logo 首頁 > 文匯報 > 百科啟智 > 正文

【科學講堂】科學理論 「試」出正解

2017-09-06

未識「氧氣助燃」前 以為「燃燒素」致茪

今天要跟大家說一個和氧氣有關的歷史故事。「我們周遭的空氣中含有氧氣」、「氧氣幫助燃燒」這些現在好像人人都知曉的事,其實對我們300年前的先人而言,一點兒都不明顯。

這是否代表我們的祖先不如我們聰明?其實並不盡然。科學研究有點兒像解答益智問題,思考解答的時候百思不得其解;一旦知道答案,回首一看,又覺得答案理當如此,反而懊惱為什麼沒有早點想到解答出來。

有些時候,又因為一開始的時候想錯了方向,往後受先入為主的觀念所影響,不容易回歸到正確的思路之上。

受阿里士多德啟發 建基四大元素概念

如果300年以前的人們沒有「氧氣」這個概念,那麼他們又是如何解釋物件的燃燒?對此,我們需緊記十八九世紀是一個還未有「元素周期表」的時代,很多化學元素還未正式被發現。

不過,跟現代人一樣,當時的學者們也是渴望以幾項較簡單的原則或物料來解釋身邊各式各樣的現象。

比方說,為什麼並不是每一種物料都那麼容易燃燒?木炭稍為加熱,就能燃起熊熊烈火,而生石灰、鐵蚴o不容易被點燃。

受到希臘哲人阿里士多德(Aristotle)的四大元素理論(風、火、水、土)所影響,人們嘗試以類似概念去解釋:物料容易燃燒,看來是因為含有較多與燃燒有關的元素。這種元素被稱為「燃燒素(phlogiston)」。

「燃燒素」理論還自然地為相關的現象提供合理的解釋。什麼是燃燒?燃燒就是「燃燒素」的釋放,因此原來含有「燃燒素」的金屬,在燃燒時釋放了「燃燒素」以後,就由光彩亮麗變成並無光澤的另一種物料。(當然,現在我們知道這些是跟鐵蚻萓的金屬氧化物。)

誤解植物吸收易辣

那為什麼在空氣有限的狀況下,燃燒好像不怎麼順暢?

噢,這是因為要燃燒順利進行,所釋放的「燃燒素」必須「轉移」到周遭的空氣,而空氣吸收「燃燒素」有一定的限額;一旦附近的空氣無法再吸納更多的「燃燒素」,燃燒就不能進行了。

當時的人們還認為植物會吸收空氣中的「燃燒素」,因此樹幹、木炭極容易燃燒。

「轉移」解釋氧化物消失

那麼,又如何解釋把木炭和某些金屬氧化物一起加熱,氧化物會變回原來的金屬?現代化學告訴我們,這是因為木炭有很強的還原能力,能將氧化物中的氧氣吸走,因此氧化物就被「還原」了。

相信「燃燒素」的古人,也想到了一個並不涉及氧氣的合理解釋:兩者在一起加熱的時候,木炭中的「燃燒素」被「轉移」到那些金屬氧化物中,因此又變回充滿光澤的金屬了。

還記得金屬氧化物是被視為失去了「燃燒素」的金屬嗎?當然古人不會使用「氧化物」這個稱呼,但他們還是有見過鐵蚺恓K礦的。

小 結

看來「燃燒素」能夠很自然地解釋不少現象,是個頗為成功的理論。那麼人們後來為什麼要將它摒棄,繼而踏上發現氧氣的道路?下星期再與大家分享。 ■張文彥博士

作者簡介:香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現於香港大學理學院任職講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

逢星期三見報

讀文匯報PDF版面

新聞排行
圖集
視頻