【内容提要】对R.Boyle的《怀疑的化学家》原著进行分析之后发现，R.Boyle实际上是对17世纪60年代以前欧洲的化学思想表示了10个方面的怀疑。其中包括“元素”（或“要素”）概念、化学物质的构成方式、化学分析方法等。正是这些怀疑，推动古老的“黑术”(chemeia)走上了科学的道路。
【关键词】怀疑的化学家/波义尔/元素/要素

【正文】
1661年，R.Boyle所著《怀疑的化学家》在牛津出版。化学史家曾经不止一次地指出过，正是这部著作使古老的“黑术”（古埃及“化学”概念的直译）走上了科学的道路。遗憾的是，341年过去了，我国学者对它的研究一直不多。除了少量文献间接而零星的提及它之外，系统的研究似乎还没有过。因此，《怀疑的化学家》究竟怀疑什么？实在还是值得我们深入讨论的问题。但愿我们的一孔之见，能够收到抛砖引玉和拾遗补缺的作用。
　　怀疑之一：在怎样的基础上建立元素说或要素说？
早在17世纪以前，化学家们就把我们周围的多样化的世界，限定为由几种最简单的“元素”(elements)或“要素”(principles)构成的世界。对此，R.boyle首先表示了怀疑。R.boyle指出：“尽管我在逍遥学派人士的书籍中遇到精微的推理，并在化学家们的实验室里看到美妙的实验，但因我疑犹而迟钝的天性而不禁觉得，如果他们都拿不出比通常拿出的更为有力的论据来证明他们的主张的正确性的话，那么，人们便有足够理由，对于结合物的那些物质组分，亦即一些人要我们称之为元素，另一些人要我们称之为要素的东西的确切数目是多少的问题，保留他们的一些怀疑。”[1]（注：R.Boyle著，袁江洋译，“怀疑的化学家”（中文版），武汉出版社，1993年版，第17页。）
R.Boyle指出，逍遥学派的四元素说，并不是按照实验的要求建立起来的，而是按照演绎的逻辑建立起来的。他们历来不大重视收集实验证据来证明他们的学说。他们仅仅满足于现有的理论，而不希望理论变得更加完美。他们也做实验。但是，他们的实验是为了解释真理，而不是为了证明真理，就像数学家用几何关系，天文学家用天球模型来解释世界一样。
16世纪，医药化学家巴拉塞尔苏斯(Paracelsus,1493-1541)——他被R.Boyle戏称之为“被煤烟熏出来的经验主义者”——最早对这种学说提出了异议。在巴拉塞尔苏斯看来，构成世界的不是土、水、气、火四元素，而应该是盐、硫、汞三要素(principles)。但是，R.Boyle指出，巴拉塞尔苏斯对三要素的证明却带有许多神秘色彩，和一些不易被人识别的神秘工序。“任何一个严肃的人要弄懂他们的意思，就好比去找出他们的万能酊剂一样，简直比登天还难。”[1.p.23]
这就是说，无论是用演绎逻辑，还是用经验主义加神秘主义的方式来建立元素的概念都是错误的。R.Boyle还指出，逍遥学派和医药化学家通常用“火”作为结合物组成元素的分析工具，也是值得怀疑的。R.Boyle说：“火并不总是仅只对种种元素成分起分离作用，至少也有时会对物体的组分起改变作用。”[1.pp.26]就是说，必须对古代元素理论的逻辑基础、神秘主义特点、以及化学实验方法进行重新的审视，才能建立严格科学的化学哲学。由此，R.Boyle很有信心地认为，“我对逍遥学派人士和化学家们为了证明元素的存在和数目所采用的那样鉴定方法进行质疑是有一定道理的。”[2]（注：R.Boyle著，袁江洋译，“怀疑的化学家”（中文版），武汉出版社，1993年版，第27页。此处的“化学家”，实际上也可以翻译成“药剂师”，特指16世纪以巴拉塞尔苏斯和海尔孟为代表的医药化学家。）
　　怀疑之二：化学家能否创造自然界中先前并不存在的物质？
R.Boyle是一位笃信上帝的基督徒。他认为只有上帝才是自然界独一无二的创造者。化学家的创造是不可能超过上帝的。化学家所创造出来的化合物，总可以被分解成上帝原创的那些物质。化学家并不能创造出上帝所未曾创造过的物质。
为了证明这一点，R.Boyle首先给出四个关于化学微粒概念的表述[1·pp.33～37]。这个表述由四个命题构成。用我们通常可理解的语言来表达就是：
命题1：所有的化合物都是不同的微粒构成的。
命题2：微粒可以结合成微粒团或微粒簇。
命题3：生命物质（动物或植物）可以用火法分解出少数几种物质。
命题4：构成凝结物的物质就是“要素”或“元素”。
既然构成化合物的微粒就是要素或元素，那么，这些微粒是预存于各种不同物质形态中的基本元素呢？还是化学家们的最新创造？
为了证明基本元素是预先存在的，R.Boyle举了这么一个例子：
金作为一种贵金属，可以与银、铜、锡、铅、锑矿石共生或者共熔。这些共生或共熔后形成的物质，既不是金，也不是任何可以与之共生共熔的其它物质。此外，金还可以融入王水。[3]（注：即今“盐硝酸”(nitrohydrochloricacid)，它是一种由三分盐酸和一分硝酸组成的黄色混合液，气味浓烈，腐蚀性强。因为它能融化“高贵的金属”（如，金、铂），故称“王水”。）当金被融入王水之后，金的微粒成了王水的一部分，并被王水“掩盖”起来了。如果将融化金的王水蒸发，还可以得到结晶形态的盐（，黄色针状晶体）。用我们现在的反应式来写就是：
附图
显然，还可以将含金的盐，通过还原重新得到金。类似的实验还可以在其它物质之间进行。这样就很容易形成一个结论，当反应物的金以最初凝结物参与一个化学反应过程时，是以凝结物的整体形式进行的。金作为最小微粒的结合物，仍可以参与构成许多完全不同于金的化合物。而当金参与其它物质的构成时，金本身的性质和结构并没有发生改变。从金到含金盐，再回到金，整个过程都表明了金的某种不变性。从含金盐的升华分解可以证明，所有分解出来的“元素”或者“要素”一定是预先存在着的。所以，化学家并不能创造预先不存在的东西。
　　怀疑之三：火是万能分析工具吗？
在R.Boyle发表《怀疑的化学家》之前，火一直被当作分析结合物的万能工具。R.Boyle根据自己的化学实践指出，不论平庸的化学家们对此做过怎样的证明，发过怎样的训示，这恰恰是值得怀疑的。
R.Boyle认为，要确定火在化学反应中的作用并不是简单的事。他举例说，将愈创木放在火炉中燃烧，可以使愈创木分离成灰烬与油烟；而在曲颈瓶中蒸馏同样的树木却产生了极为不同的“异质”[4]（注：这是海尔孟化学哲学的一个术语，泛指本质上相异的物质。）物质。可见，火对于直接燃烧某些物质与隔离于密闭容器之中来蒸馏或升华某些物质，其作用方式和作用效果是不相同的。
除此以外，用火来完成一个分析过程，它的作用强度也是不可忽视的。R.Boyle以肥皂的生产为例，当火的强度适当的时候，它可以便盐、水、油或油脂发生共沸使之混合成一体。若对这种混合体再施加更强烈的热的作用，这一产物又会被分解成一种既含油也含水的成分、一种含盐成分以及一种土状成分。
医药化学家巴拉塞尔苏斯说，万物都是由盐、硫和汞构成的。可是，R.Boyle说：“这种可能却从来不曾被实现过，更不用说要将所有这三要素一起分离出来。”[1.p.43]其中最显著的例子是，无法从金中分离出盐、硫或汞来。从铅银混合熔液、铜锌矿石、威尼斯云母、莫斯科玻璃、骨质项链、或从可熔的纯砂中都分离不出三要素中的任何一种。这表明，尽管火法分析被视为一种惯常的分析方法，但是，火法并不一定能够分析出“元素”来。
另一方面，对于某些化合物，不用火法分析，用另外一些方法反倒能够有效地进行化学元素分析。R.Boyle举例说，将金和银熔炼为一体后，再用火法很难将它们分离开来。而将它们置于镪水[5]（注：即浓硝酸，这是法国人在16世纪合成的一种强酸，当时的法国化学家称它为分离剂。）中却很容易将金和银分开来。一些含金属的盐，用火法几乎不能将这些金属分离出来，而将它们置于矾的水溶液就可以沉淀出所要分离的物质来。
由上种种，R.Boyle得出的结论十分明显：“火并不是一切结合物的万能分析工具。”[1.p.56]
　　怀疑之四：将火作用于某一结合物所得到的物质，是先存于该结合物之中的吗？
17世纪以前的化学家们认为，火只能分离先存于结合物中的物质，却不能改变这些物质。对于这个流行了两千年来的观念，R.Boyle用可以检验的实验得出了一个富有挑战性的结论：“火的运用，实际上往往非但可能将复合物分解成一些微小的成分，而且可能促使这些成分以一种新的方式复合。也许，一些含盐物质、含硫物质、以及具有另一些结构的物体可能是通过这种方式产生的。”[1.p.82]R.Boyle提出一个例子说，“勿须使用任何附加剂，也可以从植物中制得玻璃。”[1.p.83]而且，从植物制取玻璃只能在用火的过程中得到。对此，任何人都没有充分的理由断言，玻璃是预先存在于植物之中的。
诸如此类的实验证明：“火既常能分解物体，亦常能改变物体。我们运用火有可能从结合物中得到并非预先存在于其中的物体。”[1.p.84]
　　怀疑之五：“元素”（或“要素”）究竟以怎样的方式混合成物质？
亚里士多德曾经举例说，将一滴酒加入到比它多达数万倍的水中，这滴酒会因为受制于水而变成水。R.Boyle认为，这是不可理解的。假若亚里士多德的这个论断可以成立的话，则人们就完全可以将所有的贱金属都变成贵金属。比如，他可以将一块金熔化，然后再象滴酒那样，一粒一粒地加入极少量的铅或者锑，这样累积性的增加下去，所有的铅或者锑就都有可能转变成金了。这显然是荒谬的。
但是，这种被加入的物质与先前已经存在的底物之间，究竟是怎样一种结合方式呢？
第一种关系：并置关系
当一种物体被加入到另一种物体之后，出现了表面上看起来具有整体性相同的性质。比如，铜的颗粒被加入熔炼的液态金之后，就看不到原先的铜了。但是，金和铜却在复合过程中保持着自身的性质。二者只是以并置的关系构成一个整体，表现某种联合而已。并置的混合物所表现出来的性质也是并置的。这好比用白线和黑线相间织成的布那样。虽然，白线和黑线分别保持了它原来的性质不变，但它的整体感观印象却是灰色的。要知道并置混合物的性质，把这些组分拆开就清楚了。这种关系可以解释如下一些化学实验事实：
将三分银与一分金混合，通过熔化使之完全熔融，从而使生成的金属具有新性质。然后，将这种具有新性质的金属投入镪水溶液中。结果，具有新性质的金属会被迅速溶解。其中，银被溶化在镪水溶液中，而金则被沉淀下来。然后，还可以将银从镪水溶液中恢复出来。这就证明，当化学家把金和银熔融成“合金”的时候，金和银两种物体是并置的。
第二种关系：“极其牢固的”结合关系
在R.Boyle看来，结合物的结合，有些是非正常类型的。比如，水与水的混合；将两种不同的酒倒在一起，等等。化学家不必研究这样的结合。化学家所关心的结合，是指两种或多种不同种类的物体通过微小组分而互相结合，如，灰与砂子熔化成玻璃，糖溶于酒和水中，所得到的物质[6]（注：其实这种结合仍包含不同的形式。前者是通过化学反应的结合，后者则是物理的结合。在R.Boyle时代，这样的区别还十分模糊。）。在这样的结合方式中，结合物中的组分并没有保持着它们原来的性质。因而，也不可能用火法分析从这些“新物质”中分离出原来的组分来。比如，不可能将玻璃再分开为砂子和灰。但这并不否认，在某些情况下，可能实现各种组分的重新分离。但是，这样的分离过程，对于大多数结合物来说是不可能实现的。这表明，大部分的结合物是“极其牢固的”（R.Boyle语）。这些物体既不是“元素物体”（即我们今天所讲的“单质”），也从未有元素被分离出来的可能。
R.Boyle发现不同元素的粒子或粒子团在化合或混合后形成新的物质的时候，可能存在以下三种不同的情形：
第一种情形：反应性的粒子之间虽然发生了极为紧密的结合，并已形成了前所未有的新的物质和物质特性，但是，这些粒子却依然保持其作为反应物粒子的基本特性不变。
R.Boyle以金和银熔解后形成合金为例说明了这个问题。即，当金和银以某一适当的比例熔在一起后，利用镪水可使银溶解，而金则原原本本地留了下来。
这里所涉及的是合金问题。总的说来，按照我们今天的化学观点，将不同的金属结合成合金是物理变化，而不是化学变化。这一点不仅R.Boyle时代认识不清，现在也依然容易引起人们的误解。
当我们将不同的金属共同熔炼的时候，不同的比例，不同的熔炼方式和不同的温度条件，会获得不同物理性能的生成物。一种是以金间化合物的形式存在，如，两个金原子与一个纳原子可以形成一种二金钠、一个锡原子与一个铜原子可以结成锡化铜(CuSn)。在这种情况下，电负性较强的一种金属会把电子扔向电负性较弱的另一种金属。它们之间不具备通常的化合价理论所描述的那种结构方式，而只是一种结合倾向。所以，金间化合物的结合不牢固。另一种是以固溶体形式存在的。当两种金属熔化之后，某种金属原子的位置被另一金属原子所挤占，而形成原子位置的置换，或某种金属原子填补了另一金属元素的裂隙。这是合金工艺中出现最多的一种情形。经过这样的原子置换或填隙所获得的产品，比原来各自独立的金属具有更多更好的物理性能和化学性能。合金的第三种形式是两种金属元素的机械混合。这样的机械混合所得到的“生成物”，照样可以获得新的性能。无论是金间化合、固溶体形式的均匀混合，或是机械的不均匀的混合，它们都只是物理变化，或者更倾向于物理变化，而不是完全意义上的化学变化。这也就是R.Boyle所讲的，金属熔炼之后金属粒子“仍有可能保持其自身的性质”的现代解释。当然，这样的解释在R.Boyle那个时代是不可能有的。因为那个时候，还没有对物理变化和化学变化做出区分。
第二种情形：某些粒子团，粒子之间的结合并不紧密，以致于当这些粒子遇到其它种类的微粒时，则倾向与这些微粒发生结合。它使参加结合的两种粒子都丧失其原有的性质而被赋予新的性质。
与上一种情形实质上是物理变化不同，R,.Boyle所描述的这一种情形显然是化学变化。他举的例子是，将铜溶于镪水或硝石精中，对溶液进行结晶，可以得到一种很好看的矾（即硫酸铜）。还有，将红铜与浓醋酸一起产生化学反应，结晶后得到的铅糖。这种醋酸被紧紧地固在了铅糖一起。继续对铅糖加热蒸馏，得到的不是原先参加反应的醋酸，而是一点也不酸具有强渗透性的东西[7]（注：袁江洋推测这种“一点也不酸”的东西可能是铅糖受热失水分解后得到的醋酸酐。对此，我们不表示异议。）