按照并置论的推测,将蓝色的粉末与黄色的粉末相混合,直观上应该得到绿色的粉末。可是,当把红铅与硇砂以适当比例混合后再置于玻璃容器中加热时,原来的砖红
R.Boyle的这些发现开启了人们科学地认识化学物质的结构方式的道路。由之取得的第一个认识成就,是正确区分了物理变化和化学变化。
怀疑之六:造物主究竟用多少种元素创造了世界?
所有的结合物,不多也不少,正好是由三要素(硫、汞、盐)或四元素(土、水、气、火)构成的吗?是否存在这样一种情形,某些物质是由两种元素微粒构成的,而另有一些物质则是由三种、四种、五种甚至更多的元素的微粒构成的?
首先,R.Boyle认为,关于物质构成的三要素说肯定是不能成立的。他问:有谁可以证明,从贵金属中能够分解出盐、硫和汞呢?R.Boyle以打赌的口吻说:“如若有谁声称能够做成这个实验,并甘愿在万一遭到失败之后赔偿损失的话,我愿意给他提供实验所需的全部材料和资金。”[1.p.105]对于不纯的金子,从中提取出不属于金的杂质元素来是做得到的。R.Boyle说,你把这些提取物叫做“金的酊剂”或“硫”都是无关紧要的。大概,从金中提炼出汞来也是可能的。但是,R.Boyle绝不相信可以从金中分离出盐来。R.Boyle还用威尼斯云母做实验,将其置于强火中灼烧,也没有分离出医药化学家所说的三要素来。这就足以证明,三要素的说法是站不住脚的。
对于某些物质,它不能被分解出三要素;而另一些物质则可以分解出多于三种的组分来。因此,“三”这个数目,并不能代表物体的那些普适要素的数目。R.Boyle以葡萄为例,证明粘液和土也是构成结合物的元素。我们没有理由把这两种要素从物质的基本组成要素排斥出去。
因此,自然界的元素究竟有多少?还需要进一步的研究。
怀疑之七:究竟什么样的存在物可以称为元素?
R.Boyle指出,其实,不管是逍遥学派的哲学家,还是医药化学家,他们的“元素”或“要素”都不能反映物质构成的真实情况。他们随意加诸于火法分析产物之上的名称,说明不了任何问题。一个人对自己生养的孩子取什么名字,当然有他的自由。化学家对他们火法分析所得到的产物给以命名,当然也是他们的权利。但是,他们把这些产物理解为一种简单性的存在物,把它们叫做“元素”或“要素”就大错特错了。
R.Boyle指出:“人们正是依据一些微不足道的性质来定义一个个化学要素的。譬如,当人们利用火分解某种复合物时,倘若得到了一种可燃且不溶于水的物质,那么他们便会称之为‘硫’;倘是有味道、可溶于水的物质,则必定被当作‘盐’;而一切固定的、不溶于水的物质皆命之曰‘土’。又,我敢说,不问其构成,只要是挥发性的物质,都会被他们叫做‘汞’。”[8](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134页。从这一段文字,读者不难看出,17世纪以前的欧洲化学家们所使用的硫、盐、汞和土,都不是我们现在化学意义上所指称的对应概念。)而且,当他们定义了“可燃烧,有气味”原始而简单性物质的“硫”[9](注:此处的“硫”是17世纪以前的化学家曾经作为三要素存在的硫,不是我们今天作为化学元素的硫。)之后,如果有人说,存在一种不可燃的硫。则说这个话的人会被指责为相信“阳光灿烂的黑夜或液态的冰块”那样幼稚可笑。然而,经由火法分析所得到的产物是否都具有上述简单的性质?这是值得怀疑的。
第一,在火法分析中,加入不同的“作用剂”(催化剂或反应剂)同一种物质将会嬗变出性质截然不同的物质。R.Boyle举例说,蒸馏油橄榄所得到的油本身具有很强的腐蚀性和很难闻的气味。如果在这种油中加入医药化学家所讲的那种循环盐进行煮解,即可变成一种很香的油。这就证明,当使用火法分析来判断其组成要素时,其火法分析的产物与添加剂有关。
第二,火法分析可能增加底物的重量。R.Boyle把火理解为“众多的快速运动的微粒”。由于它们十分微小,且可快速运动,因此,它们能够穿过一些最坚固、最密实的物体,甚至穿过玻璃。如此,当人们使用火进行化学分析时,火微粒就可能进入这些物体,并同这些物体发生结合,并导致增重。比如,火作用于生石灰时,就似乎有大量的火微粒相当牢固地被结合到其中去了。
第三,火法分析既不能得到元素,也不能得到复合这种物质的混合成分,而是得到了新的物质。按照R.Boyle的“元素”概念,元素是那些指可以复合成其它物体,而不能由其它物体来复合的完全均一的物质。元素直接结合而生成的物质,R.Boyle称为第一结合物或原始结合物。第一结合物的再次结合生成第二结合物。当然,第二结合物中的某些结合物还可以经再次组合,又可形成第三结合物。如此等等,不一而足。R.Boyle认为,只有弄清了这样一些结合关系,才能理解究竟什么是元素?
怀疑之八:土、水、气、火是元素吗?
四元素说“强有力的证明”基于以下经验事实:
燃烧一节刚砍下来的青橄榄树,冒出来的树汁是水,烟雾状的东西是气,火焰和炭火当然是火,灰烬无疑就是土。不仅如此,用相同的办法还可以进一步地证明,这些被火法分离出来的东西,无不和青枝一样含有四种元素。比如,把树汁收集起来置于火上,会看到沸腾,产生出雾状蒸汽,并感觉到热,从而证明其中含火,水份蒸腾完毕之后,仍可见或多或少的土。其次,橄榄油本身也象水分一样具有潮湿性和流动性,点燃之后也会产生火焰、雾状的气体,以及存在于烟油、雾气和残渣中的土。即使那残余的土,进一步地用剧烈的火进行燃烧,也还可以烧成象水一样可以流动的物质,变成气体,等等。同样的分析,对于奶汁、羊毛、亚麻种子、丁香、硝石、海盐乃至于锑矿石都会有如此结果。
R.Boyle借用卡尼阿德斯的口气反驳了上述“证明”:
首先,把蒸汽说成气是没有道理的。蒸汽可用玻璃瓶收集并发生凝结。它证明,蒸汽始终都不过是无数十分微小的液滴的聚集物。就是说,蒸汽的实质是水,而不是气。
其次,把火看作是存在于橄榄枝等物体中的元素也是可笑的。当人们用火法分析离解某种物体时,这种物体是人外加热源中获得热的。没有外加热源,被离解的木材、粘液或其它什么东西,是不会发热的。R.Boyle解释说,物体所获得的热,要么通过火的直接作用获得,要么就是大量的火原子穿过容器壁上的微孔并迅速扩散到物体的其它部分引起的。所谓物体本身包含了一种“火”元素,并没有充分可靠的证据。
再其次,四元素说把一切流动性的物体都归结到“水”元素的存在。任何一种化学油皆含有这种元素,并且,油的可燃烧性还证明里面含有火。这也是错误的。R.Boyle举例反驳说,高纯度的酒精比油的流动性更好,可燃烧性比油更充分,并且还不象油的燃烧那样,会产生那么多包含“土元素”的油烟和油渣。
最后,四元素说的支持者认为,树木的那种固定盐,在剧烈火的作用下,也会变成蒸汽,从而证明,盐也具有四元素的内秉性。R.Boyle则反驳说,将盐放在烈火上焙烧,所得到的实际上是盐的发散物。若用容器将这些发散物收集起来,不难发现,这些被称作“蒸汽”的东西,仍然保持着盐的本性,而非气体的本性。
又,四元素说的支持者把盐可熔化于水的性质归结为“水”。这也是不正确的。盐能否熔化而成“水”,完全取决于热。是热以各种不同的方式作用于物体的种种微粒成分,并使之运动。这与水元素没有关系。
凡此种种均证明了一个事实,物质的性质是不能用四元素说来进行解释的。而且,R.Boyle十分幽默地指出,只要人们不闭眼就可以发现四元素的缺陷。
怀疑之九:化学家找到元素了吗?
在《怀疑的化学家》第六部分,R.Boyle总结性地给元素下了一个定义:
“而且,为避免误解,你必须事先声明,我现在所谈的元素,如同那些谈吐最为明确的化学家们所谈的要素,是指某些原始的、简单的物体,或者说是完全没有混杂的物体,它们由于既不能由其他任何物体混成,也不能由它们自身相互混成,所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分,是它们直接复合成完全结合物,而完全结合物最终也将分解成它们。然而,在所有的那些被说成是元素的物体当中,是否总可以找出一种这样的物体,则是我现在所要怀疑的事情。”[10](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202页。这段话的英文版可见于美国)宾夕法尼亚大学收藏的《怀疑的化学家》(1661年牛津版)的第350页。有兴趣的读者可以通过互联网翻看这本书。网址是:http://www.library.upenn.edu/etext/collections/science/boyle/chymist/001.html.)
R.Boyle的这个定义是十分明确的,它包含以下三层意思:
1.元素是原始的、简单的、完全没有混杂的物体。
2.元素不能由其他物体组成,也不包括元素之间的相互合成。所有由其他物质组成的,或元素与元素相互合成的,都是结合物,不是元素。
3.元素是结合物的组分;完全的结合物最终也将被分解成元素。
按照R.Boyle的观点,物质世界是由元素构成的;结合物的分解可以证明元素存在的客观性。但是,所谓的元素,既不是亚里士多德主义的“四元素”,也不是医药化学家的“三要素”。化学家还没有真正找到组成世界的所谓“元素”。
我们认为,这个结论标志着旧的元素概念的终结和新元素概念的开始,从而使《怀疑的化学家》成为化学史上的里程碑。
怀疑之十:上帝必须先造元素后造万物吗?
既然世界是由元素构成的,这是否意味着:上帝在创造世界之前必先创造元素?
这个问题在20世纪的高能物理中已经有了一个十分明确的答案。就宇宙的演化历史而言,是先有元素,后有由元素组合而成的物体。按照伽莫夫的说法,宇宙中的元素起源于一个大爆炸核综合过程。
显然,这样的认识在R.Boyle时代是不可能有的。就17世纪化学和物理学的认识水平而言,要揭示化学元素的起源,化学元素如何结合生成具有独立的分子特征的物体,还十分困难。所以,R.Boyle告诉化学界:“我们并无多大必要说,造物主必须先在手头准备好元素,然后再用元素去造成我们称为结合物的那些物体。”[1.p.232]
【参考文献】
[1] 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。
[2] 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。
[3] 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”。
[4] 这是海尔孟化学哲学的一个术语,泛指本质上相异的物质。
[5] 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。
[6] 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。
[7] 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。
[8] 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134页。从这一段文字,读者不难看出,17世纪以前的欧洲化学家们所使用的硫、盐、汞和土,都不是我们现在化学意义上所指称的对应概念。
[9] 此处的“硫”是17世纪以前的化学家曾经作为三要素存在的硫,不是我们今天作为化学元素的硫。
[10] 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202页。这段话的英文版可见于美国宾夕法尼亚大学收藏的《怀疑的化学家》(1661年牛津版)的第350页。有兴趣的读者可以通过互联网翻看这本书。网址是:http://www.library.upenn.edu/etext/collections/science/boyle/chymist/001.html.