第2章 与化学家相约(2)

波义耳代表怀疑派化学家，在列举大量事实后得出结论，他认为物质的形成是复杂的。“四元素说”和“三元素说”是错误的。波义耳根据自己大量的实验事实，给元素下了一个明确的定义：元素是不由其他任何物质所构成的最原始的、最简单的、最纯净的物质，元素是有确定性质的、实在的，可觉察到的实物，是用一般化学方法不能再分解的最简单的实物。

波义耳所说的元素，按现代的观点是单质。波义耳对于元素的论证，彻底批驳了存在至少两千余年的陈旧的唯心主义的“四元素说”、“三元素说”的观点，确立了科学的元素概念，使化学走上了科学研究的道路。

紫罗兰变红的启示

波义耳在自己的化学实验研究中心，和助手们一起，攻克了当时化学界长期争论的难关。他的科研热情越来越高涨，灵感的火花不断地迸发出来。

一天，一位园丁把一束紫罗兰放在实验桌上，波义耳无意中把一滴盐酸滴在一朵紫色花瓣上，他马上把花拿起来，放到水里去冲洗。结果，奇怪的现象发生了：紫罗兰花变成了红色。

偶然的发现令波义耳感到十分惊奇，也引起了他的认真思考；要判别溶液是不是酸，只要用紫罗兰花瓣放进溶液试一试就清楚了。既然酸能使紫罗兰改变颜色，那么碱是不是也能使紫罗兰改变颜色呢？经过一系列实验，他终于发现碱也能使紫罗兰改变颜色，变成蓝色。

波义耳又想如果不是紫罗兰，而是其他有色植物呢？有色植物遇到酸而不是碱会怎么样呢？波义耳决定对玫瑰、地衣、五倍子、树皮、石蕊、姜红等有色植物进行实验。它们分别与酸、碱作用，有的在酸作用下改变颜色，有的在碱作用下改变颜色。有趣的是石蕊和地衣，酸能使它们变成红色，碱能使它们变成蓝色。波义耳从石蕊制取浸液，把纸片放进浸液中浸透，再晾干。把这种纸片放进溶液里，只要纸片改变了颜色，就可以鉴别出溶液是酸性还是碱性。波义耳把这叫做酸碱指示剂。现在仍在广泛使用的石蕊试纸，就是当年波义耳的发明。

波义耳在研究五倍子浸液时发现，这种溶液和铁盐在一起，就会形成一种黑色的溶液，这种溶液可以当墨水用。波义耳仔细研究和配制了墨水的原料配方，后来人们沿用这个配方，生产了高质量的墨水达一个世纪之久。

波义耳还发现硝酸银溶液与盐酸相遇，会产生白色沉淀（即氯化银），波义耳称为“月牙”。

碳酸钾溶液（植物中的碱）与氯化汞的作用，产生黄色沉淀。铜盐溶液加些氨水，蓝色就会变深，如果蘸点铜盐在火上烧，火焰就会变成绿色等等。

波义耳在实验中发现了许多化学反应可以产生有颜色的物质，利用这些颜色的变化，可以检验更多的物质。波义耳使用了一种新的工作方法，即“分析法”，完成上述实验。这种分析法实际上就是分析化学的雏形，它对分析化学的发展起到了推动作用。波义耳成为分析化学的奠基人。

平静安宁的晚年

时光流逝，波义耳已进入晚年。在他年轻时身体就不太好，经常闹点毛病，因此当他50多岁时，身体健康情况急剧下降，开始恶化，他不能在实验室工作了，也不能参加研究活动了。

他不得不离开实验室，搬到祖传的庄园去生活。波义耳为了晚年的生活平静、安宁，他毅然拒绝了担任英国皇家学会主席的建议。

波义耳的晚年生活很自由。他有时去剑桥和牛津与老朋友见见面，交谈沟通，有时去伦敦和哲学家会面。但他没有完全休息，他的大部分时间用于著书立说，他把自己35年的研究工作加以阐述总结，写了不少有价值的科学著作和论文。有些成果是在这位科学家逝世后才发表的。

1691年12月21日，波义耳因病逝世，享年64岁。他留给后世的不是一大笔钱财，而是丰富的科学遗产。波义耳作为一位伟大的科学家，在几十年的科学工作中，不可能没有缺点错误，但是瑕不掩瑜。他以自己多年的实验研究，确立了科学元素的概念，宣告了近两千年来占统治地位的“炼金时代”的结束，把化学从医学分离出来，使化学成为一门新的独立的科学，开创了化学的新纪元。波义耳把许多显色反应和沉淀反应加以系统化，为分析化学打下了基础。波义耳无愧是近代化学的奠基人。

斯德哥尔摩广场上的雕塑

卡尔·威廉·舍勒（1742～1786），瑞典杰出的化学家。

1742年12月19日，舍勒生于瑞典的斯特拉尔松。家境贫寒，家口众多，舍勒只勉强上完小学，年仅14岁就到哥德堡的班特利药店当了名小学徒。

药店的老药剂师马丁·鲍西，是一位好学的长者。他整天手不释卷，孜孜以求，因而学识渊博，同时又有高超的实验技巧。马丁·鲍西不仅制药，而且还是哥德堡的名医。他的高明医术，在广大市民中，像神话一样地流传着。

名师出高徒，马丁·鲍西的言传身教，对舍勒产生了极为深刻的影响。舍勒在工作之余也勤奋自学，他如饥似渴地阅读了当时流行的制药化学著作，还学习了炼钢技术和燃素理论的有关著作。他自己动手，制作了许多实验仪器，晚上在自己的房间里做各种各样的实验。他曾因一次小型实验爆炸，引起药店同事的非议，但由于受到马丁·鲍西的保护，没有被赶出药店。

舍勒在药店里边工作、边学习、边实验，经过5年的努力，他的知识和才干大有长进，从一个只有小学文化的学徒，成长为一位知识渊博、技术熟练的药剂师。同时，他也有了自己一笔小小的“财产”——近40卷化学藏书，一套精巧的自制化学实验仪器。正当他准备大展宏图的时候，生活中出现了不幸：马丁·鲍西的药店破产了。药店负债累累，无力偿还，只好拍卖包括房产在内的全部财产，舍勒就此失业了。他带着自己的40卷化学和制药学方面的书籍以及自制的化学实验仪器，只身一人在瑞典各大城市四处漂泊，曾多次变换工作，但都没有离开过制药这一行当。后来，舍勒在马尔默城一家大药店找到了一份工作，药店老板很理解舍勒，给他安排了一套房子，支持他搞实验研究。舍勒和他的书籍及实验仪器从此结束了流浪生活，有了安身之所。从此，他又重操旧业，继续他的科学研究和实验。马尔默城学术气氛浓厚，离丹麦哥本哈根很近，离瑞典著名的鲁恩德大学也不远，这使舍勒能够买到最新出版的化学专著和文献，并能和大学里的教授们进行广泛的接触，这对他的学习和研究非常有帮助，使他获益匪浅。

两年之后，斯德哥尔摩一位很有名气的药房主沙伦贝格慕名聘请舍勒到他那里去工作，答应给他提供更优越的工作条件并设法帮助舍勒进入斯德哥尔摩皇家科学院所属的化学实验室搞科学研究，他欣然前往。在那里舍勒还可以充分利用瑞典最大的图书馆——科学院图书馆和皇家图书馆的藏书和文献。所有这些大大开阔了青年舍勒的科学视野，为他提供了施展才华的大舞台。

舍勒一边从事药剂师的工作，一边着手他的化学研究，他注意到从意大利运来的酒桶内壁上，沉积着一层厚厚的红色硬壳，工人们称其为酒石。舍勒用工具刮下这层奇怪的沉积物仔细研究，发现将其和硫酸一起加热，就会溶解，冷却后可以形成漂亮的透明晶体。舍勒研究了这种晶体的各种性质，发现其类似于酸。舍勒把这种晶体称为酒石酸。

舍勒还仔细地研究了萤石。将萤石与硫酸作用时，会生成一种令人窒息的气体，实验用的玻璃器皿表面则失去了透明度，说明这种气体能够腐蚀玻璃，舍勒改用蜡制的容器小心收集这种新物质，发现它能溶解沙子，并生成四氟化硅。这种气体就是氟化氢。1771年，舍勒成功地制取了氟硅酸。

短短的几年中，舍勒有了大量的科学发现，研究的范围也很广，涉及的领域有药物学、化学、植物学等。他研究从各种植物的根、茎、叶和果实中提取溶液，发现其中的一些新物质，他将这些物质纯化、结晶，仔细研究它们的性质，认为它们都是各式各样的酸。根据植物来源的不同，舍勒称这些酸为柠檬酸、苹果酸、草酸、五倍子酸、乳酸……舍勒还研究了大量的矿物质。将As2O3氧化制成砷酸，用胆矾和砷酸作用制成漂亮的绿色染料（砷酸铜），商业名称为“舍勒绿”。舍勒研究过辉钼矿和白钨矿，制备出MoO3和WO3，详细研究过它们的性质，断言这两种矿物里含有某种新元素，他的杰出工作为后人发现钼和钨铺平了道路。为纪念这位伟大的化学家，人们称白钨矿为“舍勒矿”。

他将橄榄油和氧化铅一起加热，首次制取了一种浅黄色有香味的物质——甘油；他用锌与亚砷酸作用，首次制取了砷化氢；他首次查明了动物骨骼里含有磷酸盐，并成功地提出了如何从骨头里提取磷的方法；他首次发现锰的化合物，并制备了高锰酸盐；他用二氧化碳、煤和氨为原料，成功地制取了氢氰酸，实际上这是在维勒之前40年实现的第一次人工合成的有机物！

舍勒在化学上的首次发现太多了，这些发现和成果，在化学界反响很大，得到了学术界的极高评价。1775年，年仅33岁的舍勒就被选为瑞典皇家科学院院士。虽然有几所有名大学慕名邀请舍勒去担任教授，但都被他拒绝了，他认为他的药房是很好的研究场所，而不愿意离去。

纵观舍勒一生的科研成果，当数氯气、氧气的发现和银盐的感光性实验证明。氯气是由舍勒在1774年发现的。当时舍勒正埋头研究软锰矿（主要成分是MnO2），深入研究过软锰矿的性质。当他把浓盐酸倒进盛放黑色软锰矿石的烧瓶中加热时，会飘逸出一种黄绿色的气体（是他首次实现了下面的反应：MnO2+4HClMnCl2+Cl2+2H2O），这种气体有强烈的刺激性气味，会使人剧烈咳嗽，舍勒感到很难受。但他确信自己发现了一种从未被人们所认识的新气体，他由衷地高兴和激动。舍勒决定仔细研究这种新气体的性质，并用动物膀胱收集这种气体。于是，他从猪肉店里买来了一些猪膀胱，晒干后插上玻璃管，将氯气收集在里面。舍勒把氯气溶解在水里后，发现这种溶液对纸张、纺织品都有永久性的漂白作用。他还发现这种气体的性质十分活泼，能与许多金属氧化物发生反应。舍勒把他的研究成果发表在瑞典科学院院刊上。

舍勒的第二项有重大影响的发表是氧气的制取，并对氧气性质进行了深入的研究。这要追溯到18世纪70年代初他对硝酸钾的研究。起初他通过加热硝石得到一种他称之为“硝石的挥发性”物质，这种气体遇到烟灰中的余烬就会燃烧起来，放出耀眼的光芒。这种现象引起了舍勒的极大兴趣，他对这种气体的研究到了痴迷的程度。他曾对朋友说：“为了解释这种新的现象，我忘记了周围的一切，因为假使能达到最后的目的，那么这种考察是何等的愉快啊！

而这种愉快是从内心中涌现出来的。”舍勒曾反复多次做了加热硝酸钾的实验。他说：“我意识到必须对火进行研究，假如不能把空气弄明白，那么对火的现象就不能形成正确的看法。”舍勒的这种观点已经接近了“空气助燃”的观点，遗憾的是他没有能够沿着这条路深入研究下去，终生笃信“燃素说”不疑，导致当真理碰到鼻尖时也没有发现真理。

舍勒正式发现氧气是在1773年，比普利斯特里早一年。他制氧气的方法较多，主要有：①加热氧化汞（HgO）；②加热硝石（KNO3）；③加热高锰酸钾（KMnO4）；④加热碳酸银（Ag2CO3）和碳酸汞（HgCO3）的混合物。对空气的研究，舍勒设计过许多巧妙而出色的实验。

第一个实验是把湿铁屑放在倒置于水中的密闭容器中，几天以后，铁屑生锈，空气大约减少了1/4，容器中剩下的3/4空气，可以使燃烧的蜡烛熄灭。

第二个实验是把一小块白磷倒放在水中的密闭容器中，让白磷在密闭容器中燃烧，器壁上沉积了一层白花，水面上升了1/5。对此他曾定性地说明：“空气是由两种性质不同的流体组成，其中一种流体表现出不能吸引燃素，即不能助燃；而占空气总量1/3到1/4的另一种流体，则特别能吸引燃素，即助燃。”舍勒把不助燃的空气称为“浊空气”，把助燃的空气叫做“火空气”。舍勒还做过“浊空气”和“火空气”的生物实验。他把老鼠和苍蝇放在密封的“浊空气”中，过了一段时间老鼠和苍蝇都死掉了，换成“火空气”则不然，这些小生物会活得好好的。舍勒的结论是：“火空气”能助燃，能维持生命，“浊空气”不能助燃，不能维持生命。他对这两种空气性质的认识是深刻的，只可惜他未能由此进行创造性发挥，摆脱燃素理论的束缚，被错误的理论牵着鼻子走。由于他在理论上墨守成规，使他的许多发现都黯然失色。

舍勒的第三大发现是在25岁时完成的。他把硝酸银溶液倒进盐酸中，本来各自澄清的溶液一下子变得混浊不堪（生成了氯化银沉淀）。舍勒惊讶地发现，在阳光照射下，白色的氯化银很快变黑，光使氯化银分解了，游离出金属银。这项重大发现具有意想不到的重大意义，它奠定了现代摄影技术的基础。现在，我们日常生活中司空见惯的变色玻璃和变色眼镜就是根据这一光学原理制成的。

读书和做实验是舍勒毕生的两大爱好。化学是以实验为基础的科学，舍勒正是因为勤于实验，才有那么多的重大发现。据统计，舍勒一生设计的实验有近千个。他经常通宵达旦，长年累月超负荷地工作，并且在实验过程中过多地吸入了各种有毒气体，使他的身体受到了严重的伤害。人们在他的日记中发现，他甚至亲口尝过剧毒物氢氰酸，“这种物质气味奇特，但并不讨厌，味道微甜，但嘴发热，刺激舌头”。如此伤身的行为在这位化学家的笔下竟描述得如此平淡。早年，舍勒的实验条件简陋，没有通风设施，但实验时产生的气体常常有毒，因此舍勒常常不得不在室外做实验；即使是在严寒的隆冬，舍勒仍然经常在室外坚持做实验，北欧冬天那凛冽的刺骨寒风使他患上了风湿病。30几岁他就觉得浑身关节酸痛，双腿疼痛难忍。舍勒一辈子为别人制药，但他却找不到医治自己疾病的药物。

1786年的春天，随着天气的渐暖，舍勒的心情和身体都觉得好了一些。于是他又开始做硝酸的光学性质实验，然而实验还没有做完，他又病倒了。躺在床上的舍勒，仍然念念不忘那个未做完的实验，他对妻子说：“到了夏天，我将重做光线对于硝酸的实验。”谁知他那虚弱的生命已坚持不到夏天了。1786年5月21日，年仅43岁的年轻科学家——舍勒，因患严重的风湿病辞世。

巨星陨落，国人含悲。瑞典人民十分怀念他，在舍勒逝世150周年和200周年诞辰时，在斯德哥尔摩广场他的塑像前，人们举行了隆重的纪念活动。

推动18世纪化学革命的拉瓦锡