第二节 化学的重要进展
2.1医化学与工艺化学
化学燃素说从炼金术中的解放经历了约300多年，其中主要经过医化学与工艺化学时期、燃素说时期和氧化说时期。
医化学即医药化学。尽管它与炼金术有千丝万缕的联系，但其实际工作为化学发展开辟了新的方向。主要代表人物是帕拉塞尔苏斯和范．海尔蒙脱(LU．vail Helmont，1577～1644)。
前面提到的帕拉塞尔苏斯不仅是医学史上的改革家，而且对化学发展也做出了贡献。尽管他没有从实践上完全摆脱炼金术，但他认为炼金术的目的是荒诞的。他给炼金术下了一个新定义—一把天然原料转化为对人类有用的产品的科学。他在炼金术的两元素(“硫”、“汞”)说基
础上增加了“盐”而提出三元素说，以此作为他的理论观念来解释自然界的物质变化。他认为“硫”是可燃元素，“汞”是挥发性或可溶性液体兀素，“盐”则是不挥发和不可燃元素。这三元素在物质中所占的不同比例，决定了物质所具有的不同性质。他做过制药、提纯等大量化学实验，区分了白矾和蓝矾，研究了二氧化硫的漂白作用，发现了醚类物质及其麻醉作用，并强调化学操作中定量的意义。
帕拉塞尔苏斯的医化学学派在17世纪产生了很大影响。比利时的范•海尔蒙脱就是这个学派的最后一位有影响的代表人物。他不同意帕拉塞尔苏斯的三元素说，认为水和气才配称为元素，因为它们是再不能被还原为更基本的东西，且两者不能互变为对方。他通过著名的柳树实验论证树的所有新物质几乎都是由水转化来的。尽管实验构思和结论是错误的，但他的定量研究方法为现代化学奠定了方法论基础，同时他的无不生有的信念蕴涵着朴素的物质不灭思想。海尔蒙脱还注重气体化学的研究，他最早区分了空气、水蒸气和其他气体．还区分了呼吸用的空气和使人中毒的一氧化碳以及可以灭火的二氧化碳等气体。他还研究了酸、碱等物质。他倡导化学教学应当用火的操作来证明，并自称为“火术哲学家”。海尔蒙脱对波义耳元素定义的形成有很大影响。他还提出过人体消化过程中的“酸素”理论，这已经孕育了近代生理学中的酶学说。
16、17世纪除医化学外，工艺化学也是从炼金术向近代化学过渡的重要方向之一。这方面的代表人物主要有德国医生阿格利柯拉(G，Agricola，1494—1555)、意大利工匠毕林古修(V。Biringuccio，1480—1539)等。阿格利柯拉写过很多的冶金和矿物学著作，最著名的是1556年初版的《论金属》。它摆脱了炼金术的束缚，成为其后200年中采矿、冶金方面的指南。尽管此书侧重于应用方面，但已有部分金属化学以及地质现象的内容。毕林古修在其名著《火术》(1540)中，叙述了铸钟和铸炮等各种运用火的生产技术，并从矿物形成、采矿、提取、冶炼、化合物及其性质，一直讲到火药和其他可燃的和可爆的物品。他针对炼金术，直接提出了“金属不能转化”的思想。此书和《论金属》一书均体现了在化学方面学者传统和工匠传统的结合，是从炼金术通过工艺化学向近代化学发展的里程碑。
2.2 微素理论
17世纪化学史上的重要人物之一——波义耳是一位神职人员，兼科学家。他由于与马略特分别地发现了气体定律而成为著名物理学家。但他再科学史上更主要的贡献是在化学方面。他在其代表作《怀疑派化学家》(1661)中系统地批判了炼金术化学认为“性质决定一切”、“性质组合而成为物质”的错误原则，并在古代原子论以及医化学家范•海尔蒙脱的影响下，提出他的微素理论。
微素理论认为构成自然界的材料是一些细小致密、用物理方法不可分割的微粒，正是物质的这些机械微粒决定着物质的性质及其变化，其中包括：它们的大小、位置、机械运动，以及当时人们所了解的一切物理、化学性质。物质的机械微粒结合成更大的粒子团，而这些大大小小的粒子团作为基本单位参加各种化学反应。也就是说，所谓化学变化就是这些粒子团的运动、组合、排列从而形成新物质的过程。
波义耳还批评炼金术中的“同情”、“憎恶”、“亲和”等不科学的、带感情色彩的概念。他认为化合反应中的吸引力或“亲和力”，可以解释为运动粒子相互匹配集聚的结果，而根本不是什么“相亲相爱”的结果。他用微粒本身的特点来解释化学反应，是很有意义的。他的微粒说是燃素说的理论前身。比如，从他对燃烧现象的解释，就可以看出这点。他认为金属燃烧后，由于火的微粒(火素)穿过玻璃容器与金属化合，从而产生金属灰。这是燃烧后重量增加的原因。尽管波义耳的“火素”不是后来斯塔尔(1660—1734)的“燃素”，但波义耳的微素学说对燃烧现象的解释却是建立燃素说的基础。两者作为机械的微粒哲学，反映了那个时代人类认识自然的机械论特征。
波义耳不仅否定古代的元素说，也否定炼金术和霍亨海姆的元素说。他认为既然不能通过实验把元素从物体中提取出来，它们就不配作为构成物体的元素。他给元素下了一个较清楚的定义：元素是“指某种原始的、简单的、一点没有掺杂的物体，元素不能用任何其他物体造成，
也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全?昆合物的成分，也是完全混合物最终分解成的要素。”他认为化学的一个重要任务就是把复杂的物质分解为它的组成元素，并由此认识物质的本性。应当指出，波义耳的“元素”在多数情况下相当于现代化学中的“单质”概念，后来拉瓦锡正式使用“单质”概念，以区别于“元素”概念。
作为弗•培根的信徒，波义耳认为化学要建立在大量实验基础上，要对化学进行定量研究。他第一次使用“分析”一词，元素概念的提出就是由“分析”而来。他说，现在不仅要指出自然是由复杂元素组成的，而且要指出到底由多少种元素组成。他一生中记录了很多定性分析的实验。
由于波义耳确立了化学的独立性，给出了比较清楚的化学元素的定义，并进行了大量的化学实验，从而成为近代化学的奠基人。在西方文化史上，波义耳对于扬弃古代自然哲学的整体论思维，并过渡到近代科学的分析思维，无疑是做出了巨大贡献的。
2.3 燃素说
完成化学学科统一的并不是波义耳的元素定义，而是在他的“火素”概念基础上形成的燃素说。法国化学家贝歇尔(J．Becher，1635～1682)不同意波义耳把燃烧现象解释为化合过程，而提出燃烧是一种分解过程即释放“燃烧性油土”的过程。所谓“油土”不过是炼金术中的“燃烧性硫”。后来，他的学生、德国御医斯塔尔(G．E．Stahl，1660～1734)于1703年重新编辑出版了贝歇尔著作，并增加大量注释。他用“燃素”代替波义耳的“火素”和贝歇尔的“油土”，提出了系统的燃素说。
燃素说的基本观点是：
(1)燃素是构成火的元素，当它们聚集在一起时就形成火焰，当它们弥散时只能给人以热的感觉。
(2)燃素充塞于天地之间，大气中因为有它才会有闪电，生物体因含有它才富于生命活力，无生命物质因含有它才会燃烧。物体失去它就成为死的灰烬，而灰烬获得它就会得到复活。
(3)燃素不会自动从物体中分离出来，只有在借助空气而发生燃烧时，燃素才能释放出来。火焰是自由的燃素，燃素是被禁锢的火。
(4)所有燃烧现象都可归结为燃素的转移一—吸收或释放。比如，金属燃烧时逸出(释放)燃素而成锻灰，而煅灰与木炭一起燃烧时又从木炭中吸收燃素，重新变为金属。
由于燃素说使包括燃烧现象在内的大多数化学反应在系统的理论基础上得到了说明，从而使化学摆脱了炼金术，结束了化学在18世纪中叶以前知识零散、解释混乱的局面，完成了化学学科的统一。燃素说传播日广，到18世纪中叶时，几乎被举世公认，很多著名化学家都成了它的信徒。
2.4 拉瓦锡的氧化学说
燃素说是一种有严重错误和重大困难的理论。其主要错误是把煅灰说成是单质，却又把金属说成化合物，并把金属的燃烧过程说成是分解反应。而它最大的困难是，如果确有“燃素”这种物质存在，它就应具有重量，然而，金属经煅烧释放燃素后重量非但没有减少，反而增加。为了自圆其说，有人设想燃素具有负重量(“轻量”)，这实际—上是向亚里士多德元素说的倒退；还有人设想燃素逸出后，有另一种较重的物质被吸收。此外，燃素与空气之间的依赖关系，以及找不到独立存在的燃素，也是燃素说的理论困难，它们使燃素论者之间产生意见分歧。一批批新发现的事实不断要求对这些理论进行修改。正如化学史家莱斯特所说：“一旦有某种更加合理的学说可供利用，燃素说就不可避免地要一败涂地。”拉瓦锡(A．1Lavc~isier，1743—1794)的氧化学说正是在这种背景下应运而生的新学说。
在氧化学说诞生之前，实验化学在气体分离和发现方面取得了重大进步。1755年英国布莱克发现了被他称为“固定空气”的二氧化碳：1766年卡文迪什(H．Cavendish，"31—1810)发现了他误认作“燃素”的“可燃空气”——一氢气；1772年丹尼尔•卢瑟福(Danier Rutherford，1749—1819)发现了他称为“浊气”的氮气，不久卡文迪什和瑞典的舍勒(K．W．Scheele，1742～1786)也制得了这种气体；特别重要的是1773年舍勒制得了被他称为“火焰空气”和“活空气”的氧气，他认为燃烧是“活空气”与燃素结合的过程。1774年英国的普利斯特列在实验中也独立地发现了这种物质，他称之为“脱燃素气体”。他用实验表明小鼠在充满这种气体的环境里存活时间最长，而人吸了它之后也很舒服。但他仍坚持燃素说直至去世为止。舍勒和普利斯特列所发现的这种气体并没有使他们成为批判燃素说的革命家，这一事实说明：燃素说一方面促成了实验化学的新发现，另一方面又阻碍着理论化学的发展。
借助别人制造的武器最终摧毁燃素说的是法国化学家拉瓦锡。拉瓦锡于1772—1775年从事气体化学和燃烧理论研究时就对燃烧增重问题产生疑问，他不同意负重量的说法，也不同意波义耳的“火素”，而认为增重的原因是金属燃烧时从空气中吸收—厂某种物质。1774年他重复了波义耳的煅烧金属(锡)实验。但与波义耳不同的是拉瓦锡加盖了瓶塞，结果发现反应前后总重量不变，从而驳斥了增重是火素穿过瓶底进入锡的错误解释，提出了灰烬是金属与空气中某种成分化合的新解释。而舍勒与普利斯特列的新发现为这种解释提供了强有力的支持。拉瓦锡在严格定量的基础上重复了舍勒的燃烧磷实验和普利斯特列加热氧化汞实验，使他的燃烧学说即氧化理论得以确立。在1777年9月；日完成、1780年出版的《燃烧通论》中，他提出了如下的学说：
（1）燃烧时均有光和热放出；
(2)物体只有在纯粹空气(氧气)存在时才能燃烧；
(3)空气由可助燃的和不可助燃的两种成分组成，物质燃烧时由于吸收了空气中的纯粹空气而增重，增加的重量恰好等于吸收的纯粹空气的重量；
(4)—般可燃物(非金属)燃烧后都变成酸，氧是酸的本质；金属燃烧后所变成的灰烬是金属的氧化物。
这就是化学史上著名的氧化理论。
到1785年以后，他的氧化理论除普利斯特列等少数科学家外已被化学界普遍接受。1789年在他的《化学大纲》中正式把“纯粹空气”命名为氧气(gaz oxygene)。
这部标志着化学发展重要里程碑的划时代著作给化学带来了前所未有的条理性和系统性，它对化学的贡献完全可以与牛顿的《原理》对物理学的贡献相媲美。它阐明了“元素是化学分析所达到的真正的终点”，并列出了包括23个元素的第—•张真正的化学元素表，还讨论了化学的对象、方法、仪器、化学物质的命名法，总结厂前人和同时代有关气体化学和燃烧现象的实验成果。
在雅各宾派专政时期，拉瓦锡因涉嫌经济问题而受到指控，于1794年5月8日被处死。尽管两个月后雅各宾派被推翻，但拉瓦锡已经死了。正如拉格朗日所说：“砍下拉瓦锡的头只需要一瞬间，而在法国再产生这样一个头颅恐怕一百年也不够。”法国科学界完全懂得他的价值，两年后在巴黎立起了拉瓦锡的塑像。
