第十章　论在极高温度中处理物体所必需的仪器

第一节　论熔化

我们已经明白，物体的粒子在水溶液中彼此分离，但溶液中无论是所含的溶剂还是所含的物体，根本就不被水溶液所分解；因此，每当分离的原因中止时，粒子就重聚，盐物质恰好恢复其溶化前所具有的外观和性质。实际的溶化由火，即由在物体粒子之间引入和积聚大量的热素而产生；这种在热素中的溶化通常称为熔化（fusion ）。

此操作通常在称作坩埚的器皿中完成，坩埚必须比打算用它们容纳的物体更不易熔。因此，在一切时代，化学家们都极端渴望得到非常耐熔的材料做成的坩埚，即能耐很高热度的坩埚。最佳者用非常纯的黏土或瓷土做成；而用混有石灰质土或硅土做成的则非常易熔。巴黎附近所产的所有坩埚都是这种坩埚，因此不适合做大多数化学实验。砂坩埚尚好；但最好的是用里摩日土做成的，似乎绝对不可熔。在法国，我们有许多非常适合做坩埚的黏土；例如，圣戈宾玻璃工厂用于制作熔锅的那种土便是如此。

坩埚根据打算用它们完成的操作而被制作成各种形状。图版VII图7、8、9、10 所绘是最普通的几种；图9 所绘的一种在口上几乎封闭了。

虽然熔化通常可以不改变被熔物体的本质而发生，但这种操作常常用作分解物体和使物体再复合的化学手段。一切金属都是用这种方式从其矿中提取的；它们靠这种方法再生、浇铸、彼此熔合。沙和碱靠这种方法化合形成玻璃，人造宝石即彩色宝石以及珐琅也是靠它形成的。

古代化学家们利用烈火的作用比现代化学实验中对它的利用要频繁得多。由于在哲学研究中已经更加精确，湿法已经胜过干法，在舍弃所有其他分析方式之前，很少求助于熔化。

第二节　论加热炉

化学中有最通用的仪器；由于大量实验的成功依它们构造得好坏而定，因此在这方面很好地装备实验室是很重要的。加热炉是一种中空的圆塔，有时上面变粗（图版XIII，图1，ABCD ），它至少必须有两个侧口；一个在其上部F处，是炉门，一个在其下部G处，与灰孔相通。在这二者之间，用来支托燃料的水平炉箅将炉子分隔开来，其位置在图中用HI线标明。虽然这是一切化学炉中最不复杂的，但它却能用于许多目的。铅、锡、铋，一般而言，每一种不需要强火的物质，都可以用它在坩埚中熔化；它可以供金属氧化、蒸发器以及沙浴之用，如图版XIII，图1、图2 所示。为使其适合于这些目的，在其上缘做几个槽口mmmm （图版XIII，图1 ），不然的话，任何可以置于火上的盘状器皿就会阻止空气通过，妨碍燃料燃烧。这种炉子只能产生中等程度的热，因为它所能够消耗的炭量受由灰孔G口通过的空气量所限。其力通过扩大此口可以大大增加，但是另一方面，便于某些操作的大空气流对于另一些操作可能不利；因此，在我们的实验室里，我们必须有为不同目的建造的不同形状的炉子。尤其应当有现在要描述的几种不同大小的炉子。

反射炉（图版XIII，图2 ）也许是较为必需的。此炉与普通炉子一样，由灰孔HIKL、火炉KLMN、实验室MNOP、拱顶RRSS及其通风筒或烟筒TTVV组成；根据不同实验的本质，可以给后者配上几节附加的管子。曲颈瓶A放在所谓实验室部分之中，由两根穿过炉子的铁棒支撑着，其鸟嘴口在炉壁的圆孔处出来，圆孔一半凿在所谓实验室部件上，一半凿在拱顶上。巴黎陶工所销售的现成的反射炉，大多数上下两个口都太小。这些小口不让足够体积的空气通过；因此，由于消耗的炭量，差不多就是离析的热素量，几乎与通过炉子的空气量成比例，所以这些炉子在许多实验中就产生不出足够的效果。为补救这个不足，灰孔上应当有两个口GG；只需要中等程度的火时关上一个口；要发挥炉子最强的威力时两个口都开着。拱顶口SS也应当比通常做的大得多。

极为重要的是，不要使用与炉子的比例相比尺寸过大的曲颈瓶，因为总是应当有足够的空间让空气从炉壁和该容器之间通过。图中的曲颈瓶A相对于炉子的尺寸来说太小，然而我发现，指出差错比更正差错更加容易。拱顶的目的就是迫使火焰或热包围曲颈瓶并且回击或者反射到曲颈瓶的每一个部分上，此炉就是由此而得反射炉之名的。没有这种情况，曲颈瓶就会只在其底部受热，由所盛物质产生的蒸气就会在其上部凝结，就会发生持续的同居而不会有任何东西进入接受器，但是，靠拱顶，曲颈瓶的每个部分都同样受热，被迫出去的蒸气只能在曲颈瓶的瓶颈或接受器中凝结。

为防止曲颈瓶底部受热或冷却得太突然，有时将其放在一个烧制的小陶沙浴中，沙浴直立在炉子的交叉棒上。在许操作中，还给曲颈瓶涂上封泥，这些封泥有的用来防止曲颈瓶受到热或冷的突然影响，有的则是用来支撑玻璃，即形成另一种曲颈瓶，当操作过程中强火使玻璃曲颈瓶软化时支撑住它。前者用制砖用的黏土加少量奶牛毛，搅成糊状或浆状而成，涂在玻璃或石质曲颈瓶上。后者用纯黏土与捣碎了的粗陶混合而成，以同样方式使用。用火使其变干变硬，以形成真正的辅助曲颈瓶，如果下面的曲颈瓶破裂或变软还能够保留住材料。不过，在打算收集气体的实验中，这种封泥有孔，无法使用。

在不需要烈火的许多实验中，去掉所谓实验室这个部件，把拱顶直接放在火炉上，如图图版XIII，图3 所绘，反射炉就可以用做熔炉。图4 所绘的炉子非常便于熔化；它由火炉和灰孔ABD组成，没有炉门，有一个孔E接纳用封泥紧紧地封住了的风箱口，拱顶ABGH应当比图中所绘矮一些。此炉不能产生极强的热，但对于常规操作来说却足够了，而且，易于将其移往实验室里任何想要移往的地方。虽然这些特殊的炉子非常方便，每个实验室仍须配备带有好风箱的煅炉，更有必要的是配备一个强有力的熔炉。我将根据我所用的熔炉的建构原理来描述它。

空气由于通过燃烧的煤受热而在炉子中循环；它膨胀，变得比周围空气轻，受侧面空气柱之压而被迫上升，被来自四面八方尤其是下面的新鲜空气所取代。当煤在普通火锅（chaffing dish）中燃烧时，甚至都发生这种空气循环；不过，我们容易想象，在所有其他情况都相同时，在四面敞开的炉子中通过的空气团不可能有被迫通过像大多数化学炉那样的中空塔形状的炉子的空气团大，因此，在这后一种构造的炉子中燃烧必定更迅速。例如，假设炉子ABCDEF上面敞开并且盛满燃烧的煤，空气通过煤的力就与等于AC的两个空气柱的比重之差成比例，这两个空气柱一是外面的冷空气柱，一是炉子内受热的空气柱。在炉口AB之上必定有一些受热的空气，这种占优势的轻量也应当考虑到；但是，由于这一部分不断冷却并被外部空气带走，它就不能产生任何大的影响。

但是，如果我们给这个炉子加上一个同样直径的大中空管GHAB，防止被燃煤已经加热了的空气被周围空气冷却和驱散，那么，引起循环的比重之差就将处于与GC相等的两柱之间。因此如果GC是AC长度的三倍，循环就有三倍的力。这以这个假定为根据，即GHCD中的空气与ABCD中所容纳的空气受热一样多，严格地讲，情况并不是这样，因为AB与GH之间的热必定减少了；但是，由于GHAB中的空气比外部空气要暖得多，于是由此得出，管子的增加必定增加空气流的速度，通过煤的空气量必定更大，因此发生燃烧的程度必定更大。

然而，我们由这些原理却不一定能断言，此管的长度应当无限延长；因为，由于空气从AB到GH，甚至与管壁的接触，使其热逐渐减少，假若把管子延长到一定的程度，我们最终就会到达某一点，在这一点上所容纳的空气的比重就会与外部空气相等；在这种情况中，由于冷空气不再会上升，它就会成为下沉气团，抵抗下面空气的上升。而且，由于此空气已经供燃烧之用，必定混有碳酸气，碳酸气比普通空气重得多，因此，假若管子做得足够长，那么空气最终就会与外部空气的温度极为接近，甚至下沉；因此，我们必定断言，给炉子增加的管子的长度必须有某个极限，超过了这个极限它就削弱而不是增强火力。

由这些思考就得出，给炉子增加的第一节底管产生的作用大于第六节，第六节大于第十节；不过我们没有数据确定我们应当在什么高度中止。这种有效增加的极限完全按管子材料是热导体的弱度而增长，因为空气将因此而被冷却得很少；所以，烧制的土比铁皮要好得多。做管套并用塞紧的炭填满空隙甚至都是重要的，炭是已知的最不良的热导体之一；由此，空气的冷却就会放慢，空气流的速度因此就会增大；而且，用这种方式，管子完全可以做得更长。

由于火炉是炉子的最热部分，也是空气由之通过时膨胀得最多的部分，因此这一部分应当做得相当粗或腹状的。这是更为必要的，因为打算用它容纳炭和坩埚，并让其维持燃烧，或者确切地讲是引起燃烧的空气通过；因此我只让空气从煤之间的空隙通过。

我的熔炉就是根据这些原理建造的，我相信它在威力上至少与迄今所造的任何熔炉相等，不过我并没有妄称它具有在化学炉中能够产生最大可能的强度。由于迄今尚未根据实验确定空气在通过熔炉时所增加的体积，因此我们还不知道下孔和上孔之间应当存在的比例，这些口子应当做成的绝对大小也几乎不知道；因此缺乏根据原理继续论述的数据，我们只能通过重复试验考虑完成的结果。

按照上述规则，此炉呈椭球形状，如图版VIII图6 所绘ABCD；椭球的两端被两个平面切割，平面垂直于轴，通过椭球的焦点。由于这个形状，它就可以容纳大量的炭，同时在间隔中留下足够的空间让空气通过。为了没有障碍能够阻止外部空气的自由通路，仿照马凯先生的熔炉模型在下面完全敞开，并且直立于铁三脚架之上。炉箅由放在缘上的平直炉栅做成，有相当大的间隙。其上部加一个烧制土质的烟筒即管子ABFG，约十八呎长，直径约为炉子直径的一半。尽管此炉产生的热比化学家们迄今所使用的任何炉子所产生的热都强，但仍然能用已经提及的手段使其威力大大提高，这些手段中之主要者就是把它做成双层的，并用塞紧的炭填满空隙，使管子尽可能成为热的不良导体。

当需要知道铅是否含有金或银的混合物时，将其置于称作烤钵的煅烧炭质页岩小皿中用强火加热。铅被氧化，成玻璃状，渗入烤钵物质中，而金或银不能氧化，保持纯态。由于没有空气的自由流通铅就不会氧化，因此，这个操作就不能在置于炉子的燃烧着的煤之中的坩埚中完成，因为内部空气经燃烧多半已经还原成为氮气和碳酸气，不再适合金属的氧化。因此，有必要设计特殊的装置，在这种装置中，金属应当同时经受强热的影响和避免与通过燃煤而变成不可燃的空气接触。用来满足这种双重目的的炉子称为烤钵炉或试验炉。通常把它做成方形，如图版XIII，图8、图10 所绘，它有一个灰孔AABB、一个火炉BBCC、一个实验室CCDD和一个拱顶DDEE。烧制土质蒙烰或小烘箱GH（图9 ）放在炉子的交叉铁棒之上的实验室中，对准开口GG，用以水柔和了的黏土封住。烤钵放在此烘箱或蒙烰中，炭从拱顶和火炉口送进炉子之中。外部空气从灰孔口进入维持燃烧，从EE处上口或烟筒逸出；让空气从蒙烰门GG进入以氧化所盛的金属。

略加思考就足以发现建造此炉所依据的错误原理。当GG口关闭时，氧化发生得缓慢而困难，因为缺乏使其继续进行的空气；当此孔打开时，当时进入的冷空气流就使金属凝固，并阻碍此进程。让外部新鲜空气流一直对金属表面起作用，并使此空气通过用炉火持续保持炽热陶质导管，以这样的方式构造蒙烰和炉子，就容易补救这些不便之处。用此手段，蒙烰内部决不会冷却，而且目前需要相当多时间完成的过程几分钟的工夫就能结束。

萨热（Sage）先生用一种不同的方式补救了这些不便之处；他把盛有用金或银熔合了的铅的烤钵放在通常的炉子的炭当中，并用一个小瓷蒙烰盖住；当全部充分加热时，他用普通手动风箱对着金属表面送风，用这种方式极容易极精确地完成烤钵冶金。

第三节　论用氧气代替大气增强火的作用

用大取火镜，譬如特彻诺森（Tchirnausen）和德·特鲁戴恩（de Trudaine）先生的取火镜，得到的热度略大于在化学炉甚或在烧制硬瓷的炉子烘箱之中迄今所产生的热度。但是这些仪器极端昂贵，而且甚至产生不出足以熔化天然铂的热；以致它们的有利条件并不足以补偿获得它们，甚至使用它们的困难。凹面镜产生的效果稍强于同样直径的取火镜，这已被马凯和博梅两位先生用阿贝·布里奥特（Abbé Bouriot）的反射镜所做的实验证实；但是，由于反射光线的方向必定是自下而上，因此，要处理的物质必须没有任何支撑地悬搁着，这就使大多数化学实验不可能用这种仪器来完成。

由于这些原因，我把大膀胱充满氧气，使其从可以用活塞关闭的管子中通过，首先尽力把氧气用于燃烧；用这种方式，我成功地使它维持了点燃了的炭的燃烧。产生的热的强度，甚至在我的初次努力中，就如此之大，以致很快就熔化了少量的天然铂。这种努力的成功，应当归功于第122页及其以后所描述的关于气量计的思想，我用气量计代替了膀胱；而且，由于我们能够给氧气以任何必要程度的压力，因此我们就能用此仪器维持持续的气流，甚至给它以很大的力。

这种实验必需的唯一装置，由一张小桌子ABCD（图版XII，图15 ）组成，桌子上有一个孔F，穿过它的是一个铜管或银管，管端在G处有一个很小的口，通过活塞H可以开或关。此管延长到桌子之下的lmno 处，并与气量计的内腔相连。当我们打算操作时，必须用凿子在一块炭上凿一个几吩深的孔，把要处理的物质放进去；用蜡烛或吹管将炭点着，此后就使其暴露于来自管子FG的G端的快速氧气流之中。

这种操作方式只能用以处理与炭接触能够放置而没有不便之处的物体，譬如金属、简单土质等等。但是，对于其元素对炭有亲和力因此被该物质分解的物体，譬如硫酸盐、磷酸盐、大多数中性盐、金属玻璃、珐琅等等来说，我们必须用一盏灯，并且使氧气流通过其火焰。由于这个目的，我们用肘状吹管ST代替弯管FG，与炭一起使用。用这种方式所产生的热并没有用前一种方式产生的那样强，而且非常难以使铂熔化。在用灯进行这种方式的操作时，物质置于煅烧炭质页岩烤钵或者小瓷杯甚或金属盘之中。假若后者足够大，就不会熔化，因为，金属是热的优良导体，热素迅速扩散通过整块金属，以致其任何部分都不大量受热。

在《科学院文集》1782年第476页和1783年第573页，可以详细见到我用这种装置所做的系列实验。以下是一些主要结果。

1．水晶或纯硅土不能熔化，但当与其他物质混合时却能变软或熔化。

2．石灰、苦土和重晶石不论单独还是化合在一起都不能熔化；但是，它们有助于每一种其他物体的熔化，石灰尤其如此。

3．黏土或明矾的纯基本身完全可熔化成为极硬的不透明玻璃状物质，此物质像宝石那样刻画玻璃。

4．一分复合土质和石质皆容易熔化成为一种褐色玻璃。

5．一切盐物质，甚至固定碱在一瞬之间就挥发了。

6．金、银，概然地还有铂，缓慢地挥发而无任何特殊现象。

7．一切其他金属物质除汞之外皆被氧化，不过要放在炭上，燃烧伴随着不同颜色的火焰，并且最终完全消散。

8．金属氧化物也都燃烧，伴有火焰。这似乎形成了这些物质的鉴别性特征，甚至使我相信，像伯格曼猜想的那样，重晶石是金属氧化物，不过我们迄今还没能得到纯态或熔块状态的该金属。

9．一些宝石，如红宝石，能够变软并且联结在一起，而不损坏其颜色甚或减少其重量。紫蓝宝石（hyacinth）虽然几乎与红宝石同样被固定，但却很快失去其颜色。撕克逊黄玉、巴西黄玉和巴西红宝石很快失去其颜色并且失去约其重量的五分之一，留下白土，类似于白色石英或未上釉的瓷。祖母绿、贵橄榄石和石榴石几乎立刻熔化成为不透明的有色玻璃。

10．钻石显示出自身特有的一种性质；它以与可燃物体相同的方式燃烧，并完全消散。

还有另一种方式，把氧气送进炉子，用它大量增大火力。阿哈德（Achard）先生首先构想出这个主意；不过，他使用的方法绝对不是令人满意的，他认为用此方法使大气脱去所谓燃素，也就是使大气除去氮气。我提出为此目的建造一个非常简单的炉子，引炉用非常耐火的土建造，类似于图版XIII，图4 中所绘的炉子，不过在各个维度上都小一些。它在E处必须有两个口，其中的一个通过风箱的管嘴，由此要尽可能地用普通空气升高其热；此后，突然停止来自风箱的普通空气流，由另一个口的管子让氧气进入，此管与一个气量计相通，气量计有四或五吋水的压力。我用这种方式可以把几个气量计的氧气结合起来，以使八或九立方呎的气体通过炉子；而且，我期待着用这种方式产生比迄今所知的热要强得多的热。炉子的上孔必须注意做得相当大，以使产生的热素可以通畅地放出，以免该高度弹性流体的突然膨胀产生危险的爆发。