燃素學說

自從十字軍遠征以來，歐洲的工業有了巨大的發展，形成了許多工業基地。在很多工業中都廣泛地使用著火，這樣使用火的範圍日益擴大。不同的物質可燃性的大小、產生溫度的高低以及金屬煅燒后變成灰燼並且會增加的重量等等問題，在這時很自然地引起了人們的重視和思考。特別是17世紀之後，火在使物質發生化學變化的新技術中更加不可缺少，因而人們迫切需要了解燃燒的本質以提高燃燒的效果。但是，當時的煉金士的神話和經學家的空談無法滿足這些問題的解答。

17世紀末，歐洲開始流傳一種燃燒本質的學說“燃素說”，該學說在此後的100多年以來一直流傳很廣並佔有統治地位。

在燃素說提出之前，已經有人對燃燒現象進行了仔細的研究並且發出了許多議論。15世紀時，義大利人達·芬奇曾有這樣的發現：在燃燒時，若無新鮮空氣補充，則燃燒就不能繼續進行，表明燃燒與空氣的存在與否有著必然的聯繫。1630年，法國人雷伊進一步發展，金屬錫和鉛經煅燒后就增加了重量。他將這一現象解釋這空氣凝結於錫燼，如同乾燥的沙吸收水分而變重一樣。1664年，英國化學家胡克認為火焰是引起化學作用的混合氣體。胡克忽視了空氣在燃燒中的作用，他仍相信燃燒時，物體中有煉金士所謂的燃燒“硫素”放出。

17世紀下半葉，形而上學、機械唯物論的自然基本形成，不可再分的物質微粒和機械的力成人們解釋自然現象的基礎。在這一時期，人們往往在解釋各種現象時不自覺地運用“某某力”或“某某素”這樣的名詞。英國化學家波義耳在這裡也提出了自己對燃燒本質的看法，他認為火應當是一種實實在在的，由具有重量的“火微粒”所構成的物質元素。依據此點，植物、燃料在燃燒時，它們的極大部分都變成火素散失在空氣中去了，只留下了同原物體本身的重量相比微不足道的灰燼。

1673年，波義耳在做一些金屬的煅燒實驗。他將銅、鐵、鉛、錫等金屬放在密閉的容器內進行煅燒，再仔細定量地研究它們在煅燒后增重的情況。最後，波義耳認為，在金屬被煅燒時，從燃料中散發出來的火微粒，穿過容器壁，鑽進了金屬，並與它們結合而形成了比金屬本身重的煅灰。他用下式對金屬煅燒后的增重現象進行解釋。

金屬+火微粒=煅灰

但是，波義耳沒有在此基礎上繼續進行更深入的研究，最終喪失了一次很好的在對火及燃燒現象的認識方面取得較大突破的機會。波義耳忽略了考察與金屬密切接觸的空氣的變化情況，這一觀察上的片面性，使他未能正確提示火和燃燒現象的奧秘。

1674年，英國醫生梅猷曾發表了他對燃燒現象的見解，他的見解在當時是相當先進的。他利用小動物進行實驗，他將燃燒的蠟燭和一隻小老鼠放在水面上，然後分別在兩者上部罩一燒瓶。他發現瓶中的空氣體積逐漸減少，他認為其中一部分物質被燃燒和呼吸消耗掉了，剩餘氣體經他測量得知比空氣稍輕。之後，他又在實驗中發現火藥在水下仍能燃燒。於是，他認為，在硝石中也存在著那種空氣中的助燃成分，他稱之為“硝氣精”。

以上幾種關於燃燒的見解在當時只是個別科學家所具有的，大多數人仍認為物質在燃燒時有某種東西從中逃走了。但是，這幾種見解為以後燃素說的提出奠定了一定的基礎，積累了一定的資料。

在化學史上，人們普遍認為，貝歇爾和施塔爾共同創立了燃素說。貝歇爾是17世紀末德國的一位化學家，他提出燃燒是一種分解作用，動、植物和礦物等燃燒之後，留下的灰燼都是成分更簡單的物質。在此推理，不能分解的物質，尤其是單質是不會燃燒的。貝歇爾認為各種物質都是由他所謂的三種基本“土質”組成的。這三種“土質”包括，“石土”-存在於一切固體物質中的一種“固定性的土”；“油土”-存在於一切可燃物體中的一種“可燃性的土”；“汞土”是一種“流動性的土”。物質因三種成分比例不同而各有特性。

貝歇爾用他的三種“土質”來解釋物質燃燒的現象：物體在燃燒時，就會放出其中的“油土”部分，只剩下“石土”或“汞土”的成分。在這裡，貝歇爾所謂的“油土”，便相當於以後的“燃素”。

1703年，另一位德國化學家施塔爾在總結了前人關於燃燒本質的各種觀點，並對其進行甄別之後，更系統地提出了明確的燃素學說。施塔爾認為，火是一各由無數細小而活潑的微粒構成的物質實體。這各微粒可以和其他的元素結合形成化合物。同時也能夠以遊離的形式存在。如果大量的微粒聚焦在一起就會形成明顯的火焰，這些微粒瀰漫在大氣之中便給人以熱的感覺。由這種微粒構成的火的元素稱為“燃素”。

他認為，燃素無處不在，包含於萬物之中。甚至將閃電也歸結為大氣中含有燃素的緣故，它使大氣動蕩不已，他認為生物因含有燃素而富有生機；無生命的物體因含有燃素而能夠發生燃燒。他認為燃素是萬物的靈魂，物體失去燃素而變成死灰燼，灰燼獲得燃素，物體就會復活。

施塔爾這樣解釋燃燒現象，他認為一切與燃燒有關的化學變化都可以歸結為物體吸收燃素或放出燃素的過程。例如，煅燒金屬時，燃素從中逃逸出來，變成煅渣；將煅渣與木炭共燃，則煅渣又從木炭中吸取燃素而重回到金屬面目。硫磺燃燒后變成硫酸，硫酸與松節油共煮而變成硫磺，都是由於物質中的燃素得失而完成變化的。在施塔爾看來，物體中所含燃素的多少決定了該物質可燃性的大小。看起來，“燃素說”與波義耳的“火微粒”的觀點頗為相似，然而恰恰相反，從以下施塔爾對金屬煅燒過程的表示式可以看出：

那麼，為什麼燃燒時不可缺少空氣呢？施塔爾在他的學說中解釋道：這些物質在加熱時，燃素並不能自動分解出來，必須有外來的空氣將其中的燃素吸取出來，燃燒過程才能實現。並且還認為，上好的空氣具有吸收燃素的性質。

除以上觀點以外，施塔爾還用燃素說的觀點解釋了金屬溶解於酸以及金屬的置換反應，他認為前者是由於酸奪取了金屬中的燃素的緣故；而一種金屬可以置換出另一種金屬，乃是由於前者的燃素轉移到了後者中的結果。

施塔爾的燃素說曾統治化學界達百年之久，及至科學燃燒的學說建立之後，人們才知道它的謬誤。但是，燃素說在整個化學發展中的作用卻是不容忽視的，它的創立首先結束了鍊金術對化學界的統治局面。另一方面，燃素說提出的100年中，即使相信他的化學家也親身從事化學實驗，因而積累了大量豐富的經驗和材料，藉助這些材料，拉瓦錫才能在日後的實驗中發現科學的燃燒現象的本質，才能提出科學的燃燒學說。