情况下,使13个图版只
占17页,同时将每页版心安排得大小相同(约13厘米宽29厘米长),并
删去了图版Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ,Ⅸ和Ⅺ中标出的比例尺.汉译本中采用了后一
版本中的图,只是相应地略有缩小.
本书法文版绪论(Discourspréliminαire)即英文版的序(Preface),
是作者的一篇较著名的作品,金吾伦教授首先将其译成汉文发表于《自然科
学哲学问题丛刊》1984年第4期第23—28页.译者不仅在翻译序文的过程
中参考了金先生的这篇译文,而且还采纳了他通过法英文比较而琢磨出的对
于本书主书名的译法.刘兵副教授从北京,李先锋博士从多伦多为译者复制
了有关资料.天主教中南神哲学院陈定国先生在拉丁文的翻译方面提供了帮
助.辛凌副教授和王丹华副教授在语言理解方面提供了帮助.周宝珠副研究
员阅读了第一,二部分手稿,指出了其中的数处笔误.译者谨向他(她)们
致以谢意!
任定成
1993年7月18日
于武汉桂子山
英译者告白
拉瓦锡先生作为一位化学哲学家的非常高尚的品格,以及依照许多杰出
化学家的看法由他在化学理论中所实行的伟大革命,长期以来就使人们期待
着有一个出自他本人手笔的关于他的发现以及他根据现代实验所创立的新
理论的连贯的解说.这件事现在由于他的《化学基础论》的出版而完成了;
因此,将下述著作以英译本出版根本就用不着任何理由;译者的踌躇仅仅与
他本人胜任此项任务的能力有关.他极乐意承认,他的合乎出版要求的语言
写作知识远远在他对于这门学科的感情之下,远远在他在世人做出评判之前
就象样地出版此译本的愿望之下.
他已经以一丝不苟的精确性真诚地竭尽全力表达作者的意思,无限注意
的是翻译的准确性而不是门梃的优雅.甚至他经过适当的努力的确能够达到
这后一点的话,那么,由于十分明显的埋由,他也得被迫忽略它,与其愿望
相去甚远.法文本在九月中旬之前还没有到达他的手中;而出版者认为必须
要在十月底新学期开始之前准备好译本.
他起初曾打算把拉瓦锡先生所用的所有衡量和度量都变换成它们相应
的英制单位,但是尝试之后立即发现,对于允许的时间来说,这个任务太大;
而且,准确地完成这一部分工作,必定既对读者无用又使读者误入歧途.在
这个方面已经尝试的一切,就是在括号()中加上与作者所采用的列氏温标
的温度相应的华氏温标的温度.在附录中,还增加了把法制衡量和度量变换
成英制的规则,读者想将拉瓦锡先生的实验与英国作者的实验加以比较时,
靠此就可以随时对出现的量进行计算.
由于疏忽,此译本的第一部分没有对炭及其简单的基本部分加以区分就
付印了,此简单的基本部分成为化学化合物的一部分,与氧或成酸素化合形
成碳酸时尤其如此.此纯元素大量存在于烧得很好的炭中,拉瓦锡先生将其
命名为碳(carbone),翻译中也本该如此;不过,细心的读者很容易纠正
这个错误.图版Ⅺ中有一处错误,此图版严格按原版镌制,这个错误直到图
版印出,《基础论》论及此处描绘的装置的这一部分开始翻译时为止,都没
有发现.把气体送入碱溶液瓶子22,25的两个管子21和 24 应当浸入溶液
中,而带走气体的另外两个管子23和26则应当设法在瓶子中的液面之上截
断.
增加了少量解释性注释;的确,由于作者的表达很清楚,需要加注的地
方极少.在极少的地方,冒昧地在页末以注释的形式加上了某些附带说明性
的词句,这些词句仅仅与原来容易弄错意思的地方的问题有关.这些注与作
者的原注以字母A和E加以区分,译者斗胆增加的极少的注释附的是字母E.
拉瓦锡先生在附录中加上了几个非常有用的方便计算的表,这些计算现
在在现代化学的高级状态中是必须的,现代化学中需要一丝不苟的精确性.
对这些表以及删略其中几个表的原因加以说明是适当的.
法文附录一是盎司,格罗斯和格令向法磅的十进小数的变换表;附录二
用来把这些十进小数再折合成普通分制.附录三包含的是法制立方吋数以及
与确定重量的水相应的十进小数.
译者本可以极容易地把这些表变换成为英制衡量和度量;但是,必要的
计算所占去的时间必定比为出版而在有限期间抽出的时间要多得多.由于这
些表就其目前的状态而言对英国化学家完全无用,因此就被删略了.
附录四是吩即吋的十二分之几份以及吩的十二分之几份向十进小数的
变换表,主要是为了根据气体的气压计压力对气体的量做必要的校正.由于
英国使用的气压计是按吋的十进小数刻度的,因此此表几乎可能是完全无用
或不必要的,不过,由于作者在正文中提到了,因此还是保留了下来,这就
是此译本中的附录一.
附录五是气体化学实验中所用的广口瓶中观察到的水的高度向相应的
汞的高度的变换表,用来校正气体的体积.这在拉瓦锡先生的著作中,水用
吩表示,汞用吋的十进小数表示,因此,由于表四给出的理由,必定是无用
的.所以,译者计算出一个用于这种校正的表,在此表中,水用十进小数表
示,汞也一样.这个表就是英文附录二.
附录六包含的是法制立方吋数以及在我们的著名同胞普里斯特列
(Priestley)博士的实验中所使用的相应的盎司制中所含的十进分数.此
表增加了一栏成为英文附录三而被保留了下来,这一栏中所表示的是相应的
英制立方吋和十进小数.
附录七是用法制盎司,格罗斯,格令和十进小数表示的不同气体法制一
立方呎和一立方吋的重量表.经过相当大的努力,此表已经折算成英制衡量
与度量,成为英文附录六.
附录八分栏给出了许多物体的比重,包含的是所有物质法制一立方呎和
一立方吋的重量.这个表中的比重保留了下来,此表就是英文附录七,不过
附加栏由于对英国哲学家无用而删略了;要把这些变换成为英制单位,必须
经非常冗长和费劲的计算.
在此译本的附录中,增补了把拉瓦锡先生所采用的一切衡量和度量都变
换成为相应的英制单位的规则;译者荣幸地向爱丁堡大学博学的自然哲学教
授表示感谢,承蒙他为此提供了必要的信息.还增加了一个表,即英文附录
四,用来把拉瓦锡先生采用的列氏温标的度数变换成为在英国普遍采用的相
应的华氏度数①.
这个译本伴着极羞怯的心情被送往世人手中,不过,令人欣慰的是,虽
然它必定缺乏优雅,甚或缺乏得体的语言,缺乏每一位作者都应当达到的这
一切,但是通过传播这位真正著名的作者所采用的分析模式,它不能不提高
① 译者后来承蒙上面提到的那位先生的帮助,已经能够给出与拉瓦锡先生的表格性质相同的表格,用以方
便化学实验结果的计算.
人们对于真正的化学科学的兴趣.假若公众要求再出一版,那么,就一定要
尽全力更正现在这个译本中不得已出现的不完善之处,并且要从几个有关学
科中其他有声望的作者那里,取出有价值的增补材料来改进此项工作.
1789年10月23日
于爱丁堡
序
当我着手撰写本书时,我的唯一目的,就是更充分地扩充和解释我于
1787年4月在科学院的公开会议上所宣读的论述改革和完善化学命名法的必
要性的论文.而在忙于此项工作之时,我却领悟到,而且是比以前更好地领
悟到,阿贝 德 孔狄亚克(AbbédeCondillac)在其《逻辑学》(Logic)
及其他一些著作中所述下列箴言的确当性.
我们只有通过言词之媒介进行思考.——语言是真正的分析方法.——代数在每一
种表达中都以最简单,最确切和尽可能好的方式与其目的相适合,它同时也是一种语言和
一种分析方法.——推理的艺术不过是一种整理得很好的语言而已.
这样以来,尽管我想到的仅仅只是制定一种命名法,尽管我自己打算的
只不过是改进化学语言,但我却无可奈何,这部书自身逐渐变成一部论述化
学基础的著作了.
将一门科学的命名法与该门科学本身分离开来是不可能的,这是因为物
理科学的每一个分支都由三样东西构成:作为该门科学对象的系列事实,阐
述这些事实的观念,以及表达这些观念的言词.如同同一枚印章的三个印迹
一样,言词应当展现观念,而观念则应当是事实的写照.而且,由于观念依
靠言词得以留存和交流,由此必然得出,不同时改进一门科学本身,我们就
不能改进该门科学的语言;反之,不改进一门科学所属的语言或命名法,我
们也不能改进该门科学.不论一门科学的事实多么可靠,不论我们形成的关
于这些事实的观念多么合理,只要缺乏借以充分表达观念的言词,我们就只
能向他人交流假的印象.
这部论著的第一部分将对上述言论的真实性,向那些留意研究本书的人
们提供常见的证据.不过,由于在本书的处理上,我不得已采用了与业已出
版的其他化学著作全然不同的排列顺序,解释一下我之所以这么做的动机,
还是适当的.
在探索进程中应当从已知事实进到未知事实,这是几何学乃至一切知识
部门中的一条普遍公认的准则.在幼年时期,我们的观念出自我们的需求;
需求感唤起关于客体的观念,这客体使需求感得到满足.某种连续的观念秩
序就这样由一系列感觉,观察和分析而产生,这些观念如此联系在一起,以
致留心的观察者能够在某一点上追溯到人类知识总和的秩序和联系.
当我们开始研究任何科学时,我们就处于某种情境之中,重视该门科
学,就象孩子一般;我们必须借以进步的过程恰恰与孩子们的观念形成中自
然遵循的过程相同.在孩子身上,观念只是由某种感觉产生的结果;同样,
在开始研究一门物理科学的时候,除了必要的推断以及实验和观察的直接结
果之外,我们不应当形成什么观念.再者,我们开始科学生涯之时的处境,
还没有一个孩子在获得最初的观念时的处境更为有利.对孩子来说,自然赋
予他各种方法纠正他可能犯下的任何错误,以使他重视他周围的客体是有益
还是有害.他的判断在每个场合下都被经验所矫正;需求与疼痛是由错误判
断所产生的必然结果;满足与快悦则由正确判断引起.在这些感觉之中,我
们不会不变得富于见识;而且,当需求和疼痛是某个相反举动的必然结果
时,我们马上就学会了恰当地进行推理.
在各门科学的研究和实践中,情况就极为不同;我们形成的错误判断既
不影响我们的生存,也不影响我们的幸福;而且我们不为任何物理必然性所
迫去纠正它们.正相反,一直在真理范围之外游荡,并且与自负,与我们沉
溺于其中的自信搅和在一起的想象,促使我们引出那些并非直接源于事实的
各种结论;结果我们变得有几分爱好自欺.因此,在一般物理科学中,人们
往往作出推测而不是形成结论,这一点就不足为奇了.这些代代相传的推
测,由于权威们的支持而得到额外的份量,直至最后连天才人物都把它们当
作基本真理来接受.
防止这类错误发生,以及纠正发生了的这类错误的唯一方法,就是尽可
能充分地限制和简化我们的推理.这完全取决于我们自己,而忽视这一点便
是我们错误的唯一根源.除了事实之外我们什么都不必相信:事实是自然界
给我们提供的,不会诓骗我们.我们在一切情况下都应当让我们的推理受到
实验的检验,而除了通过实验和观察的自然之路之外,探寻真理别无他途.
因此,数学家们通过对资料的单纯整理获得问题的解,通过把他们的推理化
为如此简单的步骤得出十分明显的结论,就是因为他们从来没有忽视引导他
们的证据.
由于完全确信这些真理,我一直强使自己除了从已知到未知之外,决不
任意前进,并将此作为一条定律;除了由观察和实验必然引出的直接结果之
外,决不形成任何结论;并且始终整理事实以及由这些事实引出的结论,以
这样一种秩序最易于使它们为开始从事化学研究的人们所完全理解.因此,
我只得违反讲课和化学论著的通常次序,这种次序总是假定基本的科学原理
是已知的,可是在后续课程中对这些原理加以解释之前,竟不会料想到学生
或读者们并不懂得这些原理.几乎在所有情况下,这些课程和化学论著都是
由论述物质的元素和解释亲和力表开始的,而没有考虑到他们这么做一开始
就必须把重要的化学现象放入视界之中:他们使用的术语尚未加定义,他们
假定他们刚开始教的人理解科学.同样还应考虑到,在一门基本课程中只能
学到极少的化学知识,这种课程简直不足以使人耳谙科学语言,眼熟仪器设
备.没有三,四年恒心致志的努力,成为一位化学家几乎是不可能的.
这些不便之处与其说是这门学科的本性所带来的,不如说是教授它的方
法所带来的;于是,为了避免它们,这就促使我对化学采用一种新的安排,
在我看来,这种安排与自然的秩序较为一致.不过我承认,在我努力避免此
一种困难时,我发现自己却陷入了彼一类不同的困难之中,而其中的有些困
难是我所未能消除的;不过我相信,诸如此类的困难不是由我所采用的次序
的本性所引起,而是某种不完善性的结果,化学还要在这种不完善之中艰难
前进.这门科学还有许多断层,它们打断了事实的连续性,而且常常使这些
事实彼此一致极为困难:它不象几何学基础那样具有完善科学的优点,完善
科学的各个部分全都紧密相联:不过,化学的实际进步如此迅速,事实在现
代学说指导下又安排得如此巧妙,以致我们有理由期待,甚至在我们这个时
代就能见到它接近达到最完善的状态.
决不形成没有充分实验保证的结论,决不弥补缺乏的事实,我从未违背
过的这条严格规律,禁止我把涉及亲和力的化学分支包括在本书之中,尽管
这个分支也许是化学的各个部分之中最适合于化归为十分系统的部分.乔弗
罗瓦(Geoffroy),盖勒特(Gellert),伯格曼(Bergman),舍勒(Scheele),
德 莫维(de Morveau),柯万(Kirwan)诸位先生以及许多其他人已经
搜集了不少有关这门学科的特殊事实,这些事实唯一等待的就是恰当的安
排;但是,仍然缺乏主要的资料,至少我们拥有的资料既没有充分加以界定,
又没有充分证明成为构筑十分重要的化学分支的基础.这门亲和力科学或有
择吸引科学,相对于化学的其他分支所处的地位,与高等几何学或超验几何
学相对于几何学的简单或基础部分所处的地位,是相同的;而我认为,使我
以为我的绝大多数读者极容易理解的那些简单明了的基础知识,陷入化学科
学的另一个非常有用和必要的分支中仍然存在的晦涩与困难之中,是不合适
的.
也许,某种自负的情绪在我没有察觉到的情况下,可能已经给这些想法
以额外的力量.德 莫维先生目前正忙于发表《方法全书》(Methodica
Encyclopaedia)中的《亲和力》(Affinity)一目,我就更有理由谢绝再
开始做他所从事的一项工作了.
在一部论述化学基础的著作中居然没有论述物质的组成或基本部分的
专章,无疑是一件令人惊奇的事;不过,我将趁这个机会指出,把自然界的
一切物体都归结为三种或四种元素的癖好出自于一种偏见,这种偏见已经从
希腊哲学家那里传到我们这里.四元素说认为,四种元素通过比例的变化而
构成自然界中一切已知物质,这种看法是一个纯粹的假说,是在实验哲学或
化学的基本原理出现之前很久被人们设想出来的.当时,他们不掌握事实就
构造体系;而我们已经搜集了事实,但当它们与我们的偏见不一致时,我们
似乎决意要抛弃它们.这些人类哲学之父的权威至今仍然很有份量,并且我
们有理由担心它还会对后代人施以沉重的压迫.
非常值得注意的是,尽管有一批哲学化学家曾赞成四元素说,但却没有
一个人出于事实证据而不得不在他们的理论中承认有更多的元素.在文艺复
兴之后从事著述的第一批化学家们认为,硫和盐是组成许多物质的基本物
质;因此,他们认为存在六种元素,而不是四种.贝歇尔(Becher)假定存
在三种土质,认为各种金属就是它们以不同比例化合而成的.施塔尔
(Stahl)对这个体系作了新的修正;而后来的化学家们则贸然作出了或设
想出了一种类似性质的改变或增补.所有这些化学家都受他们生活于其中的
那个时代的思潮的影响而弄昏了头,这种思潮满足于不加证明地作出断言;
或者起码认为证明的可能性极小,得不到现代哲学所要求的严格分析的支
持.
在我看来,关于元素的数目和性质所能说的一切,全都限于一种形而上
学性质的讨论.这个主题仅仅给我们提供了含糊的问题,我们可以用一千种
不同的方式解决这些问题,而很可能又没有一种解答与自然相一致.因此,
关于这个主题我要补充的只是,如果我们所说的元素(elements)这个术语
所表达的是组成物质的简单的不可分的原子的话,那么我们对它们可能一无
所知;但是,如果我们用元素或者物体的要素(principles of bodies)这
一术语来表达分析所能达到的终点这一观念,那么我们就必须承认,我们用
任何手段分解物体所得到的物质都是元素.这并不是说,我们有资格断言,
那些我们认为是简单的物质,不可能是两种要素甚或更多要素结合而成,而
是说,由于不能把这些要素分离开来,或者更确切地说,由于我们迄今尚未
发现分离它们的手段,它们对于我们来说就相当于简单物质,而且在实验和
观察证实它们处于结合状态之前,我们决不应当设想它们处于结合状态.
对化学观念进步的前述看法,自然适用于这些观念据以得到表达的言
词.在德 莫维,贝托莱(Berthollet),德 佛克罗伊(deFourcroy)诸
位先生和我于1787年出版的关于化学命名法的著作的指导下,我已竭尽全
力,用简单术语给简单物体命名,而且我自然得首先给这些物体命名.人们
将会想起来,我们曾不得已保留了长期以来天下通称的物质名称,只在两种
情况下我们不揣冒昧地作了改动;第一种情况是,新发现但尚无名称者,或
者至少是虽被命名但时间不长且未获公众认可者;第二种情况是,无论已被
古人还是近人所采纳,而在我们看来却明显地表达了错误观念的名称,这些
名称把适用它们的物质与其他那些具有不同甚或相反性质的物质给混淆
了.在这种情况下,我们毫不迟疑地代之以其他名称,这些名称的绝大多数
都是从希腊语中借用来的.为表达这些物质最一般和最具特征的性质,我们
力图用这样一种方式拟订名称:这种方式带有更多的优点,既帮助那些觉得
记忆无意义的新词很困难的初学者,又使他们较早地习惯于认可没有不与某
种确定的观念相联系的词.
对于那些由几种简单物质结合而成的物体,我们按这些简单物质的本性
所决定的结合方式,给它们赋与新的名称;但是,由于二元化合物的数目已
极为可观,因此我们能够避免混乱的唯一方法,就是给它们分类.按照正常
的观念秩序,类或属的名称表达大量个体的共有之质:相反,种的名称则仅
仅表达某些个体的特有之质.
人们可以想象,这些区别不仅是形而上学的,而且是由自然所确定的.
阿贝 德 孔狄亚克说,
指给一个孩子看第一棵树,教他把它叫做树.他看到第二棵树就产生相同的观念,
并且给它赋予同样的名称.对第三和第四棵树,他也照样这么做,直到最后他原先用于个
体的树这个词,开始被他用来作为类或属的名称这样一种抽象观念,包括了所有一般的
树.但是,当他认识到所有的树并非具有相同的效用,它们并非全都结出同样的水果时,
他就会立即学会用具体的,特定的名称去区分它们.
这是一切科学的逻辑,自然适用于化学.
例如,酸由两种物质大量构成,这两种物质我们认为是简单的;一种构
成酸性,为一切酸所共有,类或属的名称应当根据这种物质来确定;另一种
则为各种酸所特有,并且将一种酸与他种酸区别开来,种的名称要根据这种
物质来确定.但是,绝大多数酸中,两种组成元素,即酸化要素及其酸化的
东西,可以按不同比例存在,构成了一切可能的平衡点或饱和点.硫酸和亚
硫酸(the sulphuricand the SulPhurous acids)的情况就是这样;我们
通过改变特定名称的词尾来标明这同一种酸的两种不同状态.
经受了空气和火的共同作用的金属物质失去其金属光泽,重量增加,呈
现出土状外观.在这种状态下,它们就与酸一样,由一种为所有金属所共有
的要素和一种为各种金属所特有的要素结合而成.因此,我们按同样的方
式,认为把它们归在取自共同要素的属名之下是适当的;为此目的,我们采
用了氧化物这一术语;并且,我们用金属所隶属的特殊名称将它们彼此加以
区分.
可燃物质在酸和金属氧化物中是一种特别或特殊的要素,但也能够成为
许多物质的共同要素.长期以来,人们认为亚硫结合物是唯一属于这一种类
的结合物.然而,现在我们从范德蒙特(Van-dermonde),蒙日(Monge)
和贝托莱诸位先生的实验中得知,炭可以与铁,或许还可以与其他几种金属
化合,而且从这种按比例的化合中,可以得到钢,石墨等.同样,我们从佩
尔蒂埃(Pelletier)先生的实验中得知,磷可以与许多金属物质化合.我
们已经把这些不同的结合物归在根据共同物质所确定的属名之下,并带上标
明这种相似性的词尾,再用与各种物质相应的另一个名称一起来表示它们.
由三种简单物质结合而成的物体的命名仍然还有较大困难,这不仅仅在
于它们的数目计算方面,尤其是因为我们不用更复杂的名称就不能表达其组
成要素的本质.对于构成这一类的物体,譬如中性盐,我们就得考虑,第一,
它们全都共有的酸化要素;第二,构成特定酸的可酸化要素;第三,决定盐
的特殊种的含盐碱,土碱或金属碱.这里,我们由这类个体全都共有的可酸
化要素的名称推衍出每类盐的名称,并通过特定的含盐碱,土碱或金属碱的
名称来区分每个种.
一种盐,尽管由同样三种要素结合而成,然而仅仅由于它们的比例不
同,就可以处于三种不同的状态.假若我们一直采用的命名法没有表达出这
些不同的状态,那么它就有缺陷;我们主要通过改变一致适用于不同盐的相
同状态的词尾,来达到这一点.
简言之,我们已经前进到了这样的程度,从一个单独的名称就可以立即
知道是什么可燃物质参与化合;可燃物质是否与酸化要素化合,以什么比例
化合;酸的状态怎样;它与什么碱结合;饱和是否精确;酸或碱是否过量.
人们也许容易设想到,在某些情况下,不与既定习惯相脱离,而采用那
些看上去就显得粗俗和不规范的术语,就不可能达到这些不同目的.不过我
认为,耳朵会很快习惯于新词,当这些新词与某个一般的,合理的体系相联
系时尤为如此.而且,以前使用的名称,譬如阿尔加罗托粉(powder of α
lgαroth)①,阿勒姆布罗斯②盐(saltof αlembroth),庞福利克斯
(pompholix)③,崩蚀性溃疡水(phαgαdenic wα-ter),泻根矿(turbith
minerαl),铁丹(colcothαr)等等,既不规范又不常见.记住这些名称
所适用的物质,需要多次练习,而且比记住它们所属的化合物的属要难得
多.潮解酒石油(vil of tαrtαr perdeliquium),矾油(vil of vitriol),
砒霜酪和锑酪(butter of αrsenic and ofαntimony)以及锌华(flowers
of zinc)等名称就更不合适,因为它们暗含着错误观念:在整个矿物界,
尤其是金属类,并不存在诸如酪,油,华之类的东西;简言之,被冠上这些
荒谬名称的物质简直就是极坏的毒药.
我们发表关于化学命名法的论著时,人们指责我们改变了大师们所讲的
语言,这种语言是大师们以其权威性加以分辨的,并且已经留传给了我们.
不过,那些为了这个缘故而指责我们的人却忘记了,正是伯格曼,马凯
(Macquer)本人激励我们进行这种改革的.博学的乌普萨拉大学教授伯格
曼先生在去世前不久写给德 莫维先生的一封信中,吩咐他说,不要吝惜不
适当的名称;那些博学的人总会学会,而且那些无知的人不久也会熟悉.
对于我要奉献给公众的这部基础更好的著作,人们也有异议,因为我没
有考虑那些走在我前面的人的看法,没有考查他人的看法.这就使我没能公
平地对待我的同行,尤其是外国化学家,虽然我本想公平地对待他们.不过,
我恳求读者考虑,假若我用一大堆语录塞满一部基础性的著作,假若任由我
对科学史以及研究科学史的著作发表冗长的论述,那么,我必定就会忘记我
原先所考虑的真正目的,而写出来的书初学者读起来必定极为厌烦.它不是
科学史,也不是人类心智史,我们专注的是一部基础性论著:我们的唯一目
① 以17世纪意大利医生维托里奥 阿尔加罗托(Vittorio Algarotto)的姓氏命名,是由大量的水与三氯化
锑作用生成,主要成份为氯氧化锑的一种成份可变的白色粉末,以前在医学上主要用于吐酒石的制备.—
—C
② 炼丹术士认为能溶解一切物质的万能溶剂,亦称"技艺钥"(Key of art)或"哲人盐"(salt of wisdom),
成份为复式氯化铵汞.——C
③ 亦称"锌华"(flowerofzinc),燃烧锌或焙烧锌矿石所形成的不纯的氧化锌.——C
的应当是自在不拘,清晰明白,并极其谨慎地防止一切可以分散学生注意力
的东西进入视野;这是我们要不断提供的一条较为平坦的道路,因此,我们
会尽力搬掉能够造成延误的一切障碍.各门科学就其本性而言,就呈现出足
够多的困难,即使我们不给它们增加外来的困难.不过,除此之外,化学家
们将容易察觉到,在本书的第一部分,除了我本人所做的实验,我很少利用
其他任何实验:无论何时,如果我采用了贝托莱先生,德 拉普拉斯(de
taPlace)先生和蒙日先生的实验与想法,或者一般地采用了他们那些与我
本人的原则相同的原则,而又未言明的话,那么,这应归因于以下情况,即
我们经常往来,彼此交流我们的思想,我们的观察以及我们的思维方式已经
成为习惯,我们各自的见解已经为我们所共有,每个人要想知道哪个观点是
他自己的往往很困难.
我就自己认为在安排证据和思想时必须遵循的秩序所发的这些议论,仅
仅适用于本书第一部分.这是载有我所采纳的学说的总的要点的唯一一个部
分,我希望赋予它一个十分基本的形式.
第二部分主要由中性盐命名表组成.我只对这些表作了些一般性的解
释,其目的是指出获得不同种类已知酸的最简单过程.这一部分不包含可以
算作是我自己的东西,仅仅提供了从不同作者的著作中选录出来的非常简单
的一个概略.
在第三部分,我对与现代化学有关的所有操作作了详细描述.我很久以
来一直认为非常需要这样一种工作,而且我确信它不会没有用处.实施实验
的方法,尤其是实施现代化学实验的方法,尚不为人所共知,但却应当为人
所共知;假若我在已经提交给科学院的学术论文中特别详细地叙述了我的实
验操作的话,我本人对此就会有更好的理解,科学也许会更迅速地进步.这
一部分所含内容的次序在我看来几乎是随意的;我所唯一注意到的,就是在
构成它的每一章中,把那些彼此联系最为密切的操作归在一起.几乎不用
说,这一部分不会是从其他任何著作中借用来的,在它所包含的主要项目
中,除了我亲自做的实验之外,我没有得到任何东西的帮助.
我将逐字抄录阿贝 德 孔狄亚克的某些言论来结束这篇序言,我认为
这些言论极为真实地描述了离我们现在不远的某个时期化学的状况.这些言
论是就某门不同的学科所发表的;不过由于这个缘故,即使认为应用它们是
恰当的,它们的说服力也就较弱了.
对于我们想知道的东西,我们不是应用观察,相反却愿意去想象它们.从一个站不
住脚的推测到另一个站不住脚的推测,最后我们在一大堆错误中把自己给弄糊涂了.当
然,这些成为偏见的错误被当作原理来采纳,我们因此也就愈发糊涂了.我们用来进行推
理的方法,同样也是荒谬的;我们滥用我们不理解的词,并且把这叫做推理的艺术.当毛
病达到这个程度,错误因此而堆积起来时,只有一种疗法能使思维功能恢复到正常状态;
这就是忘掉我们所学的一切,追溯我们的思想渊源,沿着思想浮现的秩序前进,并象培根
(Bacon)所说的那样,重新构造人类理解的框架.
这种治疗随着我们认为自己更加博学而变得愈发困难.未必可以认为极为明白,极
为精确,极有秩序地论述的科学著作必定为每一个人所理解吧 事实是,那些从未研究过
任何东西的人,要比那些已做了大量研究.尤其要比那些写过大量著作的人理解得更好.
在第五章末,阿贝 德 孔狄亚克补充说,
不过,科学终究还是取得了进步,因为哲学家们已较为注意致力于进行观察,已沟
通了他们在其观察中所使用的精确和准确的语言.在纠正他们的语言的过程中,他们也就
能更好地进行推理.
化学基础论
第一部分
论气态流体的形成与分解,论简单物体的燃烧,以及酸的形成
第一章
论热素的化合,以及
弹性气态流体或气体的形成
一切物体,无论是固体还是流体,由于其显热的增加而使整个体积增
大,这在很久以前已被著名的波尔哈夫(Boerhaave)完全确立为一条物理
公理或全称命题.曾经被人们用来反驳这个原理的普遍性的各种论据,所提
供的只是些靠不住的结果,至少,这些论据由于无关的情况而被弄得非常复
杂,以致于使判断误入岐途:不过,当我们分别考虑这些结果,以根据它们
分别所属的原因演绎出各个结果时,就容易看出,热引起粒子的分离,乃是
一条恒定而普遍的自然规律.
如果我们已经把某个固态物体加热到一定程度,使其粒子彼此分离,然
后再让该物体冷却,其粒子就会按与升高温度使它们彼此分离相同的比例而
彼此靠近;该物体以它原先扩展时相同的膨胀程度恢复原状;而且,如果温
度恢复到我们在实验开始时所测定的相同温度,它就会完全恢复到它以前所
拥有的体积.但是,由于我们仍然远远不能达到绝对零度或者排除一切热,
而且不知道我们难以推测的能够进一步增大的冷却程度,因此,我们仍然不
能使物体的终极粒子尽可能地彼此靠近,所以,一切物体的粒子不会在迄今
尚不知道的任何状态下彼此接触,尽管这是一个奇特的结论,但却是不可否
认的.
假定由于物体的粒子就这样不断地受热推动而彼此分离,它们就会失去
彼此之间的联系,那么自然界就不会有固体了,除非有某种另外的力使它们
结合起来,或者说是把它们束缚起来;这种力,无论其作用的原因或方式是
什么,我们均将其称为吸引.
因此,可以认为一切物体的粒子皆受两种相反力的作用,一种是排斥
力,另一种是吸引力,它们在这二者之间处于平衡.只要吸引力较强,物体
必定仍然处于固态;但若反之,热使这些粒子彼此远远脱离,置其与吸引范
围之外,它们失去了原先所具有的彼此粘附力,该物体也就不再是固体了.
水给我们提供了这类事实的一个普通,常见的例子;当温度在法式温度
计零下①或华氏32°以下时,它是固体,称为冰.在该温度以上,其粒子不
再相互吸引而结合在一起,它就成为液体;当我们将其温度升高到80°(212
°)以上时,热引起的排斥便会起作用,水就变成气态流体.
可以肯定地说,自然界的一切物体都与此相同:随其粒子内在的吸引力
与作用于粒子的热斥力之间的比例不同,它们不是固体,液体,就是处于弹
性气态蒸气状态;或者说,与它们所受之热度相比,其结果仍然一样.
① 本书中出现的热度,是作者根据列氏温标陈述的.括号中的度数是译者所加的相应的华氏温标度数.—
—E
不承认这些现象是巧妙地潜入物体粒子之间使其彼此分离的某种真实
有形的物质,或极为细微的流体的结果,就难以理解这些现象;即使承认这
种流体的存在是假说性质的,我们在后面也将看到,它也以一种极为令人满
意的方式解释了这类自然现象.
无论这种物质是什么,它总是热的原因,或者换言之,我们称之为暖和
的感觉就是由这种物质的积聚引起的,所以按照严格的语言,我们不能用热
这个术语来表示它,因为这同一个名称既表示原因又表示结果不太合适.因
此之故,我在1771年发表的学术论文中①,把它命名为火流体(igneous
fluid)和热质(matter of heat):自那以后,在德 莫维先生,贝托莱
先生,德 佛克罗伊先生和我本人发表的论述化学命名法的改革的著作②中,
我们认为,必须排除一切转弯抹角的表达方式,这种表达方式既拖长了自然
语言,又使自然语言更加使人厌烦,更加不清楚,甚至常常不能充分转达人
们对于所考虑的问题的恰当想法.因此,我们已经用热素(caloric)这个
术语来表示热的原因,或者使热得以产生的极富弹性的流体.这种表达方式
除了在我们采纳的体系中达到了我们的目的之外,还具有另一个优点,即它
与每一种看法都一致,因为严格地讲,我们不必假定这是一种真实的物质;
这种表达方式是充分的,因为不管这种东西是什么,都可以把它看作是排斥
的原因,这样我们就仍然可以自由地用一种抽象的和数学的方式去探查其结
果,在本书的后一部分还将更清楚地看到这一点.
就我们目前的知识状态,我们还不能确定光是热素的变体,还是相反,
热素是光的变体.然而无可争辩的是,在只可能接受明确的事实,并且尽可
能地避免设想有什么我们并不真正知道其是否存在的东西的体系之中,我们
应当暂时用独特的术语来区别那些已知是引起不同结果的东西.因此,我们
把热素与光区别开来;尽管我们并不因此而否认它们具有某些共同的质,不
否认它们在某些情况下几乎以同样的方式与其他物体化合,而且在某种程度
上还引起同样的结果.
我所讲过的这些话,也许足以确定赋予热素一词的观念;但是,要给出
一个恰当的概念,说明热素借以作用于其他物体的方式,仍须做出更艰难的
努力.由于这种细微的物质渗透了所有已知物质的微孔;由于没有什么器皿
它不能够穿透逃逸,因此也就没有什么东西盛留住它,所以,我们只能通过
稍纵即逝,难以弄清的结果去获得有关其性质的知识.对于那些看不见摸不
着的东西,特别需要防止过度的想象,过度的想象总是跨越真理的范围,极
难以限制在狭小的事实限度之内.
我们已经明白,同一种物体呈固体,流体还是气态,取决于其渗入的热
素的数量;或者严格地讲,取决于热素所施加的推斥力是等于,强于还是弱
① 当年的《法国科学院文集》,第420页.
② 《化学命名法》.
于受热素作用的物体粒子的吸引力.
不过,假若只存在这两种力,物体成为液体的温度区间就会十分微小,
而且几乎在一瞬之间就由固体聚集态转化为气体弹性状态.例如,水在它不
再是冰的那一瞬间就会开始沸腾,转变成为气态流体,通过周围空间使其粒
子无限地扩散开来.这种现象没有发生,就意味着必定有某种另外的力在起
作用.大气压阻止这种分离,使水在温度升至法式温度计零上80°(212°)
之前一直处于液态,它所得到的热素的量不足以克服大气压.
由此看来,没有这种大气压,我们就不会有任何永久液体,只能在熔化
的瞬间见到各种物体处于这种存在状态,因为增加的极少热素会很快使它们
的粒子分离开来,并通过周围的介质使其消散.而且,没有这种大气压,我
们甚至不会有任何气态流体,因为严格地讲,在热素的排斥力超过吸引力的
瞬间,粒子就会无限地自相分离,没有任何东西限制它们的扩展,除非它们
自身的重力能够使它们聚集起来,形成气体.
对于最普通的实验的简单思考,足以表明这些看法的真实性.这些看法
尤为我发表于1777年《法国科学院文集》第426页的以下实验所证实.
盛满硫醚①的一个小而严密的玻璃瓶A(图版Ⅶ,图17),瓶脚P立地,
玻璃瓶直径为十二至十五吩(line),瓶子要用潮湿的膀胱盖住,用结实的
线在瓶颈处绕几圈扎住;为了更加保险,在第一张膀胱上再蒙一张膀胱.瓶
子要盛满硫醚,在这种液体与膀胱之间不应留有极少量的空气.现在将玻璃
瓶置于带有气泵的容器BCD之下,容器的上部B应当配有一个皮质盖子,穿
透盖子的是金属丝EF,金属丝的F端非常尖利;而且,在这同一个容器中应
当装一个气压计GH.整个装置这样安排好后,把容器抽空,然后把金属丝EF
往下按,在膀胱上穿一个孔.硫醚立刻开始激烈沸腾,变成弹性气态流体,
充满容器.如果硫醚的量足够多,在蒸发结束之后小瓶里还剩那么几滴,那
么产生的弹性流体就将使与气泵相连的气压计里的汞冬天维持八或十吋,夏
天维持二十至二十五吋②.为了使这个实验更完善,我们可以把一个小温度
计插入盛有硫醚的瓶A,蒸发时温度将会明显下降.
这个实验的唯一作用,就是消除大气的影响,而大气在通常情况下会对
硫醚表面施加压力;而且,消除大气影响的结果,显然证明在地球上的通常
温度下,如果没有大气的压力,醚总是会以气态方式存在,还证明醚由液态
向气态的转化,伴随着热相当大的减少;因为一部分热素在蒸发前处于游离
状态,或者起码在周围物体中处于平衡状态,而在蒸发时则与醚化合,使其
呈气态.
用各种挥发性流体,譬如酒精,水甚至汞,做这个实验也是成功的,所
① 由于我在后面要下一个定义,解释被叫做醚的这种液体,因此在这里就只先提到,这是一种极易挥发的
易燃液体,其比重比水甚或酒精要小得多.——A
② 要是作者详细说明了气压计中产生汞的这个高度时的温度计度数,那就更加令人满意了.
不同的只是酒精形成的气氛仅仅使附加的气压计在冬天大约维持一吋,夏天
大约维持四或五吋;水形成的气氛在相同情况下只会使汞上升几吩,而水银
形成的气氛则使汞上升不到一吩.因此,由酒精气化的流体比由硫醚气化的
流体少,由水气化的比由酒精气化的少,而由汞气化的则比由酒精和水气化
的更少;所以,花费的热素较少,产生的冷也较少,这就使这些实验的结果
完全一致起来.
另一种实验非常明显地证明,气态是物体靠温度以及物体所受压力而引
起的物体形变.在德 拉普拉斯先生和我于1777年在科学院宣读,迄今尚
未刊行的一篇学术论文中,我们已经阐明,当醚受到与气压计二十八吋相等
的压力或普通大气压时,它就会在约32°(104°)或33°(106.25°)的
温度沸腾.德 吕克(de Luc)先生用酒精做了一个类似的实验,发现酒精
在67°(182.75°)沸腾.而且举世皆知,水在80°(212°)沸腾.由于
沸腾只是液体的气化,或者是它由这种流体向气态转化的瞬间,那么很明
显,如果我们使醚持续地处于33°(106.25°)的温度和普通大气压下,我
们就会使其一直处于弹性气体状态;酒精在67°(182.75°)以上,水在80
°(212°)以上,也会发生同样的事情;这一切都与下述实验完全一致.①
我把一个大容器ABCD(图版Ⅷ,图15)盛满35°(110.75°)或36°
(113°)的水;假定该容器是透明的,我们可以看见实验中所发生的事;
而且在这个温度的水中可以毫不费力地手握着手而没有什么不便.我将两个
小颈瓶F和G放入容器中,灌满水,然后将其翻转以使瓶口置于容器底部.
接下来往瓶颈abc有两个弯曲部分(如图)的一个很小的长颈卵形瓶放进水
中,使瓶颈插入其中一个小颈瓶F的瓶口内.一接触到容器ABCD中的水传
给它的热,它就开始沸腾;而且热素开始与其化合,使其变成弹性气态流体,
我用这种流体连续装满了F,G等等好几个瓶子.
这里不是着手研究这种极易燃烧的气态流体的本质和属性的地方;不
过,由于现在所考虑的目的,并不是期望研究那些我料想读者尚不知道的细
节,我将讨论的只是,根据这个实验,醚在我们这个世界上几乎只能以气态
存在;因为,假若大气的重量只相当于气压计的20至24吋而不是28吋的
话,我们决不可能得到液态的醚,起码夏天如此;而且在中等高度的山上也
就不可能形成醚了,因为它一旦产生就会迅速转变成为气体,除非我们所采
用的容器强度特别大,再加上进行冷冻和压缩.最后,由于血液的温度差不
多就是醚由液体转变成气态的温度,它必定在第一管(the primaeviae)中
蒸发,因此这种流体的医疗性能很可能主要取决于其机械作用.
用亚硝醚做这些实验更为成功,因为它的蒸发温度比硫醚的蒸发温度
低.要得到气态的酒精则较为困难,因为使其变成蒸气需要67°(182.75
°),浴器中的水差不多就沸腾了,因此不可能把手伸进这个温度的水中.
① 参见《法国科学院文集》,1780年,第335页.——A
显然,假若在上述实验中用的是水,那么它在经受比它沸腾的温度更高
的温度时,就会变成气体.尽管确信这一点,但德 拉普拉斯先生以及我本
人仍然认为有必要通过下述直接实验来加以确证.我们将一个玻璃广口瓶A
(图版Ⅶ,图5)盛满汞,使其口朝下放在一个盘子B中,同样盛满汞,并
往广口瓶中加进大约两格罗斯的水,其升至汞的顶部CD处,然后我们将整
个装置放入铁质蒸煮器EFGH中,蒸煮器中盛满温度为85°(223.25°)的
沸腾海水,并置于炉子GHIK上.汞上面的水一达到80°(212°)的温度,
就开始沸腾;它转变成气态流体充满整个广口瓶而不仅仅是ACD这个小空
间;汞甚至下降到盘子B中汞的表面以下;如果广口瓶不是很厚,很重并且
被铁丝固定在盘子上,那么它必定会翻倒.把装置从蒸煮器上移开以后,广
口瓶中的蒸汽立即开始凝结,汞又回升到它原来的位置;但将装置置于蒸煮
器内几秒钟之后,它就再次变成气态.
因此,我们有一定数量的物质可以在不比大气温度高很多的温度作用下
变成弹性气态流体.后面我们还将发现另外的几种物质,譬如盐酸或海酸,
氨或挥发性碱,碳酸或固定空气以及亚硫酸等等,在类似条件下也发生同样
的变化.这些物质在通常的大气温度和大气压力下总是弹性的.
如有必要,增加这类事实倒也容易,不过以上所有这些事实赋予我充分
的权力设想有这样一条基本原理,即几乎自然界的每一种物体都可以有三种
不同的存在状态,也就是固态,液态和气态,而且这三种存在状态均取决于
与物体化合的热素的量.以后,我将用气体(gas)这个一般性术语表示这
些弹性气态流体;而且我将把每一种气体中的热素与实物加以区分,热素部
分地起溶剂作用,实物则与热素化合构成气体的基.
对于这些已知极少的不同气体的基,我们已经不得已给它们指定了名
称;我说明了物体的加热和冷却所伴随的现象,并且确立了与我们大气的组
成有关的精确观念之后,将在本书第四章指出这些基.
我们已经指出,自然界每种物质的粒子,都处于有助于使这些粒子结合
起来并保持在一起的吸引,与使它们分离的热素的作用之间的某种平衡状
态.因此,热素不仅到处都包围着一切物体的粒子,而且填满了物体粒子彼
此之间留下的一切空隙.我们可以这样设想,即假定有一个装满小铅丸的器
皿,倒进一些细沙,细沙慢慢渗入铅丸之间,将会填满每个空隙.铅丸之相
对于包围它们的沙粒所处的情况,与物体粒子之相对于热素的情况,恰恰相
同;不同之处仅仅在于铅丸被设想为处于彼此接触状态,而物体的粒子由于
热素使它们彼此之间隔开一点距离,因此并不处于接触状态.
如果我们用六面体,八面体或者其他任何形状规则的固体代替铅丸,那
么它们之间空隙的容量就将减小,因此也就不再容纳等量的沙.就自然物体
而论,情况亦相同;由于物体粒子的形状和大小不同,由于粒子保持的距离
随其内在吸引力与热素对其施加的排斥力之间实际比例的不同而不同,粒子
之间剩下的空隙并不具有相等的容量,而是有所不同.
按这种方式,我们必定会理解英国哲学家们所提出的下列措辞,他们使
我们对这个问题有了极为确切的了解:物体容纳热质的容量(the capacity
of bodies for containing the matter of heat)①.由于与可感觉到的客
体的比较在帮助我们形成对于抽象观念的清晰见解方面极为有用,我们将把
被水浸湿和渗透的物体与水之间所发生的现象作为例子,加上一些见解,尽
力对此进行说明.
如果我们把不同种类但大小相同的木块,譬如每块一呎大小,浸入水
里,那么这种流体就会逐渐渗入其微孔之中,木块在重量和大小上都会增
加:不过每块木头吸收的水量则不相同;较轻和多孔的木头吸收的量较大,
木纹致密和紧实的则吸收的较少;因为被木块吸收的相应的水量取决于木头
的组成粒子的本质以及粒子与水之间亲和力的大小.譬如,富树脂性木头尽
管它同时是多孔的,也吸收不了多少水.因此我们可以说,不同种类的木头
容纳水的容量不同;我们甚至可以通过其重量的增加来确定它们实际上所吸
收的水量;不过,由于我们不知道它们在浸透前含有多少水,我们就不能确
定从水中取出之后它们所含的绝对水量.
毋庸置疑,对于浸入热素之中的物体来说,会发生同样的情况;然而,
考虑到水是一种不可压缩的流体,而热素则相反,它有非常大的弹性;换言
之,热素的粒子在受到其他任何趋近力的作用时,具有极大的彼此分离倾
向;在就这两种物质所做的各种实验的结果中,这个不同之处不可避免地会
引起各种相当大的差异.
由于确立了这些清楚而简单的命题,对于下列措辞应当包含的观念进行
解释就十分容易了,这些措辞决不是同义的,它们各自具有下列定义中严格
而明确的含意:
游离热素(free caloric)是没有以任何方式与其他任何物体化合的热
素.不过,由于我们生活于热素对其有极强的粘着力的系统之中,因此我们
决不会获得处于绝对游离状态的热素.
化合热素(combined caloric)是被亲和力或有择吸引力固定在物体内,
以致成为物体的物质的一部分,甚至是其体积的一部分的热素.
我们可以通过物体的比热素(specific caloric)这一措辞,了解使具
有相同重量的许多物体升到某个相同温度各自所必须的热素的量.热素的这
种相应的量取决于物体的组成粒子之间的距离以及结合程度的大小;这种距
离,或者更确切地说,由它形成的空间或空隙,正如我们已经说过的,称为
物体容纳热素的容量(capacity ofbodies for containing caloric).
被认为是一种感觉的热(heat),或者换言之,可感觉到的热,只是由
于脱离了周围物体的热素的运动或流通,作用于我们的感觉器官所产生的结
果.一般说来,我们只是由于运动的缘故才得到各种印象,我们也许可以把
① 在英语中,"capacity"一词既指"容量",又有"能力",尤其是"接受能力"的意思.——C
它确立为一条公理,即没有运动就没有感觉.这条一般原理非常准确地适用
于热和冷的感觉;当我们接触一个冷物体时,在所有物体中总是趋向于in
equilibrio①的热素,便从我们的手进入我们所接触的物体,给我们以冷的
知觉或感觉.当我们接触一个暖和的物体时,正好相反的事情就会发生,热
素从物体进入我们的手,引起热的感觉.如果手与接触的物体温度相同或者
极为接近,我们就得不到什么印象,不论是热是冷,因为没有热素的运动或
流通;因此,没有引起感觉的相应运动,就不可能产生感觉.
当温度计上的温度上升时,就表明游离的热素正在进入周围物体:温度
计不可避免地会得到与其质量以及容纳热素的容量相应的一份热素.因此,
由温度计上所发生的变化,仅仅知道在那些物体中热素位置的变化,而温度
计则是这些物体当中的一部分;这种变化仅仅表明得到的部分热素,并不是
离析,取代和吸收了的总量的量度.
确定后一项的最简单,最精确的方法,也就是德 拉普拉斯先生在1780
年《科学院文集》第364页所描述的方法,在本书快要结尾的地方可以找到
对此方法的扼要解释.这个方法就在于,把一个物体或者使热素由之分离的
数个物体的组合置于一个中空冰球的最中间;而熔化的冰量就是被分离的热
素的精确量度.依靠我们按照这个办法所构造的装置测定的,可能不是所谓
物体容纳热的容量,而是被测定的温度所引起的容量的增加或减少的比例.
很容易用同样的装置,把若干个实验配合起来,去测定使固体物质转变成液
体或者使液体物质转变成弹性气态流体所需要的热素的量;反过来,测定弹
性蒸气变成液体时逃逸出来的热素的量,情况也一样.或许,在足够精确地
做了实验之后,我们也许有一天能够测定制造几种气体所必需的热素的比例
量.我将在后面的一个专章中说明在这一方面所做的那类实验的主要结果.
在结束这一章之前,尚须就气体的弹性和处于蒸气状态的流体的弹性交
待几句.理解这一点并不难,即这种弹性依赖于热素的弹性,热素似乎是自
然界最优良的弹性物体.而更易于理解的就是,一个物体通过与另一个具有
弹性的物体化合,会变得富于弹性.我们必须承认,这只是用弹性假定对弹
性作出的一种解释,因此我们仅仅把困难向前移动了一步,而弹性的本质以
及热素具有弹性的原因尚未得到解释.抽象地讲,弹性不过是物体的粒子在
被迫压到一起时用以使彼此恢复到原状的属性.热素粒子的这种分离倾向甚
至发生在相当远的距离上.当我们考虑到空气可以被大大地压缩,这就必须
假定其粒子原来相隔很远时,我们就会确信这一点;因为靠近到一起的能力
必然意味着原先的距离至少与靠近的程度相等.因而,本来就相距甚远的这
些空气粒子势必会进一步彼此分离.事实上,如果我们在一个大容器中制造
波义耳真空(Boyle's vacuum),那么最后剩下的一点空气自身就会均匀
地扩散,占满该容器的全部容量,不论容器有多大,空气都会完全将其充满,
① 拉丁文,意为"处于平衡状态".——C
并且冲压四处,撞击器壁.然而,不假定这些粒子到处都在尽力自相分离就
不能解释这种效应,我们完全不知道这些粒子在多远的距离上或者稀薄到何
种程度这种自相分离的努力才会不再起作用.
因此,在这里,弹性流体的粒子之间存在着真正的排斥力;至少情况确
实发生了,就仿佛排斥力实际上存在过似的;我们完全有权断定,热素的粒
子彼此推斥.当一旦允许我们假定有这种推斥力的时候,对气体或气态液体
形成的理论阐述(rationale)就变得十分简单;不过我们必须同时承认,
就作用于彼此离得很远的微小粒子的这种推斥力,形成一个精确的思想,是
极为困难的.
也许,更为自然的,是假定热素粒子比任何其他物质粒子具有更强的相
互吸引力,是假定后一种粒子由于热素粒子之间的这种较强的吸引力而被迫
分离,这种吸引力作用于其他物体粒子之间的热素,使它们能够彼此再结合
起来.干海绵吸水时所发生的现象,与这个思想有些类似:海绵膨胀了;其
粒子彼此分离;全部空隙都充满了水.显然,海绵在膨胀时所获得的容纳水
的容量比它干燥时所具有的容量更大.但是我们不能肯定认为,水进入海绵
粒子之间,就给它们赋予了推斥力,有助于使它们彼此分离;正相反,所有
这些现象都是靠吸引力所产生的;这些吸引力第一是水的重力,以及与所有
其他流体相同的那种到处都起作用的力;第二是产生于水粒子之间,使其结
合在一起的吸引力;最后是存在于海绵粒子与水粒子之间的吸引力.容易理
解,对这个事实的解释,有赖于对这几种力的强度及其之间的联系作出恰当
的估价.由热素引起的物体粒子的分离,很可能以类似的方式依赖于各种吸
引力的某种结合.与我们知识的不完善性相一致,我们力图通过热素传递对
物体粒子的某种推斥力这一假定,去表示这种结合.
第二章
与我们大气的形成
和组成有关的一般看法
我所采取的有关弹性气态流体或气体的这些看法,极有助于阐明行星大
气,尤其是我们这个地球的大气最初形成的情况.我们很容易设想,它必定
是下列物质的一种混合物:第一是可以蒸发的所有物体,更严格地讲是能够
在我们大气的温度下,在与气压计的二十八吋水银柱相当的压力下,保持气
体弹性状态的所有物体;第二是能够被这些不同气体的混合物所溶化的一切
物质,不论是液体还是固体.
最好是确定我们关于这个问题的思想,这个问题迄今还没有得到充分的
考虑,让我们设想一下,假若地球的温度突然变了,组成我们地球的各种物
质中会发生什么变化.例如,假若我们被突然送到水星的范围之内,那里的
常温很可能比沸水的温度高得多,那么,地球上的水以及在接近沸水温度时
可呈气态的所有其他流体,甚至水银,都会变得极为稀薄;所有这些物质都
会变成永久的气态流体或气体,而成为新的大气的一部分.这些新的空气或
气体种类就会与那些业已存在的气体混合,发生相互的分解和新的化合,直
至存在于所有这些新旧气态物质之间的一切有择吸引力或有择亲和力完全
起作用时为止;此后,组成这些气体的基本要素被饱和,才会静止下来.然
而,我们必须注意这一点,即甚至在上述假设的情况下,这些物质的气化也
会有个界限,而这个界限正是由这种气化本身所产生的;因为大气压会随弹
性流体的增加而成比例地增大,任何一点压力多少都会阻止气化,就是最易
气化的流体也能抗拒极高温度的气化作用,如果按比例地加压,水和其他流
体在帕平蒸煮器(Papin's digester)中就能保持炽热状态;我们必须承
认,新的大气终会达到某个重度以致还没有气化的水停止沸腾,并且保持液
体状态;因此,照这种想象,对于同样性质的所有其他物质,大气重力的增
加都会达到某个不能超过的极限.我们也许可以进一步扩展这些想法,考察
石头,盐以及组成我们地球的物体的绝大部分可熔物质会发生什么变化.这
些东西会软化,熔化,变成流体等等:不过这些推测使我离开了我的目的,
我得赶紧回到我的目的上来.
按照与我们已经形成的想象相反的一个想象,假若地球竟然被送进某个
极为寒冷的区域,那么现在组成我们的海洋,江河和流泉的水,以及我们所
知道的可能更多的流体,就会变成密实的山脉和坚硬的岩石,它们本来象水
晶一样透明,均质,但是由于与外来的异种物质混合,迟早会变成带有各种
颜色的不透明岩石.在这种情况下,空气,至少是现在组成我们大气的气态
流体的某些部分,由于缺乏使其保持流体状态的足够温度,无疑会失去其弹
性:它会回到液体存在状态,而且还会形成新的液体,我们目前还不能就其
性质形成隐约的想祛.
这两种相反的想象清楚地证明了下列系定理(corollary):第一,固
性(solidity),液性(liquidity)和气态弹性(aeriform elasticity)
是同一种物质仅有的三种不同存在状态或三种特殊变态,几乎所有的物质都
可被依次设想为这些状态,而这些状态唯一取决于它们所经受的温度;或者
换句话说,取决于渗入其中的热素的数量①.第二,极为可能的是,空气是
一种以蒸气状态自然存在的流体;或者我们可以更好地表达为,我们的大气
是在常温和普通压力下所能呈蒸气弹性状态或永久弹性状态的所有流体的
一种复合物.第三,并非不可能的是,在我们的大气中我们也许可以发现某
些天然地极为坚实的物质,甚至是金属;因为金属物质,例如仅仅比汞更易
挥发一点的某种金属,可能存在于那中情况之中.
在我们所知道的流体当中,某些流体,譬如水和酒精,可以按各种比例
混合;而相反,另一些流体,如水银,水和油,只能瞬时地结合;而且在混
合到一起之后,它们便分离开来,按照各自的比重排列.大气中应当会发生,
至少也许会发生同样的事情.可能,甚至极为可能的是,最初形成的气体和
平常形成的气体难以与大气混合,不断从中分离.如果这些气体与大气相比
特别轻,当然,它们必定会聚集在较高的区域,形成飘浮在普通空气之上的
气层.伴有似火效应的大气现象使我认为,在我们大气的上部存在着一个与
产生北极光现象及其他类燃烧现象的空气层相接触的可燃流体气层.——我
打算以后在一部单独的论著中继续讨论这个问题.
第三章
大气的分析,将其分为
两种弹性流体;一种适宜于
呼吸,而另一种则不能被呼吸
由以上所述可见,我们的大气是由在普通温度和它所受到的常压下能够
保持气态的各种物质的混合物所组成的.这些流体构成气团,其中部分是同
质的,气团由地球表面扩展到迄今所达到的最高处,其密度与压在上面的重
量成反比地逐渐减小.不过,正如我在前面所谈到的,这第一个气层有可能
被极为不同的流体所组成的另外几个气层所覆盖.
在这里,我们的任务是尽力通过实验,去确定组成我们生活于其间的下
部气层的弹性流体的本质.现代化学已经在这种研究方面取得了重大进展;
由下列详细叙述将会看到,与确定其他种类的物质的分析方法相比,人们已
经更为严格地确定了空气分析方法.化学提供的确定物体组成要素的一般方
法有两种,即分析方法和合成方法.譬如,当水与醇化合得到各种酒,也就
是商业语言中所说的白兰地或酒精时,我们肯定有权断言,白兰地或酒精是
由与水化合了的醇所组成的.我们可以用分析方法得到同样的结果;总的说
来,没有这两种证明决不满足,这应当被看作是化学科学中的一个原理.
我们在空气分析方面有这个有利条件,既能够将其分解,又能够用极为
令人满意的方式重新使其形成.然而,我现在将只限于详细叙述与这个标题
有关的极具结论性的那些实验;我可以认为这些实验的大多数都是我本人
的,我用全新的观点,以分析空气为目的,或者首先发明了这些实验,或者
重复了他人的实验.
我取一个容积约为36立方吋的长颈卵形瓶A(图版Ⅱ,图14),其长
颈BCDE的内径有六或七吩,使瓶颈弯曲如图版Ⅳ图2,以便使其置于炉子
MMNN之中,用颈端E能够插入玻璃钟罩FG的这样一种方式,将其置于水银
槽RRSS之中;我用一个虹吸管往长颈卵形瓶中导入四盎司纯汞,抽出容器
FG中的空气以使水银上升至LL,并贴一张纸条仔细地标明这个高度.精确
地标明了温度计和气压计的高度之后,我点燃炉子MMNN中的火,让火持续
烧燃了差不多十二天,使水银几乎总是处于其沸点状态.第一天没有发生异
常情况:汞虽然没有沸腾,但却不断蒸发,以微滴形式覆盖了器皿的内表面,
这些汞滴起初由于不断增大至足够的体积,结果掉回器皿底部的汞中.第二
天,汞的表面开始出现红色微粒,接下来的四五天,这些微粒在大小和数目
上不断增加,此后,两方面的增加便停止下来.在十二天末,由于见汞根本
就不再煅烧,我就熄灭了炉子,让器皿冷却.长颈卵形瓶瓶体和瓶颈以及钟
罩中的空气减少至气压计中的介质处于28吋处,温度计的标度至10°(54.5
°),而实验开始时空气则约有50立方吋.实验结束时,减少至同
样的介质压力和温度,剩下的空气只有或立方吋;因此它失去了约4243
1
6
的体积.后来,我收集了实验中形成的漂浮在流动的汞中的红色微粒,发现
它们共有45格令.
由于难以在一个实验中既保存我们所处理的全部空气,又收集煅烧过程
中形成的全部红色微粒或汞灰,因此我不得不数次重复这个实验.因此,以
后将常常发生这种情况,即我对一个细节给出性质相同的两三个实验结果.
这个实验中汞煅烧后所剩下的空气减少到原有体积的,既不再适宜
5
6
于呼吸又不再适宜于燃烧;置于其中的动物在数秒之内便窒息,而且小蜡烛
一伸进去就熄灭,就好象它浸在水里一样.
其次,我取这个实验中形成的45格令红色物质,将其置于一个小玻璃
曲颈瓶之内,取一个适当的装置接受能够被提取的液体或气态产物:用火加
热了炉子中的曲颈瓶之后,我观察到,随红色物质逐渐受热,其颜色愈来愈
深.当曲颈瓶接近炽热时,红色物质开始逐渐地大量减少,几分钟之后就全
部消失了;同时在容器中收集到格令的流动汞,在玻璃钟罩中收集到41
1
2
7
或8立方吋的弹性流体,该流体助呼吸和助燃烧的能力比大气要强得多.
将这种空气的一部分置于直径约为一时的玻璃试管中,显示出如下性
质:小蜡烛在其中燃烧发出眩目的光辉,炭不是象它在普通空气中那样平静
地燃毁,而是象磷一样腾起火焰燃烧,放出耀眼之光使双眼几乎难以忍受.
这种空气几乎同时被普里斯特利(Priestley)先生,舍勒先生以及我本人
所发现.普里斯特利先生给它取了个名字叫做脱燃素空气
(dephlogisticated air),舍勒先生把它称作火空气(empyreal air).
起初我把它命名为极适宜于呼吸的空气(highly respirable air),后来
则用生命空气(vital air)这一术语代替它.一会儿我们就会明白,我们
应当如何看待这些名称.
在思考这个实验细节的过程中,我们易于看出,汞在煅烧时吸收了空气
中有益健康和适宜于呼吸的部分,或者更严格地说,是这种适宜于呼吸部分
的基;剩下的空气是一种毒气,不能助燃烧或助呼吸;因此大气是由两种具
有不同和相反品质的弹性流体所组成.作为这个重要真理的一个证明,如果
我们让这两种弹性流体重新组合,这两种流体我们已在上述实验中分别得
到,即42立方吋毒气和8立方吋适宜于呼吸的空气,我们就会再造出恰好
与大气类似并且几乎具有同样的助燃烧,助呼吸以及有助于金属煅燃的能力
的空气.
尽管这个实验给我们提供了获取彼此独立地组成我们的大气的两种主
要弹性流体的一个极其简单的手段,但它对于这二者按什么比例成为大气的
组成部分却没有使我们得到一个确切的概念:汞之对于空气的适宜于呼吸部
分的吸引,更确切地说对于其基的吸引,还不足以强到克服反抗这种结合的
一切情况.这些障碍就是大气的两个组成部分的彼此粘附力,以及使生命空
气的基与热素结合的有择吸引力;由于这些缘故,当煅烧完结时,或者至少
在某一确定量的大气中煅烧尽可能进行得很完全时,仍然会剩下一部分适宜
于呼吸的空气与毒气结合着,汞不能将其分离出来.以后我将说明,至少在
我们这个地带,大气是由适宜于呼吸的空气与有毒空气按27与73之比组成
的;此外我还将讨论就这个比例的精确性而论仍然存在着不确定性的诸种原
因.
由于汞煅烧时空气被分解,其适宜于呼吸部分的基被固定并且与汞化
合,因此由已经确立的诸原理可以推定,在这个过程中,热素和光必定被分
离出来,不过下列两个原因妨碍我们去感觉这种情况的发生:由于煅烧持续
数天,因此热素和光的分离在很长的时间范围内展开,而在每个特定的时刻
就微乎其微,结果就不可察觉了;其次,由于依靠炉子中的火进行操作,煅
烧本身所产生的热与由炉子所发生的热相混淆了.我也许增加了空气的适宜
于呼吸部分,或者确切地说是其基,这部分空气在开始与汞化合时没有放弃
由它原来所容纳但在新化合物形成之后仍然部分保留的所有热素;不过关于
这一点的讨论以及来自实验的证据,不属于我们这个部分的主题.
然而,促使空气以较快的方式发生分解,易于使热素和光的分离对于知
觉来说变得明显.铁极适合这个目的,因为它所具有的对适宜于呼吸的空气
的基的亲合力比汞要强得多.英根豪茨(Ingen-houz)先生关于铁的燃烧的
第一流实验,众所周知.取一段细铁丝弯成螺旋形BC(图版Ⅳ,图17),
将其一端B固定在软木塞A中,软木塞适合于瓶DEFG的颈,将铁丝的另一
端C上固定一点点引火物.这样准备好了时,将瓶子DEFG充满失去了有毒
部分的空气;然后点燃固定在铁丝上的引火物,将其迅速插入瓶中,用软木
塞A将瓶塞住,如图所示(图版Ⅳ,图17).引火物一与生命空气接触,就
开始极为剧烈地燃烧;而且,当烧到铁丝上时,铁丝也着火迅速燃烧起来,
放出耀眼的火花,火花以小圆球形状落至器皿底部,小圆球冷却时变黑但仍
有一定程度的金属光泽.这样燃烧了的铁甚至比玻璃更脆,易于弄碎成为粉
末,而且仍然可被磁铁吸引,不过吸引程度不如它燃烧前那么强.由于英根
豪茨先生既没有检查铁所发生的变化,也没有检查这个操作所引起的空气的
变化,因此我就用一套适合于阐明我的独特见解的装置,在不同情况下重复
了这个实验,实验如下.
将玻璃钟罩A(图版Ⅳ,图3)充满约六品脱的纯粹空气或极适宜于呼
吸的那部分空气之后,我用一个非常平的容器将钟罩移进水银浴槽BC中,
并用吸墨水纸小心地使钟罩内外的汞面完全干燥.然后我配备了一个非常平
敞的小瓷皿D,将若干个小铁片扭成螺旋形放入其中,以看上去最利于燃烧
传到每个部分这样一种方式放置铁片.将一点点引火物固定在其中一个铁片
的末端,在引火物上加上约十六分之一格令的磷,接着把钟罩稍微提起,将
装有东西的瓷皿放进纯粹空气之中.我知道,用这种方法,一些普通空气必
定会与玻璃钟罩内的纯粹空气混合;不过要是行动敏捷的话,这就微不足
道,无碍于实验的成功.这么做时,用弯管GHI从玻璃钟罩内吸出一部分空
气,以使玻璃钟罩内的汞上升至EF;为了防止汞进入弯管,用一小片纸绕盖
住其末端.在吸空气时,如果仅仅利用两肺的运动,我们就不能使汞升到一
时或一时半以上;但是,适当地利用口腔肌肉,我们就能毫不困难地使它升
高六或七吋.
然后,我把一段铁丝MN(图版Ⅳ,图16)有意适当弄弯,用火使其炽
热,将其透过汞插入容器之中,使其与引火物上的小块磷接触.磷立即着火,
又引起引火物着火,再引起铁着火.如果铁片放置得适当,全部的铁都会燃
烧,直至最后的一个铁粒,放出与中国烟花类似的耀眼白光.这种燃烧产生
的强热使铁熔为大小不同的小圆球,其中的大部分落进瓷杯中;但有一些却
离开瓷杯浮在汞面上.燃烧开始时,由于热引起的膨胀,使玻璃钟罩中的空
气体积略有增加;但是不一会儿,空气就迅速减少,汞在玻璃钟罩内上升;
如此,当铁量足够多且操作空气极纯时,所用空气几乎全都被吸收.
在这个地方注意这一点是适当的,即除非是为了发现所做的实验,用适
量的铁燃烧较好;因为如果这个实验被扩展得太多以致吸收了许多空气的
话,浮在水银上的杯子D就会与玻璃钟罩的底部靠得太近;产生的强热由于
与冷汞接触引起突然冷却,易于使玻璃破碎.在这种情况下,玻璃上最小裂
缝产生的瞬间所发生的汞柱的突然下降,会使槽中喷射出一大部分水银,产
生一股射流.为避免这种麻烦,确保实验成功,在一个装有约八品脱空气的
玻璃钟罩中燃烧一格罗斯半铁就够了.而且玻璃应当强固,能够承受它必须
承受的汞柱的重量.
靠这个实验不可能一次即确定铁所得到的额外重量,又确定空气中发生
的变化.如果要弄清铁所增加的额外重量,以及该重量与吸收的空气之间的
比例,我们就得小心地用金刚石在玻璃钟罩上刻下实验前后汞的高度①.此
后,象以前那样,用一小片纸防止弯管GH(图版Ⅳ,图3)充汞,将弯管插
入玻璃钟罩之下,把拇指放在弯管的G端上,控制空气的通路;用这种方法
让空气逐渐进去,使汞降至其水平线.这么做时,要小心地移动玻璃钟罩,
要精确地搜集落在杯子中,散布在周围以及浮在汞面上的小熔铁球,全部都
要称量.我们将发现,铁处于老化学家们所说的玛尔斯黑剂
(martialethiops)①状态,有一定程度的金属光泽,非常脆,在小锤之下
或研杵钵之间易成粉末.若实验极为成功,由100格令的铁能得到135或136
① 还必须同样注意,要把实验前后玻璃钟罩中所盛空气折合成普通温度和压力,否则,后面的计算结果就
是错的.——E
① 玛尔斯(Mars),火星,罗马神话中的战神,西方古代炼金术士用它表示铁;黑剂(ethiops),已被废
除的词,古指暗色化学制剂,尤指金属盐类.所谓玛尔斯黑剂,实际上是磁性氧化铁.——c
格令的黑剂,增加百分之35.
如果全力关注这个值得关注的实验,我们就会发现减少的空气重量正好
等于铁所得到的重量.因此,由于燃烧的100格令的铁得到35格令的额外
重量,就将发现空气正好减少70立方吋;结果,我们将发现,生命空气的
重量差不多相当于每立方吋半格令;结果,一种物质增加的重量实际上恰好
与另一种物质失去的重量相一致.
我要在这里说一次以后就不再提到的是,在每一个这类实验中,空气在
实验前后的压力和温度在计算中均须化为温度计上10°(54.5°),气压计
上28时的普通标准.在接近本书书末的地方,会精确详细阐述进行这种必
要换算的方式.
如果需要对这个实验之后所剩空气的本质加以检验,我们就得用一种稍
微不同的方式进行操作.在燃烧结束之后,器皿冷却下来,我们首先从水银
中把手伸进玻璃钟罩,取出瓷杯和燃烧过的铁;接着导入一些草碱,苛性碱
或草碱硫化物的溶液,或者经鉴定适合用于检验某种与剩余空气作用的其他
物质.后面,在我对这里只是偶然提及的这些不同的物质的本质加以解释之
后,我要对这些分析空气的方法作一说明.在这种检验之后,向玻璃钟罩中
引入其中的水银那么多的水将其取代,然后把一个浅底盘放在玻璃钟罩下
面,将其移进普通水封气体化学装置之中,在这里可以详细,方便地对剩余
空气进行检验.
如果在这个实验中使用十分柔软,十分纯的铁,并且燃烧是在极纯的适
宜于呼吸的空气或生命空气之中完成,那么就可发现,燃烧之后剩下的空气
与它在燃烧之前一样纯,完全没混进有害或有毒部分;但是很难发现铁完全
不含一点点炭状物质,该物质主要富含于钢中.也极难获得完全不含某种毒
气混合物的纯粹空气,纯粹空气几乎总是被毒气所污染;但是这种有害空气
对实验结果没有丝毫的影响,因为总是发现它在最后的份额正好与最初的相
同.
我在前面提到,我们有两种方法确定大气的组成部分,即分析的方法与
合成的方法.汞的煅烧给我们提供了这两种方法的例子,因为用汞夺取了大
气的基中的适宜于呼吸的部分之后,我们又使其恢复了原状,结果重组了与
大气完全相似的一种空气.但是,我们从不同的自然界①借用的组成材料,
可以同样合成这种大气的成分.今后我们将看到,当动物物质在硝酸中被溶
解时,就分离出大量的气体,这种气体使火光熄灭,而且不适宜于动物的呼
吸,恰恰与大气的有害部分或有毒部分相似.而且,如果我们取73份重量
的这种弹性流体,使其与由煅汞中获得的27份极适宜于呼吸的空气相混合,
我们就将制得在所有性质上皆与大气严格相似的一种弹性流体.
把大气的适宜于呼吸部分与有害部分分离开来有多种方法,不过,不预
① 这里的自然界(kingdoms of nature)是指动物,植物,矿物三界.——C
先介绍严格说来属于后续各章的知识,就不可能在这一部分之中注意到这些
方法.已经引证的实验对于一部基础论著来说,也许足够了;就这个实质而
论,我们选择证据的种类比其数目要重要得多.
我在结束这一章时要指出的是,大气及所有已知气体皆具有溶解水的属
性,这种属性极为重要,在所有这种性质的实验中都要注意.索修尔
(Saussure)先生通过实验发现,一立方呎的大气能够容纳12格令处于溶
化状态的水:其他气体,如碳酸一样,似乎能够溶解更大量的水;不过还缺
乏确定其比例的实验.这种被气体所容纳的溶化状态的水,在许多实验中引
起各种特殊的现象,需要给予足够的注意,这通常证明是化学家们在确定其
实验结果过程中出现大的失误的根源.
第四章
大气的几个组成部分的命名
到目前为止,我不得已一直采用迂回说法来表示构成我们大气的几种物
质的本质,暂时使用了空气的适宜于呼吸,有害或不适宜于呼吸的部分等术
语.但是,我打算进行的研究需要更直接的表达方式;而且,由于现在已经
就构成大气的组成部分的不同物质尽力给出了简单而清楚的思想,今后我将
用同样简单的言词表达这些思想.
我们地球的温度十分接近于水成为固体及由固体相应地变为流体时的
温度,而且,由于这种现象通常都发生在我们的观察之下,由此自然得出,
至少在每个有冬季温度的地带的语言中,都有一个术语用来表示失去了热素
的固态水.然而,尚未发现必定就有一个名称表示由于增加热素的量而变成
蒸气状态的水;由于那些并不特别研究这种对象的人们仍然不知道,当温度
只比沸腾热高一点点时,水就变成一种弹性气态流体,象其他气体一样,能
被容纳或装于器皿之中,而且只要仍然处于80℃(212℃)的温度上及不超
过汞气压计28吋的压力下,它就维持其气体状态.由于一般没有观察这种
现象,因此没有哪种语言使用一个特别的术语来表示这种状态的水①;就一
切流体以及处于我们大气的普通温度及平常压力而不蒸发的所有物质来
说,出现的也是同样情况.
由于类似的原因,大多数气态流体的液态或有形状态也一直没有被赋予
名称:人们以前不知道它们是由热素与某些基化合而产生的;而且,由于没
有看见它们处于液态或者固态,因此甚至连自然哲学家们都不曾知道它们以
这两种形式存在.
我们没有妄自更换这些被古来的习惯神圣化了的术语,而继续在通常的
词意上使用水和冰这两个词.我们照样保留空气这个词来表示组成我们大气
的那种弹性流体的集合;但是我们并役有认为必须同样看重被近来的哲学家
们所采用的现代术语,而认为我们自己有权抛弃诸如此类被用来表示物质,
而看上去易于引起错误的物质观念的术语,无论是以新术语代替的,还是采
取在对旧术语加以限定之后,再用来表达更为确定的观念这样一种方式所采
用的.新词主要按照其词源所表示的关于那种要被代表的东西的某种观念这
种一种方式,取自希腊语;而且我们总是尽力让这些词简短,并且使其具有
可变成形容词和动词的特性.
遵循这些原则,我们已经仿照马凯(Macquer)先生的范例,保留了范 赫
尔蒙特(van Helmont)所使用的气体(gas)这个术语,把很多种弹性气态
流体归在这个名称之下,唯将大气除外.因此,气体在我们的命名法中就成
了一个全称术语,表示任何物体最大程度地被热素所饱和;事实上,这是一
① 在英语中,水蒸气(steam)一词专门用来指蒸气(vapour)状态的水.——E
个表示存在方式的术语.为了对每种气体加以区分,我们使用由基的名称衍
生而来的另一个名称,这种基被热素所饱和,形成每种特殊的气体.于是,
我们把与热素化合而饱和形成弹性流体的水命名为水气(aqueous gas);
把按同样方式化合了的醚命名为醚气(etherial gas);醇与热素的化合物
就是醇气(alcoholic gas);遵循同样的原则,对于每种易与热素化合的
物质,都设想它们呈气态或弹性气态,按这种方式,我们就有盐酸气
(muriatic acid gas),氨气(ammoniacal gas)等等名称.
我们已经明白,大气是由两种气体或弹性流体组成的,其中的一种通过
呼吸能够有助于动物的生命,金属在其中可煅烧,可燃物体在其中能燃烧;
相反,另一种则具有正好相反的特性;它不能被动物呼吸,既不容许易燃物
体燃烧也不容许金属煅烧.我们由oξvs即acidum①以及γεivoμal即
gignor②将前者或者空气的适宜于呼吸部分的基命名为氧(oxygen);因为
实际上,这种基最一般的性质之一,就是与许多不同物质化合形成酸.我们
把这种基与热素的结合称作氧气(oxygen gas),它与以前叫做纯粹或生命
空气(pure or vitalair)的东西是同一种东西.这种气体在10°(54.50
°)温度及与气压计28吋相等的压力的重量,是每立方吋半格令,或者是
每立方呎一司半.
由于大气的有害部分的化学性质迄今只知道一点点,因此我们已经满足
于根据它具有杀死那些被迫呼吸它的动物的这种已知性质,得出其基的名
称,由希腊文否定词a和扣ξω■即vita③把它命名为氮(azote);所以,
大气的有害部分的名称就是氮气(azotic gas);在同样温度和同样压力下
其重量是每立方呎1盎司2格罗斯48格令,或每立方吋0.4444格令.我们
不能否认,这个名称看上去有点怪;但是对于所有的新术语来说,情况必定
如此,新术语直到某个时候通行之前,不能指望人们就熟悉它们.我们长期
尽力寻找一个更恰当的名称,却没有成功;最初提出把它叫做碱气
(alkaligengas),因为根据贝托莱先生的实验,它似乎是氨或挥发碱的组
成部分;但是我们至今尚无证据表明它是其他各种碱的一种组成元素;此
外,它被证明是硝酸的组成部分,这就为以前把它称为氮(nitro-gen)提
供了很好的理由.由于这些原因,由于发现有必要抛弃按照系统的原则所提
出的任何名称,我们认为我们在采用氮(azote)和氮气(azotic gas)的
术语时没有犯错误的风险,这术语表达的只是一个事实,或者说表达它所具
有的使呼吸它的动物丧失生命这样一种性质.
假若我在这个地方开始讨论几种气体的命名法的话,我就应当提前讨论
更适合于留在以下各章中的主题:在本书的这一部分,足以制定出据以得到
① 希腊文和拉丁文,意为"酸".——c
② 希腊文和拉丁文,意为"产生者".——C
③ 希腊文和拉丁文,意为"生命".——C
这些气体的名称的各种原则.我们采用的这种命名法的主要优点就是,一旦
有一个适当的术语来辩识一种简单的基本物质,那么就可以很快由这个第一
名称必然地导出其所有化合物的名称.
第五章
论用硫,磷与炭
分解氧气,酸形成通论
在做实验的过程中,一个决不应当违背的必要原则就是,实验要尽可能
地简化,每个能使实验结果变得复杂的情况都要仔细地予以消除.为此,在
构成本章对象的实验之中,我们决不使用大气,因为它不是简单物质.构成
其混合物的一部分的氮气,在燃烧和煅烧中确实仅仅处于钝态;但是,除了
它非常严重地妨碍这些操作之外,我们并非有把握认为它在某种情况下不会
改变其结果;由于这个理由,我认为必须在下述表明纯氧气中的燃烧所产生
的种种效应的实验中,只使用这种气体,来消除可能引起这种疑虑的原因;
当氧气或纯粹的生命空气以不同比例与氮气相混合时,我将会谈到发生这些
结果之中的各种差异.
将容量为六,七品脱的玻璃钟罩A(图版Ⅳ,图3)充满氧气之后,我
用一个下面滑溜的浅底玻璃盘将其从充满水的水槽中移进水银浴中,并且在
使汞干燥之后,将格令的孔克尔磷(')导入玻璃61
1
4
Kunkels phosphorus
钟罩A下面两个象D(图3)所描绘的小瓷杯之中;而且,我可以分别点燃
每一份磷,而为了防止一个盘子的引燃另一个盘子,其中一个盘子要用一块
玻璃板盖住.然后,我用弯管GHI吸出一份足够的氧气,使水银在玻璃钟罩
内升至EF处.此后,我用红热状的弯铁丝(图16),相继点燃两份磷,先
点燃没用玻璃板盖住的那一份.燃烧极为迅速,伴有耀眼的光芒,放出大量
的光和热.由于引起的强热,气体首先大量膨胀,但此后不久汞就恢复到原
来的水平面上,气体被大量吸收;同时,玻璃钟罩的内壁被层层固化了的白
亮的磷酸所覆盖.
在以上所说明的这个实验的开始,氧气的量化为普通标准总量为162立
方时;在燃烧结束之后,同样化为该标准,则只剩下立方吋;因此燃23
1
4
烧时吸收的氧气的量是立方吋,等于格令.138
3
4
69.375
杯底剩下的一部分磷没有消耗掉,将其冲洗下来与酸分开,重约16
1
4
格令;因此,约有45格令的磷燃烧了:但是,由于不可能避免一二格令的
误差,就此而言,我认为余下的量是可靠的.因此,在这个实验中,由于约
45格令的磷与69.375格令的氧结合,由于有重量的物质不能穿过玻璃冒出
来,所以我们就有权断定,由燃烧产生的白色片状物质的重量,必定等于所
用磷和氧的重量,也就是114.375格令.我们不久就将发现,这些片状物完
全由一种固体酸或固化酸所组成.当我们把这些物质的重量折算为一百份
时,就会发现,100份磷需要154份氧来饱和,这种化合将产生254份白色
羊毛似的片状固化磷酸.
这个实验以最使人信服的方式证明,在一定的温度上,氧所具有的对磷
的有择吸引或亲和力强于对热素的有择吸引或亲和力;由于这个缘故,磷吸
引氧气的基,使其脱离热素,而被离析出来的热素便使自己扩散于周围物体
上.不过,虽然这个实验这么具有完全的决定性,但它仍不具有足够的严密
性,因为在所描述的装置中,不可能弄清所形成的片状固化酸的重量;因此,
我们只能通过计量所用的氧和磷的重量来确定它;但是,由于在物理学和化
学中,对能用直接实验开清的东西进行猜想,是不可允许的,因此我认为必
须在更大的规模上,用一套不同的装置重复这个实验如下.
我取一个直径为三吋开口的球形玻璃瓶A(图版Ⅳ,图4),配一个用
金刚砂磨了的水晶瓶塞,塞上打有两个孔插管子yyy和xxx.在用塞子塞上
球形瓶之前,我放进一个支座BC,支座顶上放一瓷杯D,杯中装有150格令
磷;然后把塞子装到球形瓶口上,用厚厚的封泥封住,盖上涂有生石灰和蛋
白的亚麻布:当封泥完全干燥时,整个装置的重量经测定在一格令或一格令
半之内.接着,我用一个接在管子xxx上的气泵抽空球形瓶,然后用配有一
个活塞的管子yyy导入氧气.用默斯尼尔(Meusnier)先生和我在1782年
《科学院文集》第466页所描述的水气机(hydropneumatic Machine),能
极容易极精确地完成这种实验,由于默斯尼尔后来所做的增补和更正,在本
书后面的部分将对这种水气机加以解释.用这个仪器,我们能以极精确的方
式,弄清导入球形瓶中的氧气的量,及实验过程中消耗的氧气的量.
当一切准备就绪时,我就用一面取火镜(burning glass)引燃磷.燃
烧极为迅速,伴有耀眼的光芒和大量的热;由于实验过程继续进行,大量白
片贴在球形瓶的内表面,最后使球形瓶变得极不透光.这些白片最后变得如
此之多,以致虽然不断补充本已维持了燃烧的新鲜氧气,然而磷却很快就熄
灭了.让装置完全冷却下来之后,我首先弄清了所使用的氧气的量,并且在
打开球形瓶之前对其精确称量.我接着冲洗下杯子中剩下的少量磷,并且使
其干燥,进行称量,以便确定实验中消耗的磷的总量;磷的这种残留物是黄
赭色的.显然,靠这几个预防措施,我可以容易地确定,第一,所消耗的磷
的重量;第二,由燃烧产生的白片的重量;第三,与磷化合的氧的重量.这
个实验得到了与前一个实验极为接近的同样结果,因为它证明,磷在其燃烧
过程中吸收的氧的重量只比其本身重量的一倍半稍稍多一点;我更有把握地
认识到,该实验中产生的新物质的重量恰好等于所消耗的磷的重量与所吸收
的氧的重量之和,这的确易于演绎地确定.如果所使用的氧气是纯的,那么
燃烧之后的残留物就与所使用的气体一样纯;这证明没有什么东西能够离开
磷去改变氧气的纯度,证明磷的唯一作用就是把以前与热素结合着的氧与热
素分离开来.
我在上面提到,当任何可燃物体在一个中空的冰球或完全按这个原理构
造的一套装置中燃烧时,燃烧过程中融化的冰量正好就是被释放的热素的
量.关于这一点,可查阅德 拉普拉斯先生和我提交的论文(1780年,第
355页).在对磷的燃烧做了这种试验之后,我们发现,一磅磷在其燃烧过
程中熔化了100磅多一点的冰.
磷在大气中的燃烧与在氧气中的燃烧同样彻底,差异在于,由于与氧气
相混合的比例很大的氮气的妨碍,使得磷在大气中的燃烧要缓慢得多,而
且,由于只有氧气被吸收,氮气的比例变得很大,有利于终止实验使燃烧结
束,以致所使用的空气只有五分之一被吸收.
我已经指出过,磷经燃烧变成了一种极亮的白色片状物质;而且其性质
完全被这种转化所改变:它不仅由不溶于水而变成可溶的,而且极为贪潮以
致吸引空气中的湿气迅速得惊人;它用这种方式变成一种比水稠得多,比水
的比重大的液体.磷在燃烧前所处的状态中,几乎没有任何感觉得到的味
道;通过与氧结合,它获得了一种极强烈的酸味:一句话,它由一种可燃物
体变成了一种不可燃物质,并且成为被称作酸的那类物体中的一种.
不一会儿我们就会发现,可燃物质由于加氧而被转化成为酸的这种性
质,为许多物体所具有:因此,严密的逻辑要求我们采用一个一般的术语,
来表示所有这些产生类似结果的操作;这是简化学习科学的真正途径,因为
不分类整理就记住所有细节是完全不可能的.由于这个原因,我们将用氧化
(oxygenation)这个术语,来表示磷由于与氧结合而向酸的转化,以及更
为一般的,氧与可燃物质的每种化合:据此,我将采用动词氧化
(oxygenate),而且因此要说,在氧化(oxygenating)磷的过程中,我们
将其转化为酸.
硫也是一种可燃物体,或者换言之,它是一种具有把氧从曾与之化合的
热素那里吸引过来而使氧气分解的能力的物体.这可以通过与我们用磷所做
的实验极为相似的实验,非常容易地得到证明;不过有必要提出这个前提,
即在用硫所进行的这些操作当中,不能指望结果与用磷所进行的操作结果同
样精确;因为硫的燃烧所形成的酸难以凝结,还因为硫的燃烧较为困难,而
且硫可溶于不同气体之中.但是,由我自己的实验,我可以有把握地断言,
燃烧中的硫吸收氧气;产生的酸比燃烧了的硫重得多;其重量等于燃烧了的
硫的重量与吸收的氧的重量之和;最后,这种酸重而不燃,可以任何比例与
水相溶和:关于这一点所剩下的唯一不确定的东西,只是关于成为该酸的组
成部分的硫和氧的比例.
按照我们目前关于炭的所有知识,它必定被看成是一种简单的可燃物
体,炭也具有吸收氧气的基使之与热素分离从而分解氧气的性质:但是由这
种燃烧产生的酸在常温下并不凝结;在我们大气的压力下,它处于气体状
态,需要很大比例的水与其化合或使其溶解.然而,虽然程度较弱,这种酸
却具有其他酸所有已知的性质,而且它和它们一样,与能形成中性盐的所有
的基化合.
炭在氧气中的燃烧可以象磷在置于汞上面的玻璃钟罩A(图版Ⅳ,图3)
中的燃烧那样完成:但是,由于红热状态的铁的热不足以点燃炭,我们就得
加一粒很微小的磷作为一点点引火物,照用铁点火所做的实验中说明的方式
去进行.这个实验的详细说明,可在1781年《科学院文集》第448页中找
到.通过这个实验,似乎28份重量的炭需要72份氧来饱和,而且,所产生
的这种气态酸的重量正好等于所使用的炭和氧气的重量之和.这种气态酸曾
被最初发现它的化学家们称作固定空气或可固定空气(fixed or fixable
air);他们当时并不知道它是否就是与那种被燃烧所污染或腐蚀了的大气
或其他弹性流体相似的空气;但是,因为现已弄清,它是一种酸,就象通过
其特定基的氧化而形成的所有其他酸一样,因此,固定空气这个名称显然就
是极不可取的了①.
通过在第35页所提到的装置中燃烧炭,德 拉普拉斯先生和我发现,
一磅炭熔化96磅6盎司的冰;燃烧过程中,有2磅9盎司1格罗斯10格令
的氧被吸收,形成3磅9盎司1格罗斯10格令的酸.这种气体在上面提到
的普通标准的温度和压力下每立方吋重0.695格令,因此一磅炭燃烧产生
34,242立方吋的酸气.
我可以成倍地增加这些实验,并可以用为数甚多的一个接一个的事实说
明,所有的酸都是由某些物质燃烧形成的;但是,我所制定的由已弄清的事
实到未知的东西,以及只从已经得到解释的细节引出例子的计划,阻止我在
这个地方这么做.不过,在此期间,上面引证的这三个例子或许足以对酸形
成的方式给出一个清晰,精确的概念.通过这些例子,可以清楚地看到,氧
是所有由其构成酸性的物质所共有的一种元素,这些物质随被氧化或被酸化
的物质本性的不同而相互区别.因此,在每一种酸中,我们必须注意对可酸
化的基,即德 莫维先生所称的根(radical),与酸化要素或氧加以区分.
① 虽然这里被作者省略了,但可以适当注意到,依照新命名法的一般原理,此酸被拉瓦锡先生及其同事们
称作碳酸,处于气态时称作碳酸气.——E
第六章
论酸的普通命名,尤其是从
硝石和海盐中提取的酸的命名
根据上一章所制定的原则,极容易制定酸的系统命名法:由于酸这个词
被用作全称术语,每种酸在语言上自然就由其基或根的名称区分开来.这
样,我们就把酸的总称赋予磷,硫和炭的燃烧或氧化产物;这些产物分别被
称为磷酸(phosphoric acid),硫酸(sulphuricacid)和碳酸(carbonic
acid).
然而,在可燃物及部分可转化为酸的物体的氧化过程中,有一件值得注
意的事情,即它们与氧可以有不同的饱和度,而且,所产生的酸虽然是由相
同的元素结合而形成,但依比例的差异而具有不同的性质.关于这一点,磷
酸,尤其是硫酸,给我们提供了例子.当硫与小比例的氧化合时,它就形成
一种处于第一或较低氧化度的挥发性酸,该酸有刺激性气味,具有非常特殊
的性质.用较大比例的氧,它就变成一种没有气味的固定的重酸,而且它与
其他物体化合得到的产物与由前者提供的产物差异甚大.在这种情况下,我
们的命名原则似乎是失败的;而且似乎不罗嗦就难以由可酸化基的名称导出
那些清楚地表达这两种饱和度或氧化度的术语来.然而,通过对这个问题的
思考.或者更确式地说是出自这种情况的必然性,我们一直认为,简单地改
变它们的特殊名称的词尾来表达酸在氧化过程的这些变体,是可以允许的.
从前施塔尔所知道的由硫产生的挥发酸名叫亚硫酸(sulphurous acid)①.
我们已经保留了这个术语,表示未被氧充分饱和的硫所产生的这种酸;用硫
酸这个名称表示另一种完全饱和或氧化了的酸.因此,我们将用这种新的化
学语言来说,硫在与氧化合的过程中可有两种饱和度:第一度或低度构成亚
硫酸,该酸是挥发性的和刺激性的;而第二饱和度或高饱和度产生硫酸,该
酸是固定的和无气味的.我们将采用词尾的这种差异表示所有取几种饱和度
的酸.因此,我们就有亚硫酸,亚醋酸和醋酸(an acetous and an acetic
acid);以及类似情况下的其他名称.
假若每种酸本身被发现时人们就知道其基或根的话,那么化学科学的这
一部分就会极为简单,酸的命名法根本就不会象现在这样在旧的命名法中被
弄得混乱不堪.例如,由于磷在其酸被发现之前就是一种已知的物质,因此
这后一种物质当然就用一个由其可酸化基的名称导出的术语来表示.但是,
当正好相反,一种酸的发现碰巧在其基的发现之前时,或者更确切地说,当
它由之形成的可酸化基尚属未知时,用来表示二者的名称连极少的联系都没
① 英国化学家们以前用来表示这种酸的术语写作sul phureous;不过我们认为象上面那样拼写才合适,因为
这样可以更好地与后面所采用的nitrous(亚硝),carbonous(亚碳)等等的词尾本一致.我们一般用英语
词尾ic和ous译述作者的带有ique和cux词尾的术语,几乎无任何其他变化.——E
有;这样,不仅记忆被无用的名称所拖累,而且,甚至学生的心智,以及经
验丰富的化学家的心智,都会充满错误的观念,只有时间和思考能够将其根
除.我们可以举一个硫的例子,这个混乱的例子与酸有关:以前的化学家们
由铁矾(the vitriol of iron)获得这种酸,由产生这种酸的物质的名称,
给它取了个名字叫做矾酸(the vitriolicacid);而且,他们当时不知道,
通过燃烧由硫获得的酸恰恰就是同一种酸.
以前称为固定空气(fixed air)的气态酸也发生过同样的事情;由于
不知道这种酸就是炭与氧化的结果,人们就赋予它种种名称,这些名称没有
一个真正表达了关于其本质或起源的观念.我们发现,如果把矾酸的名称变
成硫酸,把固定空气的名称变成碳酸,那么,更正和修改与由已知基产生的
这两种酸有关的老式语言,就极为容易;但是对于其基尚不知道的酸来说,
不可能遵循这个方案;对于这些酸,我们只得采用一种相反的方案,不是由
其基的名称来形成酸的名称,而是被迫由已知酸的名称来给未知基命名.对
于由海盐获得的酸,情况就是如此.
为了使这种酸和它与之化合的碱基相分离,我们只有往海盐上倒硫酸;
泡腾立即发生,带有很强的刺激性气味的白汽出现,而且只要缓缓加热这种
混合物,所有的酸就被驱除了.由于在我们大气的普通温度和压力下这种酸
自然处于气态,因此我们就必须十分小心地将其保留在适当的容器之中.为
了做小实验,最简单,使用起来最方便的装置由一个小曲颈瓶G(图版V,
图5)组成,里面导入很干①的海盐,然后我们到上一些浓硫酸,立即把曲颈
瓶口放在事先充满水银的小广口瓶或玻璃钟罩A(同一个图版,同一幅图)
之下.被分离出来的酸气按其比例进入广口瓶,到达水银的顶部,将其取代.
当气体的分离减弱时,稍微加热曲颈瓶,然后逐渐加热,直至没有东西放出
为止.这种酸气对水有非常强的亲和力,水吸引大量的酸气,这一点通过往
装有这种气体的玻璃瓶中导入薄薄的一层水便可得到证明;因为全部酸气马
上就消失而与水化合.
这后一个细节在意欲获得液态海盐酸的实验室和工厂里得到了利用;为
此目的,要利用一个装置(图版Ⅳ,图1).其组成首先是一个平底曲颈瓶A,
其中放进海盐,然后通过开口H导入硫酸;第二是一个球形瓶或容器c,b,
用来容纳实验过程中放出的少量液体;第三是各有两个口,装有半瓶水的一
套瓶子L,L,L,L,用来吸收经蒸馏分离出来的气体.这个装置将在本书的
后一部分详加描述.
虽然我们既不能构成这种海盐酸,又不能分解它,但我们丝毫都不能怀
疑,这种酸与所有其他酸一样,是由氧与一种可酸化基结合而成的.因此,
我们照伯格曼行先生和德 莫维先生的样子,由以前用来表示海盐的拉丁词
① 为此目的,采用称作烧爆(decrepitation)的操作,此操作就在于在一个合适的器皿中使其处于近于赤热
状态,以使其所有的结晶水蒸发.——E
muria导出这个名称,把这种未知物质叫做盐基(muriatic base)或盐根
(muriatic radical).因此,由于不能确切地确定盐酸(muriatic acid)
的组成成分,我们就用这个术语来表示这种挥发性酸,该酸在我们大气的普
通温度和压力下保持气体形态,极容易大量地与水化合,其可酸化基与酸粘
附得如此密切,以致迄今尚未设计出什么方法将它们分开.如果发现盐酸的
这种可酸化基是一种已知物质,尽管它现在的身份尚属未知,那就必须用一
个与其基的名称相类似的名称来代替其现名称.
与硫酸及其他几种酸一样,盐酸可以有不同的氧化度;不过,过量的氧
对它产生的作用与同样情况对硫的酸(acid of sulphur)产生的作用相反.
低氧比度使硫变成挥发性气态酸,它只以很小的比例与水混合,而高氧化度
则形成具有许多强酸性质的酸,它极为固定,不能保持气体状态,但在高温
下无气味而且以很大比例与水混合.而对于盐酸,发生的情况正好相反;用
氧增加饱和度使其更具挥发性,更具刺激气味,更不易与水混合,并且削弱
了其酸性质.我们起初倾向于按照我们给硫的酸命名同样的方式,给这两种
饱和度命名,把氧化程度较小的叫做亚盐酸(muriatous acid),把被氧饱
和较多的称为盐酸:但是,由于后者在其各种化合作用中产生了非常特殊的
结果,由于化学中尚不知有什么东西与其类似,因此,我们就把盐酸的名称
留给了饱和程度较低者,而给后者一个复合的名称,即氧化盐酸(oxygenated
muriatic acid).
尽管从硝石(nitre or saltpetre)提取的这种酸的基或根较为熟知,
但我们却认为只有同样用盐酸的名称来规定其名称才是恰当的.用与所描述
的提取盐酸的程度相同的程序,用同样的装置(图版Ⅳ,图1),加入硫酸,
从硝石提取它.按该酸放出的比例,它在球形瓶或容器中部分冷凝,其余部
分被瓶子L,L,L,L中所盛的水所吸收;水依酸的浓度比例起初变绿,然
后变蓝,最后变黄.在这个操作过程中,混有少部分氮气的大量氧气被分离
出来.
这种酸与其他所有酸一样,由与一种可酸化基相结合的氧组成,而且恰
恰就是已完全弄清氧就存在于其中的那第一种酸.它的两种组成元素结合得
很弱,提供任何与氧的亲和力比这种酸特有的可酸化基对氧的亲和力更强的
物质,就易于将这两种组成元素分离出来.最初,通过这种类型的某些实验
发现,氮,即毒气或氮气的基,构成了其可酸化基或可酸化根,因而,硝石
的酸实际上是一种硝酸,由作为其基的氮与氧化合而成.由于这些原因,我
们很想能始终如一地遵循我们的原则,似乎不用氮的名称来称呼该酸,就得
把该基命名为硝根(nitric radical);但是,下述考虑阻止我们采用这两
个名称中的任何一个.第一,看来难以改变硝石的名称,这个名称在社会上,
制造业和化学中已被普通采用;另一方面,贝托莱先生已发现氮是挥发性碱
或氨的基,我们认为根据这种酸而将它称作硝根也不合适.因此,我们仍然
用氮这个术语表示这个部分大气的基,亦即硝根或氨根;而且,我们已经对
硝石的酸命了名,按照其所处的低和高所氧化度,将前者称为亚硝酸
(nitrous acid),将后者称为硝酸(nitric acid);这样,就保留了其
得到适当修改的以前的名称.
几位极有名望的化学家曾经不赞成这样尊重这些旧术语,希望我们丝毫
不要考虑古代的惯用法,而坚持完善一种新的化学语言;结果,由于沿着一
条中间道路,使我们受到一个化学家宗派的非难,并且受到对立党派的忠
告.
硝石的酸依其氧化度及作为其组成部分的氮和氧的比例,可以取许多独
立的状态.它由第一或最低氧化态,形成一种特殊的气体,我们将依旧把它
称为亚硝气(nitrous gas);它大约由两份重量的氧与一份重量的氮化合
而成;它在这种状态不溶于水.氮在这种气体中并没有被氧饱和,相反,它
对这种元素仍有很大的亲和力,而且甚至它一与大气候接触就将其从中吸引
出来.亚硝气与大气的这种化合甚至已经成为确定空气含氧量的方法之一,
从而也就成为弄清空气对健康的有益程度的方法之一.
氧的这种增加,使亚硝气转变成为一种强酸,该酸对水有很强的亲和
力,而且其本身就有不同的氧化度.当氧与氮的重量比低于三比一时,该酸
呈红色,并散发出大量的酸雾.它在这种状态经微热放出亚硝气,我们把处
于这种氧化度的物质称为亚硝酸(nitrousacid).
当四份重量的氧与一份重量的氮化合时,该酸清澈无色,在火中比亚硝
酸固定,气味较少,而且其组成元素结合得较牢固.依照我们命名法原则,
这种酸称为硝酸(nitric acid).
因此,硝酸就是超载了氧的硝石酸;亚硝酸就是超载了氮或者说超载了
亚硝气的硝石酸,后者就是没有被氧所充分饱和的,具有酸的性质的氮.对
于这个氧化度,我们在本书的以后部分已经给它赋予了氧化物(oxyd)这个
一般名称①.
① 严格按照新命名法的原则,表示氮处于几种氧化度的木语应当如下:氮,氮气(与热素化合了的氮),
氧化氮气,亚硝酸,硝酸,不过作者给出了他在这种情况中违背原则的理由.——E
第七章
论用金属分解氧气,
以及金属氧化物的形成
氧在一定程度上所具有的对加热了的金属的亲和力比对热素的亲和力
强;由于这个缘故,除金,银,铂之外的所有金属物体,都具有通过吸收与
热素化合了的氧气的基,而分解氧气的性质.我们已经说明这种分解借助于
汞和铁发生的方式;已经观察到,在第一种情况下,必须把它看成是一种缓
慢的燃烧,而在后一种情况下,燃烧极其迅速,并伴有耀眼的火焰.这些操
作中热的用处就是让金属粒子彼此分离,并削弱其内聚吸引或聚集吸引,或
者换个说法削弱它们彼此的相互吸引.
金属物质的绝对重量与它们吸收的氧的量成比例地增加;同时,它们失
去金属光泽,变成土状粉末物质.这种状态的金属必然不会被看成是完全被
氧饱和了的,因为它们对这种元素的作用被它与热素之间的亲和力所抵消.
因此,在金属煅烧时,氧受到两种独立和相反的力的作用,即它对热素的吸
引力和金属所施的力,由于后一种力超过了前一种力,一般说来前一种力无
足轻重,所以氧倾向于与后者结合.因此,当金属物质在大气或氧气中被氧
化时,它们不会象硫,磷,炭那样转化成为酸,而仅仅变成中间物质,该物
质虽然接近盐类,但却没有获得盐的性质.老的化学家们不仅把灰碴(calx)
的名称贴在这种状态的金属上,而且还把它贴在长时间受火的作用而没有被
熔化的每一种物体上.他们把灰碴这个词转变成一个一般术语,在这个术语
之下,他们把石灰土(calcareousearth)与金属相混淆,石灰土在煅烧之
前的确是中性盐,靠火而变成一种土碱,其重量失去一半,而金属则以同样
方式与一种新物质结合,其重量往往超过了原来的一半,由此,它们几乎成
了酸类.尤其是保留上述术语表示金属物质的这种状态,我们关于该状态的
性质所表达的必定是十分错误的观念,因此,这种把具有如此相反性质的物
质放在同一个属名之下的分类模式,违反了我们的命名原则.所以,我们完
全放弃了金属灰碴这一表达方式,而用源自希腊语οξνS的词即氧化物这
一术语来代替它.
由此可以看出,我们所采用的语言是丰富而有表现力的.物体的第一或
最低氧化度使物体转变成氧化物;增加的第二氧化度构成酸类,其种名取自
其特定的基,以ous结尾,如亚硝酸和亚硫酸(nitrous and sulphurous
acids);第三氧化度把这些酸变成以ic为词尾来区分的酸种,如硝酸和硫
酸(nitric and sulphuric acids);最后,我们可以在酸的名称上加上被
氧化的(oxygenated)一词,来表达第四或最高氧化度,如已经用过的氧化
盐酸一词.
我们没有把氧化物这一术语仅限于表达金属与氧的化合,而已经将其扩
展到表示一切物体的第一氧化度,这一氧化度没有将物体转变成酸,而是使
其接近盐类.于是,我们就把硫经初步燃烧转化而成的那种软物质取名为氧
化硫(oxyd of sulphur);我们用氧化磷(oxyd of phosphorus)这个名
称来称呼磷在燃烧后所剩下的黄色物质.按同样方式,亚硝气即处于其第一
氧化度的氮,就是氧化氮(oxyd of azote).同样,我们有大量源自植物
界和动物界的氧化物;而且我将在后面指出,这种新语言将极有助于阐明人
工操作及大自然之造化.
我们已经看到,几乎一切金属氧化物都有独特而持久的颜色.这些颜色
不仅因金属种类而别,而且依同种金属的不同氧化度而异.因此,我们还必
须给每个化合物增加两个性质形容词.一个表示被氧化的(oxydated)①金
属,而另一个则表示该氧化物的独特颜色.这样,我们就有黑色氧化铁,红
色氧化铁以及黄色氧化铁;这些措词分别与玛尔斯黑剂,铁丹,铁锈或赭石
这些老的无意义的术语相对应.同样,我们有灰色,黄色和红色氧化铅,它
们与铅灰,黄丹(massicot)及红丹(minium)这些同样错误或无意义的术
语相吻合.
这些名称有时变得相当长,当我们要指明由于与硝石一起爆炸或借助于
酸,金属是否在空气中被氧化时,尤其如此;但另一方面,它们转达的始终
是合理而准确的思想,这些思想与我们通过它们的用法想要表达的客体相符
合.通过本书的表格,这一切都将十分清楚明显地反映出来.
① 这里我们看到,按照从氧(oxygen)一词派生出动词氧化(to oxygenate),被氧化(oxy-genated),氧
化的(oxygenating)相同的方式,氧化物(oxyd)一词变成了动词氧化(to oxydate),被氧化(oxydated),
氧化的(oxydating).我不明白首先在这里再引入一个动词的绝对必要性,但是却认为在这样性质的一部
著作中,为了严格忠实于作者的思想,忽略每一种其他的考虑是译者的责任.——E
第八章
论水的基本要素,
论用炭和铁对其进行分解
直到不久前,水都一直被认为是一种简单物质,以致较老的化学家们认
为它是一种元素,对于他们来说这是不容置疑的,因为他们不能将其分解;
至少是由于完全忽视了每天在他们眼前发生的分解.但是我们却打算证明,
水决不是一种简单物质或基本物质.我在这里不是要妄撰这个迄今尚有争议
的发现史,这在1781年的《科学院文集》中已有详述,而只是提出关于水
的分解和成分的证据;我也许敢说,这些证据对于那些公正地对待它们的人
来说将是有说服力的.
第一个实验
将直径为8至12吩的玻璃管EP(图版Ⅶ,图11)穿过炉子固定起来,
从E到F略为倾斜,将较高的E端与盛有一定量蒸馏水的玻璃曲颈瓶A套接
上并用封泥封住,在较低的F端接上旋管SS,旋管的另一端插入双管瓶H的
一个瓶颈内,双管瓶的另一个瓶口接上弯管KK,以这样的方式以便在实验时
将可被分离的那些气态流体或气体输送进某个适当的测定其数量和特性的
装置之内.
为使这个实验有把握成功,管子EF须用经很好退火处理且难熔的玻璃
制做,而且须用混有粉末状粗陶的粘土封泥涂在其外面;此外,管子还必须
用一根穿过炉子的铁棒托住中部,以免实验时变软变弯.要是弄到完全没有
微孔以致空气或蒸气不能泄出的瓷管不难的话,那么瓷管就比玻璃管更能满
足这个实验的需要.
这样安排就绪时,就在炉子EFCD中点火,火的强度维持在使管子EF赤
热而又不致于熔化的程度;同时,在炉子VVXX中也维持这样的火以使曲颈
瓶A中的水不断沸腾.
按曲颈瓶A中水被蒸发的比例,水充满管子EF,通过弯管KK将其中所
含空气排除;蒸发形成的水气在旋管中经冷却而凝结,一滴一滴地落入双管
瓶H之中.持续进行这种操作直至所有的水都从曲颈瓶中被蒸发,并且仔细
地排空所使用的所有皿之后,我们发现,进入双管瓶H之中的水量,恰恰等
于曲颈瓶A中以前所盛的水量,气体一点也没有离析;因此这个实验原来是
一个简单的蒸馏,而且,假若水经管子EP从一个器皿跑进另一个器皿,而
未经中等白炽状态的话,结果会完全相同.
第二个实验
象前一个实验中那样配好装置之后,将适当弄碎成小部分,并且事先已
在密闭的器皿中经长时间赤热的28格令炭,导入管子EF之中.其余一切均
按前一实验中的办法处理.
曲颈瓶A中所盛的水如前面实验中一样蒸馏,并且在旋管中冷凝,落入
双管瓶H之中;但同时有大量的气体离析,由弯管KK逸出,用一个适当的
装置将其接受.操作结束之后,除了留在管子EF之中的一点灰烬微粒之外,
我们什么也不没发现,28格令炭则完全消失了.
当仔细检验离析的气体时,发现它们重113.7格令①;这是两种气体,
即144立方时的碳酸气,它重100格令,以及380立方时的一种极轻的气体,
它仅重13.7格令,当它与空气接触时用一个点燃了的物体靠近它,它就着
火燃烧;而且,当仔细检验进入双管瓶H中的水时,发现其重量失去了85.7
格令.因此,在这个实验中,85.7格令的水与28格令的炭结合,以这样的
方式化合,即形成100格令的碳酸,以及13.7格令的一种能燃烧的特殊气
体.
我已经说明,100格令的碳酸气由72格令氧与28格令炭化合而成;因
此,放在玻璃管中的28格令炭从水中得到72格令氧;由此得出,85.7格令
水由72格令氧与13.7格令易燃烧的一种气体化合而成.一会儿我们就会明
白,这种气体不可能从炭中离析出来,因而必定是由水产生的.
在对这个实验的上述说明中,我隐略了某些细节,这些细节只会在读者
的心中把实验结果弄得复杂难懂.例如,这种易燃气体溶解极小的一部分
炭,其重量借此略有增加,碳气的重量相应减少.尽管由这个细节所产生的
改变无足轻重,然而我还是认为必须用严格的计算确定其作用,并接简化了
的情况如上所述报道实验结果,就象这个细节没有发生过似的.无论如何,
万一对我从这个实验引出的推论还有什么疑虑的话,那么下述实验就会将这
些疑虑消散,我要引用这些实验来支持我的见解.
第三个实验
完全象前一个实验中那样配好装置,所不同的是,不用28格令炭,而
是用274格令卷成螺旋形的薄片状软铁填满管子EF.用炉子把管子烧至赤热
状,使曲颈瓶A中的水不断沸腾直至全部蒸发,并通过管子EF在双管瓶H
中冷凝.
这个实验中没有离析出碳酸气,我们得到的却是416立方吋或15格令
的易燃气体,比大气轻十三倍.经检验蒸馏过的水,发现它失去了100格令,
而且还发现,封闭在管子中的 274格令铁获得了85格令的额外重量,其大
小增加得相当多.此刻的铁几乎不能被磁铁所吸引;它溶于酸中而无泡腾现
① 在本书的后一部分,将会找到对于分离不同种类的气体以及确定其量所必须的方法的详细说明.——A
象;简言之,它转变成一种黑色氧化物,与在氧气中燃烧的完全相似.
在这个实验中,我们用水使铁发生了真正的氧化,与借助于热在空气中
发生的氧化恰恰相似.由于分解了100格令的水,85格令的氧就与铁化合,
结果使它转变成黑色氧化物状态,离析出一种15格令的特殊易燃气体:由
这一切清楚地看到,水是由氧与一种易燃气体的基化合而成的,它们各自的
比例分别是,前者的重量为85份,后者的重量为15份.
因此,除了氧这种为许多其他物质所共有的元素之外,水还含有另一种
元素作为它的组成基或根,我们必须找到一个恰当的术语来表示它.我们所
能想到的似乎没有什么比氢(hydrogen)这个词更为合适,它表示产生水的
要素(generative principle of water),取自νδορ即aqua①和γει
νμαι即gignor.我们把这种元素与热素的化合物称为氢气②;氢这个术
语表示该气体的基或水的根.
这个实验给我们提供了一种新的易燃物体,或者换言之,提供的这种物
体与氧有如此大的亲和力,以致使其脱离与热素的结合而把它吸引过来,并
使空气或氧气分解.这种易燃物体本身与热素有如此大的亲和力,使得它除
非与其他某种物体合时之外,在通常的温度和我们大气的压力下总是以气态
或气体状态存在.在这种气体状态下,其重量约为相等
体积的大气重量的;尽管水能容纳少量处于溶解状态的这种流体,但它
1
13
却不被水所吸收,而且它不能用来呼吸.
由于这种气体所具有的与其他一切可燃物体所共有的那种性质,不过是
分解空气以及夺取与热素化合的氧的能力;因此易于理解,它如果不与空气
或氧气接触就不能燃烧.所以,当我们点着一满瓶这种气体时,它就按外面
的空气进入的比例,起初是在瓶颈处,然后是在瓶内,缓慢地燃烧.这种燃
烧缓慢循序,而且仅仅发生在两种气体之间接触的表面.当这两种气体在它
们点着之前混合时,情况就完全不同:譬如,若将一份氧气导入一细口瓶中
之后,我们再把两份氧气充入其内,并将一支亮着的小蜡烛或其他燃着的物
体移至瓶口,两种物体的燃烧瞬即以剧烈爆炸的形式发生.只应当在容量不
超过一品脱,外面用麻绳缠住了的坚固的绿色玻璃瓶中做这个实验,否则操
作者将面临瓶子破袭的危险,瓶子碎片将以极大的力量四处抛射.
如果以上关于水的分解所述的一切皆与真实情况相符;——如果正如我
所尽力证明的那样,这种物质真的是由作为其特有组成元素的氢与氧化合而
成,那么由此应当得出,通过这两种元素的重新组合,我们就会重组出水来;
① 希腊文和拉丁文,意为"水".——C
② 氢这种表达已经受到某些人极为严厉的批评,这些人的借口是,它表示的是由水产生而不是产生水.本
章中所述的实验证明,分解水时产生氢,氢与氧化合时产生水:以致我们可以说,水由氢产生或者氢由水
产生,同样都是真实的.——A
由以下实验可以断定,这种情况实际上会发生.
第四个实验
我取一个容量约为30品脱,有一个大口的大水晶玻璃球形瓶A(图版Ⅳ,
图5),瓶口上粘接着一块铜板BC,铜板上有四个孔,孔中是四个管子的末
端.第一个管子Hh是打算用来接气泵的,球形瓶中的空气就用它来抽光.
第二个管子gg通过其MM端与一个氧气储存器相通,球形瓶要用氧气来充
满.第三个管子dDd′通过其dNN端与一个氢气储存器相通.这个管子的d
′端是一个毛细口,通过它,用一或二吋水柱的压力把储存器中所存氢气以
适当的速度压进去.第四个管子插有金属丝GL,其L端有一个圆球,是打算
把电火花从L传到d′,以给氢气点火之用:这根丝可在管子中移动,以便
我们能够使圆球L离开管子Dd′的d′端.dDd′,gg和Hh这三个管子全部
装有活塞.
为了使氢气和氧气尽可能多地去掉水分,它们通向球形瓶A的途中要经
过填满盐的管子MM和NN,盐由于其吸潮特性而贪婪地吸引空气中的潮气;
草碱的醋酸盐,盐酸盐或石灰的硝酸盐就是这样①.这些盐只须弄碎成粗粉,
以免它们结块阻止气体从其空隙中通过.
我们事先必须预备足够量的氧气,须通过与草碱②的一种溶液的长时间
接触仔细将氧气中所混合的所有碳酸除去.
我们还必须有两倍数量的氢气,须以同样方式通过与草碱的水溶液的长
时间接触仔细将氢气纯化.获取不含混合物的这种气体的最好方法,是按本
章第三个实验所述,用极纯的软铁分解水.
如上所述把一切安排妥当之后,将管子Hh配上一个气泵,抽空球形瓶A
中的空气.其次,我们让氧气进去充满球形瓶,然后用前面提到的压力迫使
一小股氢气流通过管子Dd′,并立刻用电火花将其点着.用以上描述的装
置,我们能够使这两种气体长时间地共同连续燃烧,因为我们有能力按照它
们消耗的比例从它们的储存器中向球形瓶补充它们.我在另一个地方①描述
了这个实验中所用的装置,并且解释了以一丝不苟的精确性确定这两种消耗
量的方式.
随着燃烧的进行,有水附着在球形瓶或卵形瓶A的内表面:水在数量上
逐渐增加,聚集成大水珠,滴到该容器的底部.在实验前后对球形瓶均进行
① 见本书第二部分所述这些盐的本质.——A
② 草碱在这里的意思是被生石灰夺去了碳酸的纯碱或苛性碱:一般而言,我们在这里观察到,一切碱和土
质必须总是当作处于纯态或苛态的,除非有其他表达方式.——E 获得草碱的这种纯碱的方法,将在以后
给出.——A
① 见本书第三部分.——A
称量,便容易确定收集到的水量.因此,我们对我们的实验进行双重检验,
是通过确定用去的气体的量以及气体燃烧所形成的水的量来进行的:两个量
必须彼此相等.通过这种运算,默斯尼尔先生和我弄清了,组成100份重量
的水需要85份氧与15份氢相结合.这个实验是当着皇家科学院的许多委员
们的面做的,迄今尚未发表.我们一丝不苟地注意了其精确性,有理由相信
上述比例与绝对真值的偏差不会有百分之二.
我们此刻可以由这些分析实验与合成实验断言,我们已经尽可能肯定地
在物理学方面和化学方面弄清了,水不是一种简单的基本物质,而是由氧和
氢两种元素组成的;这两种元素分开时,它们对热素有如此强的亲和力,以
致在通常的温度和我们大气的压力下只以气体的形式存在.
水的这种分解与重组,在大气的温度下,靠复合有择吸引在我们的眼前
无休止地进行着.一会儿我们就要看到,酒的发酵,腐烂,甚至植物生长所
伴随的现象,至少在一定程度上就是由水的分解产生的.非常使人惊奇的
是,自然哲学家们和化学家们迄今竟然对这个事实熟视无睹:它的确有力地
证明,在化学中如同在道德哲学中一样,要战胜早期教育中接受的偏见,沿
着不同于我们一直惯于遵循的任何途径去探求真理,是极端困难的.
我将通过一个实验来结束这一章,这个实验比已经讲述过的实验论证程
度要少得多,但似乎比其他任何实验给许多人们的头脑留下的印象都多.如
果16盎司醇在一个适合用来收集燃烧时离析出的水的装置①中燃烧,我们就
得到17至18盎司的水.由于没有哪种物质能够提供比它原来更多的东西,
由此就得出,醇在燃烧时有另外某种东西与之结合了;我已经指出,这必定
是氧,即空气的基.因此,醇含有氢,而氢是水的元素之一;大气含有氧,
而氧是组成水的另一种必须元素.这个实验对于水是一种化合物来说是一个
新的证明.
① 见本书第三部分对这一装置的说明.——A
第九章
论从不同种类的
燃烧离析出的热素的量
我们已经提到,当任何物体在中空的冰球中燃烧并提供温度为零度(32
°)的空气时,球内融化的冰量就成为离析出的热素的相应量的量度.德 拉
普拉斯先生和我在1780年《科学院文集》第355页已经描述了这种实验所
使用的装置;这同一个装置的描述和图版,在本书第三部分找得到.用这个
装置,磷,炭和氢气给出如下结果:
一磅磷融化100磅冰;
一磅炭融化96磅8盎司;
一磅氢气融化磅盎司格令.29593
1
2
由于磷燃烧形成的是一种凝固的酸,因此也许有极少的热素留在该酸之
中,所以以上实验给出的量极接近氧气中所含热素的总量.即使我们假定磷
酸含有许多热素,但由于磷在燃烧前后所含的必定是接近相等的量.所以误
差必定极小,因为这种误误差仅仅在于燃烧前后磷和磷酸中所含热素数量之
间的差异.
我已经在第五章中指出,一磅磷在燃烧时吸收一磅八盎司氧;由于以同
样的操作融化了100磅冰,由此就得出,一磅氧气中所含热素的量能够融化
66磅10盎司5格罗斯24格令冰.
一磅炭燃烧时仅融化96磅8盎司冰,它同时吸收2磅9盎司1格罗斯
10格令氧.用磷做实验,这个数量的氧气离析出的热素的量,当足以使171
磅6盎司5格罗斯冰融化;所以,这个实验中,足以使74磅14盎司5格罗
斯冰融化的热素的量消失了.碳酸不象磷酸那样在燃烧之后处于凝固状态,
而是处于气体状态,它需要与热素结合使其以该状态存在;最后的实验中失
去的热的量显然就是为此所用去的量,当我们把这个量除以燃烧一磅炭所形
成的碳酸的重量时,我们就发现,将一磅碳酸由凝结态变成气态所必需的热
素的量,大概可以融化20磅15盎司5格罗斯冰.
我们可以对氢气的燃烧以及水的随之形成进行类似的计算.一磅氢气燃
烧时,有磅盎司格罗斯格令的氧气被吸收,有磅盎司51052429593
1
2
格罗斯的冰融化.但是根据用磷做的实验,在由气态变为固态时5磅10盎
司5格罗斯24格令的氧气失去了足以使377磅12盎司3格罗斯冰融化的热
素.在与氧气燃烧时,仅从同量的氧气中离析出来的热素,就多得能使295
磅盎司格罗斯的冰融化;因此,这个实验中形成的零度(°)的23
1
2
32
水中,剩下的热素,多得能使磅盎司格罗斯的冰融化.8297
1
2
所以,由于一磅氢气与5磅10盎司5格罗斯24格令的氧燃烧形成了6
磅10盎司5格罗斯24格令的水,由此就得出,在温度为零度(32°)的每
磅水中,所存在的热素多得能使12磅5盎司2格罗斯48格令的冰融化,不
过这里没有考虑氢气中最初所含的热素的量,由于缺乏对之进行计算的数
据,我们不得已已经将其略去了.由此可见,水即使处于冰的状态似乎还含
有相当数量的热素,氧在化合成水时似乎也保留有相当比例的热素.
由这些实验,我们可以设想下述结果是充分确立了的.
磷的燃烧
如前面的实验所述,由磷的燃烧似乎可见,一磅磷的燃烧需要1磅8盎
司的氧气,产生2磅8盎司凝固磷酸.
燃烧一磅磷所离析出的热素的量,用该操作过程中所融冰的磅数表示为100.00000
磷燃烧过程中由每磅氧所离析出的量,以同样方式表示为66.66667
一磅磷酸形成过程中离析出的量40.00000
每磅磷酸中所剩下的量0.00000①
炭的燃烧
在一磅炭的燃烧中,有2磅9盎司1格罗斯10格令氧气被吸收,有3
磅9盎司1格罗斯10格令碳酸气形成.
一磅炭在燃烧过程中离析出的热素96.50000②
炭燃烧过程中从吸收的每磅氧气离析出的热素量37.52823
一磅碳酸气形成过程中离析出的热素27.02024
每磅氧在燃烧之后所保留的热素29.13844
使一磅碳酸处于气体状态所必需的热素20.97960
氢气的燃烧
① 我们在这里假定磷酸不含任何热素,严格说来这并不真实;但正如我在前面所讲的,它实际上所含的量
很可能极少,由于缺乏进一步计算所需的足够数据,我们没有给出它的值.——A
在一磅氢气的燃烧中,有5磅10盎司5格罗斯24格令的氧气被吸收,
有6磅10盎司5格罗斯24格令的水形成.
来自每磅氢气的热素295.58950
来自每磅氧气的热素52.16285
每磅水形成过程中离析出的热素44.33840
每磅氧与氢燃侥之后所保留的热素14.50386
每磅水在温度为零度(32°)时所保留的热素12.32823
硝酸的形成
当我们使亚硝气与氧气化合以形成硝酸或亚硝酸时,产生的热度比氧气
在其他化合过程中所放出的热度要小得相当多;由此得出,当氧被固定在硝
酸中时,它还保留着它在气体状态所具有的大部分热.肯定可以确定在这两
种气体燃烧过程中离析出的热素的量,从而确定化合发生之后所剩下的热素
的量.这两个量中的第一个量,可以通过让这两种气体在用冰包着的一个装
置中化合来确定;但是,由于离析出的热素的量极微,也许得在一个极为麻
烦和复杂的装置中处理大量的这两种气体.这种考虑迄今一直在阻止德 拉
普拉斯先生和我进行这种努力.同时,这个实验的位置可由计算来填补,其
结果离真值不会相去很远.
德 拉普拉斯先生和我使适量的硝石和炭在一个冰装置中爆燃,并且发
现,爆燃一磅硝石融化十二磅冰.后面我们将会看到,一磅硝石的组成如下
草碱 7盎司6格罗斯51.84格令=4515.84格令
干酸 8 1 21.16 =4700.16.
上述干酸量的组成是
氧6盎司3格罗斯66.34格令=3738.34格令
氮1 5 25.28 =961.82.
我们由此发现,在上述爆燃过程中,格罗斯格令炭与格21
1
3
3738.34
令或6盎司3格罗斯66.34格令氧一起被烧掉.因而,由于燃烧过程中融化
了12磅冰,由此得出,以同样方式燃烧的一磅氧会融化29.58320磅冰.加
上一磅氧在与炭化合形成碳酸气之后所留下的热素的量,即我们已经确定了
的能融化29.13844磅冰的量,那么,我们得到一磅氧与亚硝气化合成为硝
酸时所保留的热素总量为58.72164;这就是保留在该种状态的氧中的热素能
融化的冰的磅数.
我们在前面看到,它在氧气状态至少含有66.66667;因此得出,在与氮
化合形成硝酸的过程中,它仅仅失去了7.94502.有必要就这一主题做进一
步的实验,以确定这种计算的结果能够在多大程度上与直接事实相符.氧在
化合成为硝酸的过程中所保留的这么大量的热素,就解释了硝石爆燃时热素
剧烈离析的原因;更严格地讲,解释了各种情况下硝酸分解的原因.
蜡的燃烧
考察了简单燃烧的几种情况之后,现在我要就一个较为复杂的类型举几
个例子.在一个冰装置中缓慢燃烧的一磅小蜡烛,融化磅盎司格13325
1
3
罗斯的冰.根据1784年《科学院文集》第606页上我的实验,一磅蜡烛由
13盎司1格罗斯23格令炭和2盎司6格罗斯49格令氢组成.
通过以上实验,上述炭量应当融化79.39390磅冰
氢会融化52.37605
总计131.76995磅
这样,我们就看到,从一支燃烧的蜡烛中离析出的热素的量,与分别燃
烧与其组成部分相等的炭和氢所得到的热素的量完全一致.对蜡做的这些实
验曾重复数次,因此我有理由相信它们是精确的.
橄榄油的燃烧
我们把一盏盛有一定量橄榄油的燃着的灯放进通常的装置之中,实验结
束时,我们就严格弄清了烧光的油量以及冰的融化量;结果是,一磅橄榄油
燃烧时,148磅14盎司1格罗斯冰被融化了.根据1784年《科学院文集》
中我的实验,下一章中有这些实验的摘要,似乎一磅橄榄油由12盎司5格
罗斯5格令炭和3盎司2格罗斯67格令氢组成.根据上述实验,这些量的
炭会融化76.18723磅冰,一磅油中上述量的氢会融化62.15053磅.这二者
求和便得出138.33776磅冰,这是将橄榄油的这两种组成元素分别燃烧会融
化的量,但该油实际上融化了148.88330磅,这个实验的结果比由前面的实
验提供的数据计算出来的结果多出了10.54554.
这个差异并不十分重要,它也许起因于这类实验中不可避免的误差,抑
或是由于油的组成不全是所确定的那样.然而,我们关于热素化合的实验结
果与有关热素离析的实验结果之间,被证明是极为一致的.
下列量仍然迫切需要加以确定,即:氧在与金属化合结果使其转化成为
氧化物之后所保留的热素的量;氢在其不同存在状态中所含的热素量;还要
比以前更加精确地弄清在水的形成过程中离析出了多少热素,因为就我们目
前确定的这一点而论,尚有许多疑问,这些疑问只有靠进一步的实验来消
除.我们目前在进行这项研究,一旦很好地弄清了这几点,我们希望很快弄
清这几点,那么我们很可能就必须对本章中的实验结果和计算进行重要的修
改.不过,我认为这不是对那些也许想在这同一个主题上付出劳动的人们隐
瞒这么多已知东西的充足理由.按我们的努力,用推测发现一门新科学的原
理而回避起点,是困难的;而且,难得从一开始就臻于完善.
第十章
论可燃物质的相互化合
由于可燃物质一般对氧具有大的亲和力,它们也应当彼此吸引或倾向于
相互化合;quae sunt eadem uni tertio,sunt eadem inter se①;这个公
理被发现是真的.例如,几乎所有的金属都能彼此结合,形成通常语言中所
谓的合金(alloys)②.这些合金的大多数与一切化合一样,可以有几个饱
和度;这些合金多数都比组成它们的纯金属脆,当熔合在一起的金属的熔度
差别大时尤其如此.伴随合金法(alloyage)的部分现象,特别是铁的那种
被工匠们称为热脆(hotshort)的性质,就是由于这种熔度差别引起的.必
须把这种铁看成是合金,即几乎难熔的纯铁与在低得多的热度就能熔化的一
点点其他某种金属的混合物.只要这种合金仍然是冷的,并且两种金属都处
于固态,那么该混合物就是有延展性的;但是,如果被加热到足够的程度使
较易熔的金属液化,那么,液体金属的粒子介入仍然是固体的那种金属的粒
子之间,就必定会破坏它们的连续性,并使合金成为脆的.汞与其他金属的
合金通常被称为汞齐(amalgams),我们认为继续使用这个术语没有什么不
便.
硫,磷和炭易于与金属结合.硫与金属的化合物通常称为黄铁矿
(pyrites).它们与磷和炭的化合物尚未命名,或者说只是近来方获得新
的名称;因此我们曾毫无顾虑地按照我们的原则改变它们.金属与硫的化合
物我们称为硫化物(sulphurets),与磷的化合物称为磷化物
(phosphurets),与炭形成的化合物称为碳化物(carburets).这些名称
被扩展到上述三种物质在事先未被氧化的情况下成为其组成部分的一切化
合物上.因此,硫与草碱即固定植物碱的化合物称为硫化草碱(sulphuret of
potash);它与氨即挥发性碱形成的化合物就被合名为硫化氨(sulphuret of
ammonia).
氢也能与许多可燃物质化合.在气体状态,它溶解炭,硫,磷以及数种
金属;我们用碳化氢气(carbonated hydrogen gas),硫化氢气(sul-phurated
hydrogen gas)和磷化氢气(phosphorated hydrogen gas)的术语来区分
这些化合物.硫化氢气被以前的化学家们称为肝空气(hepaticair),被舍
勒先生称为来自硫的臭空气(foetid air from sulphur).数种矿质水的
效能,以及动物排泄物的臭味,主要就是由于这种气体的存在而产生的.磷
化氢气具有一与大气接触,或者更恰当地说,一与氧气接触,就自动着火的
性质,该性质是让热布雷(Gengembre)先生发现的.这种气体有一种难闻
① 拉丁文,意为"与第三者相同者,彼此亦相同."——C
② 我们从技术语言中知道的合金这个术语,用来表示金属彼此间一切化合或密切结合的特征极为恰当,为
此该术语已在我们的新命名法中被采纳.——A
的气味,类似腐鱼的气味,而且,鱼在腐败状态发磷光的性质极可能是这种
气体的逃逸引起的.当氢和炭化合在一起,没有热素的介入使氢处于气体状
态的话,它们就形成油,这油随氢和炭在其组成中的比例的不同,要么是固
定的,要么就是挥发性的.从植物中榨出的固定的油或富脂油,与挥发性油
或精油之间的主要差别是,前者含有过量的炭,当油被加热到沸水温度以上
时它就被离析出来了;而挥发性油所含这两种组成成分有恰当的比例,不易
被这样的热所分解,但却与热素结合成为气体状态,在蒸馏过程中未经变化
而消失了.
在1784年《科学院文集》的第593页,我报道了我通过氢和炭的结合
所做的油和醇的组成实验,以及关于它们与氧的化合物的组成的实验.根据
这些实验,似乎固定油与氧在燃烧过程中化合,从而转化成水和碳酸.通过
对这些实验的产物的计算,我们发现,固定油由21份重量的氢与79份炭化
合而成.也许,油类固体物质譬如蜡呈固体状态,是由于含有一份氧.目前
我正在做一系列实验,但愿这些实验会弄明白这个问题.
氢未与热素化合而处于凝结状态时是否能与硫,磷及金属化合,这是值
得加以探讨的.按说我们所知道的东西当中没有什么东西会使这些化合不会
发生;因为可燃物体一般能彼此化合,没有明显的理由把氢作为这个规则的
例外:不过,迄今既无直接实验确定这种结合的可能,也无直接实验确定这
种结合的不可能.铁和锌是所有金属中最有希望与氢化合的;但是,由于这
两种金属具有使水分解的性质,由于在化学实验中完全没有潮气极为困难,
因此,几乎不可能确定,在用这两种金属所做的某些实验中获得的一点点氢
气,是否在此之前就已与金属化合为固体氢状态,或者是否由微量水的分解
所产生.我们愈是竭力防止水在这些实验中存在,获得的氢气的量就愈少;
而且,如果使用极精密的预防措施,甚至连很少的氢气几乎都察觉不到.
虽然这种探究也许与可燃物体,如硫,磷和金属吸收氢的能力有关,但
我们确信,它们仅仅吸收一点点:确信这种化合物不是其组成中所必不可少
的,只能被看成是有损其纯度的异物.用决定性的实验证明实际存在这种化
合的氢,是这个体系的辩护者们①的本分,他们迄今仅仅用以想象为基础的
猜测进行了证明.
① 这些辩护者指的是燃素理论的支持者,他们现在认为氢即易燃空气的基就是著名的施塔尔的燃素.——
E
第十一章
关于具有几种基的氧化物
和酸的观察,以及关于动物
物质和植物物质组成的观察
我们在第五和第八章中已经考察了由硫,磷,炭,氢这四种简单的可燃
物质燃烧得到的产物:我们在第十章中已说明,简单可燃物质能彼此化合成
为复合可燃物质,并且已经注意到,一般的油,尤其是由氢和炭组成的固定
的植物油,应当归入这一类.本章中尚须论述这些复合可燃物质的氧化,并
说明具有双基或三基的酸和氧化物的存在.大自然给我们提供了为数甚多的
这种化合的例子,她主要借此便能由数目极为有限的元素或简单物质产生出
各种各样的化合物来.
很久以前便众所周知的是,当盐酸和硝酸被混合在一起时,一种复合酸
便产生了,该酸具有的性质与这两种酸分别具有的截然不同.这种酸由于其
溶解金的奇特性质而被称为王水(aqua regia),被炼金术士们称作金属之
王(king of metals).贝托莱先生已经清楚地证明,这种酸的独物性质是
由于它的两种可酸化基的化合作用引起的;由于这个原因,我们已断定,必
须用一个恰当的名称来代表它:硝化盐酸(nitro-muriatic acid)的名称
似乎就非常恰当,它表达了构成其组成部分的两种物质的类别.
以前仅仅在硝化盐酸中观察到的这种一酸双基现象,在植物界不断出
现,简单酸即只有一个可酸化基的酸,在植物界发现得极少.从植物界获得
的几乎所有的酸,都具有由炭和氢组成的基,或者由与或多或少的氧化合了
的炭,氢,磷组成的基.所有这些基,无论是双基还是三基,由于所得到的
氧比使它们具有酸的性质所必须的要少,因而也形成氧化物.来自动物界的
酸和氧化物更为复杂,因为它们的基一般是由炭,磷,氢和氮的化合物组成
的.
由于只是最近我对这些物质才得到一些清晰,明确的概念,所以在这个
地方,我不就这个问题详加论述,而打算在我准备提交给科学院的一些论文
中进行讨论.我的大多数实验已经完成;但是,为了能够精确报道所得到的
各种量,这些实验还必须精心重复并在数目上予以增加:因此,我只简略列
举植物和动物的酸及氧化物,并以对植物和动物物体的组成的一些看法来结
束这一章.
我们把不同种类的树胶和淀粉都算在糖和粘液的名下,糖和粘液是含氢
和炭的植物氧化物,氢和炭按不同比例化合为它们的根或基,并与氧结合使
它们处于氧化物状态.外加进一定量的氧,它们就能由氧化物状态变成酸;
随氧化度的不同及氢和炭在其基中比例的不同,它们形成几种植物酸.
用我们的命名原则,以构成植物酸基的两种物质的名称,给这些植物酸
取名,这大概是容易的:因而,它们就是氢-亚碳酸和氧化物.用这种方法,
我们可以仿照鲁埃尔(Rouelle)先生给植物提取物命名的方式,毫不罗嗦
地表示出,其元素中的哪一种过量存在:当提取物质在植物提取物的组成中
占优势时他称它们为提取-树脂物(extracto-resinous),当它们含有很大
比例的树脂物质时就称它们为树脂-提取物(resino-extractive).按照这
个方案,并根据我们以前所确立的命名原则,我们就有下列名称:氢-亚碳
(hydro-carbonous)氧化物,氢-碳(hydro-carbonic)氧化物;碳-亚氢
(carbono-hydrous)氧化物,碳-氢(carbono-hydric)氧化物.而对于酸,
我们就有:氢-亚碳酸,氢-碳酸,氧化氢-碳酸;碳-亚氢酸,碳-氢酸及氧
化碳-氢酸.很可能以上术语足以表示自然界中的一切种类,而且,随着植
物酸被人们所熟悉,它们就将自然而然地排列在这些名称之下.不过,尽管
我们知道组成这些酸的元素,但我们尚不知道这些成分的比例,并且远远不
能按以上方式方法给它们分类;因此,我们已经决定暂时保留以往的名称.
我现在在这项研究中比我们联合以表关于化学命名法的论著时稍微有所前
进,但由尚不够精确的实验引出推论还不合适.虽然我承认化学的这个部分
至今尚不明了,但我还得表达我的期待,我希望很快阐明这个部分.
更加不得已的是,我还得遵循同一个方案,给由三或四个元素化合成为
其基的酸命名;我们从动物界得到大量的这种酸,甚至从植物物质中也得到
一些.譬如,与氢和炭结合的氮就形成了氢氰酸的基或根;我们有理由相信,
棓酸的基同样如此;几乎所有的动物酸都有由氮,磷,氢,炭组成的基.假
若我们能设法同时表达基的这所有四个成分的话,那么,我们的命名法无疑
就会是有条理的;它就会具有清晰,明确的性质;但是,尚不被化学家们普
遍承认的这一大堆希腊文与拉丁文名词与形容词,就会具有不规范语言的面
貌,既然以发音又难以记忆.此外,化学的这个部分远没达到它应当达到的
精确性,这门科学的完善当然应当先于其语言的完善;所以我们必须暂时保
留动物氧化物和动物酸的旧名称.我们只是冒昧地对这些名称做些微小的改
动,当我们有理由假定基过量时就把词尾变成ous①,当我们觉得氧占优势时
就把词尾变成ic②.
以下是迄今所知道的所有的植物酸:
1.亚醋酸8.焦亚粘酸
2.醋酸9.焦亚木酸
3.草酸10.棓酸
4.亚酒石酸11.安息香酸
5.焦亚酒石酸12.樟脑酸
6.柠檬酸13.琥珀酸
7.苹果酸
① 汉语中与此相对应的是在相应名词前加上词头"亚".——C
② 汉语中与此相对应的是在相应名词后加上词尾"的".——C
虽然已经谈到的所有这些酸主要并且几乎完全都由氢,炭,氧组成,然
而严格说来,它们既不含水,碳酸,也不含油,所含的仅仅是形成这些物质
所必需的元素.氢,炭,氧在这些酸中相互施加的亲和力处于仅仅在通常的
大气温度下才能存在的平衡状态;因为,当它们被加热到温度略高于沸水温
度时,这种平衡就被破坏了,部分氧和氢相结合形成水;部分炭和氢化合成
为油;部分炭和氧结合形成碳酸;而最后,一般还剩下一小份炭处于游离状
态,它相对于其他成分来说是过量的.
动物界的氧化物被人们知道的要比来自植物界的氧化物少,而且其数目
到目前为上尚不确定.血液的红色部分,淋巴及大多数分泌液都是真正的氧
化物,按照这种观点,对它们加以研究是极为重要的.我们仅仅开始了解六
种动物酸,恐怕其中的几种酸在性质上极为接近,至少是差异很不明显.我
不把磷酸算在这些酸当中,因为它在自然三界中都被发现了.这些酸是:
1.乳酸4.蚁酸
2.糖乳酸5.皮脂酸
3.蚕酸6.氰酸
动物氧化物和动物酸的组成元素之间的联系不比来自植物界的氧化物
和酸的组成元素之间的联系更持久,因为稍微增加温度就足以毁灭这种联
系.但愿下一章能使这个问题比迄今所讨论的更加清楚.
第十二章
论依靠火的作用对
植物物质和动物物质的分解
我们只有先考虑到成为植物物质的组成部分的元素的性质,这些元素的
粒子彼此施加的不同的亲和力以及热素对它们的亲和力,才能透彻理解用火
分解植物物质时所发生的事情.植物的真正组成元素是氢,氧和炭:这些元
素为一切植物所共有,没有它们,植物就不能存在.只有在特殊的植物中发
现并且不属于一般植物的那些物质的组成中,才必须有其他物质存在.
氢,氧这些元素具有与热素化合形成气体的强烈倾向,而炭则是一种与
热素几乎没有多少亲和力的固定元素.另一方面,氧在常温下与氢和炭结合
的倾向几乎相等,它在赤热①时与炭的亲和力要强得多,并且与之结合形成
碳酸.
虽然我们远远不能理解所有这些亲和力,或者用数字表示它们的相对能
量,但我们确信,不论考虑到它们和与之结合的热素的量有关时它们多么无
常可变,它们在通常的大气温度下几乎都处于平衡;因此,植物既不含油①,
水,也不含碳酸,不过却含这些物质的所有元素.氢既不与氧化合又不与炭
化合,反之亦然;这三种物质的粒子形成一种三元化合物,该化合物只要不
受热素的干扰就保持平衡状态,但稍微增加温度就足以毁灭化合物的这种结
构.
如果增加植物所经受的温度不超过沸水的热,那么一部分氢就与氧化合
形成水,其余的氢则与部分炭化合形成挥发性油,而剩下的炭如果不与其他
元素化合就被固定在蒸馏器皿的底部.
正相反,我们用赤热就没有水形成,至少靠最初的赤热所产生的任何水
都分解了,在些热度上与炭有较大亲和力的氧与之化合形成碳酸,没有与其
他元素化合的氢与热素结合成氢气状态逸出.在这么高的温度下,也没有油
形成,假若实验开始温度较低时有油产生的话,那么它也靠赤热的作用被分
解了.这样,由于双重和三重亲和力的作用,植物物质在声温之下的分解便
产生了;同时,炭为了形成碳酸便吸引氧,热素则吸引氢将其转化成为氢气.
每种植物物质的蒸馏都证明这个理论的真理性,只要我们能够把这种荣
誉赋予某种简单的事实关系.当糖受到蒸馏时,只要我们仅仅用比沸水的热
略低一点的热,它就只失去其结晶水,而仍然是糖并且保留它的一切性质;
① 虽然赤热这个术语没有表示出绝对明确的温度,但我有时还将用它表示大大超过沸水温度的温度.——
A① 必须理解我在这里谈到的植物处于全干状态;至于油,我的意思不是说它是在较冷时,即温度不超过沸
水温度时榨取的;我只是暗示在超过沸水温度的热中用露火蒸馏得到的焦臭油;它仅仅是人们宣称靠火的
作用产生的油.可以查阅我就这个问题发表在1786年《科学院文集》上的文章.——A
但是,一经把热升得只比这个热度高一点,它就变黑,部分炭从化合物中析
出,轻度酸化的水伴着少量的油流过,蒸馏器中剩下的炭差不多是糖原有重
量的三分之一.
含氮植物譬如十字花科之类以及含磷植物被火分解时,亲和力的运作就
更为复杂;不过,由于这些物质仅仅以极少的量成为植物的组成部分,它们
显然只对蒸馏产物产生轻微的影响;磷似乎与炭化合,并且从这种结合中获
得了稳定性而留在蒸馏器中,而氮则与部分氢化合形成氨或挥发性碱.
动物物质由与十字花科植物几乎相同的元素组成,蒸馏时产生相同的产
物,由于它们所含氢和氮的量较多这个差异,便使它们产生的油和氨较多.
我只提出一件事实作为一个严密的证据,这个理论就是以此解释动物物质蒸
馏时发生的一切现象的,这个事实就是通常以迪佩尔油(Dippel's oil)
的名称为人们所知的挥发性动物油的精馏,和完全分解.当用露火经最初的
蒸馏得到这些油时,由于含有少量几乎处于游离状态的炭,它们便呈褐色;
但经过精馏它们便完全无色了.甚至在这种状态,其组成中的炭与其他元素
的联系也微弱得使它只要暴露在空气中就析出了.如果我们把一些这种精馏
好了因而是干净,清澈,透明的动物油,放进一个在汞上面充满氧气的玻璃
种罩之内,少倾,该气体就被油吸收而减少许多,氧与油中的氢化合形成水,
沉至底部,同时,原来与氢化合的炭处于游离状态,通过使油变黑而显现出
来.因此,使这些油保持无色透明的唯一方法,就是在瓶子里装满它们并严
密地塞住瓶子,以阻止与空气接触,而空气总是使它们变色.
对这种油的连续精馏,提供了另一个现象确证我们的理论.每次蒸馏,
都有少量炭留在蒸馏器中,蒸馏器皿中的空气所含的氧与油中的氢结合,形
成少量的水.由于在每次连续的蒸馏中都发生这个现象,如果我们使用大器
皿和大热度,我们终会将全部的油分解,使其完全变成水和炭.当我们使用
小器皿,尤其是使用文火或者仅比沸水热度高不到一点的热度时,通过重复
蒸馏使这些油完全分解就极为乏味,要完成就较困难.我将在一篇论文单行
本中,向科学院详述我关于油的分解的所有实验;不过我以上所讲的,也许
足以给出关于动物和植物物质的组成以及靠火的作用将它们分解的恰当想
法.
第十三章
论酒发酵对植物氧化物的分解
生产葡萄酒(wine),苹果酒(cider),蜂蜜酒(mead)以及通过酒
精发酵形成的一切液体的方式,尽人皆知.榨出葡萄汁或苹果汁,并且用水
将后者稀释,然后把它们放进温度至少保持在温度计的10°(54.5°)的大
桶之中.迅速的内部运动,即发酵很快就发生了;液体中形成大量的气泡冒
到表面;当发酵正盛时,离析出的气体的量如此之大,以致液体似乎就象在
火上剧烈沸腾一般.如果仔细收集这种气体,就会发现它是一点其他种类的
空气或气体都没有混合进去的极纯的碳酸气.
发酵结束时,葡萄汁由甜的,富含糖的东西变成不再含糖的葡萄酒,通
过蒸馏,我们就得到一种商业上叫做酒精(spirit of wine)的可燃液体.
由于这种液体是通过任何被水稀释了的糖精物质产生的,因而把它叫做酒精
而不叫做苹果酒精或发酵糖精(spirit ofcider or of ferment sugar)必
定违背了我们的命名原则;所以,我们已经采用了一个更一般的术语,醇
(alcohol)这个阿拉伯文词似乎就非常适合这个目的.
这种操作是化学中极为特别的操作之一.我们必须考察离析出的碳酸和
产生的可燃液体是从哪里开始发生的,以及一种甜的植物氧化物以什么方式
就这样转化成为两种如此相反的物质,一种是可燃物质而另一种则是完全相
反的物质的.要解决这两个问题,就必须先了解对可发酵物质及发酵产物的
分析.我们可以将此作为一个无可争辩的公理确定下来,即在一切人工操作
和自然造化之中皆无物产生;实验前后存在着等量的物质;元素的质和量仍
然完全相同,除了这些元素在化合中的变化和变更之外什么事情都不发生.
实施化学实验的全部技术都依赖于这个原理.我们必须永远假定,被检验物
体的元素与其分析产物的元素严格相等.
因此,由于我们是由葡萄汁得到醇和碳酸的,所以我无疑有权假定,该
汁由碳酸和酵组成.根据这些前提,我们就有两种方法确定酒发酵时所发生
的事,即确定可发酵物质的性质及其组成元素,或者精确地检验由发酵产生
的产物;显然,关于这二者之中的任一种物质的知识,都必定导致对另一种
物质的性质和组成的精确结论.按照这些考虑,必须精确确定可发酵物质的
组成元素;为此目的,我没有使用或许不可能分析的复合果汁,而选择了其
性质我已经做过解释的,易于分析的糖.这种物质是真正具有两个基的植物
氧化物,其基由氢和炭组成,而一定比例的氧使氢和炭成为一种氧化物状
态;这三种元素以这样一方式化合,以致极轻微的力就足以破坏这种联系的
平衡.通过用不同方法所做的而且屡次重复的一系列实验,我弄清了糖中存
在的这三种成分的比例,以重量论,几乎是八份氢,64份氧和28份炭形成
100份糖.
糖必须与大约四倍于它的水混合以使其能够发酵;即使这样,没有某种
其他物质帮助其开始发酵,其元素仍不会受到干扰.这要靠啤酒酵母来完
成;一旦引起发酵,它就自动进行直至结束.我将在另一个地方说明酵母和
其他酵素对可发酵物质的作用.对于每100磅糖,我通常用10磅糊状酵母,
用的水则是糖重量的四倍.我将完全按照原样给出获得的实验结果,即使计
算产生的小数也予以保留.
表I, 发酵材料
磅盎司格罗斯格令
水………………………………………………4000000
糖………………………………………………100000
10
7 3 6 44
2 12 1 28
磅糊状酸母的组成为
水………………………
干酸母…………………
总计 510 0 0 0
表II 发酸材料的组成元素
0
4073644
61 1 2 71.40
346 2 3 44.60
8 0 0 0
100
64 0 0 0
28 0 0 0
0 4 5 9.30
212128
磅盎司格罗斯格令
磅盎司格罗斯格
令水的组成为
氢氧氢
磅糖的组成为
氧炭氢
磅盎司格罗斯格令
干酵母的组成为
氧
1 10 2 28.76
0 12 4 59
0 0 5 2.94
510 0 0 0
炭氮
总重量
这样精确测定了受到发酵的材料的组成元素的性质和数量之后,我们接
着就得检验由该过程形成的产物.为此目的,我将以上510磅可发酵液体放
出一个适当的装置①之中,用此装置,我可以精确测定发酵时离析出的气体
的量和质,甚至在我认为该过程的任何一个恰当的阶段都能够分别对每种产
物加以称量.物质混合起来的一两个小时之后,尤其是它们被保持在温度计
的15°(65.75°)至18°(72.5°)的温度时,最初的发酵标志就出现了;
液体变得混浊多泡,小气泡离析出来升至表面并且破裂;这些气泡的
① 上述装置在第三部分描述.——A
表IV,发酵产物
磅盎司格罗斯格令
25713435磅5盎司4格罗斯19
格碳酸的组成为
氧炭
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
914257
34710059408磅15盎司5格罗斯
14格令水的组成为
氧氢
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
615427
316164
5853
4050
57磅11盎司1格罗斯58
格令干醇的组成为
与氢氧的化合的氧
与氧化合的氢
与炭化合的氢
与氢化合的炭
∧∧
∧∧∧∧
∧∧∧∧
∧∧∧∧
1611563
0240
111402磅8盎司干亚醋酸的组
成为
氢氧炭
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
01000
05167
29727
4磅1盎司3格罗斯糖残
渣的组成为
氢氧炭
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
12253
02241
013114
06230
1磅6盎司0格罗斯50*
格令干酵母的组成为
氢氧炭氮
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧
00237
510磅总计510000
①量迅速增加,而且,极纯的碳酸随着浮渣,即从混合物中分离出来的
酵母,而快速大量地产生.数天之后,随着热度或少或多地降低,内部运动
和气体的离析减弱;但它们并没完全终止,长时间内发酵也不会结束.在此
过程中,离析出35磅5盎司4格罗斯19格令的干碳酸,随之带走了13磅
14盎司5格罗斯的水.容器中还剩下460磅11盎司6格罗斯53格令微酸的
酒.这酒最初是混浊的,但它会自行变清澈,并使部分酵母沉淀.当我们分
别分析用极为麻烦的程序得到的这些物质时,我们就得到上列给出的结果,
此方法以及所有的辅助计算和分析,都将在《科学院文集》中详加论述.
我在这些结果中甚至精确到了格令;不是迄今在这类实验中有可能达到
① 英文版误为"5".——C
我们的精确性,而是因为仅用了很少的几磅糖做实验,而且为了比较起见,
我把实际实验的结果换算成了英担(quintal)或虚百磅(imaginary hundred
pounds).因此我认为,必须准确保留计算产生的小数部分.
当我们注意考虑这些表所显示的结果时,就容易精确地发现发酵时所发
生的事情.首先,所使用的100磅糖中,还剩4磅1盎司4格罗斯3格令没
有分解;因此,实际上我们只对95磅14盎司3格罗斯69格令糖起了作用;
就是说,只对61磅6盎司45格令的氧,7磅10盎司6格罗斯6格令氢以及
26磅13盎司5格罗斯19格令炭起了作用.比较这些量我们就发现,它们完
全足以形成发酵产生的所有的醇,碳酸和亚醋酸.因此,除非借口说氧和氢
存在于那种状态的糖中,就没有必要假定实验中有任何水被分解.相反,我
已经弄明白,植物的三种组成元素氢,氧,炭处于某种平衡状态或彼此结合
状态,只要不受升高的温度或某种新的复合吸引的干扰,这种结合就存在;
而且这些元素只是两两化合,形成水和碳酸.
于是,酒发酵对糖的作用,不过是迫使其元素离析为两部分;一部分通
过消耗另一部分而被氧化形成碳酸,而另一部分则被解除氧化状态转变成为
可燃物质醇,以利于前者;因此,假若有可能使醇和碳酸重新结合起来,我
们当会得到糖.显然,醇中的炭和氢
表V,关于产物的概括
磅盎司格罗斯格令
34710059
257134
316164
11140
29727
409磅10盎司0格罗斯54格
令氧被含于
水碳酸醇
亚醋酸
糖的残渣
酵母
∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧
013114
914257
1611563
01000
12253
28磅12盎司5格罗斯59格
令炭被含于
碳酸醇
亚醋酸
糖的残渣
酵母
∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧
06230
615427
5853
4050
0240
05167
71磅8盎司6格罗斯66格令
氢被含于
水
醇的水
与醇的炭化合的
亚醋酸
糖的残渣
酵母
∧∧∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧
∧∧
∧∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧
∧∧∧∧∧∧∧
02241
酵母中的2格罗斯37格令氮00237
510磅总计510000
不以油的状态存在.它们与一部分氧化合,氧使它们可与水溶和;因此,氧,
氢,炭这三种物质在这里同样以一种平衡态或相互化合态存在;事实上,当
使它们通过赤热玻璃管或瓷管时,这种结合或平衡就被破坏了,元素就两两
化合,水和碳酸也就形成了.
我在我关于水的形成的最初的论文中曾正式提出,在大量的化学实验
中,尤其是在酒发酵时,水被分解了.后来我曾假定糖中存在着快速形成的
盐,然而我现在确信糖仅仅含有适合于组成它的元素.也许易于确信的是,
放弃我的最初看法必定使我失去了许多,但经过几年的思考,在对植物物质
进行了大量的实验和观察之后,我的上述看法已经固定下来.
我将谈谈给我们提供的对糖及每种植物可发酵物质的分析手段,来结束
我就酒发酵所必须谈论的话语.我们可以认为,经受发酵的物质与由该操作
引起的产物形成一个代数方程;而且通过逐次设定该方程中的每个元素是未
知的,我们就能相继计算它们的值,这样就能用计算来验证我们的实验,并
且相应地用实验来验证我们的计算.我经常成功地使用这个方法更正我的实
验的最初结果,并指导我按更加合适的途径重复它们.我本人在一篇已经提
交给科学院并很快就将出版的关于酒发酵的论文中,详尽解释了这个主题.
第十四章
论致腐发酵
腐败现象与酒发酵现象一样,是由极复杂的亲和力起作用引起的.受此
作用的物体的组成元素不再继续处于三元化合的平衡状态,它们本身重新形
成只有两种元素组成的二元化合物①或复合物;但这些化合物完全不同于由
酒发酵所形成的产物.不是部分氢象酒发酵中的情况那样与部分水和炭结合
形成醇,而是全部的氢在腐败过程中都以氢气的形式散逸了,同时,氧和炭
与热素结合以碳酸气的形式逃逸了;因此,当整个过程结束时,尤其是当材
料已经与足够量的水混合时,除了混有少量炭和铁的植物土质之外,什么也
没剩下.所以,腐败不过是植物物质的完全分解而已,分解时,除了以泥土
的状态留下的土质之外,所有的组成元素都以气体形式离析了②.
这就是当受腐败作用的物质只含氧,氢,炭及少量土质时,腐败的结果.
不过这种情况是少有的,这些物质的腐败不完全且难以进行,需要很多时间
方可完成.此外,含氮物质的确存在于一切动物物质,甚至大量的植物物质
之中.这种辅助元素对腐败极为有利;由于这个原因,当希望促进这些物质
的腐败时,可将动物物质与植物混合起来.农业上造混肥和堆肥的全部技
术,就在于适当应用这种混合物.
给腐败材料增加氮,不单只加速该过程;该元素还与部分氢化合,形成
一种叫做挥发性碱(volatile alkali)或氨(ammonia)的新物质.就氨的
组成元素来说,用不同方法分析动物物质所得到的结果没有留下什么疑惑之
处;每当先从这些物质中离析出氮时,都没有氨产生;在所有情况下,它们
都只按它们所含氮的比例提供氨.氨的这种组成也被贝托莱先生在1785年
《科学院