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移除书签第六章 论气体化学蒸馏，金属溶解以及需要极复杂仪器的其他某些操作
第一节 论复合蒸馏和气体化学蒸馏
在前一章中，我只论述了作为一种简单操作的蒸馏，通过这种操作，两种挥发度不同的物质可以彼此分离；但是，蒸馏实际上常常使受其作用的物质分解，成为化学中最复杂的一种操作。在每一种蒸馏中，被蒸馏的物质必须通过与热素的化合而在葫芦形蒸馏瓶或曲颈瓶中处于气态。在简单蒸馏中，此热素耗进冷却器或蛇管中了，物质重新恢复其液态或固态，但是受复合蒸馏的物质则绝对被分解了；一部分，譬如这些物质所含的炭，仍然固定在曲颈瓶中，所有其余的元素都被还原成为不同种类的气体。这些气体有些能凝结恢复其固体或液体形态，而另一些则是永久气体状的；这些气体的一部分可被水吸收，有些可被碱吸收，其他的则根本就不能被吸收。前一章所描绘的常规蒸馏装置根本不足以保留或分离这些多种多样的产物，我们只得为此目的而求助于性质更为复杂的方法。
我即将描绘的装置特意计划用于最复杂的蒸馏，可以根据情况简化。它由一个有管口的玻璃曲颈瓶A（图版IV，图1 ）组成，其鸟嘴口装配到有管口的球形瓶或接受器BC上；球形瓶的上口D配有一个弯管DEfg ，弯管的另一端g 插进瓶子L所盛的液体之中，此瓶有三个瓶颈xxx 。靠以同样方式配置的三个弯管，把另外三个类似的瓶子与第一个瓶子相连；用一个弯管把最后一个瓶子的最后一个瓶颈与气体化学装置中的广口瓶相连 (1) 。通常把有确定重量的蒸馏水放进第一个瓶子之中，其他三个瓶子中各有苛性草碱的水溶液。必须精确确定所有这些瓶子以及它们所盛的水和碱溶液的重量。一切安排停当时，必须用粘封泥封住曲颈瓶和接受器之间以及后者的管子D的接头处，用亚麻布条盖上，涂上粘鸟胶和蛋白；所有的其他接头都要用蜡和松香共熔制成的封泥封紧。
完成了所有这些安排，并对曲颈瓶A施热时，其中所盛物质就被分解，显然，挥发性最小的产物本身必定就在曲颈瓶的鸟嘴口或瓶颈中凝结或升华，大多数固结物质本身都将在这里固定。较易挥发的物质，如较轻的油、氨及其他几种物质，将在接受器GC中凝结，而最不易受冷凝结的气体则将通过管子，穿过几个瓶子中的液体鼓泡跑出。能被水吸收的将留在第一个瓶子中，能被苛性碱吸收的将留在其他瓶子中；而既不会被水又不会被碱吸收的气体则将通过管子RM逸出，在此管末端进入气体化学装置的广口瓶中而被接收。炭、固定土质等等形成曾被称为废物（ca put mortuum ）的物质或残留物，则留在曲颈瓶中。
在这种操作方式中，我们总是拥有实质性的精确分析证据，因为在过程结束之后产物合起来的总重量必定恰好等于原来受蒸馏的物质的重量。譬如，如果我们处理了八盎司淀粉或阿拉伯树胶，那么，曲颈瓶中淀粉残留物的重量，连同其瓶颈和球形瓶中收集的所有产物的重量，以及通过管子RM接收进广口瓶中的所有气体的重量，加上瓶子所得到的额外重量，一并考虑时，必定正好就是八盎司。如果结果偏低或偏高，则就是误差所致，必须重复实验直至获得令人满意的结果，结果与受实验的物质的重量之差不应大于每磅六或八格令。
在这种实验中，我碰到一个几乎不可克服的困难已经很久了，要不是哈森夫拉兹先生给我指出了避免这个困难的极简单的方法，它最后必定会迫使我完全停下来。炉热的一点点减少以及与这种实验分不开的许多其他情况，通常都引起气体的重吸收；气体化学装置池子中的水通过管子RM冲进最后一个瓶子，同样的情况一个瓶子接一个瓶子地发生，流体甚至常常压进接受器C。用有三个瓶颈的瓶子防止这个事故，如图版IV图1 所绘，在每个瓶子的一个瓶颈中配一个毛细玻璃管St、st、S″t、S′″t，使其下端t 浸在液体中。无论是在曲颈瓶中还是在任何一个瓶子中，如果有任何吸收发生，那么，靠这些管子，就有足量的外部空气进来填充真空；我们以普通空气与实验产物的少量混合物为代价摆脱了这个不便之处，因而全然防止了失败。虽然这些管子让外部空气进入，但却不让任何气态物质逸出，因为它们总是被瓶子的水封闭在下面。
显然，在用这种装置做实验的过程中，瓶子的液体必定与瓶子中所含气体或空气所维持的压力成比例地在这些管子中上升；此压力由所有后面瓶子中所盛流体柱的高度和重量来确定。如果我们假定每个瓶子盛有三吋流体，而且与上述管子RM的口相连的装置的池子中有三时水，让流体的重量仅仅等于水的重量，那么就得出，第一个瓶子中的空气必定维持与十二吋水的压力相等的压力；因此，水必定在与第一个瓶子相连的管子S中上升十二吋，在属于第二个瓶子的管子中上升九时，在第三个瓶子的管子中上升六时，在最后一个瓶子的管子中上升三时；为此，这些管子必须分别做得稍长于十二、九、六和三吋，以为液体中经常发生的振荡运动留出余地。有时候必须在曲颈瓶和接受器之间插入一个类似的管子；由于直到蒸馏进行中聚积了一些液体时管子的下端才浸入液体之中，因此其上端最初必须用一点封泥封闭住，以便根据需要或在接受器中有足够的液体达到其下端之后打开。
当打算处理的物质有非常迅速的相互作用，或者当其中的一种物质只能一小份一小份地相继导入时，由于混合起来就产生剧烈的泡腾，因此，在非常精确的实验中就不能使用这种装置。在这些情况下，我们使用一个有管口的曲颈瓶A（图版VII，图1 ），将一种物质导入其内，如果要处理的是固体还是将固体导入其中为好；然后我们把一个弯管BCDA用封泥封到曲颈瓶的口上，弯管上端B终止于漏斗处，另一端A终止于毛细口。实验的流体原料靠此漏斗注入曲颈瓶中，漏斗从B端到C必须做成这样的长度，使导入的流体柱能够抵消所有瓶子（图版IV，图1 ）中所盛液体所产生的阻力。
尚未习惯于使用上述蒸馏装置的人们，也许会为这种实验中需要用封泥封许多瓶口并且为事先要做的一切准备所需要的时间而大吃一惊。的确，如果我们考虑到实验前后原料和产物都必须称量，那么，这些预备步骤和善后步骤所需要的时间和注意力比实验本身所需要的要多得多。但是，当实验完全成功时，我们付出的时间和辛劳就全部得到了回报，因为通过以这种精确的方式所进行的过程所获得的关于被探索的植物物质和动物物质的本质的知识，比以通常的方法通过许多星期的辛勤劳动所获得的知识要合理得多、广博得多。
当缺乏三个口的瓶子时，可以用两个口的；假如瓶口足够大，甚至可能在一个口上插进所有三个管子，以便使用通常的阔口瓶。在这种情况中，我们必须仔细给瓶子配上极精确地切削并在油、蜡和松油的混合物中煮沸过的软木塞。这些软木塞必须用圆锉打上容纳管子所必需的孔，如图版IV图8 所示。
第二节 论金属溶解
我已经指出了盐在水中溶化与金属的溶解之间的差异。前者不需要特殊的器皿，而后者则需要新近发明的极为复杂的器皿，以至于我们可以不丢失任何实验产物，从而可以获得关于所发生的现象的真正结论性的结果。一般而言，金属溶解于酸中伴有泡腾，泡腾只是大量空气泡或气态流体泡的离析在溶剂中所激发的一种运动，这些气泡出自金属表面并在液体表面破裂。
卡文迪什先生和普里斯特利博士是收集这些弹性流体的专门装置的最早的发明者。普里斯特利博士的装置极其简单，它由一个带有软木塞B的瓶子A（图版VII，图2 ）组成，弯玻璃管BC穿过软木塞，伸至气体化学装置中或者只是装满水的池子中充满水的广口瓶之下。首先把金属放进瓶中，然后把酸倒在上面，立即用软木塞和管子把瓶子封闭起来，如图版所绘。不过这种装置有其不便之处。当酸较浓或者金属较碎时，在我们有时间完全塞住瓶子之前，泡腾就开始了，而且有些气体逸出，妨碍我们精确地确定离析的量。其次，当我们被迫用热或者此过程产生热时，有部分酸蒸馏并且与气体化学装置的水混合，使我们在计算分解了的酸量时出错。除了这些之外，装置的池子中的水吸收产生的所有能够吸收的气体，使无损失地收集这些气体变得不可能。
为消除这些不便之处，我起初使用了一个有两个瓶颈的瓶子（图版VII，图3 ），其中一个瓶颈用封泥封进玻璃漏斗BC以防止任何空气逸出；用金刚砂把一个玻璃棒ED安装在漏斗上以作塞子之用。使用它时，首先把要溶化的物质导入瓶中，然后每当必要时就轻轻提起玻璃棒让酸随我们的意缓慢通过，直至饱和。
后来使用了另一种方法，此方法用于同样的目的，而且在某些场合比刚描述的方法更好。这个方法就在于给瓶子A（图版VII，图4 ）的一个口配上一个弯管DEFG，弯管在D处有一个毛细口，在G处以一个漏斗为终端。这个管子牢牢地用封泥封在瓶口C上。当把任何液体倒进漏斗中时，它就落到F处；如果加进足够的量，只要在漏斗里提供另外的液体，它就通过弯曲部分E缓慢地落入瓶中。此液体决不会被压出管子，而且气体不会通过它逸出，因为液体的重量起到了一个精密软木塞的作用。
为防止酸的任何蒸馏，尤其为防止伴热溶化中的酸蒸馏，把这个管子配在曲颈瓶A（图版VII，图1 ）上，并且用一个小的有管口的接受器M，任何可以蒸馏的液体都凝结于接受器中。为使任何可被水吸收的气体分离出来，我们加上一个双颈瓶L，半充满苛性草碱溶液；该碱吸收任何碳酸气，而且通常只有一两种气体由管子NO通过而进入相联的气体化学装置的广口瓶中。在这一部分的第一章，我已经指出过如何分离和检验这些气体。如果认为一个碱溶液瓶子不够，可以加上两个、三个或更多个。
第三节 酒发酵与致腐发酵实验中必需的装置
这些操作，尤其是打算做这种实验的操作，需要一套特殊的装置。我即将描述的装置，是做了许多校正和改进之后，最后采用的最适合于此目的的装置。它由一个大长颈卵形瓶A（图版X，图1 ）组成，A约容纳十二品脱，一个黄铜帽ab 牢牢地黏合在其口上，帽子中旋进一个弯管cd ，弯管上配有一个活塞e 。此管上接有一个玻璃三口接受器B，接受器的一个口与放在它下面的瓶子连通。此接受器后面的口上配一个玻璃管ghi ，在g 和i 处黏合着黄铜套筒，用来盛极易潮解的固结中性盐，譬如硝酸石灰或盐酸石灰、亚醋酸草碱等等。这个管子与D和E这两个瓶子连通，D和E中苛性草碱溶液盛至x 和y 处。
这个机器的各个部分都用精密的螺旋接起来，接触部分垫上涂了油的皮革以防止空气通过。每个部件都配有两个活塞，用它们可以关闭两端，以使我们能够在任何操作阶段分别称量各个部件中的物质。
把发酵性物质譬如糖与适量的酵母用水稀释放进长颈卵形瓶中。有时候，当发酵过于迅速时，产生大量的泡沫，泡沫不仅堵塞长颈卵形瓶的瓶颈，而且还流进接受器，由此跑进C瓶。为了收集这浮渣和未发酵的汁，防止它到达充满潮解性盐的管子，接受器和相连的管子要做成大容量的。
在酒的发酵中，只离析出碳酸气，它携带着少量溶化状态的水。这水的大部分在通过充满粗粉状潮解性盐的管子ghi 时积存下来，其量通过盐重量的增加来确定。碳酸气由管子klm 输送至D瓶，通过D瓶中的碱溶液冒出来。不能被这第一个瓶子吸收任何一点的气体，都被第二个瓶子E中的溶液所获得，以致一般来说，除了实验开始时容器中所盛的普通空气之外，就没有什么东西进入广口瓶F了。
同样的装置极适合腐败发酵实验的需要；不过，在这种情况中，大量氢气通过管子qrstu 离析出来，氢气由此管输送进入广口瓶F；由于此离析极其迅速，在夏天尤其如此，因此必须时常更换广口瓶。这些腐败发酵需要按照上述情况不断照料，而酒发酵则几乎不需要照料。靠这种装置，我们可以极精确地确定用以发酵的物质重量以及离析出的液体和气体产物的重量。关于酒发酵的产物，可以查阅我在第一部分第八章所讲的内容。
第四节 分解水的装置
由于在本书的第一部分中已经说明了与水的分解有关的实验，因此，在这一节中我将避免不必要的重复，只就这个主题发表一点概括性的意见。具有分解水的力量的主要物质是铁和炭；为此目的，需要使它们炽热，否则，水就只变成蒸汽，然后经冷却而凝结，连最小的质变都不发生。相反，处于炽热状态时，铁或炭从氧与氢的结合物中夺走氧；在第一种情况中，产生黑色氧化铁，氢以纯气体形态离析出来；在第二种情况中，形成碳酸气，它离析出来混有氢气；这后者一般被碳化，即拥有溶化状态的炭。
没有枪栓的滑膛枪管极适合用来以铁分解水，枪管应当选择很长很坚固的。当枪管太短以致冒使封泥过热的危险时，要把一个铜管牢固地焊接在其一端。把枪管置于一个长炉子CDEF（图版VII，图11 ）之中，使其从E到F有一定程度的倾斜；把玻璃曲颈瓶用封泥封到其上端E上，曲颈瓶中盛有水并被置于炉子VVXX之上。较低的一端F用封泥封到蛇管SS上，蛇管与有管口的瓶子H相连接，操作过程中任何蒸馏了而没分解的水便聚集在此瓶之中，离析的气体则由管子KK输送到气体化学装置中的广口瓶。可以用一个漏斗代替曲颈瓶，漏斗的下部用一个活塞关闭，让水通过活塞逐渐滴进枪管之中。水一经与铁的受热部分接触就立即转化成为水蒸气，实验以同样方式继续进行，就好像它是以蒸汽状态从曲颈瓶中提供的一样。
在由默斯尼尔先生和我当着科学院的一个委员会所做的实验中，我们采取了一切预防措施以在我们的实验结果中获得最大可能的精确性，甚至在我们开始之前就把所使用的所有器皿都抽空了，以使得到的氢气不与氮气相混合。这个实验的结果以后将在一篇详尽的论文中给出。
在许多实验中，我们不得已使用玻璃、瓷质或铜质的管子代替枪管；但是，如果热增加得稍有一点点过高，玻璃就有易于熔化和变扁的缺点；陶瓷多半充满微孔，气体通过微孔逸出，当受水柱压缩时尤其如此。由于这些原因，我弄到了一个黄铜管，此管是在德·拉·布里谢先生在斯特拉斯堡亲自检验为我铸造并用实心铸件镗制而成的。这个管子极便于分解醇，醇分解成为炭、碳酸气和氢气；它可以同样有利地用来通过炭分解水，在大量这种性质的实验中用它也都方便。
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