【正文】 加工和采掘方法說明》(1574年出版)一書中較為系統(tǒng)地論述了當(dāng)時(shí)對(duì)銀、金、銅、銻、汞以及鉍和鉛的合金的檢驗(yàn)技術(shù)；制取和精煉這些金屬的技藝；以及制取酸、鹽和其他化合物的技術(shù)。這部著作被認(rèn)為是分析化學(xué)和冶金化學(xué)的第一部手冊(cè)。 四 早期化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) 早期的化學(xué)實(shí)驗(yàn)還只能算做是化學(xué)“試驗(yàn)”，具有很大的盲目性；還沒有從生產(chǎn)、生活實(shí)踐中分化出來，成為獨(dú)立的科學(xué)實(shí)踐。最早的制陶、冶金和釀酒等活動(dòng)，是低級(jí)的、缺乏理論指導(dǎo)的、不自覺的實(shí)踐活動(dòng)；作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)原始形式的煉丹術(shù)，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊仓皇亲非箝L(zhǎng)生不老藥或點(diǎn)金之術(shù)，變賤金屬為貴金屬。 盡管如此，還應(yīng)該肯定從事早期化學(xué)實(shí)驗(yàn)的工匠和煉丹術(shù)士們是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)和開拓者。他們發(fā)明了焙燒、溶解、結(jié)晶、蒸餾、過濾和冷凝等化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作方法；制造了風(fēng)箱、坩堝、鐵剪、燒杯、平底蒸發(fā)皿、沙浴、焙燒爐等化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和裝置；發(fā)現(xiàn)和制取了銅、金、銀、汞、鉛等金屬，酒精、硝酸、硫酸、鹽酸等化學(xué)溶劑和試劑，以及許多酸、堿、鹽，甚至意識(shí)到了一些粗淺的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。后人正是從他們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中，才找到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的真歷史使命，建立了化學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)。 近代化學(xué)實(shí)驗(yàn) 17—19世紀(jì)，是近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)期。在這一時(shí)期，隨著歐洲資本主義生產(chǎn)方式的誕生和工業(yè)革命的進(jìn)行，以及天文學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的重大突破，化學(xué)實(shí)驗(yàn)終于沖破了煉丹術(shù)的桎梏，走上了科學(xué)的康莊大道。為此做出巨大貢獻(xiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)家當(dāng)推波義耳(，1627—1691)和拉瓦錫(，1743—1794)。 一 化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的奠基人——波義耳 “波義耳把化學(xué)確立為科學(xué)”。作為近代化學(xué)科學(xué)的確立者，波義耳也是化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要奠基人。他認(rèn)為，只有運(yùn)用嚴(yán)密的和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法才能夠把化學(xué)確立為科學(xué)。他明確指出：“化學(xué)，為了完成其光榮而莊嚴(yán)的使命，就不能認(rèn)為到目前為止的研究方法是正確的。而必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辯方法”，只有這樣，化學(xué)才能象“已經(jīng)覺醒了的天文學(xué)和物理學(xué)那樣，立足于嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上”①；“不應(yīng)該把理性放在高于一切的位置，知識(shí)應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)中來，實(shí)驗(yàn)是最好的老師”②，“沒有實(shí)驗(yàn)，任何新的東西都不能深知”，“空談無濟(jì)于事，實(shí)驗(yàn)決定一切”③，“人之所以能效力于世界者，莫過于勤在實(shí)驗(yàn)上做功夫”①。他的這些觀點(diǎn)和主張，奠定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論的基礎(chǔ)。 不僅如此，波義耳還是一位技術(shù)精湛的出色的化學(xué)實(shí)驗(yàn)家。他一生做過大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了許多重要的發(fā)現(xiàn)。他是第一個(gè)發(fā)明指示劑的化學(xué)家，他把各種天然植物的汁液或配成溶液，或做成試紙(“石蕊試紙”就是波義耳發(fā)明的)，并根據(jù)指示劑顏色的變化來檢驗(yàn)酸和堿；他還發(fā)現(xiàn)了銅鹽和銀鹽、鹽酸和硫酸的化學(xué)檢驗(yàn)方法，并在1685年發(fā)表的“礦泉水的實(shí)驗(yàn)研究史的簡(jiǎn)單回顧”一文中，描述了一套鑒定物質(zhì)的方法。因此，他還常被尊為定性分析化學(xué)的奠基者。 二 定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論的創(chuàng)立者——拉瓦錫 拉瓦錫“是明確提出把量做為衡量尺度對(duì)化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明的第一位化學(xué)家”②，他把近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)推進(jìn)到定量研究的水平。 拉瓦錫從一開始從事化學(xué)科學(xué)研究，就非常善于發(fā)揮天平在化學(xué)研究中的作用，重視對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行定量測(cè)定。他21歲時(shí)所做的第一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是定量地測(cè)定石膏在加熱和冷卻過程中水分的變化。他一生做過很多定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)揭示了“水變成土”以及“火粒子”學(xué)說、“燃素說”的謬誤。 “水變成土”是赫爾蒙特根據(jù)他著名的“柳樹實(shí)驗(yàn)”提出來的，后來又得到波義耳和牛頓(，1642—1727)的贊同。為了檢驗(yàn)這一觀點(diǎn)的科學(xué)性，拉瓦錫進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：將收集到的被認(rèn)為是最純凈的雨水連續(xù)蒸餾了8次；然后將這些水倒入一個(gè)特制的玻璃蒸餾器中，加熱驅(qū)去其中的空氣，并加以密封；用沙浴在60—70℃之間加熱101天。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中確有懸浮的小片固體物出現(xiàn)。這似乎是水變成了土的證據(jù)。然而，拉瓦錫仔細(xì)稱量了加熱前后水的重量、容器的重量、以及水和容器的總重量，終于查明，水和容器的總重量在加熱前后并沒有變化，而且密封在瓶中的水的重量也沒起變化，只是玻璃容器本身變輕了，而減輕的重量又恰好與固體懸浮物的重量相當(dāng)。這樣，拉瓦錫查明了那些懸浮物來自玻璃容器，從而以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)否定了“水變成土”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 “火粒子”學(xué)說，是波義耳為解釋金屬煅燒后重量增加的原因而提出來的。為了檢驗(yàn)這一假說，拉瓦錫重復(fù)了波義耳在密閉的燒瓶中煅燒金屬錫的實(shí)驗(yàn)。他與波義耳不同之處在于，在打開燒瓶之前對(duì)整個(gè)密閉體系進(jìn)行了稱量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個(gè)體系在加熱前后重量沒有變化。這就證明波義耳曾經(jīng)設(shè)想的在加熱過程中火的微粒透過玻璃壁進(jìn)入燒瓶?jī)?nèi)與金屬錫結(jié)合而增重的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。 拉瓦錫還通過對(duì)硫和磷等一些物質(zhì)燃燒現(xiàn)象的定量實(shí)驗(yàn)研究，否定了統(tǒng)治化學(xué)長(zhǎng)達(dá)百年之久的“燃素說”，建立了氧化學(xué)說，并確立了“質(zhì)量守恒定律”。 拉瓦錫的定量實(shí)驗(yàn)研究，極大地豐富和發(fā)展了化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論。對(duì)物質(zhì)及其變化，不僅要用定性分析方法，而且還必須運(yùn)用定量分析方法，只有二者的有機(jī)結(jié)合，才能正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化在質(zhì)和量?jī)蓚€(gè)方面的性質(zhì)和規(guī)律；化學(xué)實(shí)驗(yàn)是建立化學(xué)理論的基礎(chǔ)和檢驗(yàn)化學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)。他曾明確指出：“在任何情況下，都應(yīng)該使我們的推理受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，除了通過實(shí)驗(yàn)和觀察的自然道路去尋求真理以外，別無它途?！雹? 拉瓦錫的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論思想，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)從定性向定量的發(fā)展，產(chǎn)生了積極和深遠(yuǎn)的影響，成為近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展史上的重要里程碑。正是在此基礎(chǔ)上，近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)才得以蓬勃發(fā)展，從而拓展了化學(xué)科學(xué)研究的領(lǐng)域，導(dǎo)致了許多重要化學(xué)理論的建立和發(fā)展。 三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)科學(xué)理論建立和發(fā)展的基礎(chǔ) 道爾頓(，1766—1844)原子論就是在化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來的。他通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究了許多地區(qū)的空氣組成，發(fā)現(xiàn)各地的空氣都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸氣四種重要物質(zhì)的無數(shù)個(gè)微小顆粒(道爾頓稱之為“原子”)混合起來的。他進(jìn)一步分析一氧化碳和二氧化碳、沼氣(CH4)和油氣(C2H4)的組成，發(fā)現(xiàn)前兩種氣體中氧的重量比為1：2，后兩種氣體中與同量碳化合的氫的重量比為2：1。這使道爾頓發(fā)現(xiàn)了倍比定律。這個(gè)實(shí)驗(yàn)定律成為他確立化學(xué)原子論的重要基石。 1805年，法國(guó)化學(xué)家蓋呂薩克(，1778—1850)在研究氫氣和氧氣的化合時(shí)發(fā)現(xiàn)，100個(gè)體積的氧氣總是和200個(gè)體積的氫氣相化合；在進(jìn)一步研究氨與氯化氫、一氧化碳與氧氣、氮?dú)馀c氫氣的化合時(shí)，居然發(fā)現(xiàn)都具有簡(jiǎn)單整數(shù)比的關(guān)系。于是，他于1808年發(fā)現(xiàn)了氣體化合體積定律。為了對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)定律進(jìn)行理論解釋，意大利化學(xué)家阿佛加德羅(，1776—1856)引入了“分子”的概念，提出了著名的分子假說。 1824年，年僅24歲的德國(guó)化學(xué)家維勒(amp。ouml。hler，1800—1882)做了一個(gè)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展史上非常著名的實(shí)驗(yàn)，即用氯化銨(NH4Cl)水溶液同氰酸銀(AgCNO)作用來制取氰酸銨(NH4CNO)。然而，當(dāng)他濾去氯化銀(AgCl)沉淀，并對(duì)溶液進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，并沒有得到所期望的氰酸銨，而得到了一種白色結(jié)晶狀的物質(zhì)。為了確定這種白色結(jié)晶物，維勒又用了4年的時(shí)間，采用不同的無機(jī)物和不同的方法，對(duì)其進(jìn)行了一系列的定性和定量實(shí)驗(yàn)研究，最后終于完全確認(rèn)實(shí)驗(yàn)中所得到的這種白色結(jié)晶狀物質(zhì)，正是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的代謝產(chǎn)物尿素。1828年，他發(fā)表了“論尿素的人工合成”的論文，以雄辯的實(shí)驗(yàn)事實(shí)公布了這一重大成果。這一實(shí)驗(yàn)成果，意義重大，動(dòng)搖了傳統(tǒng)的“生命力論”的基礎(chǔ)，開辟了用無機(jī)物合成有機(jī)化合物的新天地。1845年，德國(guó)化學(xué)家柯爾柏(，1818—1884)用木炭、硫黃、氯水等無機(jī)物合成了酒精、蟻酸、葡萄酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸等一系列有機(jī)酸，進(jìn)而還合成了油脂類和糖類物質(zhì)；到了19世紀(jì)后期，有機(jī)合成更加蓬勃發(fā)展，先后用人工方法合成了染料、香料、藥物和炸藥等。 維勒不但用氰酸銨人工合成了尿素，而且還分析了氰酸銀的化學(xué)組成，結(jié)果竟與李比希( Liebig，1803—1873)對(duì)雷酸銀的化學(xué)組成的分析結(jié)果相當(dāng)?shù)匚呛稀６杷徙y和雷酸銀確是兩種性質(zhì)不同的化合物。為此，維勒與李比希又共同研究了氰酸、雷酸和三聚氰酸，發(fā)現(xiàn)他們的化學(xué)組成完全相同，而性質(zhì)卻不相同。化學(xué)大師瑞典的貝采里烏斯(，1779—1848)在這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，提出了“同分異構(gòu)”的概念，認(rèn)為之所以性質(zhì)不同，是由于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同。這導(dǎo)致了有機(jī)化合物經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論的建立和發(fā)展。 1800年，歷史上第一個(gè)電池——提供穩(wěn)定、持續(xù)電流的電源裝置，即伏打(，1745—1827)電堆誕生了。它是近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展史上非常重要的實(shí)驗(yàn)手段之一。應(yīng)用這種實(shí)驗(yàn)手段來引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，推動(dòng)了電化學(xué)的誕生和發(fā)展。1800年3月，英國(guó)化學(xué)家尼科爾森(，1753—1815)和卡里斯?fàn)?，1768—1840)就用電堆電解了水；1807年，英國(guó)化學(xué)家戴維(，1778—1829)又用電解熔融鹽的方法制出了金屬鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇和非金屬元素硼和硅。至此，電解法成了一種經(jīng)常被采用的重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。戴維的助手法拉第(，1791—1867)對(duì)電解過程進(jìn)行了深入的研究，在他1834年發(fā)表的《關(guān)于電的實(shí)驗(yàn)研究》這篇論文中，