第五章　论不经分解使物体粒子彼此分离以及使其再次结合的化学手段

我已经指出，分离物体的粒子有两种方法，即机械方法和化学方法。前者只把固体块分成许多小块；为了这些需要，根据情况使用各种力，譬如人或动物的力气、通过水力机所使用的水的重量、蒸汽的膨胀力、风力，等等。用这些机械力，我们绝不可能把物质变成超过一定细度的粉末；用这种方式变成的最小粒子，虽然对我们的器官来说似乎非常微小，但当与尘埃物质的终极基本粒子比较时，它实际上仍然是一座山。

相反，化学试剂则把物体分成它们的原始粒子。例如，如果一种中性盐受试剂作用，它就尽可能地分开，除非它不再是中性盐。在这一章中，我打算给出物体的这种分离的例子，我将给这些例子增加一些有关操作的说明。

第一节　论盐溶化

在化学语言中，溶化（solution ）和溶解（dissolution ）这两个术语长期混淆，而且极不适当、不加区别地用来既表示某种盐的粒子在某种流体，譬如水中分开，又表示某种金属在某种酸中分开。对这两种操作的结果稍加思考，就足以说明它们不应当混为一谈。在盐的溶化中，盐粒子仅仅彼此分离，而无论是盐还是水都完全不分解；我们能够以与操作前相同的量重新得到这二者。树脂溶化于醇，发生相同的情况。相反，在金属的溶解中，无论是酸还是稀释它的水，总是发生分解；金属与氧化合变成氧化物，离析出一种气态物质；结果所用的物质在操作之后实际上皆不处于与它们在操作之前相同的状态。此节限于考虑溶化。

要完全理解盐溶化的过程中所发生的事情，必须知道，在大多数这种操作中，靠水溶化和靠热素溶化，这两种性质截然没的作用搅在一起；由于对大多数溶化现象的解释依赖于对这两种情况的区分，因此我将详述它们的本质。

通常称作硝石的硝酸草碱，几乎不含，也许甚至完全不含结晶水；然而这种盐在几乎不高于沸水的热度中便液化。因此这种液化不能靠结晶水来产生，但是由于此盐本质上极易熔化的缘故，当温度升高至沸水温度之上一点点时，它就从固体聚集态变为液体聚集态。一切盐都能以这种方式被热素液化，只是要用高低不同的温度。有些盐，譬如亚醋酸草碱和亚醋酸苏打，用其温和的热液化，而另一些盐，譬如硫酸草碱、硫酸石灰等等，则需要我们能够产生的最强的火。由热素引起的盐的这种液化，正好产生与冰的融化相同的现象；每种盐完成液化都靠确定的热度，此热度在整个液化过程中总是相同。热素在盐熔化过程中被花费被固定，相反，当盐凝结时则被离析。这些就是在每一种物质由固体聚集态过渡为流体聚集态，以及由流体过渡为固体的过程中所普遍发生的现象。

这些靠热素而溶化所引起的现象，总是或少或多地与在水中溶化的过程中所发生的现象相联系。我们不能把水倒在某种盐上有意使其溶化而不使用某种复合溶剂，无论是水还是热素；因此，我们可以根据每种盐的本质和存在方式，对几种溶化情况加以区分。例如，如果某种盐难以在水中溶化，靠热素却容易溶化，那么显然就得出，此盐在冷水中将难以溶化，在热水中则相当多地溶化；硝酸草碱，尤其是氧化盐酸草碱，便是如此。如果另一种盐在水和热素中几乎都不能溶化，那么，它在冷水和温水中的溶化度之差就无足轻重了；硫酸石灰便属于这一种。从这些考虑得出，在下列情况之间存在着一种必然的关系；盐在冷水中的溶化度、它在沸水中的溶化度，与同样的盐无助于水而被热素液化的温度；而且，热水和冷水中的溶化度之差与其在热素中的迅速溶化相比，即与其在低温中的液化敏感性相比，是如此之大。

以上是关于溶化的总的观点；不过，由于缺乏特定的事实和充分精密的实验，它仍然不过是接近某个特定的理论的一种近似。使化学科学的这个部分完善的手段极为简单；我们仅须确定一定量的水在不同温度下使每种盐溶化了多少；而且，由于通过德·拉普拉斯先生和我所发表的实验，精确地知道一磅水在温度计的每一度所含热素的量，因此，用简单的实验就极容易确定溶化每种盐所需要的水和热素的比例、每种盐液化时所吸收的热素的量以及结晶时离析的热素有多少。于是，盐在热水中何以比在冷水中能更迅速地溶化的原因就十分明显了。在盐的所有溶化中，都要花费热素；当从周围物体在中间提供热素时，它就只能缓慢地到达盐；而当所需要的热素事先已与溶液的水化合而存在时，这就大大加速了。

一般说来，水的比重由于溶化了盐而增大；不过这条规则有某些例外。因此，组成每种中性盐的根、氧和基的量、溶化所必需的水和热素的量、传递给水的增加了的比重以及晶体的基本粒子的形状，在某个时候都将精确地知道。一切关于结晶的情况和现象都将根据这些得到解释，化学的这个部分将通过这些手段而完善。塞甘（Seguin）先生已经制订了详尽探索这种情况的方案，它极有能力实施这个方案。

在水中溶化盐不需要特定的装置；大小不一的小玻璃管形瓶（图版II，图16和图17 ）、陶平底盘（图1和图2 ）、长颈卵形瓶（图14 ）、铜或银的平底锅或盆（图13和图15 ）就完全满足了这些操作。

第二节　论浸滤

这是一种在化学和制造业中用来将溶于水的物质与不溶于水的物质分离开来的操作。一般用于这种目的的是一个大瓮或大桶（图版II，图12 ），在靠近其底部的地方有一个洞D，洞中有一个木塞和龙头或金属活塞DE。桶的底部放一层薄薄的稻草；稻草之上，放上要浸滤的物质，用一块布盖上，然后根据含盐物质的溶解度倒上热水或冷水。当假定水已经将所有盐分溶解了时，关上活塞；由于有些饱含盐的水必定黏附在稻草和不溶物质上，于是，就再倒若干外加量的水。稻草用来保证让水完全通过，它可以比作过滤中避免纸与漏斗壁接触的麦秆或玻璃棒。放在受浸滤的物质之上的布防止水在它倾倒的地方把这些物质冲成一个洞，水可以通过这个洞不对全部浸滤物质起作用就流走。

化学实验中或少或多地模仿了这个操作；但是由于这些实验中，尤其是在以分析为目的的实验中，需要更高的精确性，因此就必须采用特殊的预防措施，以不让任何盐或可溶部分留在残留物中。使用的水必须比通常的浸滤中使用的水更多，清液放出之前浸滤物质应当先在水中搅动，否则全部物质就不会得到同样的浸滤，某些部分甚至会一起逃避水的作用。我们还必须大量使用外加的水，直到水完全没有盐为止，这我们可以用前面描述过的比重计来确定。

在量少的实验中，在罐子或玻璃卵形瓶中，并通过玻璃漏斗中的纸过滤液体，来完成这个操作很方便。当物质的量较大时，可以在开水壶中浸滤，通过木架中用布托住的纸（图版II，图2和图4 ）来过滤；在大规模的操作中，必须使用已经提到过的桶。

第三节　论蒸发

这种操作用来使两种物质相互分离，至少其中的一种必须是流体，而且这两种物质的挥发度差异相当大。我们用这种手段得到一种处于凝固态的盐，此前它一直溶于水中；水经加热与热素化合，热素使其挥发，而盐的粒子则彼此靠得较近，处于相互吸引范围之内，结合成为固态。

由于人们长期认为空气对被蒸发的流体的量有很大影响，因此，指出这种见解所引起的错误将是适当的。暴露在大气中的流体的蒸发当然持久缓慢；而且，尽管这种蒸发在某种程度上可以认为是在空气中的溶化，然而热素在引起溶化的过程中却有相当大的影响，这从冷冻总是伴随着这个过程来看就很明显；因此，我们可以认为，这个逐渐的蒸发就是部分在空气中部分在热素中所产生的一种复合溶化。不过，从持续沸腾的流体所发生的蒸发就其本质而言则极为不同，其中由于空气的作用所引起的蒸发与由热素引起的蒸发相比，则极其微小。这后一种可以称为汽化（vaporization ）而不是蒸发（evaporation ）。这个过程并不与蒸发面的广度成比例地加速，而是与和流体化合的热素量成比例地加速。过于畅通的冷空气流常常对这个过程不利，因为它有助于从水中将热素夺走，妨碍它转化成为蒸气。因此，假如盖子具有不强烈地吸收热素这样的本质，用富兰克林（Franklin）博士的表达方式，就是假如它是热的不良导体的话，那么，将盛有靠持续沸腾而蒸发的液体的容器在某种程度上盖住，就不会产生不便之处。在这种情况下，蒸汽通过留下的空隙逸散，所蒸发的至少与让其与外部空气畅通时所蒸发的同样多，而且往往更多。

由于在蒸发过程中，被热素夺走的流体完全丧失了，为了它曾与之化合的固定物质而消耗了，因此，这种方法只在流体如水那样价值甚小的地方使用。不过，当流体较重要时，我们就诉诸蒸馏，用这种方法，我们既保存住固定物质，又保存住挥发性流体。蒸发用的容器是铜、银或铅的平底锅或盆（图版II，图13和图15 ），或者玻璃、瓷质或陶质的器皿（图版II，图1和图2；图版III，图3和图4 ）。用于这种目的的最好器具是用玻璃曲颈瓶和卵形瓶的底做成的，因为它们相同的薄度使它们比任何其他种类的玻璃器皿更适合承受烈火和热冷的突然交替而不破裂。

由于切割这些玻璃器皿的方法在各种书籍中的任何地方都没有描绘，因此，我将在这里对它加以描绘，让化学家们能够以比从玻璃制造商那里得到它们的价格廉价得多的价格，为他们自己用损坏了的曲颈瓶、卵形瓶、接受器制作它们。仪器（图版III，图5 ）由一个铁环AC固定在杆子AB上组成，杆子有一个木柄D，其用法如下：用火使环炽热，将其放到要切割的卵形瓶（图6 ）上；当玻璃充分加热时，往上喷一点冷水，它一般就将正好在被环加热了的环线处破裂。

小的薄玻璃烧瓶和管形瓶是蒸发少量流体的极好器皿；它们非常廉价而且非常耐火。可以把一个或多个这种器皿放在炉子（图版III，图2 ）上的第二个炉箅上，在这里它们只受柔火作用。用这种方式，可以同时进行大量的实验。把一个玻璃曲颈瓶放进沙浴中，用烧固了的土拱顶（图版III，图1 ）盖住，就相当好地为蒸发提供了保证；但是用这种方式蒸发总是相当缓慢，甚至易于发生事故；由于沙受热不均匀，玻璃不能以同样均匀的方式膨胀，因此曲颈瓶极易破裂。有时候，沙恰恰起到前面提及的铁环的作用；因为，如果一滴蒸汽凝结成液体碰巧落到该器皿的受热了的部分，它就在该处产生圆形裂损。当需要极烈的火时，可以使用陶制坩埚；不过，我们一般用蒸发一词表示由沸水的温度或者不比它高很多的温度所引起的过程。

第四节　论结晶

在这个过程中，由于某种流体的介入而彼此分离了的固体的组成部分相互聚集吸引，以便结合并再产生一种固体。当某种物体的粒子仅仅被热素所分离，并且该物质因此而处于液态时，为了使其结晶所必须做的一切，就是去掉其粒子之间所容纳的热素，换言之，就是冷却它。如果此冷冻缓慢，并且该物体同时处于静止状态，那么，其粒子就呈规则排列，严格地讲，就是发生了所谓结晶；但是，如果使冷冻迅速进行，或者液体在向凝固态过渡时被搅动了，那么，结晶就是不规则的和混乱的。

水的溶液，或者更确切地说，部分在水中部分在热素中所形成的溶液，也发生同样的现象。只要还有充足的水和热素使物体的粒子超越它们相互吸引的范围，保持分离状态，该盐就处于流体状态；但是，每当热素或水的存在不足量，而且粒子的相互吸引比使它们保持分离的力更占优势时，盐就恢复其凝固态，产生的晶体就依蒸发较慢的程度及完成较平静的程度而较规则。

我们前面提到的在盐溶化过程中所发生的所有现象，都在相反的意义上发生于它们结晶的过程之中。热素在它们呈固态的瞬间离析，这就对盐受水和热素的复合作用而被约束在溶化状态提供了另外一种证明。因此，要使靠热素容易液化的盐结晶，夺走在溶液中约束它们的水还不够，还必须去掉与它们结合的热素。硝酸草碱、氧化盐酸草碱、明矾、硫酸苏打等等，就是这种情况的例子，因为要使这些盐结晶，除了蒸发之外还必须加上冷冻。相反，几乎不需要热素就保持溶化状态并且根据这种情况可在冷水和热水中同样溶化的盐，仅仅去掉在溶化状态约束它们的水就可以结晶，甚至在沸水中恢复它们的固体状态；硫酸石灰、盐酸草碱、盐酸苏打以及另外几种盐便是如此。

硝石提纯术依靠的就是盐的这些性质，就是它们在热水和冷水中的不同溶化度。在工厂里用基本操作生产的这种盐由许多不同的盐组成：有些是潮解性的，不能结晶，譬如硝酸石灰和盐酸石灰；另一些则几乎可在热水和冷水中同样溶化，如盐酸草碱和盐酸苏打；最后，硝石即硝酸草碱在热水中比在冷水中溶化的多得多。操作由往这种盐的混合物上倒水开始，水要多得甚至能够使最不溶化的盐酸苏打和盐酸草碱处于溶化状态；只要它一热，此量的水就容易溶化所有的硝石，但是一冷却此盐的大部分就结晶，留下约六分之一份仍然处于溶化状态，并与硝酸石灰和两种盐酸盐相混合。由此法得到的硝石仍稍微含有其他几种盐，因为它由之结晶出来的水中富含这些盐。通过在少量沸水中再次溶化并再次结晶，就将其从这些盐中完全纯化出来。硝石几次结晶之后所剩下的水仍然含有硝石和其他盐的混合物；经进一步蒸发，就从中获得天然硝石，即工匠们所说的粗硝石，再经两次溶化和结晶，就将其纯化了。

不含硝酸的潮解土质盐在这种制造业中被抛弃了；但是，由被某种上质基中和了的该酸组成的这些盐溶化于水中，土质用草碱来凝结，任其沉淀，然后倾析清液，蒸发，任其结晶。以上提纯硝石的手段可以作为将碰巧混合在一起的盐彼此分离开来的一条一般规则。必须考虑每种盐的本质、每种盐在给定量的水中溶解的比例以及每种盐在热水和冷水中的不同溶解度。如果我们再加上某些盐所具有的能溶化于醇或醇水混合物的性质，我们就有许多办法通过结晶将盐彼此分离开来，不过必须承认，要使这种分离十分完全是极端困难的。

结晶所使用的器皿是陶平底盘A（图版II，图1和图2 ）和大浅盘（图版III，图7 ）。当某种盐溶液有畅通的空气，要以大气之热将其缓慢蒸发时，必须使用有某种深度的器皿（图版III，图7 ），以便能盛相当多的液体；用这种方式产生的晶体有相当大的体积，形状异常规则。

每种盐都以特有的形态结晶，甚至每种盐都依结晶过程中所发生的情况而处于不同的晶体形态之中。我们一定不要由此断言每种盐的粒子的形状都是不确定的。一切物体的原始粒子，尤其是盐的原始粒子都完全不变地呈其特定形状；但是，在我们的实验中形成的晶体则是由细微粒子团集组成的，这些粒子虽然大小和形状完全等同，但却可以取极为不同的排列从而形成多种多样的规则形状，这些形状彼此极不相似，与原始晶体也不相似。阿贝·阿维（Abbé Haüy）已经在提交给科学院的数篇论文以及他关于晶体结构的著作中巧妙地论述了这个主题：唯一要做的只是把他特别应用于某些晶石的那些原理广泛扩展到盐晶族。

第五节　论简单蒸馏

由于蒸馏有两个要达到的截然不同的目的，它可以分成简单蒸馏和复合蒸馏；在本节中，我打算把我所讲的完全限于前者。当要蒸馏两个物体，其中一个比另一个更易挥发，即对热素具有更大的亲和力时，我们的意图就是使它们彼此分离。较易挥发的物质呈气体形态，然后在适当的容器中经冷却而凝结。在这种情况中，蒸馏就与蒸发一样，成为一种机械操作，它将两种物质彼此分离而不使它们分解或者改变其本质。在蒸发中，我们的唯一目的是保持固定物体，并不注意挥发性物质；而在蒸馏中，我们首先注意的一般是挥发性物质，除非我们打算二者都保持住。因此，简单蒸馏不过是在封闭的容器中引起的蒸发而已。

最简单的蒸馏器皿是一种瓶子或长颈卵形瓶A（图版III，图8 ），它由原来的形状BC弯成BD，于是就被叫做曲颈瓶，使用时将其置于反射炉（图版III，图2 ）或者烧结了的土拱顶之下的沙浴（图版III，图1 ）之中。为得到产物并使产物凝结，我们配一个接受器E（图版III，图9 ），将其用封泥封到曲颈上。有时候，尤其是在药学操作中，使用带有盖子B（图版III，图12 ）的玻璃或石质葫芦形蒸馏瓶A，或者玻璃蒸馏器与盖子（图13 ）。后者靠配有打磨了的水晶活塞带管的开口T来控制；葫芦形蒸馏瓶和蒸馏器的盖子都有一条沟或壕rr ，用来把凝结了的液体输送进鸟嘴口RS，液体通过RS流出。由于几乎在所有的蒸馏中都产生膨胀的蒸气，蒸气可以使所用的器皿破裂，因此，我们有必要在球形瓶或接受器上开一个小孔T（图9 ），蒸气由此泄出；因此，用这种蒸馏方式，永久气体产物全都失去了，甚至那些难以失去该状态的产物在球形瓶中也没有足够的凝结空间。所以，这种装置并不适合用来做探索性实验，只能用于实验室或药学中的常规操作。在论述复合蒸馏的一节，我将解释已经设计用来保留这个过程中的全部产物的各种方法。

由于玻璃器皿和陶制器皿非常容易碎，不易经受热冷的突然交替，每一个管理良好的实验室都应当有一个或多个用来蒸馏水、烈酒、精油等等的金属蒸馏器。此装置由一个葫芦形蒸馏器和镀锡的铜或黄铜盖子组成（图版III，图15和图16 ），适当的时候可以将其置于水浴D（图17 ）中。在蒸馏中，尤其是在烈酒的蒸馏中，必须给盖子配一个不断保持盛满冷水状态的冷却器SS（图16 ）；水变热时就用活塞R将其放出，换上新提供的冷水。由于被蒸馏的流体靠炉火提供的热素转化成为气体，那么显然，如果不使它把它在葫芦形蒸馏瓶中得到的所有热素都积存于盖子之中，它就不会凝结，因此严格地讲，蒸馏就不会发生；着眼于此，盖子的每一面必须一直维持在比使蒸馏物质处于气态所必需的温度更低的温度，冷却器中的水就是用于此目的的。水经80°（212°）的温度、醇经67°（182.75°）醚经32°（104°）转化成为气体；因此，如果冷却器的温度不分别保持在这些度数之下，就不能蒸馏这些物质，或者更确切地讲，它们就将处于气态而跑掉。

在烈酒和其他膨胀性液体的蒸馏中，以上描绘的冷却器不足以使产生的所有蒸汽凝结；因此，在这种情况中，不直接从盖子的鸟嘴口TU把蒸馏出的液体接收进接受器，而是将一个蛇管插入它们之间。图版III图18 描绘的就是有一个镀锡铜蛇浴的这种仪器；它由弯成许多螺旋的一个金属管组成。容纳蛇管的容器保持充满冷水状态，冷水变暖时予以更换。这个机械装置用于烈酒的各种蒸馏中，无须盖子和所谓冷却器的干预。图版中所描绘的配有两个蛇管，其中的一个专供蒸馏有气味的物质之用。

在某些简单蒸馏中，必须在曲颈瓶和接受器之间插一个接受管，如图版III图11 所示。这可以用于两个目的，既使不同挥发度的两种产物分离，又使接受器与炉子离开较大的距离以便受热更少。不过，这些仪器以及其他几种古代设计的较复杂的仪器远远不符合现代化学中的精确性需要，这一点在我开始论述复合蒸馏时将很容易看出。

第六节　论升华

这个术语用于凝结成固结或固体形态的物质的蒸馏，譬如硫的升华以及盐酸氨即盐氨的升华。这些操作可以在已经描绘了的普通蒸馏器皿中方便地完成，不过，在硫的升华中，通常使用一种称为奥勒德尔（Alludels）的器皿。这些器皿是石质或瓷质器皿，在盛有要升华的硫的葫芦形蒸馏瓶上面相互调节。对于不十分易于挥发的物质来说，一种最好的升华皿是约三分之二埋在沙浴中的烧瓶或玻璃管形瓶；不过用这种方式我们容易失去部分产物。当要完全保留这些产物时，我们必须求助于下一章要描绘的气体化学蒸馏装置。