论不同种类的空气:实验与观察
空气不是单一之物:其中有一种成分,喂养着每一团火焰、每一次呼吸。
用阳光加热一撮红色粉末,逸出一种看不见的气体:它让蜡烛烧得通亮,让老鼠活力十足——这就是我们今天所说的氧。
核心想法
几千年来,人们都以为空气是一种单一、简单的东西——四「元素」之一。约瑟夫·普利斯特里却表明:并非如此。他用一面把阳光聚拢的透镜加热一种红色粉末(汞的一种氧化物),捕获了一种新的空气;在其中,蜡烛燃起亮得惊人的火焰,老鼠也活得远比平常更久。
普通空气里的那一种成分——大约占五分之一——正是火焰与呼吸共同需要的。原来,一团火与一叶肺,要的是同一样东西。
它是如何诞生的
普利斯特里是一位不从国教的牧师,也是一位不知疲倦的实验家;他早已把一大群气体装瓶、一一描述,还顺手发明了苏打水。1774 年 8 月 1 日,他在威尔特郡的卡恩,把那面大取火透镜对准红色氧化汞,被逸出气体所助的火焰惊呆了。几个月后,他鼓起勇气亲自吸了一口,并打趣说:这种「纯净空气」,也许有朝一日会成为时髦的奢侈品。
但普利斯特里用一个叫「燃素」的旧观念来解释他的发现——所谓的「火质」——把故事讲反了。那年 10 月在巴黎,他向安托万·拉瓦锡描述了这个实验;拉瓦锡看出了它真正的含义,将这种气体命名为氧,并以它为基石建起现代化学。一位瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒,甚至更早就悄悄发现了同样的气体。三人都该分得一份功劳;而读懂它的,是拉瓦锡。
它为何重要
一旦你知道空气是混合物,知道其中一部分同时驱动着燃烧与呼吸,整个化学便豁然开朗。你能解释生锈、解释火焰、解释我们为何呼吸;你能称量一场反应吸进了什么、又放出了什么。普利斯特里的气体,正是那根松线——一拉,便把延续千年的「四元素」世界观,整个拆解开来。
一个可以想象的画面
把空气想成一屋子人,其中只有一部分愿意当舞伴——那一部分,就是氧。蜡烛和老鼠,都在找舞伴。在普通空气里,它们找得到足够多。而在普利斯特里的「脱燃素空气」里,几乎人人都愿起舞,于是火焰咆哮、老鼠精神焕发。可若把它们封进一间小屋,让它们把舞伴用尽,舞便停了——火焰摇曳着熄灭,空气也变得污浊。
它的位置
普利斯特里立在现代化学的门口。他身后,是「四元素」的古老观念;身前不远,拉瓦锡正一步步用天平称出氧理论,再往后,是道尔顿的原子与门捷列夫的周期表——在那里,氧坐定了第八号元素的位置。而他自己「植物能更新空气」的发现,正是我们今天所说的光合作用的一线最早的微光。
…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.