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到了18世纪末,许多学者把兴趣转向了对气态物质的研究[57]。
第一个对气体研究做出重要贡献的人是让-巴蒂斯特·范海尔蒙特(Jean-BaptisteVa,1577—1644),他引入了“气体”
一词,这是希腊语χ?ο?(chos)的变形,意为“无形无序的初始物质”
。
范海尔蒙特也是第一个发现并制备空气以外的气态物质的人,也就是所谓的“森林气体”
,它是从木材燃烧中获得的,相当于我们今天所说的二氧化碳。
气态无疑是物质最简单的状态。
因此,气体研究为物质研究开辟了新道路,特别是使物质的某些特性首次得到了定量研究。
与气体研究有关的第一批定量研究结果在17世纪初开始出现。
埃万杰利斯塔·托里拆利(Evaorricelli,1608—1647)和奥托·冯·格里克(OttovonGuericke,1602—1686)关于气压的实验表明,气体也是有重量的,这证实了气体只是物质的一种特殊形式。
1622年,英国人罗伯特·波义耳以及后来的法国人埃德姆·马利奥特(EdmeMariotte,1620—1684)都发现了相同的气体定律:在恒温条件下,气体的体积和压强成反比关系。
这一定律与气体的化学性质无关,适用于所有气体,它是我们论证所有气体的行为都实质性相似的第一个线索。
正如后来所解释的那样,这种相似性必须在某种程度上与所有物质的结构联系起来。
1754年,苏格兰医生约瑟夫·布莱克(JosephBlack,1728—1799)在其博士论文中介绍了对一种新气体的研究结果。
这种气体是通过加热矿石白苦土(magnesiaalba,碳酸镁,MgCO3)而获得的,与范海尔蒙特的“森林气体”
具有相同的特性。
布莱克还发现,加热后的矿石残渣(氧化镁,MgO)可以与这种气体重新结合,生成碳酸镁。
布莱克称这种气体为固定空气(fixedair),今天我们知道这种气体就是二氧化碳。
1766年,英国化学家亨利·卡文迪许(Henrydish,1731—1810)发表了他对另一种气体的研究结果。
这种气体可以通过酸与金属的反应来制备,后来被人们称为氢气,它性质特殊,轻盈且易燃。
由于卡文迪许是燃素学说的坚定支持者,他认为自己分离出的气体正是乔治·恩斯特·斯塔尔提出的易燃性元素。
另一位化学家,英国人约瑟夫·普里斯特利(JosephPriestley,1733—1804),在1774年通过加热“汞灰”
(氧化汞),成功制备了一种新的气体。
这种新气体虽然不具有可燃性,但却能促进其他物质的燃烧。
此外,这种气体还可以供给生物呼吸来维持动物的生命,而卡文迪许和布莱克的气体却无法做到这一点。
由于这种新的气体与卡文迪许的气体性质如此迥异,因此普里斯特利将其称为“脱燃素空气”
。
实际上,依照斯塔尔的理论,气体的这种支持其他物质燃烧的能力可以归功于它对燃素的高吸收性。
安托万·洛朗·拉瓦锡被一致认为是现代化学的奠基人[58]。
他将化学从炼金术的神秘背景中彻底解放出来,使其成为一门现代科学。
拉瓦锡的伟大贡献在于,他系统而严谨地将伽利略的定量方法引入了物质转化的研究中,将物质从定性到定量的转变开拓到极致。
拉瓦锡对定量研究的重视,在他早期的工作中已经显现。
例如,1764年对石膏成分的测定。
拉瓦锡成功驳斥的第一个炼金术概念是嬗变(transmutation)。
忠于四元素理论的炼金术士们坚信一种元素有可能转化为另一种元素。
例如,水在经过长时间加热后会得到固体残渣。
这一现象被炼金术士们解释为水对土的嬗变。
拉瓦锡试图验证这一说法,他将水煮了101天,在水沸腾的过程中,他精确地回收了形成的蒸气并使其重新凝结成水。
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