第八章　论水的基本要素，论用炭和铁对其进行分解

直到不久前，水都一直被认为是一种简单物质，以致较老的化学家们认为它是一种元素。对于他们来说这是毋庸置疑的，因为他们不能将其分解；至少是由于完全忽视了每天在他们眼前发生的分解。但是我们却打算证明，水不是一种简单物质或基本物质。我在这里不是要妄撰这个迄今尚有争议的发现史，这在1781年的《科学院文集》中已有详述，而只是提出关于水的分解和成分的证据；我也许敢说，这些证据对于那些公正地对待它们的人来说将是有说服力的。

第一个实验

将直径为8至12吩的玻璃管EF（图版VII，图11 ）穿过炉子固定起来，从E到F略为倾斜，将较高的E端与盛有一定量蒸馏水的玻璃曲颈瓶A套接上并用封泥封住，在较低的F端接上旋管SS，旋管的另一端插入双管瓶H的一个瓶颈内，双管瓶的另一个瓶口接上弯管KK，以这样的方式以便在实验时将可被分离的那些气态流体或气体输送进某个适当的测定其数量和特性的装置之内。

为使这个实验有把握成功，管子EF须用经很好退火处理且难熔的玻璃制作，而且须用混有粉末状粗陶的黏土封泥涂在其外面；此外，管子还必须用一根穿过炉子的铁棒托住中部，以免实验时变软变弯。要是弄到完全没有微孔以致空气或蒸汽不能泄出的瓷管不难的话，那么瓷管就比玻璃管更能满足这个实验的需要。

这样安排就绪时，就在炉子EFCD中点火，火的强度维持在使管子EF炽热而又不至于熔化的程度；同时，在炉子VVXX中也维持这样的火以使曲颈瓶A中的水不断沸腾。

按曲颈瓶A中水被蒸发的比例，水充满管子EF，通过弯管KK将其中所含空气排除；蒸发形成的水汽在旋管中经冷却而凝结，一滴一滴地落入双管瓶H之中。持续进行这种操作直至所有的水都从曲颈瓶中被蒸发，并且仔细地排空所使用的所有皿之后，我们发现，进入双管瓶H之中的水量，恰恰等于曲颈瓶A中以前所盛的水量，气体一点也没有离析；因此这个实验原来是一个简单的蒸馏，而且，假若水经管子EF从一个器皿跑进另一个器皿，而未经中等白炽状态的话，结果会完全相同。

第二个实验

像前一个实验中那样配好装置之后，将适当弄碎成小部分，并且事先已在密闭的器皿中经长时间炽热的28格令炭，导入管子EF之中。其余一切均按前一实验中的办法处理。

曲颈瓶A中所盛的水如前面实验中一样蒸馏，并且在旋管中冷凝，落入双管瓶H之中；但同时有大量的气体离析，由弯管KK逸出，用一个适当的装置将其接受。操作结束之后，除了留在管子EF之中的一点灰烬微粒之外，我们什么也不没发现，28格令炭则完全消失了。

当仔细检验离析的气体时，发现它们重113.7格令 ⁽¹⁾ ；这是两种气体，即144立方时的碳酸气，它重100格令，以及380立方时的一种极轻的气体，它仅重13.7格令，当它与空气接触时用一个点燃了的物体靠近它，它就着火燃烧；而且，当仔细检验进入双管瓶H中的水时，发现其重量失去了85.7格令。因此，在这个实验中，85.7格令的水与28格令的炭结合，以这样的方式化合，即形成100格令的碳酸，以及13.7格令的一种能燃烧的特殊气体。

我已经说明，100格令的碳酸气由72格令氧与28格令炭化合而成；因此，放在玻璃管中的28格令炭从水中得到72格令氧；由此得出，85.7格令水由72格令氧与13.7格令易燃烧的一种气体化合而成。一会儿我们就会明白，这种气体不可能从炭中离析出来，因而必定是由水产生的。

在对这个实验的上述说明中，我隐略了某些细节，这些细节只会在读者的心中把实验结果弄得复杂难懂。例如，这种易燃气体溶解极小的一部分炭，其重量借此略有增加，碳气的重量相应减少。尽管由这个细节所产生的改变无足轻重，然而我还是认为必须用严格的计算确定其作用，并接简化了的情况如上所述报道实验结果，就像这个细节没有发生过似的。无论如何，万一对我从这个实验引出的推论还有什么疑虑的话，那么下述实验就会将这些疑虑消散，我要引用这些实验来支持我的见解。

第三个实验

完全像前一个实验中那样配好装置，所不同的是，不用28格令炭，而是用274格令卷成螺旋形的薄片状软铁填满管子EF。用炉子把管子烧至炽热状，使曲颈瓶A中的水不断沸腾直至全部蒸发，并通过管子EF在双管瓶H中冷凝。

这个实验中没有离析出碳酸气，我们得到的却是416立方时或15格令的易燃气体，比大气轻十三倍。经检验蒸馏过的水，发现它失去了100格令，而且还发现，封闭在管子中的274格令铁获得了85格令的额外重量，其大小增加得相当多。此刻的铁几乎不能被磁铁所吸引；它溶于酸中而无泡腾现象；简言之，它转变成一种黑色氧化物，与在氧气中燃烧的完全相似。

在这个实验中，我们用水使铁发生了真正的氧化，与借助于热在空气中发生的氧化恰恰相似。由于分解了100格令的水，85格令的氧就与铁化合，结果使它转变成黑色氧化物状态，离析出一种15格令的特殊易燃气体：由这一切清楚地看到，水是由氧与一种易燃气体的基化合而成的，它们各自的比例分别是，前者的重量为85份，后者的重量为15份。

因为，除了氧这种为许多其他物质所共有的元素之外，水还含有另一种元素作为它的组成基或根，我们必须找到一个恰当的术语来表示它。我们所能想到的似乎没有什么比氢（hydrogen ）这个词更为合适，它表示产生水的要素（generative principle of water ），取自，vδoρ 即aqua ⁽²⁾ 和γεινομαι 即gignor 。我们把这种元素与热素的化合物称为氮气 ⁽³⁾ ；氢这个术语表示该气体的基或水的根。

这个实验给我们提供了一种新的易燃物体，或者换言之，提供的这种物体与氧有如此大的亲和力，以致使其脱离与热素的结合而把它吸引过来，并使空气或氧气分解。这种易燃物体本身与热素有如此大的亲和力，使得它除非与其他某种物体合时之外，在通常的温度和我们大气的压力下总是以气态或气体状态存在。在这种气体状态下，其重量约为相等体积的大气重量的 ；尽管水能容纳少量处于溶解状态的这种流体，但它却不被水所吸收，而且它不能用来呼吸。

由于这种气体所具有的与其他一切可燃物体所共有的那种性质，不过是分解空气以及夺取与热素化合的氧的能力，因此易于理解，它如果不与空气或氧气接触就不能燃烧。所以，当我们点着一满瓶这种气体时，它就按外面的空气进入的比例，起初是在瓶颈处，然后是在瓶内，缓慢地燃烧。这种燃烧缓慢循序，而且仅仅发生在两种气体之间接触的表面。当这两种气体在它们点着之前混合时，情况就完全不同：譬如，若将一份氧气导入一细口瓶中之后，我们再把两份氧气充入其内，并将一支亮着的小蜡烛或其他燃着的物体移至瓶口，两种物体的燃烧瞬即以剧烈爆炸的形式发生。只应当在容量不超过一品脱，外面用麻绳缠住了的坚固的绿色玻璃瓶中做这个实验，否则操作者将面临瓶子破裂的危险，瓶子碎片将以极大的力量四处抛射。

如果以上关于水的分解所述的一切皆与真实情况相符；——如果正如我所尽力证明的那样，这种物质真的是由作为其特有组成元素的氢与氧化合而成，那么由此应当得出，通过这两种元素的重新组合，我们就会重组出水来；由以下实验可以断定，这种情况实际上会发生。

第四个实验

我取一个容量约为30品脱，有一个大口的大水晶玻璃球形瓶A（图版IV，图5 ），瓶口上粘接着一块铜板BC，铜板上有四个孔，孔中是四个管子的末端。第一个管子Hh 是打算用来接气泵的，球形瓶中的空气就用它来抽光。第二个管子gg 通过其MM端与一个氧气储存器相通，球形瓶要用氧气来充满。第三个管子d Dd '通过其d NN端与一个氢气储存器相通。这个管子的d '端是一个毛细口，通过它，用一或二时水柱的压力把储存器中所存氢气以适当的速度压进去。第四个管子插有金属丝GL，其L端有一个圆球，是打算把电火花从L传到d '，以给氢气点火之用：这根丝可在管子中移动，以便我们能够使圆球L离开管子Dd '的d '端。d Dd '，gg 和Hh 这三个管子全部装有活塞。

为了使氢气和氧气尽可能多地去掉水分，它们通向球形瓶A的途中要经过填满盐的管子MM和NN，盐由于其吸潮特性而贪婪地吸引空气中的潮气；草碱的醋酸盐、盐酸盐或石灰的硝酸盐就是这样 ⁽⁴⁾ 。这些盐只要弄碎成粗粉，以免它们结块阻止气体从其空隙中通过。

我们事先必须预备足够量的氧气，须通过与草碱 ⁽⁵⁾ 的一种溶液的长时间接触仔细将氧气中所混合的所有碳酸除去。

我们还必须有两倍数量的氢气，须以同样方式通过与草碱的水溶液的长时间接触仔细将氢气纯化。获取不含混合物的这种气体的最好方法，是按本章第三个实验所述，用极纯的软铁分解水。

如上所述把一切安排妥当之后，将管子Hh 配上一个气泵，抽空球形瓶A中的空气。其次，我们让氧气进去充满球形瓶，然后用前面提到的压力迫使一小股氢气流通过管子Dd '，并立刻用电火花将其点着。用以上描述的装置，我们能够使这两种气体长时间地共同连续燃烧，因为我们有能力按照它们消耗的比例从它们的储存器中向球形瓶补充它们。我在另一个地方 ⁽⁶⁾ 描述了这个实验中所用的装置，并且解释了以一丝不苟的精确性确定这两种消耗量的方式。

随着燃烧的进行，有水附着在球形瓶或卵形瓶A的内表面，水在数量上逐渐增加，聚集成大水珠，滴到该容器的底部。在实验前后对球形瓶均进行称量，便容易确定收集到的水量。因此，我们对我们的实验进行双重检验，是通过确定用去的气体的量以及气体燃烧所形成的水的量来进行的，两个量必须彼此相等。通过这种运算，默斯尼尔先生和我弄清了，组成100份重量的水需要85份氧与15份氢相结合。这个实验是当着皇家科学院的许多委员们的面做的，迄今尚未发表。我们一丝不苟地注意了其精确性，有理由相信上述比例与绝对真值的偏差不会有2％。

我们此刻可以由这些分析实验与合成实验断言，我们已经尽可能肯定地在物理学方面和化学方面弄清了，水不是一种简单的基本物质，而是由氧和氢两种元素组成的；这两种元素分开时，它们对热素有如此强的亲和力，以致在通常的温度和我们大气的压力下只以气体的形式存在。

水的这种分解与重组，在大气的温度下，靠复合有择吸引在我们的眼前无休止地进行着。一会儿我们就要看到，酒的发酵，腐烂，甚至植物生长所伴随的现象，至少在一定程度上就是由水的分解产生的。非常使人惊奇的是，自然哲学家们和化学家们迄今竟然对这个事实熟视无睹。它的确有力地证明，在化学中如同在道德哲学中一样，要战胜早期教育中接受的偏见，沿着不同于我们一直惯于遵循的任何途径去探求真理，是极端困难的。

我将通过一个实验来结束这一章，这个实验比已经讲述过的实验论证程度要少得多，但似乎比其他任何实验给许多人们的头脑留下的印象都多。如果16盎司醇在一个适合用来收集燃烧时离析出的水的装置 ⁽⁷⁾ 中燃烧，我们就得到17至18盎司的水。由于没有哪种物质能够提供比它原来更多的东西，由此就得出，醇在燃烧时有另外某种东西与之结合了；我已经指出，这必定是氧，即空气的基。因此，醇含有氢，而氢是水的元素之一；大气含有氧，而氧是组成水的另一种必需元素。这个实验对于水是一种化合物来说是一个新的证明。

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(1) 在本书的后一部分，将会找到对于分离不同种类的气体以及确定其量所必需的方法的详细说明。——A

(2) 希腊文和拉丁文，意为“水”。——C

(3) 氢这种表达已经受到某些人极为严厉的批评，这些人的借口是，它表示的是由水产生而不是产生水。本章中所述的实验证明，分解水时产生氢，氢与氧化合时产生水，以致我们可以说，水由氢产生或者氢由水产生，同样都是真实的。——A

(4) 见本书第二部分所述这些盐的本质。——A

(5) 草碱在这里的意思是被生石灰夺去了碳酸的纯碱或苛性碱。一般而言，我们在这里观察到，一切碱和土质必须总是当做处于纯态或苛态的，除非有其他表达方式。——E

获得草碱的这种纯碱的方法，将在以后给出。——A

(6) 见本书第三部分。——A

(7) 见本书第三部分对这一装置的说明。——A