● 散步：空气中的化学及其研究史
结束了一天的工作，你得以休息。回到家把车停在车库里，你连楼都没上就直接换上运动服和运动鞋出去了，想到附近的公园里走走，活动筋骨。虽然是冬天，但今天的天气十分晴朗。此时太阳开始下山了，但在户外的感觉还是十分清新。
我们前面提到过，古代人认为空气与水、土、火一起代表着4种元素。但实际上并非如此。18世纪，伟大的化学先驱们开始研究空气的成分。他们的故事妙趣横生，值得我们再次品读。
古代哲学家的纯理论性研究，偶有发人深省的有力见解，比如原子论，却完全缺乏实际的论证。此类猜想颇具主观性，因为他们无法证明观点的客观有效性。而炼金术士[56]则把实验放在举足轻重的位置。但是与真正的科学不同，炼金术除了是一门神秘的学科，也是一门精神学科，通常限于少数刻意使用晦涩语言的内行。他们的方法与现代科学的原则和价值大相径庭，有悖于始于伽利略等几乎所有引领科学革命的主角。17世纪的学者们开始普遍接受这样一种观念（这一观念在今天看来是理所当然的，但在当时却是异端邪说），根据这一观念，每一个猜想和每一种理论在某种程度上都必须通过实验进行验证。就物质和化学而言，第一个为解释实验数据的理论——“燃素学说”（ThePhlogistonTheory）应运而生。炼金术士在这一点上忠于亚里士多德，也认为火是一种元素。因此，当一种物质燃烧时，该物质会释放出火。1669年，德国炼金术士约翰·雅希姆·贝歇尔（JohannJoachimBecher， 1635—1682）用一种新的易燃性元素取代了亚里士多德的“火”元素，他称之为“油状土”（terrapinguis）。贝歇尔的弟子，德国医生、化学家乔治·恩斯特·斯塔尔继承了他的衣钵，并提出将易燃性元素改称为“燃素”（phlogiston）。燃素学说很好地解释了燃烧现象。在斯塔尔看来，可燃物质中含有丰富的燃素。在燃烧过程中，燃素消失殆尽。燃烧后的残渣因燃素的缺失而不能再燃烧。同样的理论也能解释为什么金属会生锈或“钙化”（今天我们称为氧化），以及如何通过煤加热金属矿石（石灰）来获得金属。在生锈过程中，金属的表现类似于燃烧的物质，会失去燃素。而当用煤加热矿石时，煤中富含的燃素就会释放到矿石中。这样一来，金属便恢复如初，且富含燃素，而煤则变成了不含燃素的灰烬。需要指出的是，根据斯塔尔的理论，无论是在燃烧还是在金属生锈的过程中，空气都没有起到任何积极作用。它只是充当一个中介，从含有燃素的物质中收集燃素，再将其释放到那些缺少燃素的物质中。
到了18世纪末，许多学者把兴趣转向了对气态物质的研究[57]。第一个对气体研究做出重要贡献的人是让-巴蒂斯特·范海尔蒙特（Jean-BaptisteVanHelmont， 1577—1644），他引入了“气体”一词，这是希腊语χ?ο?（chos）的变形，意为“无形无序的初始物质”。范海尔蒙特也是第一个发现并制备空气以外的气态物质的人，也就是所谓的“森林气体”，它是从木材燃烧中获得的，相当于我们今天所说的二氧化碳。气态无疑是物质最简单的状态。因此，气体研究为物质研究开辟了新道路，特别是使物质的某些特性首次得到了定量研究。
