論不同種類的空氣:實驗與觀察
空氣不是單一之物:其中有一種成分,餵養著每一團火焰、每一次呼吸。
用陽光加熱一撮紅色粉末,逸出一種看不見的氣體:它讓蠟燭燒得通亮,讓老鼠活力十足——這就是我們今天所說的氧。
核心想法
幾千年來,人們都以為空氣是一種單一、簡單的東西——四「元素」之一。約瑟夫·普利斯特里卻表明:並非如此。他用一面把陽光聚攏的透鏡加熱一種紅色粉末(汞的一種氧化物),捕獲了一種新的空氣;在其中,蠟燭燃起亮得驚人的火焰,老鼠也活得遠比平常更久。
普通空氣裡的那一種成分——大約佔五分之一——正是火焰與呼吸共同需要的。原來,一團火與一葉肺,要的是同一樣東西。
它是如何誕生的
普利斯特里是一位不從國教的牧師,也是一位不知疲倦的實驗家;他早已把一大群氣體裝瓶、一一描述,還順手發明了蘇打水。1774 年 8 月 1 日,他在威爾特郡的卡恩,把那面大取火透鏡對準紅色氧化汞,被逸出氣體所助的火焰驚呆了。幾個月後,他鼓起勇氣親自吸了一口,並打趣說:這種「純淨空氣」,也許有朝一日會成為時髦的奢侈品。
但普利斯特里用一個叫「燃素」的舊觀念來解釋他的發現——所謂的「火質」——把故事講反了。那年 10 月在巴黎,他向安托萬·拉瓦錫描述了這個實驗;拉瓦錫看出了它真正的含義,將這種氣體命名為氧,並以它為基石建起現代化學。一位瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒,甚至更早就悄悄發現了同樣的氣體。三人都該分得一份功勞;而讀懂它的,是拉瓦錫。
它為何重要
一旦你知道空氣是混合物,知道其中一部分同時驅動著燃燒與呼吸,整個化學便豁然開朗。你能解釋生鏽、解釋火焰、解釋我們為何呼吸;你能稱量一場反應吸進了什麼、又放出了什麼。普利斯特里的氣體,正是那根鬆線——一拉,便把延續千年的「四元素」世界觀,整個拆解開來。
一個可以想像的畫面
把空氣想成一屋子人,其中只有一部分願意當舞伴——那一部分,就是氧。蠟燭和老鼠,都在找舞伴。在普通空氣裡,牠們找得到足夠多。而在普利斯特里的「脫燃素空氣」裡,幾乎人人都願起舞,於是火焰咆哮、老鼠精神煥發。可若把牠們封進一間小屋,讓牠們把舞伴用盡,舞便停了——火焰搖曳著熄滅,空氣也變得污濁。
它的位置
普利斯特里立在現代化學的門口。他身後,是「四元素」的古老觀念;身前不遠,拉瓦錫正一步步用天平稱出氧理論,再往後,是道爾頓的原子與門捷列夫的週期表——在那裡,氧坐定了第八號元素的位置。而他自己「植物能更新空氣」的發現,正是我們今天所說的光合作用的一線最早的微光。
…more is owing to what we call chance, that is, philosophically speaking, to the observation of events arising from unknown causes, than to any proper design, or pre-conceived theory in this business.
But what surprized me more than I can well express, was, that a candle burned in this air with a remarkably vigorous flame, very much like that enlarged flame with which a candle burns in nitrous air, exposed to iron or liver of sulphur.
The feeling of it to my lungs was not sensibly different from that of common air; but I fancied that my breast felt peculiarly light and easy for some time afterwards. Who can tell but that, in time, this pure air may become a fashionable article in luxury.
Hitherto only two mice and myself have had the privilege of breathing it.