第二部分

约翰·道尔顿

谨将此书的第二部分献给皇家研究所化学教授和皇家学会秘书汉弗莱·戴维先生及曼彻斯特文哲学会副会长和皇家学会成员威廉·亨利博士，以证明他们在促进化学科学的发展方面所立下的丰功伟绩，并感谢他们的友好联系与帮助。——作者

《化学哲学新体系》第二部分作者献词/译文见第81页。

序言

当这部著作的第一部分印出以后，我本来指望在一年略多一点时间内完成全书，现在两年半时间过去了，这部书还没有完成。原因是，我发现有大量实验需要收入书中。过去我总认为别人的结果是正确的，因而在前进中常被引向错误。现在我决定除了我自己的经验证明以外，尽量少写。由于这个缘故，在化学基本要素这部分，原始的事实和实验将比任何其他内容占有更多的篇幅。但我的意思不是说，把我笔记簿的记录抄下来。这样做同没有任何实验的写作是同样应该受到指责的。熟悉实用化学的人们都知道在五个新实验中适宜于向公众报告的不会多于一个，其他实验通过适当的思考就会发现这样或那样的问题，它们的用处只是在于能指出错误的根源，和避免错误的方法。

由于发现没有第二卷，我的计划无法完成，因此迫切希望，在现在编辑的这部分内完成第五章关于二元素的化合物的论述。但是因为这部书扩充了很多，而时间又提前很多，我被迫删去两三节重要的内容，特别是金属氧化物和硫化物。而这些化合物我认为是应当受到充分注意的。在这些被去掉以后，第6章将讨论3个或更多元素的化合物，这将包括不曾介绍的植物性的和其他酸类、硫氢化物、中性盐、可燃化合物等等。

不管我的计划（通过另外增加一卷使这部书略微完整一些）结果怎样，对能够这样大大发展化学结合的理论使我目前感到很大的满足。这种理论我越是进一步思考，就越相信它的真实性。由于已经做过足够的工作，可以使任何人对此作出判断。那些尚未发表的事实和观察只是同已经提出的完全属于同一种类；如果后者不足以说明问题，那么把前者增加上去也将没有什么帮助。同时，我毫不怀疑，人们和我一起采用这个体系，将在所有化学研究的过程中，发现它是有用的指南。

在安排所讨论的项目方面，我力图保持顺序，即先讨论那些根据我们目前的知识认为是简单的物体，然后才是那些二元素的化合物，但是在这点上我并不是一直成功的。因为，在有些例子中，哪些是简单的，哪些是复合的，还不是很清楚，而在另一些中，三元素或更多元素的化合物与二元素的化合物极其紧密地联系在一起，不对前者或多或少地予以描述，就不可能对后者给予满意的报道。

关于命名方面，我一般采用最通行的规则，但在有些例子里，我的独特的观点会引导我离开这条规则。我把那些由一原子碳酸与一原子碱结合组成的盐类叫做碳酸盐，对其他盐类也同样叫法。但是现在有些人把中性盐叫做碳酸盐，而把碳酸的盐叫做次碳酸盐，而我却把苏打与草碱的中性碳酸盐，含有两原子酸与一原子碱的，叫做过碳酸盐。普通硝酸盐类，虽然按我的系统一定要按过硝酸盐来考虑，但我仍继续叫它们硝酸盐。我在这方面并不焦急，因为很清楚，如果我着手的体系被采用，其结果将是命名方法的普遍改革，即要参照组成不同复合体的元素种类，也要参照原子的个数。

1810年11月

第4章 论基本要素

为了更清楚地介绍有关化学事实和经验的知识，一般认为最好先叙述最简单的元素或物质，接着再叙述那些由两个简单元素化合而成的物质，然后再叙述由三个或更多元素化合而成的物质。这个计划，只要是方便的，将在以下著作中被保持着。我们所说的基本要素（elementary principles），或简单物质，是指那些不曾被分解的，但能与其他物质化合的一些物质。我们不能说，任何一个叫做基本要素的物质是绝对不能分解的；但是在它能够被解析以前，它应该被称为简单的。主要的简单物质有氧、氢、氮、碳、硫、磷与金属。固定碱与土类不久前还是不可分的，但长期以来就曾设想它们是化合物；戴维先生最近依靠电池作用指出，它们当中有一些含有金属，并具有金属氧化物的所有特征；因此，把所有土类放在金属氧化物同一类中想来是不会有什么不妥的。

在基本或简单物质以后，接着就要考虑由两个元素组成的化合物。这些化合物形成非常有趣的一类，在这类化合物中我们所采用的新原则将能够显示出来，而它们的精确性则能通过直接实验来审查。这类中有几种最重要的化学试剂；即，水、硫、酸、硝酸、盐类、碳酸与磷酸、大多数复合气体、碱、土类与金属氧化物。

以后各类中我们将看到含有3、4或更多基本元素的更加复杂的化合物，特别是盐类；但是，在这些情况下，通常发生一个复合原子与一个简单原子结合，或一个复合原子与另一个复合原子或许两个复合原子结合；而不是4个或6个简单基本原子在同一瞬间结合。因此，化学结合定律看来是简单的，而且总是只限于由少数更简单的元素形成更复杂的元素。

第一节 论氧

氧被制取的最简单状态是气体状态或弹性流体状态。该气体可用以下方法得到：

1.不用加热。加2盎司红铅（铅丹）到5盎司的气瓶内；再加入一盎司最浓的硫酸；接着立即摇动一会以促进混合，配好带有弯管的塞子：马上产生大量的热，白色烟雾充满了瓶子，接着发生大量的气流，通常用小瓶在水面上收集。大约30立方英寸气体可指望得到。应该把该气体暴露于石灰和水的混合物上，约有1/5的体积（碳酸）被吸收，剩下来的差不多是纯氧气。

2.需要加热。加2盎司软锰矿（普通黑色氧化物）到一个铁瓶内，或适当处理过的枪筒里，配上一个向后弯的管子。然后把它放入火内，烧红；氧气就会出来，可收集如前；它常含有少量的碳酸，可用石灰水除去。这样所得空气为3或4品脱。

3.把2盎司软锰矿与同样重量的硫酸加入一管形瓶中；把混合物做成糊状，用蜡烛或灯加热，则气体就像前面一样逸出，如果在水面上收集，所得气体差不多是纯的。

4.如果把1盎司硝石加到铁瓶里，并经受强烈的红热，即可得到大量气体（2或3加仑）。它是由大约3份氧与1份氮混合组成的。

5.加100格令叫做氧盐酸草碱的盐到玻璃或陶制的曲颈甑里；用灯加热，直到甑几乎变红，这时氧气就迅速放出。约可得到100立方英寸，不含碳酸，也不含其他杂质。

许多其他方法有时也用来制备这种气体，但主要是上述这些方法；对于经验不足，或者只想得到少量纯气体的人来说，第一种或第二种方法是最方便和最经济的。

氧的性质

列举所有氧的性质，以及氧所形成的化合物所写的论文竟占化学方面论文的一半。在这个标题下，只要指出一些更加显著的特点就足够了。

1.如果大气的比重指定为1，则根据戴维的测定，氧的比重将为1.127，但是有些人曾发现它小一些。100立方英寸氧气，在温度55°，与压力30英寸水银柱时，重约35格令；而同样分量的大气重31.1格令。一个氧原子之重被指定为7，而一个氢原子之重为1；这是从这些元素相互化合形成水时的相对重量推断出来的。氧质点的直径，当其在弹性状态时，与氢质点直径之比为0.794∶1 ^[1] 。

2.氧与氢、碳、氮、磷以及其他叫做可燃物的物质以不同方式和不同比例结合；当其和氢气以及一些其他弹性流体混合时，通过一个电火花即发生带有响声的爆炸，对容器发生猛烈的冲击，同时放出大量的热。这叫做爆鸣（detonation ）。在其他情况下，氧与物体的结合是比较慢的，但伴随热的发生。这通常叫做燃烧（combustion ），如炭的燃烧；当伴有火焰时，则叫做着火（inflammation ），如油的燃烧。在另外情况下，这种结合还要更慢，其结果只是略微增加些温度，如金属的生锈，这叫做氧化（oxidation ）。

物体在环绕地球的大气或空气中燃烧，是由于其中含有氧气，它占空气1/5稍多一些，因此，物体在纯氧里燃烧比起我们所看到的通常燃烧要迅速得多而且光亮得多，这是不奇怪的。这种现象很容易通过把点燃物体投入一个盛满氧气的大管形瓶而显示出来；小蜡烛、小铁丝、炭，特别是磷，在这个气体中燃烧时发出难以想像的光辉。至于生成的新化合物的性质，最好在列举其他基本要素的性质以后再考虑。

3.支持动物生命所必需的那部分大气就是氧气。因此，一个动物在给定分量的纯净氧气里比在同样分量的普通或大气里要生存久些。在呼吸过程中，一部分氧气消失了，产生了相等部分的碳酸；相似的变化也发生在炭的燃烧中；因此，可以推断出来，呼吸是动物热的来源。吸进的大气约含21%的氧气；而呼出的空气，通常约含17%氧，与4%碳酸。但是如果进行深呼吸，并对最后呼出的空气进行检查，将发现它含有8%或9%的碳酸，并损失相等分量的氧气。

4.氧气在继续通过电火花或电击时不发生显著的影响；也没有发现任何其他方法能使其分解。

第二节 论氢

氢气可用下法制得：取半两铁屑或锌屑，或小片这些金属，把它们放入一管形瓶内，加上二或三盎司水，再注入1/4这样多的硫酸，这时就发生起泡现象，产生大量气体，可按通常方法在水面上收集。

氢的一些显著性质如下：

1.氢是我们所知道的最轻的气体。以大气的比重为1，它的比重差不多是0.0805。这是从不同哲学家们所得结果的近似的平均值。从这里我们得到，100立方英寸这种气体在平均温度与压力下约重2.5格令。可以说是氧的重量的1/14，氮的重量的1/12，差不多也是普通空气的这许多分之一。氢原子的重量被指定为1，作为对其他基本原子比较的标准。氢原子在弹性状态时的直径同样被指定为1，并被认为是其他弹性流体原子直径的比较标准。

2.它能扑灭燃烧着的物体，动物呼吸氢气会致死。

3.如果把一个管形瓶充满这种气体，把点着的蜡烛，或红热的铁拿近管口，该气体就着火，并慢慢地燃烧，直到全部烧完为止。火焰通常是红色或黄白色。

4.当氧气和氢气混在一起时，看不出有什么变化；但是如果把点着的小蜡烛拿近混合物，或者通过一个电火花，即发生猛烈的爆炸。两种气体化合的比例经常不变，并产生了水蒸气，在冷的介质中凝结为水。当2容量氢与一容量氧混合，并在水面上爆炸时，全部气体都消失了，而容器则充满了水，这是由于水蒸气先形成后来凝结的缘故。

如果2容量大气与1容量氢混合，并在混合物里通过电火花，随着就发生爆炸，残余气体为1.75容量，含有氮和小部分的氢。混合物消失的部分（1.25除以3，近似在得到42 ^[2] ），表示在两容量大气中的氧气，或21%。用于这种混合物爆炸的仪器叫做伏特量气管。

5.氢的另一个性质，虽然不是氢所特有，而是所有在比重方面与大气相差较大的气体在不同程度上共同具有的性质，但也是值得注意的；如果一个直径为2英寸或更多一些的圆柱形瓶被充满氢气，把它竖立一会儿，不加盖，则全部氢气都将消失，其原来地位为大气所补充。在这种情况下显然一定是一种气体全部离开了容器，而另一种则同样地进入容器。但是如果氢气瓶的瓶口向下，氢就缓慢地、逐渐地消耗掉，而大气则以同样方式进入；几分钟后瓶内只剩下微量氢气。如果是一个12英寸长、0.25英寸内径的管子，被充满氢气，不管管口向上还是向下都察觉不出多大差别；在两种情况下气体都缓慢地、逐渐地离开，十分钟后留下的氢气将与直径为一英寸或更粗的管子在2～3秒后所留下的一样多。如果3、4盎司的管形瓶被充满氢气，配好一个软木塞，装上一个2～3英寸长0.25英寸内径的管子，不管管口向上不是向下，在气体散失方面都没有什么显著的差别；气体完全散去需要若干小时。

6.氢气能经受充电而无变化。

第三节 论氮

氮气构成大气的较大部分，它可用各种方法从空气中得到：1.在100容量的大气里加30容量亚硝气；该混合物在放置片刻以后，还一定要通过水两三次，这时仍含有少量氧气；在该剩余气体内再加5个多容量亚硝气，进行如前；然后取小部分剩余气体分别用亚硝气和大气空气检验，看有没有发生任何减少；不管哪一个在混合时如果发生减少就指示一个不足而另一个过多了；因而必须适当地加入少量储存的气体。通过几次试验，正确的比例就可以求出来，然后把气体充分洗涤后即可认为是纯氮气了。2.如果把一些液态的石灰硫化物（一种黄色液体，制法如下，将一盎司含有相等分量的硫磺与石灰的混合物在一夸脱水内煮沸，直至成为一品脱为止）在2或3倍体积的大气内摇动一些时候，全部氧气就会除去，剩下的是纯氮气。3.如果在100容量大气内加入42容量氢气，在混合物内通过电火花，即发生爆炸，剩下80容量的氮气等。

该气体的性质为：

1.在温度55°与压力30英寸时，以空气的比重为1，根据戴维，氮气的比重为0.967。100立方英寸的重量差不多是30格令。一个氮原子的重量被指定为5，以氢原子的重量为1；这主要是从一种叫做氨的化合物推断出来的，还可从氮和氧的化合物推断出来，这在后面即将看到。氮质点在其弹性状态时的直径，与氢原于直径之比为0.747∶1。

2.像氢一样，它能熄灭着火的物体，并且在用它呼吸时能致动物于死命。

3.氮气比大部分（如果不是全部）其他气体更不容易化合；它决不会自发地与任何气体化合；但是如果在氮气与氧气的混合物内继续通过电火花一段很长时间，即发生氮气的缓慢燃烧，并有硝酸生成。在其他情况下氮气可以不同的比例与氧化合，这些化合物能够被分解，但要用合成方法来制造就不是那样容易了。

4.氮气，尽管在其纯净状态时，动物呼吸它会致命，但正如业已说过的那样，它却组成了大气的近4/5；其他1/5为氧气，它只是和氮气混合而扩散在里面，而这个混合物构成了大气的主要部分，它就像我们所知道的那样，既适于呼吸，又适于燃烧。

5.氮气在反复充电后不发生影响。

第四节 论碳或炭

如果把一片木头放在坩埚里，用砂盖住，把温度慢慢升高至红热，木头就分解了；放出水、一种酸以及几种弹性流体，特别是碳酸、碳化氢与氧化碳。最后在坩埚内剩下一种黑色、脆而多孔的物质，叫做木炭，它在密闭的容器里加热时不发生变化，但在敞开的空气里燃烧转变为一种弹性流体（碳酸）。炭构成了它所得自的木头的15%～20%。

炭不溶于水；无味无臭，但对制止动物物质的腐败起很大作用。它在空气与水的作用下不像木头那样容易腐烂。在新烧成时，能逐渐地吸收大气中水分，达到其重量的12%～15%。其中一半可在沸水中持续加热而重新赶走，另外一半则需要更高的温度，并带走一部分炭。我曾取350格令炭，这些炭已经在大气中放过很长一段时间了；把它放在沸水中加热一个半小时；在第一个一刻钟内它损失7格今，第二个一刻钟内损失6格今，最后损失25格令。

有些作者主张，炭在烧红以后具有吸收大部分弹性流体的性质，其吸收的分量超过其自身容积好几倍；这种现象我们认为是弹性流体与炭的化学结合。他们在这方面的实验结果极其含混而自相矛盾，以致即使对任何这样吸收的事实也很少值得相信。我曾把1500格今炭烧到红热，然后把它敲碎，放入带有活塞的长颈烧瓶；接上一个充满碳酸气的膀胱；这个实验要持续一个星期，并不时地通过称量烧瓶及其容纳物质的重量进行观察。最初发现重量增加6、7格令，这是由于碳酸和烧瓶内比重较小的空气混合的缘故；但是继续的增加不会超过6格令，是由于湿气透过膀胱所引起的：因为膀胱继续同开始一样膨胀，而在最后观察时发现除大气外其中什么也没有了。可是碳酸气仍被说成是最容易被炭吸收的。一位上面提到过的作者坚持说，沸水的温度就足够使大部分这样吸收的气体赶出去。这种说法肯定是不对的，这点艾伦（Allen）和佩皮斯（Pepys）已经指出过；大多数实用化学家都知道，在红热以下是不能从潮湿的炭中得到空气的，因此，新制成的炭所获得的重量极可能全部是它从大气中吸收的水分；由于这水被分解，其元素与炭结合，所以在加红热时我们得到这样充足的气体。

若干时候以前有一种流行的观点，认为炭是金刚石的一种氧化物；但是坦南特先生（Mr.Tennant），以及艾伦先生和佩皮斯先生都曾指出，在燃烧金刚石与燃烧相同重量的炭时所得到碳酸的量却是相等的；因此我们必须推断出，金刚石与炭是同一种元素的不同聚集状态。

伯索累断言炭含有氢；这种说法在《化学年鉴》（Annales de Chimie）1807年2月号中为小伯索累（Berthollet，jun）的实验所进一步支持，戴维先生的实验似乎也站在他们这一边。但是他们的观察在我看来只能得出这样的结论，即制备和使用完全不含水的炭是极其困难的。氢对于炭并不比空气对于水更必要些。

根据今后将要提到的炭与其他元素的各种化合物，其最小质点的重量被推断为5，或可能是5.4，如果把氢的最小质量指定为1。

炭需要在红热时燃烧，这种红热正好是在白天能够看到，约相当于华氏1000°。

第五节 论硫

硫是大家熟知的物质；它是一种分布相当广泛的元素，但在多火山的国家以及在某些矿物里最丰富。本国所用的大部硫是从意大利和西西里进口；其余是从铜、铅、铁等矿得来的。

硫在略高于沸水的温度下熔化。通常让它流入圆柱形的模子，冷却后成为卷状硫磺。硫在这种情况下很容易因摩擦而带电：它们非常脆，常常在与温热的手接触时分裂成碎块。它的比重为1.98或1.99。

硫磺在熔化后继续加热即升华；升华物构成了普通的硫华。不同程度的加热对硫的影响是多少值得注意的。它在华氏226°或228°熔化成一种很薄的液体；在大约350°时开始变厚，颜色变深，并具有黏性，这样一直继续到600°或更高的温度，然后冒烟，体积逐渐增大。该黏性物质，如果倒入水中，在冷却后仍保持一定程度的黏性；但是最后变得硬而具有光滑纹理，远不及普通卷状硫磺那样脆。

按目前所确切知道的任何事实来看，硫似乎是一种基本物质。它与许多物体进行化合；从几个化合物的比较，我推断出一个硫原子的重量为氢的14倍；很可能要多一些或少一些，但是我认为误差不会超过2。戴维先生通过电池对硫的实验，似乎断定硫里含有氧；从该基本质点的巨大重量来看，这种情况是有可能的；但是它应该是含有50%的氧，或者根本就没有。

小伯索累似乎断定硫里含有氢（《化学年鉴》，1807年2月号）。戴维先生赞同这个意见（《哲学学报》，1807年）。在硫中可以发现微量氢那是没有多大疑问的。汤姆森博士曾经注意到，要制得不含硫酸的硫是困难的；但是如果硫酸存在，水一定也存在，因而氢也就存在。反对氢一定存在于硫中这种论点的一个有力论据是从考虑到硫的低比热而得来的。如果该物品含有7%或8%的氢，或50%的氧，或这样多的水，那么它就不会有0.19这样低的比热。

硫在敞开的空气中500°就燃烧；它与氧、氢、碱类、土类和金属形成为数众多的有趣化合物，这些将在有关地方进行讨论。

第六节 论磷

磷的外表与坚固性同白蜡极其相似。它通常是用费力而复杂的方法从动物骨头中制得的，骨头中含有磷的一种化合物——磷酸石灰。把骨头放在火中煅烧；在其分散为粉末时，加入用水稀释的硫酸，夺去部分石灰，形成一种不溶解的化合物；把它同溶解于水的过磷酸石灰分离开来。将溶液蒸发，则盐呈冰状析出。把该固体分散为粉末，与其一半重量的炭混合；然后将该混合物放进陶制的甑内，加强热，在红热状态下进行蒸馏，甑的管子浸没在水里，当磷过来时，即被收集在水内。

磷非常容易燃烧，需要保存在水内。它大约在相当于血液的温度下熔化，在密闭的容器内能加热至550°，这时磷沸腾，当然就蒸馏出来了。当暴露于空气中时能发生缓慢的燃烧，但如果加热到100°或更高的温度，即着火迅速燃烧，并发出大量的热，伴随着白色的烟雾。它能与氧、氢、硫和其他可燃物体，以及几种金属化合。

磷溶解在榨出来的和其他油类中，还能溶解在酒精、醚等溶剂中。这些溶液，在和普通空气或氧气摇动以后，在暗处会发出亮光，把一部分油擦到手上，会使手发亮光。

磷的比重差不多是1.7，其最小质点或原子的重量约为氢的9倍，这从它与氧的化合物可以看出。

第七节 论金属

目前已知的金属至少有30种，它们形成一类物质，与其他物质在某些特性方面有着明显区别，其自身间亦然。

比重.金属最显著性质之一就是它们的巨大重量或比重。其中最轻的（不包括最近发现的金属钾和钠）至少是水重的6倍，而最重的则为水的23倍。假定所有聚集体都是由固态质点或原子所构成的，每个原子环绕以一种热的气氛，那么金属这种较高的比重是由它们个别固态原子的较大比重所引起的呢，还是由于这些固态质点对热有某种特殊关系，或者它们相互间有较大的吸引力，因而在给定体积内聚集着更多数目的质点所引起的呢？这确是一个新奇而重要的课题。在对金属与氧、硫以及酸类等化合所显示的事实进行考察时，前一种见解看来是合乎事实的；即金属的原子比较重，差不多与它们的比重成相同的比例：于是铅的一个原子比一个水原子重11倍或12倍，它的比重也是这样。可是必须承认，在金属和其他固体内，就同在气体内一样，它们的比重绝不是正好与它们原子的重量成比例的。更加值得注意的是，尽管相对说来金属的最小质点具有巨大重量，但这些质点并不比氢、氧或水具有更多的热，而常常是更少一些。如果把任何温度下环绕一个水质点的热指定为1，则环绕一个铅质点的热将被发现仅为1/2，虽然铅的原子的重量是12倍于水的原子。从这种情况出发，人们很可能认为，一个铅原子比一个水原子对热具有较小的吸引力；但是事实不一定是这样；而反过来倒更加可能；因为，环绕处于聚集状态的任何一个质点的热的绝对量主要依赖于亲和力，或聚集的吸引力；如果这种力是巨大的，热就部分地被榨出，或挤出；但是如果是小的，热就被保留，虽然质点对热的吸引力是保持不变的。一个水原子可能与一个铅原子具有对热的相同吸引力，但后者可能有较强的聚集吸引力，因此，有一些热被排挤出去，结果使该质点的任何聚集物只保留较少的热。

不透明性和光泽.金属是显著地不透光，或者说缺乏玻璃与一些其他物体所具有的那种透光的性质。当尽可能把它们变成极薄的叶片，如金叶和银叶，它们仍不让光通过。虽然金属的原子，包括它们的热的气氛在内，差不多与水原子及其气氛一样大小，但是看来金属的原子在其从它们的气氛中提取出来时极其可能比在同样条件下水的原子大得多。前者，我想，是带有高度压缩气氛的大质点；后者则是带有更加扩散气氛的小质点，因为它们对热的吸引力是较小的。因此，可以假定，金属的不透明性及其光泽就是这样引起的，大量的固态物质以及高度压缩的热都有可能阻止光的通过，而把它反射出来。

展性及延性.金属以这些性质而著名，许多金属这些性质很突出。用榔头可以把它们锤平或延伸而不致失去其内聚力，特别是在辅助以加热的时候。圆柱形金属棒能够拉过直径较小的孔洞，而在长度方面得到伸延；并且这样继续下去，一直变成很细的丝。这些性质使得金属非常有用。金属锤打以后变得更硬而且更致密。

韧性.金属在韧性或内聚力方面超过大多数其他物体；可是在这点上它们相互之间也差别很大。一根直径为1/10英寸的铁丝能够承担五六百磅，而铅的强度只有它的1/16，还比不上某些种类的木材。

可熔性.金属在加热时能够熔化；但是它们熔化的温度差别极大。

大多数金属有很大的硬度；有些金属，像铁，有很高的弹性；它们大部分都是热和电的优良导体。

金属同各种不同比例的氧化合，形成金属氧化物；它们还同硫化合，形成硫化物；有些同磷化合，形成磷化物；同碳化合，形成碳化物等，这些都将在各自有关的地方讨论。金属还能相互形成化合物，叫做合金。

金属最小质点的相对重量可以从金属氧化物，金属硫化物，或者金属盐类来进行研究并予以说明；的确，如果几个化合物的比例能够准确地被弄清楚，我相信，对同一金属的基本质点来说，我们将会得到同一的相对重量。根据我们目前的知识，这些结果彼此都十分接近，特别是在这些化合物被仔细观察过，能够信得过的时候；但是在有些金属氧化物、硫化物和盐类中，元素的比例还不曾以任何精确的程度求出来。

金属的数目，包括从固定碱中得到的两个，迄今为止共发现30个；其中有一些叫做金属可能是不适当的，因为它们很稀少，不曾像其他金属经受过许多实验。大部分这些金属都在最近这个世纪中发现。汤姆森博士把金属分为四类：1.可展金属；2.脆性和易熔金属；3.脆性和难熔金属；4.耐火金属。这就是说，它们只被发现以化合状态存在，要想把它们分离出来目前还办不到。它们可被排列如下：

1　可展的

1.金　9.铜

2.铂　10.铁

3.银　11.镍

4.汞　12.锡

5.钯　13.铅

6.姥　14.锌

7.铱　15.钾

8.饿　16.钠

2　性脆易熔

1.铋　3.碲

2.锑　4.砷

3　性脆难熔

1.钴　4.钼

2.锰　5.铀

3.铬　6.钨

4　耐火金属

1.钛　3.钽

2.钶　4.铈

被假定为金属的土类也属于这一类。

下表以绝对观点和比较观点列出金属的主要性质

金属的比较独特的性质

金.这个金属从远古时代就为人所知，而且一直受到珍视。

它的稀少，和它的一些性质有助于使它成为适当的交换媒介，这是它的主要用途之一。英国标准金是由11份重量纯金，和一份铜（或银）熔合而成。这通常称为22K纯度，纯金为24K纯度。使用铜是为了使合金更硬，因而比纯金更耐用。

金在所有大气情况下能保持其灿烂的黄色与光泽不变。它的比重在纯时，并经过锤打，为19.3，或更大一些；但同样的金子，在其他条件下，可能为19.2。标准金的比重在17.1到17.9之间变化着，根据它和铜、铜和银或银熔合，以及其他情况而定。它在展性和延性方面超过所有其他金属；可被打得很薄，重一格令的金叶可覆盖50或60平方英寸，在这种情况下金叶的厚度只有一英寸的1/280000：但它在银丝上还可减为该厚度的1/12。金在韦奇伍德（Wedgwood）高温计32°时熔化，即在红热时；但比铁匠煅炉所能得到的温度要低得多。在熔化时，它可以在熔融状态下继续几个星期而不丧失任何实质性的重量。有理由相信，金与氧、硫及磷化合；但是这些化合物很难制得。它与大多数金属化合，形成各种各样的合金。

金原子的重量很不容易确定，因为参与形成金化合物元素的比例是不确定的。它大概不小于一个氢原子重量的140倍，也不大过200倍。

铂.这个金属只是在南美发现。在其天然状态时，它由具有金属光泽、灰白色扁平的小颗粒所组成，这种矿物被发现为几种金属的合金，其中铂通常是最丰富的。这些颗粒在硝盐酸中，除有些黑色物质沉淀外，其余都溶解了；将澄清溶液轻轻倒出，滴加硇砂 ^[3] 溶液，有黄色沉淀析出；加热至红热，即得到差不多纯的铂粉。要得到更纯的，必须将所得的铂再重复处理。当把这些颗粒用薄的铂片包住，加热至红热，小心地锤打，则这些颗粒结合而成固态的可锻金属。

这样得到的铂是白色的，稍次于银。在硬度方面，它略超过银；但在比重方面，它超过迄今已知的所有金属。铂的样品在锤打以后，发现比重为23或更高。其延性和展性同金相仿。熔化铂所需的热比大多数金属要大；但当加热至白热时，它可像铁一样焊接。暴露在空气中或水中一点也不发生变化。通常的加热方法似乎不能够使它在氧气中燃烧或与氧化合。可是它的氧化可用原电池产生的电，或电流，以及把它放在氢和炭在氧气中燃烧所发出的热量来实现。铂已经发现与磷化合，但不曾与氢、碳或硫化合。它与大多数金属形成合金。

铂最小质点的重量根据目前所有的数据还不能确定，从它与氧的化合来看，它应该在100左右；但是，从它的巨大比重来判断，人们将会认为它一定还要大些。的确，在铂的氧化物中氧的比例不能认为是已经确定了的。

铂主要用于化学方面；由于它的难熔性，以及难于氧化，所以坩埚和其他器皿常用它来做，而不用任何其他金属。铂丝由于同样理由在电和电池研究方面极其有用。

银.该金属以各种化合状态发现于世界各处；但最大数量是从美洲得到的。其用途普遍为人所知。熔化的银比重为10.476；在锤打以后，为10.511。英国的标准银，含有1/12铜，简单地融合在一起，其比重为10.2。纯银的延性和展性极好，但次于金。它在适度的红热下熔化。暴露在空气中不氧化，但会失去光泽而变暗，这是由流动在空气中的硫蒸气所引起的。它在适度加热时与硫化合；并可通过电流把它氧化；燃烧时呈绿色火焰。银能和磷化合，并与大多数金属形成合金。

银原子的相对重量，根据某些银化合物，如银的氧化物和硫化物，以及银的盐类的已知比例，可以相当准确地求出其近似值，所有这些化合物都接近一致地确定银原子的重量为氢的100倍。

汞.该金属又称水银，很早就被发现和使用。汞白色而发亮，从其表面反射出的光可能比任何其他金属都要多。其比重为13.58。它在通常的大气温度下呈液态；但当温度降低至华氏-39°时就冻结了。冻结时突然收缩，与水所显示的情况相反；当冻结时，汞变得具有展性；但其在固态时的性质是不容易确定的。当在敞开的空气中加热到等差标度温度计660°或其附近时，汞就沸腾，并迅速地汽化；可是，像冰一样，它在所有温度下都不同程度地上升为蒸气。纯的液态汞无味无臭；它能与氧、硫和磷等化合；它与大多数金属形成合金，或者按照通常的叫法叫汞齐。

汞原子的重量可以从它的氧化物、硫化物以及它与酸形成的各种盐类来测定；把所有这些数值进行比较，它似乎大约为氢重量的167倍。根据任何确切知道的事实来看，汞原子比任何其他原子都重；虽然有两、三种金属在比重方面是超过汞的。

钯.该金属是由沃拉斯顿博士（Dr.Wollaston）在几年以前由粗铂中发现的，在1804年《哲学学报》中可以看到这方面的报道。它是一种白色金属，表观上很像铂，但要硬得多；它的比重只有铂的一半。要使它熔化需要大量的热，并且不容易氧化。钯与氧和硫化合，并与几种金属形成合金。但是我们还没有足够数据来测定其最小质点的重量。

铑.该金属是比钯更新近地由沃拉斯博士在粗铂中发现的。它大约构成粗铂的1/250。它差不多具有与钯相同的颜色和比重，并在其他特点方面与钯一致；但是在某些方面它们似乎具有本质上不同的性质。该金属的最小质点的重量还不能确定。

铱与锇.这两种金属最近由史密森·坦南特先生发现存在于粗铂中。当粗铂溶解于硝盐酸时，剩下一些黑色发亮的粉末；该粉末含有两种金属，其中一个坦南特先生根据其溶液所显示出的颜色的多样性而称之为铱；另一个根据它氧化物的特殊气味称之为锇。铱是一种白色金属，同铂一样难熔，在酸中不易溶解；它似乎与氧结合，并同一些金属形成合金。锇具有一种暗灰色或蓝色；当在空气中加热时，它与氧化合，氧化物具挥发性，有特征性的气味。在密闭容器中，它能经受任何施加的热；它还能抵制酸的作用，但与草碱化合。它与汞形成汞齐。这两种金属原子的重量都还不知道。

铜.该金属早就为人所知。具有好看的红色；其味道具有收敛性并使人恶心。比重在8.6到8.9之间变化着。它具有很高的延展性，能拉成像头发一样细的丝，并能敲打成很薄的叶片。它的熔化温度比银高而比金低，约为韦奇伍德温度计27°。铜与氧、硫和磷化合；并与其他几种金属形成合金。

铜的最小质点的重量可从它与氧、硫和磷化合的比例，以及从它与酸的化合中相当精确地确定。根据这些数值的比较，其重量差不多是氢的56倍。

铁.该金属是我们所熟悉的最有用的金属，早就为人所知。它似乎差不多在每个国家里都存在，并处于各种各样的化合状态。它的矿需要大量的热把杂质赶掉，并把铁熔化，最初得到的是生铁，称为铸铁；在这以后要经受艰苦的操作，其目的是把它可能还含有的碳与氧赶掉，使其具有可锻性。这种操作主要包括锤打加热到几乎熔化的铁。

铁可以高度磨光；它很硬；其比重在7.6到7.8间变化。它由于具有高度的（的确差不多是唯一的）磁性吸引力而区别于所有其他金属。磁石或极磁铁矿自身主要是带有某些改变的铁。铁的可锻性随着温度的增高而增加，其延性只有少数几种其他金属能超过；铁丝可拉成同人的头发一样细；铁的韧性，这是铁的最可贵的性质之一，是我们所熟悉的任何物体都比不上的。纯的锻铁估计在韦奇伍德温度计158°熔化；而铸铁约在130°熔化。

铁以与氧、碳、硫和磷化合而著称；它与几种金属形成合金；但是这些并不太重要。

铁原子的重量差不多可从任何它的为数众多的化合物，或者它的氧化物，它的硫化物，或者它和酸形成的盐类来求得；从所有这些化合物差不多得出同样的重量，即氢原子重量的50倍。

镍.提取该金属的矿在德国发现；它常含有几种其他金属，要使提炼出来的镍达到较高的纯度是很困难的。镍，在能够制得的纯净状态时，具有银白色；其比重为8.279，在锻炼后，为8.666。不管在热时，还是冷时，镍都具有可锻性，可敲打为1/100英寸厚度的叶片。熔化镍需要很大的热。差不多和铁一样，能被磁石所吸引，并且自身可以转变为磁石。它与氧、硫和磷化合；并能与某些其他金属形成合金。

镍原子的重量，由于缺乏对镍化合物的更精确的知识，还不能测定；可能将被发现其重量大约为25，要不然，就是该数值的两倍，即50。

锡.这个金属虽然相对说来只在很少几个地方发现，可是很早就为人所知了。康沃尔（Cornwall）是大不列颠唯一产这种金属的地方，它的锡矿在欧洲是最有名的。锡是一种白色金属，很像银；其比重大约为7.3。它具有高度的可锻性；但是在延性和韧性方面不及许多金属。它在华氏440°低温下就熔化。当暴露在空气中时，它失去光泽，变成灰色；如果是在熔化时，这种变化就更快；它的表面很快就变成灰色，并最后变为黄色。锡与氧、硫和磷化合，并和大多数金属形成合金。

锡原子的重量可从锡的氧化物、硫化物或磷化物中元素的比例获得；或者从锡的盐类获得。它大概比氢原子重50倍。

铅.该金属似乎在很早时代就知道了；它具有蓝白色，当新熔化时很亮，但当其暴露在空气中时很快就失去其光泽；它简直没有任何味道或气味；但当内服时却是致命的毒药；它似乎能麻痹生命机能，摧毁神经的感觉，引起瘫痪，最后引起死亡。铅的比重，不管有没有锤打，都是11.3或11.4左右；它具有可锻性，可使其成为薄板。它大约在华氏610°熔化。它与氧、硫和磷化合，并且与大多数其他金属形成合金。

铅的最小质点，在从其氧化物、硫化物和它形成的盐类进行比较而推断出来，我估计为氢原子重量的95倍。

锌.这种金属的矿物并不稀少；但是把该金属从矿中提取为纯净状态，至少在不列颠，比半个世纪前早不了多少。锌是一种光亮的白色金属，带些蓝色。其比重为6.9至7.2。锌直到最近还认为是一种脆金属；但是谢菲尔德（Sheffield）的霍布森（Hobson）和西尔威斯特（Sylvester）两位却发现，在210°与300°温度之间，锌可以锤打，能碾成薄片、拉丝，等等，并且在这样加工以后，它能继续维持柔软与易弯的性质。它在大约680°时熔化，并且在这温度以上很容易挥发。锌在空气中很快失去光泽，变成灰色；但在水中变为黑色，并放出氢气。锌与氧化合；而锌或其氧化物都与硫和磷化合。它与大多数金属形成合金，有些还很有用处。

锌原子的重量差不多为氢的56倍。

钾.有关这个金属方面的知识主要是归功于戴维先生；钾的氧化物、草碱或固定的植物碱是为大家所知道的；但氧化物的分解则是新近的发现。为了得到该金属，将小片（30或40格令）纯烧碱先放在空气中一些时候，获得少量湿气，足以使其作为电的导体，然后使它受到强有力的电池的作用；通过电池的作用，草碱的氧被赶出，获得了外表像汞一样流动的金属小球。这种金属还由盖-吕萨克和西纳德两人制得过，他们把草碱放到白热的铁镟里，得到一些钾及钾同铁的合金。戴维曾做过一个带有相似结果的实验，并发现有大量氢气同时放出。这个事实似乎指出草碱为钾与水的化合物，而不是钾与氧的化合物；这些法国化学家坚持说，钾是氢与草碱的化合物；但是，正如戴维切当地说过那样，他们的争论就是等于这样说，钾是一个氢和一个未知基的化合物，后者与氧结合形成草碱。这个问题必须留待今后的实验来解决。钾在32°与温度时是固体而且很脆；其断面呈结晶结构；在50°时，钾是柔软而有展性的；在60°时，钾是不完全的流体；在100°时，则是完全的流体，像汞一样，能形成小球。它在加热接近到红热时可以蒸馏。其比重仅为0.6；这种情况似乎支持其含有氢的见解。钾与氧、硫和磷化合；它似乎能与许多金属形成合金。

钾原子的重量从其与氧的化合来看似乎为氢原子的35倍。

钠.戴维先生使用蓄电池，用与钾相同的方法，从固定矿物碱，或苏打，制得这种金属。钠，在普通温度下，是一种固态的白色金属，外表很像银；展性极好，比其他金属要柔软得多。其比重略小于水，为0.9348。钠在120°时熔化，并在180°时完全流动。它与氧、硫和磷化合，并且与金属形成合金。

钠原子的重量，从其与氧的化合推断出为氢重量的21倍。

铋.铋作为独立的金属为人所知还不超过一世纪。它的矿物主要发现在德国。铋具有红白色；暴露于空气中会失去其光泽；其比重约为9.8；它很硬，但在铁锤的猛击之下会破碎；它在大约480°熔化。当加热到强烈的红热时，铋带着蓝色火焰燃烧，并发出黄烟。它与氧和硫化合，并和大多数金属形成合金。

秘原子的重量可从它的氧化物和硫化物推断出来；它似乎为氢原子重量的68倍。

锑.这个金属的有些矿物古代人们早就知道了；但是纯净状态的金属的发现不超过300年。锑具有灰白色，并且相当光亮；其比重为6.7或68；很脆；在大约华氏810°熔化；暴露在空气中一些时候就失去其光泽。锑与氧、硫和磷化合；并与大多数其他金属形成合金。

锑原子的重量可从其与氧和硫的化合物测定，它似乎为氢重量的40倍。

砷.砷的某些化合物古代人们就已知道。它以独特的性质为人所知似乎有一个多世纪。砷有蓝灰色和显著的光亮，暴露在空气中时，这种光亮很快就失去；其比重据说为8.3；其熔点，由于它的巨大挥发性，还不曾确定。当加热到350°时，它就迅速升华，发出一种像大蒜的强烈的气味，这是这种金属的特征。它与氧化合，形成一种最毒的毒药；它还与氢、硫和磷化合，与大多数金属形成合金。

砷原子的重量，从它的化合物看来，为氢原子重量的42倍。

钴.这种金属的矿物长期被用来使玻璃带有蓝色；但是一直到上世纪才从其中提炼出这种特殊的金属。钴呈红灰色；它有很强的光泽。其比重约为7.8；很脆；在韦氏180°时熔化；根据文泽尔（Wenzel），它能为磁石所吸引，并能自身成为磁石。钴与氧、硫和磷化合；并与大多数金属形成合金，但是这些合金都不十分重要。

钴原子的重量根据我们现有的数据还不能准确地得到；大概它是氢原子重量的50倍或60倍。

锰.叫做锰的深棕色矿石在玻璃工厂里可能已经知道和使用了一个世纪以上了；但是这个同名的金属却直到大约40年以前才被发现；事实上，这个金属由于很不容易制得，而且需要大量的热，我们迄今对它知道得还不多。该金属具有灰白色，和很亮的光泽。其比重为6.85或7；性脆，在韦氏160°熔化；当变成粉末时，能为磁石所吸引，这被认为是由于铁的存在。锰从空气吸取氧，变为灰色、棕色，最后为黑色。它能与硫和磷化合；并和一些金属形成合金，但人们对这些合金还不曾作很多的研究。

锰原子的重量，当其从氧化物测定时，似乎大约是氢原子的40倍。

铬.这种金属，在与氧化合时能构成一种酸，发现于西伯利亚的红铅矿。制得的纯金属是白中带黄；很脆，熔化它需要大量的热。它与氧化合。这个金属的其他性质还不清楚。它的原子重量约为氢原子的12倍。

铀.这种金属是由克拉普罗思（Klaproth）在1789年，在萨克森（Saxony）找到的矿物中发现的。很不容易制取，而且只得到少量；因此，它只被少数人研究过。铀的颜色是铁灰色；有很亮的光泽；可以用锉刀锉；根据克拉普罗思，其比重为8.1，而根据布肖尔茨（Bnchloz），为9.0。铀与氧化合，还可能与硫化合，其合金还不曾确定。

这种金属原子的重量可能约为氢原子的60倍。

钼.制取这种金属的矿物是一种硫化物，叫辉钼矿；但使它还原需要极大的热；该金属迄今只制得细小的粒子。它具有黄白色；根据希尔姆（Hielm），其比重为7.4，但根据布肖尔茨，为8.6；它与氧、硫和磷化合；并和几种金属形成合金。

钼的原子，大概比氢原子重约60倍。

钨.这个金属是新近发现的金属之一。很不容易得到，熔化时需要极高的热。钨具有灰白色，和很亮的光泽；其比重为17.2或17.6；很硬，用锉刀锉不出印痕。它与氧、硫和磷化合；并与其他金属形成合金。

我们还没有足够数据来测定钨原子的重量，从它的氧化物来看，其重量一定是氢原子的55倍，或更高。

钛.这个金属是最近发现的。据说它具有暗铜色；很光亮，性脆，并在小幅度内具有相当程度的弹性。非常难熔。暴露在空气中会变暗；能被热所氧化，并带蓝色。它与磷化合，并与铁形成合金。当投入红热的硝石中时发生爆炸。钛原子的重量大概是氢原子的40或50倍。

钶 ^[4] .1802年，哈切特先生（Mr.Hatchett）在美洲一种含铁的矿物里发现一种新的金属的酸。他没有能够把这种酸还原为金属。但是，从它所显示出的现象，不用怀疑它是含有一种特殊金属的，这种金属他称之为钶。

钽.这种金属最近由瑞典化学家埃克贝格先生（M.Ekeberg）发现。一种从某些矿物中提取出来的白色粉末，看来是这种金属的一种氧化物。当把这种白色粉末和炭一起在坩埚中强热时，即产生金属小球，外表有光泽，但内部黑而没有光泽。加入酸可使它再转变为白色氧化物，加热到红热时其颜色不变。

硒.这个金属的氧化物是从一种瑞典的矿物中得到的。还没有人能够完全成功地把这个氧化物还原，所以该金属的性质，甚至它的存在，还不清楚。但是土类或假定的氧化物被发现与其他氧化物具有相似的性质。这些当然是属于今后的课题（金属氧化物）。

第5章 二元素的化合物

为了便于理解，我们打算用什么来表示二元和三元化合物，读者请参阅第71页及以后各页。有些人习惯于把其中只能发现有两个元素的化合物叫做二元化合物；例如，亚硝气，氧化亚氮、硝酸等，在所有这些化合物里，我们只发现了氮和氧。但是把二元这个词限于表示两个原子，三元这个词限于表示三个原子，等等，不管这些原子是基本的或者不是基本的；这就是说，不管它们是不能分解物体的原子，如氢和氧，或者是复合物体的原子，如水和氨，这才更符合我们的观点。

在以下各节中，我们将考虑一些两个基本的或不能分解的物体的化合物；每节以二元化合物开始，然后继续讲三元化合物，或者至少是那些由三个原子所组成的，虽然根据我们所用词的意义，它们可能是二元的；然后再继续下去讲更加复杂的化合物。

本章将包括在上面一章所不曾考虑过的气态的物体，几种酸、碱、土类，以及金属氧化物、硫化物、碳化物和磷化物等。

在处理这些项目时，我打算为它们采用最普通的名称；但是，很明显，如果其中所包含的学说被确定下来，则化学命名方法的革新在有些情况下将是方便的。

第一节 氧与氢

1.水

这个在自然界一切物质中最有用和最丰富的液体，现在已经通过分析和合成方法知道是氧和氢二元素的化合物了。

坎顿曾证明过，水在一定程度上是可压缩的。热对水的膨胀效应已经被指出。一立方英尺水的重量非常接近于1000盎司。这个液体通常用来作为比较物体比重的标准，其自身重量被定为1。

蒸馏水是最纯的，其次是雨水，然后是江水，最后是泉水。这里所说的纯度是指没有外物溶解在里面，但是关于透明度和可口的味道，泉水一般要超过别种的水。纯水具有我们叫做软的品质；泉水和其他不纯的水则有我们叫做硬的品质。每一个人都知道在这些方面各种水的巨大差别，可是即使是最硬的泉水，也很少溶解有其自身重量的1/1000的任何外来物质的。溶解的物质通常是石灰的碳酸盐和硫酸盐。

水通常含有其容积2%的空气。这空气最初是由大气的压力压进去的，要想把它赶掉，除掉把这压力除去别无其他方法。这可用一个空气泵来做到；或者用把水煮沸的方法把大部分赶去，在水沸腾时，水蒸气代替了水面上的空气，使空气压力不足以抑制水中空气的膨胀，这样，空气当然就逃逸了。但是无论用这两种方法中哪一种都很难把所有空气赶掉。从普通泉水赶出的空气，在除去5%或10%的碳酸以后，为38%氧和62%氮所组成。

水以与其他物质的化合而著称。它同有些物质以小的固定比例结合，构成一种固体化合物；在其同固定碱、石灰以及许多盐类化合时都是这样；化合物不是干的粉末就是晶体。这种化合物叫做水化物。但是当水过多时，似乎发生另一种类的化合，叫做溶液。在这种情况下，化合物呈液态而且透明；就像食盐或糖溶解在水里一样。当任何物体这样地溶于水时，它可以均匀地扩散在任何更多的这种液体中，而且就我们所知，它似乎是一直继续这样，不出现任何沉淀的倾向。

水的合成和分解是在1781年确定的；前者是由瓦特和卡文迪许（Cavendish），而后者是由拉瓦锡和穆斯纳（Meusnier）完成的。第一次关于大规模水的合成实验是莫奇（Monge）在1783年做的；他通过氢气的燃烧得到0.25磅水，并注意氢气和氧气消耗掉的量。第二次实验是由吉欧（Gineau）的利·菲弗（Le Fevre）在1788年做的；他用同样方法获得大约2.5磅水。第三次是由福克罗伊（Fourcroy）、沃奎林（Vauquelin）和西格林（Segnin）在1790年做的，他们得到一磅多水。一般的结果是，85份重量的氧与15份重量的氢结合形成100份水。用分解水的方法来确定元素的比例的实验是由吉欧的利·菲弗和由拉瓦锡做的，他们把水蒸气通过含有细铁丝的红热的管子；水中的氧与铁化合，而氢气被收集起来。用这样方法所得的比例与合成法一样，即85份氧和15份氢。

荷兰化学家，戴曼（Dieman）和特鲁斯特威克（Troostwyk），第一次在1789年成功地用电把水分解。这结果现在很容易用蓄电池来得到。水的分解用伏特量气管（在有关弹性流体的研究中极其重要的一种工具）容易而清楚地指示出来。它由一根坚固的刻度玻管组成，把一根金属丝密封或粘牢在里面；另一根金属丝伸进管内，差不多与前一根相遇，使电火花或电击能经过一部分为水或水银所封闭的气体或气体混合物，从一根金属丝被送到另一根。管的末端浸在液体中，当爆炸发生时，不会发生与外界空气的交换，这样，发生的变化就能够被确定下来。

水的组成部分已经被清楚地确定下来，尽可能精确地测定构成水的两个元素的相对重量就变得很重要了。分析法和合成法的平均结果都是85份氧和15份氢，这是通常被采用的。在这个估计里，我想，氢的量是估高了。在1805年《化学年鉴》第53卷中，亨博尔特（Humbolt）和盖-吕萨克有一篇关于水中氧和氢的比例的出色研究报告。他们认为，弹性流体通常含有的水蒸气的量将对氢气的重量发生影响，因而把福克罗伊等的85.7氧和14.3氢的比较准确的结果改变为87.4氧和12.6氢。他们的论据在我看来是完全满意的。这两个数值的关系约为7∶1。还有一件事似乎也证明这是不容怀疑的。在伏特量气管内，两容量的氢正好需要一容量的氧来饱和它们。现在，卡文迪许和拉瓦锡的准确实验业已指出，氧的重量约为氢的14倍，和以上所得结果完全一致，这是一个有力的肯定。但是，如果任何人选择采用85∶15的通常估计，则氧与氢的关系将为17/3∶1；这就要要求氧的重量仅为氢重量的34/3倍。

水中氧和氢的绝对重量已被测定，就可对它们原子的相对重量进行研究。由于只有一个氧和氢的化合物是确定地知道的，因而按第72页第一条规则，水就应该归结为二元化合物；或者说，一原子氧与一原子氢化合形成一原子水。因此，氧和氢原子的相对重量为7∶1。

以上结论还被其他一些想法有力地证实。不管氧和氢以什么比例混合，不管是20容量氧与2容量氢，还是20容量氢与2容量氧，当通过一个电火花时，水总是由2容量氢与1容量氧结合而成，而多余的气体是不变的。还有，当水用电，或其他方法分解时，除氧和氢以外，没有得到过其他元素。此外，所有这两个元素参加的其他化合物今后也将被发现是支持这个结论的。

最后，一定要承认，水有可能是一个三元化合物。在这种情况下，如果是两原子氢与一个原子氧结合，则一个氧原子的重量一定是一个氢原子的14倍；而如果是两原子氧与一原子氢结合，则一个氧原子的重量一定是一个氢原子的3.5倍。

2.氟酸

氟酸（fluoric acid）得自盛产于德比郡（Derbyshire）的萤石，它是一种盐基还不曾清楚地确定的酸；但是，部分通过理论的推理，部分通过实验，我敢于把它放在氢和氧的化合物之中，并按照它的结构，把它紧列在水的后面，可以认为它是两原子氧和一原子氢的化合物。

谢勒（Scheele）和普里斯特利以研究该酸的性质出名；亨利博士和戴维先生曾试图把它分解。该酸可由捣碎的萤石制得，把它和大约相同重量未冲淡的硫酸放在气瓶内，然后加热，使温度升高到大约水的沸腾温度。该酸是以气态制得的，必须在汞上收集；但是如果想使它在水中凝结，那么可将发生的气体送入底部盛有一些水的容器内，水将迅速地吸收气体，并在比重方面增大。

这个酸的若干性质是：1.在弹性状态时能灭燃，并危害动物生命；有刺激性气味，有些像盐酸，其窒息性不下于盐酸。它的比重还不曾精确地测定；但根据我所做过的一些实验，当该气体在玻璃容器中制得时，其比重似乎极其重。事实上，在这种情况下得到的是硅石的过氟化物。在一清洁的干烧瓶内，我送入一些氟酸气，过一会后，把这普通空气和酸的混合物塞好，称烧瓶重量：增加了12格令。接着把烧瓶倒立在水内，看吸入多少水，把这作为酸气的分量。烧瓶的容量是26立方英寸，原来含有8.2格令普通空气；引进了12格令立方英寸的酸气。据此，如果整个烧瓶被充满气体，它将增加26格令；结果是，26立方英寸酸气将重34.2格令，其比重将为普通空气的4.17倍。这个实验曾被重复做过，所得结果都与这成比例。烧瓶在操作时被部分地覆上一层薄薄的干燥的硅石氟化物，这无疑都占一些重量；但是根据其他实验，我相信，该气体，当由硅石加重时，比大多数别的气体都重。一个直径为0.4英寸，长为10英寸的管子，把它充以该酸气，倒立一分钟，管内只保留35/220该气体；可是碳酸气却保留140/220，氧盐酸气则保留65/220。2.水能吸收大部分该气体，但吸收分量，像在其他相似情况下一样，受到温度和压力的联合影响。在通常温度与压力下，我曾观测到2格令的水吸收200倍体积该气体，除普通空气外只留下很少剩余物。很少得到大量这样浓度的溶液；当水吸收相同体积该气体时，它具有酸味及酸的其他一切性质。3.这个酸特有的性质是能溶解硅石（燧石）。当该酸像平时一样收集在玻璃容器中时，它能腐蚀玻璃，溶解一部分硅石，把它保持在溶液中，当它同水接触，硅石即在水面上以白色硬壳析出，即硅石的氟化物。4.当该气体与普通空气接触时出现白烟（同盐酸一样）；这是由于它同水蒸气结合，普通空气总是含有弥散状态的水蒸气的。5.氟酸与碱类、土类及金属氧化物结合形成的盐类叫做氟化物。

一原子氟酸的重量可以从盐类来研究，在这些盐类中它是以完整的元素进入的。石灰的氟化物在这些盐类中蕴藏量最大，最为人所熟悉。据说谢勒在石灰氟化物中测出57份石灰、43份酸和水。里克特（Richter）测出的是65份石灰和35份酸。这些就是我所知道的仅有的依据：它们相差很大。为了得到满意的结果，我取50格令研得很细的萤石，把它和同样多或更多的浓硫酸混合，慢慢加热到红热，结果得到混合的石灰硫酸盐和氟化石灰的干燥硬壳，再把它与硫酸混合，像前面一样加热。这个操作重复两三次，或直至重量不再增加为止。最后得到75格令干燥的白色粉末，这就是纯净的石灰硫酸盐。这个实验，重复两三次，总是最后得到75格令。因此50格令石灰的氟化物所含石灰正好与75格令石灰硫酸盐所含的一样多。但是石灰硫酸盐为34份酸+23份石灰所形成，于是57∶235∷5∶30，30就是在50石灰氟化物中所含石灰之量。因此，在100份石灰氟化物中含有60份石灰+40份酸；这个结果差不多是前面说过两个结果的平均值。还有，60∶40∷23∶15（近似），15为与23份石灰结合的氟酸的近似重量。但是后来发现23是代表一原子石灰的重量的，因此，假定石灰氟化物由一原子酸与一原子石灰结合而成，则15代表一原子氟酸的重量。

在我们开始对这个酸进行分析研究以前，讨论一下它与水蒸气的关系将是适当的。目前对这个问题还存在很多误解，这些情况对盐酸气和其他一些物质也同样适用，它们将在有关地方介绍。大家知道，水面上普通空气含有一些水蒸气，它们以某种方式结合在一起，或者只是混合，这些水蒸气不影响空气的透明度，但在温度65°时，其弹性力占空气的1/50；该蒸汽在力和量方面都以同样的比率随温度而增减。克莱门特（Clement）和德索默斯（Desormes）曾指出，这个蒸汽无论在大气、氧气、氢气、氮气和碳酸气，还是在大多数其他气体中存在的量很可能都是相同的。这种蒸汽能够被任何对水具有吸收力的物质所吸引，例如硫酸、石灰等等。总之，就目前所知，它能够被任何能吸引纯水蒸气的物体所吸引。有些作者认为该蒸汽通过轻度亲和力与空气结合着；另一些作者称之为吸湿亲和力，等等。我对这个问题的观点已经说过了，即与空气混合的蒸汽与纯蒸汽并没有区别，因而服从相同的定律。可是有些弹性流体，它们对水的亲和力是如此强烈，以致不允许水蒸气平静地同它们结合；这些弹性流体是氟酸、盐酸、硫酸和硝酸。这些酸气一与任何含有水蒸气的空气接触，就立即夺取水蒸气，二者结合起来，转变为液体，显出可见的烟雾。烟雾在浮动一会以后就沉下来，或者附着在容器壁上，直至不再有任何水蒸气存在。于是这时该气体便以透明状态占有容器的体积，一个水蒸气的原子也不存在。这些酸气一会儿也不能和水蒸气共存。它们在与水蒸气结合时，便不再是弹性流体，而是液体，液体的粒子浮动着，明显可见，直至像雨一样降落下来。它们不会被再吸收，因为，玻璃容器表面一旦为它们所润湿，这就一直这样保持着。因此，看来好像这些酸气，非但不像通常想象那样顽强地保持它们的蒸汽，而且在通常情况下是根本不能容纳任何蒸汽的。在把这弄清楚以后，我们现在可以着手考虑分析氟酸的实验。

在1800年《哲学学报》上，亨利博士曾发表过一组有趣的用电来分解盐酸的实验。在结束时，他对氟酸进行观察：“当在里面涂蜡的玻管中通电时，它容积减小，剩下一部分氢气。”现在若承认这个事实是正确的，似乎可以合理地推断，氢是氟酸的一个组成元素，而不是像他所设想那样是从它所含的水中得到的。较近，戴维先生曾确定（参阅1808年《哲学学报》），钾在氟酸中燃烧，其结果是钾的氟化物，并放出少量氢气。一个具体的例子是，10.5格令钾在19立方英寸氟酸中燃烧，14立方英寸的氟酸消失了，形成了钾的氟化物，放出了2.25立方英寸氢。很明显，氧和氢在氟酸中都存在，它们一定构成该酸的整体部分，因为在酸中并不存在水蒸气，由此看来，氧和氢都是氟酸所必不可少的，而且极可能在14立方英寸气体中纯酸重6格令（普通空气为4.5），而10.5格令钾所需氧气将为2格令。由此，进入组分的酸约为与钾结合的氧的重量的两倍。

我现在将叙述关于这个酸分解的我自己的实验。

1.我发现氟酸气可以保存在玻管内数小时或数日容积不变；在末尾时同在开头时一样能为水所吸收。曾连续做过两次试验，把大约30水格令容量 ^[5] 气体通电，两小时后不发生体积变化。然后把水引入，除4格令外全部都被水吸收了；再加入14容量氢，和足够分量的氧；然后使其爆炸，观测出减小23.3，表示有15.5氢。于是这里似乎发生了该酸的分解，并形成1.5氢。这是后一个实验的结果，前一个实验结果也一样。

2.氟酸气，在与氢气一起通电时，发生体积的减小，但在氢中这种减小要比在酸中大得多。一个最仔细的实验的结果如下。20容量氟酸，和13容量氢的混合物在用浓密的电火花不断地通电3小时后，混合物从33减小到19；其中氢发现是10；酸是4。这里氢一定可能与该酸的部分氧形成了水。

3.把氟酸与氧混合，通电一小时，发现有少量氟酸减小，汞的表面变暗。

4.把氟酸与氧盐酸混合，不发生明显变化。

总的说来，氟酸一原子的重量看来为氢的大约15倍，它含有氢和氧，按目前确切知道的材料来看，它不再含有其他任何元素。现在，由于1原子氢和2原子氧的重量正好是氢的15倍，我们有足够理由假定这一定就是该酸的组成。此外，用类比法也有力地支持这个结论。一原子其他基本元素，氮、碳、硫或磷，在和两原子氧结合时，每个都形成一种特殊的酸，这些将在后面讲到，那么，为什么一原子氢与两原子氧不能同样形成酸呢？

3.盐酸

为了制取弹性状态的盐酸，可把一些食盐，苏打的氯化物，加到气瓶内，再加上相等重量的浓硫酸，把混合物略微加热，即有气体出来，可在汞表面上显示出来。这就是盐酸气。

盐酸气一些性质如下：1.它是看不见的弹性流体，有刺激性气味；不适于呼吸，也不能助燃；当其与普通空气混合时，会产生白烟，这是由于它和水蒸气结合，形成无数液态盐酸的微滴。2.根据我的一些实验，盐酸气的比重约为普通空气的1.61倍，但是，根据布里森（Brisson）是1.43倍，而根据柯万（Kirwan），在温度60°和压力30英寸水银柱时是1.93。在测定盐酸气比重时，显然有两个错误的来源；一是，液体盐酸容易不知不觉地进入，如果容器中水银没有极其小心地干燥过，在这种情况下重量就会太大；这种情况可能就造成柯万的错误；另一个是，有些普通空气可能有酸气混合在一起，在这种情况下其重量就会过小。为了求该气体的比重，我采用与氟酸同样的方法（参阅第101页）。一个含有8.2格令普通空气的烧瓶，当部分地充以盐酸气时（即27/28），正好得到3格令，在其他几次试验中，也是相同的比例。从这些实验我求出上述的比重。3.它具有酸的特性，即，能使植物性蓝色变红，能与碱类化合，等等。4.它迅速地、大量地被水吸收，在普通温度与压力下水能吸收400到500倍其自身体积的气体；这就是说，比相等重量略少一些。水与盐酸气的这种结合构成了通常的液体盐酸，或商业上的盐精；但绝不具有以上说的强度。由于溶液中含有一些铁的原子，这种液体盐酸常带黄色。

这个酸的组成是一个长期引起化学家注意的问题。它比大部分其他酸似乎更难分解。电在组成和分解其他酸中虽然是很强的力量，似乎对此亦无能为力。在1800年《哲学学报》里，亨利博士曾发表他对这个问题艰苦研究的结果。从这些看来，纯净而干燥的盐酸气是很难受到电的影响的，发现体积减小很少，只有一些痕迹的氢气，他把这氢气归之于该气体所含的水或水蒸气。但是我们已经注意到，盐酸气本来是不含有水蒸气的，或者，即使含有，也一定比其他气体所含的少得多。因此，很可能氢是由一部分酸分解而得到的。这个结论为戴维先生的新近实验所证实，在这些实验里该酸明显地全部发生分解。在他载于1808年《哲学学报》的“电化学研究”中，他曾说：“当钾在盐酸气中加热，盐酸气是尽可能用普通的化学方法使其干燥的，这时发生激烈化学作用而着火，并且当钾的分量足够时，盐酸气就完全消失，有1/3到1/4盐酸气体积的氢气放出，并有盐酸钾生成。”这里差不多可以肯定，一部分酸分解了。剩下的氢以及使钾转变为草碱所需的氧是该酸表现出的仅有元素。因此必须推断，盐酸是一个氧和氢的化合物。在同一卷下一篇论文里，戴维先生告诉我们，8格令钾与22立方英寸酸气作用，生成8立方英寸氢。可是这个独特的实验一定有些地方不正确；要不然，就是前面的观察不正确；因为它们相互矛盾。22立方英寸酸气重11格令，加上8格令钾，得19格令；而8格令钾只生成14.6格令盐酸草碱，加上0.2格令8立方英寸氢，得到的是14.8格令，而不是19格令。因此，我宁愿采用被几个实验所证实，而且是完全一致的事实，即当足够分量的钾在盐酸气燃烧时，所有气体都消失了，生成了1/3到1/4盐酸气体积的氢气，形成盐酸草碱。这是有关盐酸结构的业已被证实的最重要的事实之一。现在，盐酸草碱的元素如以下所示：35格令钾加上7格令氧，等于42格令草碱；而42格令草碱加上22格令盐酸，等于64格令盐酸草碱。从这里可以看出，盐酸草碱中的氧差不多是酸的重量的1/3。据此，当钾在盐酸气中燃烧时，差不多全部重量的1/4（因为氢很轻）用于钾的氧化，剩下的3/4则与形成的草碱结合。因此，当22立方英寸，或11格令气体消失时，如刚才提到的特殊实验那样，差不多2.75格令一定是从酸中得到的氧，而8.25格令的酸则与这样形成的草碱结合。但是2.75格令氧等于8立方英寸，将需要16立方英寸氢以形成水。于是很明显，水不是氧的来源。因为，如果是的话，就一定产生两倍分量的氢。戴维先生曾证实另外一个事实，正好与刚才说过的一般事实类似。即当木炭在盐酸气中通电时，有盐酸汞形成，并产生相当于该气体1/3体积的氢气。他由此推断，存在的水足够形成氧化物把酸中和。但是，且不去管我所提出的水与盐酸气不能共存的论断，在此种情况下，形成氧化物所需的氧，同前面的情况一样，如果是得自水的，将至少产生两倍的氢。因为在氧化物中的氧与盐酸盐中酸的关系被事实证明在两种情况下是相同的。

戴维先生的确曾努力排除在这些实验中关于氟的来源可能产生的任何异议。他曾发现，由一定体积盐酸气把汞盐溶液沉淀而得到的盐酸汞，其重量与把钾在相同分量气体内燃烧，然后把酸转变为汞所得的盐酸汞是相同的。他说，“在这些结果中并没有显著的差别”。这个推断，我认为一定是错误的。100立方英寸盐酸气与草碱结合所生成的盐酸草碱一定比钾在同样盐酸气中燃烧所生成的多。物质的重量必然要求它这样，除非发现两种盐酸盐不是同一种盐。

从所有盐酸形成的盐酸盐，或盐类看来（这些盐类将在讨论到它们时指出），一个盐酸的原子的重量为氢的22倍。在这个测定作出不久，我偶然想起，氢可能是酸的基；如果是这样，该酸一个原子一定是由一个氢原子和三个氧原子所组成，因为它们的重量正好凑成22。在1807年，这个观点曾在《爱丁堡和格拉斯哥化学讲演》（Chemical Lecture at Edinburgh and Glasgow）中发表过，并用适当的图形来描写；但是该酸这种结构只是假设的，直到戴维先生这些实验出来似乎才使它不再被怀疑。这个理论是这样用于实验的：假定盐酸气的比重为1.67，即可求出12容量酸含有11容量氢（如果放出来的话）与大约16.5容量氧；于是如果有1/4的酸分解，将放出差不多3容量氢，与4+容量的氧，而这些氧原子将一个对一个地与钾结合，并把草碱提供给剩下的3/4酸（因为1原子酸含3原子氧）。同样的解释也将适用于盐酸汞的形成。这里氢将比酸气体积的1/4少一些；但是如果我们采用柯万的盐酸比重1.93，那么放出的氢将介于酸气体积的1/3和1/4之间。

因此，我们得出结论：一原子盐酸含有一原子氢与三原子氧，或一原子水与二原子氧，其重量为22。而且该酸原子的直径将被发现为1.07，把氢原子的直径作为1（第86页），或者说12容量的酸所含原子与11容量的氢一样多，或与5 容量的氧一样。

我自己关于盐酸气的实验还不曾有重要成果。我在30容量气体内通过1000下小电击，体积减小了一容量，在让水通进去时，除一容量外，全部为水所吸收，这一容量看来是氢。我在盐酸气和氢的混合物中通过700下电击，没有变化。当把盐酸气和硫化氢的混合物通电，有氢气放出，并有硫析出，但体积没有变化。显然，只有硫化氢是被分解了。当氧和氢的混合物同盐酸气一起燃烧时，有水生成，差不多立即吸收了相当于自身重量的酸气。从这些以及这一类企图分解盐酸的不成功的尝试看来，戴维先生的实验的重要性是很明显的。

现在必须考虑盐酸与水的关系。已经说过，在普通温度和压力下，水能吸收相当于自身体积400或更多倍的酸气，即比自身重量稍许少些。现在，三原子水重24，而一原子酸气重22。这样似乎很可能，最浓的液体酸是一个酸原子和三原子水的化合物，或者说含有48%的酸。出售的酸的浓度很少超过它的一半。柯万先生的不同比重的盐酸的浓度表差不多是正确的。经过一些少量增加和改正，该表如下所述：

100份液体盐酸中实际酸量的表（温度为60°）

表中第一栏表示在不同比重的液体酸内求出的酸和水原子的数目；第二栏含有酸的重量百分数，即100格令液体酸所含有纯酸的格令数；第三栏表示在100格令容量水内所含酸的格令数，这在实际应用中是方便的，免掉称酸的麻烦；第四栏表示液体酸的比重；第五栏表示各种不同浓度的酸的沸腾温度。这最后一栏，我理解，完全是新的，它指示出显著的温度的变化：浓酸稍加热就沸腾，当酸变稀时，沸腾温度逐渐增高，一直增高到232°，在这以后它又逐渐下降到212°。当低于12%的一种酸沸腾时，它在量上面损失一部分，但是剩下来的酸，我发现，是变浓了；另一方面，浓于12%的酸经过沸腾却变得更稀。从珀斯瓦尔博士（Dr.R.Percival）在《爱尔兰学报》（Irish Transactions）第4卷的文章来看，在用通常方法制造盐酸时，当中的产品常具有最高沸腾温度的浓度，但是起先和最后的产品则要浓得多。这些事实其理由可能在上栏温度等级中找到。

4.氧盐酸 ^[6]

这个现在叫做氧盐酸（oxymuriatic acid）的极其有趣的化合物是在1774年由谢勒发现的。它可由盐酸与锰的氧化物或红铅略微加热制得。加热时有一种带黄色的气体上升，可在水面上收集，它就是氧盐酸气。但是大量用于漂白的这种气体通常是由相等重量的食盐（苏打的盐酸盐）、锰的氧化物和1.4浓度的稀硫酸的混合物加热制得的。为了把全部酸气赶掉似乎至少需要加热到水的沸腾温度。氧盐酸的一些性质如下：

1.它具有刺激性和窒息性气味，在这方面超过大多数其他气体，而且它是极其有毒的。以普通空气的比重为1，它的比重我求出是2.34。或者说，在普通温度和压力下，100立方英寸重72.5格令。

2.氧盐酸能被水吸收，但是比起盐酸来吸收的量是很小的。我发现，在温度60°与纯气体的普通压力下，水能吸收大约两倍其体积的气体。如果把气体用空气冲淡，则吸收的就要少得多，但是这时分量并不与该气体理论上压力成正比例，这就像在第67页所提到的那些气体情况一样。这样，如果氧盐酸气的压力是大气压力的1/7，水将吸收其体积2/3的气体，这比按照比例规则所应该吸收的要多出两倍以上。因此很明显，该气体的被水吸收，部分地是机械性质，部分地是化学性质。

3.该气体饱和的水叫做液体氧盐酸。它具有和该气体相同的气味，有一种收敛性的，而不同于酸的味道。当暴露在日光中时，液体酸就逐渐分解为它的元素，盐酸与氧气。就像伯索累所最先观察的一样，这里盐酸与水结合，氧气则呈气态。光和热都不曾发现使酸气分解。

4.这个酸，在气体状态或与水结合时，对有色物质具有一种独特的效果。它不像其他酸那样把植物蓝色转变为红色，而是一般地从物体中把颜色夺取出来，使其变为白色或无色。这时氧与色素结合，而化合物则溶解于剩下的盐酸中。因此，该酸用于漂白。

5.可燃物体在氧盐酸气中比在普通空气中燃烧更快，并且燃烧伴随有几个显著的现象。有些物体在这个气体中自发地着火。所有金属都能被这种酸氧化，然后溶解，形成叫做盐酸盐的盐类。可燃性气体，在与这种酸气以适当比例混合时，或者是立即燃烧，像亚硫酸、硫化氢、亚硝气那样，或者通过一个电火花，混合物就发生爆炸，像氢、碳化氢等气体那样。这些事实指出，与盐酸结合形成氧盐酸的氧很容易被夺取出来，再进入几乎任何其他化合物中。

6.氧盐酸似乎容易与溶解在水中的固定碱和土类结合，但它能使氨分解。可是，值得注意的是，很少得到中性的干燥盐类。当把饱和溶液蒸发结晶时，得到的主要是两种不同的盐类：一种是简单的盐酸盐，而另一种则为一种过氧化的盐酸盐。在其中发现有一种含有大量氧的酸，因而称为过氧盐酸。

7.最近在做氧盐酸实验过程中我曾经想到它的一个非常显著的性质。克鲁克香克斯（Cruickshank）曾发现过，如果把氢和氧盐酸气混在一起，在塞好塞子的瓶里放置24小时，当在水下面把塞子去掉时，发现气体消失了，水代替了它的地位。为了想更加肯定地确定时间，我在一个容量小的量气管中把气体混合，并把管子立在水上。经过大约三刻钟，混合物的较大部分就消失了。在下一个实验里，这些气体在混合以后，似乎在一两分钟内没有影响，然后该混合物开始迅速地减少，像普通空气与亚硝气一样，只是没有红色烟雾。减少继续进行，直到在两三分钟内差不多全部气体都消失了。在几个小时以后重复做这个实验却没有看到这种减少。我想起在前一次实验中有太阳光照在仪器上便重新把仪器放在太阳的直接照射下，减少又像前面一样迅速。通过各种变化重复实验，肯定了光是氢在氧盐酸气中迅速燃烧的原因。光越强，混合物的减少就越快。而如果把量气管用一个不透明的物体盖上，混合物将很少发生作用，一天都看不出任何减少，在两三个星期内都不会完全消失。而且，当减少正在迅速进行时，如果用手或任何不透明物体把太阳光挡住，减少就立即中止。这些观察也同样适用于碳化氢或氧化碳和这种酸气的混合物，只是碳化氢要析出一些碳而已。其产物为碳酸、水与盐酸。这些事实是在1809年6月确定下来的。在下一个月里，我发现，当把氢和氧盐酸在能够容纳600格令水的结实的管形瓶中混合，并放在太阳光下，几乎立即发生爆炸，有很响的爆炸声，就像通过一个电火花一样。如果塞子塞得很牢，几乎会形成真空，当塞子在水下去掉时，瓶子马上就充满了水，但通常是塞子被猛烈地弹掉。

现在剩下来的是指出这个酸的组成。所有实践都指出，它是盐酸和氧的化合物，但是它的精确比例到目前还不曾确定。伯索累把水用该酸气饱和，然后把它暴露在日光下直至氧气被释放出来，他用这种方法求出该酸气由89份盐酸和11份氧（以重量计）所组成。是不是全部氧都这样地释放出来是非常可疑的；氧的分量肯定是大大低估了。切尼维克斯（Chenevix）得出这个酸的组成是84份盐酸和16份氧，他也是把氧估计过低了；可能是因为他把这个酸所组成的一切盐类都当做简单的盐酸盐，或是氧盐酸盐；但是无疑氧盐酸盐是确实存在的，因为它具有漂白的性质。在所有这些作者中我认为克鲁克香克斯是最接近于真实情况的。他说，2容量氢需要2.3容量氧盐酸盐来饱和它，而已知它们需要1容量氧，因此，他推断出2.3容量该酸气含有1容量氧。由此可以推断出，100容量该酸气将给予43.5容量的氧气，和某一个未知容量的盐酸（并不是如汤姆森博士所推出的56.5）。切尼维克斯说，克鲁克香克斯的气体是从草碱的过氧盐酸盐得到的，而“他所得到的物质事实上不是与氧化合的盐酸气，而是该气与过氧化盐酸的混合物”。汤姆森博士说，“当把按克鲁克香克斯方法得到的用氧盐酸气饱和的水与液体氨混合时，几乎没有任何气体放出。这两种物体结合而形成一种盐。”我不知道这两位作者说这些话有什么理由，但是根据我的经验，它们都是完全没有根据的。该酸气从硫酸、苏打盐酸盐和锰矿的混合物制得，或者从盐酸与软锰矿制得，或者从草碱的过氧盐酸盐与盐酸制得，都正好是同一种气体，不管是考虑到它们对可燃性气体的作用，对液态或气态氨的作用，还是它们被水的吸收性能。的确，微小的差别是有的，但似乎不会产生任何显著的影响。用前面两种方法制得的气体在用氨处理时，总是析出一些棕色锰的氧化物，但用最后一种方法得到的却一点也不析出。盐酸对草碱过氧盐酸盐的作用显然是把多余的氧从该化合物分开，而不是把过氧盐酸质点与草碱质点分开。

由于氧盐酸不管从理论还是从实用的观点都越来越重要，我曾经花费很多时间努力弄清楚它的元素的比例，并且认为已经获得成功；至少，对它的组成我自己是感到相当满意的。我采用的方法既是合成的又是分析的，但是我主要依靠的是后者。

1.我用干燥水银充满量气管，送入13水格令容量的盐酸气，再加上9容量77%纯度的氧气，即由7份氧和2份氮组成。该仪器配有白金丝。大约有1300下小电击通过气体的混合物，跟着发生体积逐渐减少，水银变浊，情况同氧盐酸与汞接触时一样。22容量被减少到4，洗涤时不再减少。在这4容量内加上20容量氢和20容量普通空气，把该混合气体爆炸，减少的体积是15容量，相当于5容量氧。但是普通空气仅含有4容量氧，因此，1容量氧一定已经存在于剩余的气体中，而且很可能1容量氧本来就在盐酸中存在着。这样就好像是12容量盐酸与6容量结合形成氧盐酸。如果我们从这三个弹性流体的比重来计算，将发现12容量盐酸气加上6容量氧气，应该成为11容量氧盐酸气。这个结果差不多是正确的；但是该过程太麻烦以致不能多重复，特别是因为这个目的可以通过分析方法更加容易和更加精致地达到。

2.氧盐酸气和氢，在水上混合在一起，通过一个火花就爆炸，非常像普通空气和氢的混合物。克鲁克香克斯把3容量氢和4容量酸混合，并在汞面上把它们爆炸，在这种情况下有酸气的剩余物。然后他把4容量氢和4容量酸混合，爆炸后发现有氢气剩余。从这些实验他推断出，3容量氢需要3 容量酸来饱和。我求出的结果略微有些不同，但是差错并不大，是我们所能预料到的。不管我们是在汞上还是在水上处理氧盐酸，肯定会损失一些。除非这种损失能够被估计或考虑到，我们就很容易把所需的酸估计过高。在光对这个混合物的作用被发现以前，我常在水面上把已知分量的两种气体在有刻度的伏打量气管内混合在一起，让混合物放置几分钟，使其完全混合，然后通过一个火花，但是要注意在这时以前混合物在哪个刻度。在这个方法中，当氢过量时，结果是准确的，能够求出总的体积的减少，并能够对剩余的气体进行分析，求出剩余的氢，以及普通空气（如果有的话），这在水面上制得的所有氧盐酸中是非常容易或多或少地存在着。通过多次细心的试验，我发现，一容量氢需要尽可能接近相等容量的酸来饱和。但是自从日光照的效应被发现以后，我曾经用更简单和更精致的方式进行操作，结果也更一致和更准确。我取一个有刻度的管子，能容200容量气体。把这个管子用水充满，引入100容量已知纯度的氢，再加入一些酸气，差不多把管充满，然后用手指把管的末端揪住，立即把它转移到一个汞槽。然后把它暴露在日光下（如果阳光不是太强的话，太强时恐怕要发生爆炸），或者在能够得到的最强光下。两三分钟内看不出任何变化，接着水和水银就升到管内，速度先是逐渐增加然后逐渐减小，直至差不多到达顶部。于是把剩余的气体进行观察，确定氢、酸和普通空气的量。管中水的量在汞上升时变得明显可见，这对防止酸与汞的作用是有益的。水必须从管的容量中减去以求出所用气体的体积，从中去掉氢，即剩下酸的体积。

从按上面方法做的5个实验的平均来看，我得出结论，100容量氢需要94容量氧盐酸气使其转化为水。在每一个实验中，酸都比氢少。

上面这些实验在多云的日子里做特别有趣。直接太阳光的存在立即促进汞的上升，但太阳一被云遮住，上升就迅速停止。管中汞的表面在过程中总是成为美丽的天蓝色，在用液体氨分解氧盐酸时也是这样。这两种情况是什么原因我不知道。

从以上结果看来，100容量氧盐酸一定由53容量氧与一定分量的盐酸气结合而成。现在，100立方英寸氧盐酸重72或73格令，而53立方英寸氧重约18格令，比上面重量略少一些。因此，如果盐酸的原子重22，则氧盐酸的原子一定重29；这样我们就得到该酸的组成。一原子该酸由一原子盐酸与一原子氧结合而成。前者重22，后者重7，总共为29；或者是大约76%的盐酸和24%的氧。这样，前面的关于这些弹性流体比重的实验看来确证了现在的关于它们的组成的实验。如果盐酸的组成是被正确地测定的，则氧盐酸一定是由1原子氢和4原子氧所组成。不论怎样，1原子盐酸一定是与1原子氧结合而形成1原子氧盐酸的。该气体的弹性原子的直径差不多和氢相同，因而可以用1来表示，只是略小一些。该气体在给定体积中的原子数目与相同体积氢的原子数目之比近似地为106∶100。看来氧盐酸的原子比盐酸原子，或者比氢原子略微密集一些。

5.过氧盐酸 ^[7]

一种叫做过氧盐酸（hyperoxymuriatic acid）的化合物的存在曾被明确地指出过，但是可能由于它的元素部分的巨大重量和数目，游离的、弹性的甚至液体状态下的过氧盐酸还不曾看到，也许不可能看到。它显然是盐酸和大量氧的化合物。把氧盐酸气气流送入碱类和土类元素，或它们碳酸盐类的水溶液中即可制得它和碱类及土类的化合物。氧盐酸本是与碱化合的，但是随着时间的推移，当溶液变浓时，酸中就发生了变化。一原子氧盐酸从其邻近的每个质点夺取一个氧原子，使它们转变为普通的盐酸；在这种情况下它与一原子碱形成一种过氧盐酸盐，而其他酸的原子则形成盐酸盐。似乎氧盐酸盐很难得到；因为当它们的溶液浓缩时，它们极其容易分解而重新化合，如以上所述。

伯索累首先指出这个酸的特性，但是它的本质和性质在1797年由霍伊尔（Hoyle），和在1802年由切尼维克斯更加充分地进行讨论过。这些作者做的主要实验是关于草碱的过氧盐酸盐的；关于该盐的组成他们是差不多一致的，但是在一些生产条件方面有所不同。它在加热时生成2%或3%的水、大约38%的氧，以及59%或60%加热时不再变化的盐，切尼维克斯把这个盐看作简单的盐酸盐，但是霍伊尔说它在加硫酸时放出微量氧盐酸。在59份盐酸盐中酸差不多是20份。因此，20份重量盐酸加上38份重量氧构成58份过氧盐酸，或者，照切尼维克斯所说，65份氧加上35份盐酸等于100份过氧盐酸。这我认为是非常接近实际情况的。于是，如果35份盐酸需要65氧，则22份将需要41；但是22是一个原子盐的重量，而41或42是6个氧原子的重量；这样就决定了过氧盐酸的组成。它一原子是由1原子盐酸+6原子氧所组成，或者是由1原子氧盐酸+5原子氧组成；而它的重量则用64来代表。现在我们可以看到在过氧盐酸盐的形成中发生些什么了。一原子氧盐酸从其周围五个原子中每个原子夺取一个原子；因而一原子过氧盐酸盐必然生成5原子简单的盐酸盐。假定盐类来自草碱，则它们的重量可被求出如下：一原子草碱重42，一原子过氧盐酸重64，一共为106。五个草碱的盐酸盐等于320；两者之和等于426。现在，426∶106近似地等于100∶25。故在草碱的过氧盐酸盐的生成中，如果所有草碱都形成盐酸盐和过氧盐酸盐，则前者一定是75，而后者一定是25。霍伊尔关于这点没有告诉我们；切尼维克斯则求出前者为84而后者是16。于是这里就产生一些问题。我相信，事实是，在生成的盐类当中，或者在切尼维克斯称为完全盐（entire salt）的物质中总是或多或少地存在有真正的草碱的氧盐酸盐的。氧盐酸同盐酸一样能够使银从硝酸盐类中沉淀出来。显然由于这种检验方法，切尼维克斯把一些草碱的氧盐酸盐与盐酸盐混淆了。然而量还是可以确定的。因为25∶75∷16∶48。在100份切尼维克斯的完全盐内于是就有16份过氧盐酸盐，48份盐酸盐，剩下的36份一定是氧盐酸盐了。霍伊尔的实验证实了这个结论。他说，剩余的盐酸盐（在过氧盐酸盐取出以后）很多是被氧化了，因在加入酸时它能强烈地破坏植物的颜色。盐酸盐类，甚至盐酸盐与过氧盐酸盐的混合物都不会有这种情况。此外，草碱的氧盐酸盐（或者被草碱吸收的氧盐酸）大量用于漂白，这是大家熟知的。如果该酸自身立即分解为盐酸与过氧盐酸，它将不能用来漂白。

于是过氧盐酸一定是由1原子盐酸与6原子氧所组成；但是由于前者可能含有1原子氢和3原子氧，我们得出1原子过氧盐酸的组成为1原子氢+9原子氧；或者说它是由1.5重量百分数的氢和98.5重量百分数的氧所组成。这样，如果这个酸很容易放出氧，在可燃性物质存在时容易发生爆炸，就不足为奇了；另外，这个酸不能形成这样庞大质点的弹性流体也就不足为奇了。

关于氟酸和盐酸的注释

从关于氟酸和盐酸的前面这些文章印刷以后，我又看到1809年1月号《物理学杂志》（Journal de Physique）中盖-吕萨克和西纳德关于氟酸和盐酸的极其有趣的报告摘要。他们的受到事实支持的意见和我所曾经建议的是明显地一致的。他们发现，当氟酸气进入任何气体中时产生烟雾，气体体积有了减小，但只是很少量；当不发生烟雾时，就不发生减小。因此他们得出结论，这个酸是检验气体中存在水蒸气的良好试剂。他们并且说，除去氟酸气、盐酸气，可能还有氨气，所有气体都含有和湿度有关的水（水蒸气）。小伯索累曾证明氨气不含有结合水，而盖-吕萨克和西纳德猜想它不含有和湿度有关的水，但是亨利博士的一些实验使我相信它是含有的。我认为它在和普通空气混合时不发生烟雾就是一个证明。他们说，当水用氟酸气饱和时，溶液清澈、冒烟、有极强的腐蚀性，大约有1/5该酸可被热赶出，剩下的则变为固定的，像浓硫酸一样，需要很高温度使其沸腾。他们从这个事实提出问题，硫酸和硝酸本来不会是液态，而只是由于它们与水结合才成为液态的。他们把一滴水暴露在60立方英寸氟酸气里；这滴水不是蒸发掉，而是由于吸收了酸而增加了体积；因此他们得出结论，氟酸气也是不含结合水的；这个结论被引申到氨气，但未被引申到盐酸气。我奇怪他们这里把盐酸除外，因为每个人都知道，当把一滴水放进盐酸气中是会发生同样现象的；即这滴水没有蒸发而是由酸的凝结而增大了。可是他们提到亨利和伯索累的实验，在这些实验里水被设想同该气体处于密切联合的状态。他们还自己提出一些气体，在这些气体里，水被发现占气体重量的1/4。一种结论认为盐酸气是唯一的含有和它结合的水的气体，他们认为是令人惊讶的；他们似乎倾向于认为水是该酸的组分，但氢和氧不是处于水的状态。

盖-吕萨克和西纳德发现，氟酸气，当其被硼酸从石灰的氟酸盐分开时，由于溶液中含有硼酸，不再能溶解硅石。另一个值得注意的事实是，石灰的氟酸盐，在铅制容器中加入硫酸蒸馏，得到的不是气态的氟酸，而是液态的。他们观察到，正如戴维已经做过的那样，钾在硅氟酸气中燃烧时，有一些氢放出，累积起来的量约相当于由水放出的1/3。他们似乎认为，该酸在这种情况下被分解，但是他们没有提出任何观点说氟酸或盐酸气是完全由氢和氧所组成。

第二节 氧与氮

迄今已发现的氧和氮的化合物有五种。可以用下列名称来区别它们：亚硝气（nitrous gas）、硝酸（nitric acid）、氧化亚氮（nitrous oxide）、亚硝酸（nitrous acid）和氧硝酸（oxynitric acid）。在讨论它们时，一般是由含氧最少的化合物（氧化亚氮）开始，一直到含氧较多的化合物。我们的计划是采用另一种安排原则，即由最简单的或由数目最少的元素质点组成的化合物开始，这通常是二元化合物，然后继续讲三元或较多原子化合物。根据这个原则，如果可能的话，先确定上述化合物中有没有以及哪一个是二元化合物就是必要的了。按照两种简单气体的比重来表示它们的原子的重量，我们应该断定，一个氮原子和一个氧原子之比约为6∶7，氨和水的相对重量也支持这个比值。但是，最好的标准是由比较化合物气体本身的比重得出的。在这些化合物中亚硝气比重最小，表示它是二元化合物；氧化亚氮和亚硝酸 ^[8] 都要重得多，表示它们是三元化合物，而后者又比前者重，说明氧化氮重，因为已知后者含氧最多。现在让我们来看怎样根据已知的事实来证实这些结论。

根据卡文迪许和戴维，他们是我们已知的有关这些化合物的最高权威，它们的组成如下：

上表主要是取自戴维的研究工作，其中同一项目内两种以上的结果是由不同的分析方法得到的。在第三栏中提供了各种化合物中氮和氧重量之比，是将一个氧原子的测定重量化为7，由第二栏得出的。这个表极其出色地证实了以上所述的理论观点。一个氮原子的重量是在5.4与6.1之间，值得注意的是，理论和实验间的差异不大于多次实验间之差，换言之，由上面各次实验得出的一个氮原子的平均重量对于理论和实验将是同样适用的。平均值是5.6，所有其他数值可以按此值来计算。于是，我们得到1原子亚硝气重12.6，由1原子氮和1原子氧组成；1原子氧化亚氮重18.2，由2原子氮和1原子氧组成；1原子亚硝酸 ^[9] 重19.6，由1原子氮和2原子氧组成。一个氧原子的重量对这些化合物的理论没有任何影响，若氧取3或10或其他数目，化合物中氮和氧的比率仍继续保持不变，唯一不同的是一个氮原子的重量随着氧原子所取重量不同按比例升高或降低而已。

我曾经想通过别人实验的结果提出关于氮、氧化合物的这种见解，而不是通过自己的。因为同我见解完全不同的作者们，如果不看到这些见解符合于实际的观察，他们是不会推出以上结果来支持它们的。

现在，我对上表中的结果提出一些看法，并说出我自己的结果，而这些结果都是经过艰苦努力得到的。

我认为上述的一个氮原子的平均重量5.6是太大了。真正的平均值只稍微比5大一些，可能是5.1或5.2。我这样说并不是暗示上表的结果是由不精确的实验得出的。在研究期间，我重复了许多人的实验，但我发现，我的结果大体上同戴维所得的结果最接近，超过同其他人的。由于知识进步了，从同样的事实可以得到更正确的结果。至于卡文迪许的重要实验，它们目的在于指出硝酸是由什么元素构成，而不是各元素的比例，而且这些实验是早在气槽化学时期做的，因而不能获得精确的结果。

表中第一行所载亚硝气中氮和氧的比例，是由引燃物质燃烧确定的。戴维先生公正地认为这个比例的可信程度最小。第二和第三行是由木炭在亚硝气中燃烧获得的。第二行是根据碳酸中求出的氧。由新近确定的碳和氧的比例作出的计算，我将氮减小为5.4。第三行是由燃烧后留下的氮得到的。戴维先生发现15.4容量亚硝气产生7.4容量氮，或100容量亚硝气产生48容量氮气。

普里斯特利博士首先观察到电火花能使亚硝气减少，最后留下氮气，他说，体积减少到1/4。我曾几次重复做这个实验，尽可能注意精确，亚硝气中氮的精确含量事先用硫酸铁测定过，一般是2％。将50或100水格令容量该气体放入置于水上并配置白金丝的狭窄量气管中，充电1或2小时，一直继续到体积不再减小为止。在剩余气体中加入少量普通空气，没有发现体积减小。这样，由100容量纯亚硝气平均得到氮气24容量；也就是说，102容量98％的亚硝气留下26容量氮。由上述可知，误差没有超过1％，即从100容量纯亚硝气我不曾得到过多于25或小于23容量氮。因此，我相信，把24容量作为准确的近似值是可靠的。

这个实验连同最后提到的戴维先生的实验都是很重要的。它不仅说明了亚硝气的组成，而且也说明了硝酸的组成。显然，充电正好使一半氮气释放出来，其氧气则与另一半亚硝气生成硝酸。电击的直接结果是使结合成亚硝气的氮原子和氧原子分开，在氧被释放出来的一瞬间，就被另外的亚硝气原子所攫取，二者结合成一个硝酸原子，并逃到水中。换言之，100容量亚硝气含有48容量氮，充电后，24容量氮被释放出来，另外24容量则获得前者失掉的氧，成为硝酸，并被水所吸收。

重复卡文迪许的实验发现证实了上述结论。我曾三四次做过同样性质的实验，并得到相同的结果。但是由于这些实验很困难，做起来不那么方便。其中有一个实验是特别值得注意的，我将详细地加以叙述。一定量纯氧气逐渐地用普通空气稀释，直至混合物中含29%体积的氮，假定这是形成硝酸的近似比例。检验方法是把它和氢一起爆炸，并把体积减少中的1/3作为氧的体积。取一些蒸馏水用该混合气体饱和，放入配置白金丝的量气管中。然后放入50容量混合气体，开始充电，几小时后气体减少到20容量，继续一整夜无任何变化，次日重新开始操作，气体减少到13容量，发现是3.5氮+9.5氧，或27%氮+73%氧。因此，29%容量的氮显然是太少了。根据上面数据计算，我们得出30容量氮与70容量氧结合成硝酸。按重量算，硝酸中27%是氮，73%是氧，这与卡文迪许的平均值很接近。由此得出，一原子氮重5.15。根据亚硝气的实验，假定其比重为1.10，氮的比重为0.966，得出一原子氮重5.1。

就氧化亚氮而言，我认为戴维的计算没有能够处理好他自己的实验。第一行表示氢在氧化亚氮中燃烧得到的结果。从几次实验中，戴维选出39容量氧化亚氮和40容量氢在一起燃烧的一次，它们似乎正好相互饱和，留下41容量氮。但是该残留物中一定含有少量原来就混在氧化亚氮和氢气中的氮原子，因此可认为估计过高。如果我们假定39氧化亚氮含40氮，将使一个氮原子的重量从6.1降至5.6。在我自己的经验中，等体积的氧化亚氮和氢彼此饱和，余下的氮，在适当考虑杂质的情况下，体积与另外两种气体任一种体积相等。这意味着，1容量氮+半容量氧在结合时应该化合成一容量氧化亚氮，但是根据上面给出的氧化亚氮的比重，化合后的重量约减小掉5%。我担心这样是把氧估计低了，因为有可能生成未被察觉的少量硝酸。在第二行中，我们从磷化氢和木炭在氧化亚氮中燃烧得出其中氮和氧的比例。在用前者时，得到和氧化亚氮等体积的氮，在用后者时，21容量氧化亚氮生成21.5容量氮和11.5容量碳酸。现在，我们假定一容量氧化亚氮含有等体积的氮气，重0.966，其余部分是氧，重0.648，其重量百分比将是60氮+40氧。再者，现在已知11.5容量碳酸含有11.5容量氧，因此21容量氧化亚氮一定含有11.5容量氧；姑且说是20容量氧化物，因为总共用了30容量，从残余物中提取的9容量是纯的，剩下的21容量中必然含有所有30容量中的杂质，这些杂质不大会小于1。像前面一样，这将给出，在氧化亚氮中重量百分数为：60氮+40氧。第三行结果是由硫化氢燃烧得到的，这里戴维先生发现35容量氧化亚氮饱和20容量硫化氢，留下35.5容量氮。这似乎又一次表明，氮和氧化亚氮具有相同的体积，因此同前面一样得到，按重量60氮+40氧，并相应地得到一个氮原子的重量等于5.25。

值得注意的是，氢在氧化亚氮中燃烧时，通常发现氧（由氢的消耗量来计算）低于标准，正如戴维先生所察觉到的，在油生气的燃烧中，氮也是这样。我曾发现矿坑气或煤气也同样如此。我料想氮的消失是因为生成氨。

除了已经考虑过三种氮和氧的化合物以外，至少还有两种。其中之一叫做亚硝酸，是硝酸和亚硝气的化合物。另一种我称之为氧硝酸，是硝酸和氧的化合物。普里斯特利发现硝酸大量吸收亚硝气，并变得更容易挥发。他发现，当把亚硝气封闭在盛有96水格令容量强硝酸的小瓶中时，130盎司容量该气体一两天内在水面上消失。酸的颜色随着它吸收亚硝气逐渐由淡黄变为橘黄、绿色，最后呈蓝绿色。戴维先生曾经努力去求硝酸吸收亚硝气的量，他估计比重为1.475的蓝绿色酸按重量计含有84.6硝酸、7.4水和8亚硝气。他断定稀酸吸收亚硝气的比例小于浓酸。这个问题即将予以考虑。

普里斯特利发现，亚硝气与氧混合时即发生化合。这样，用一种气体饱和另一种气体是容易的，但是不幸常产生两或三种不同的化合物，一种化合物对另一种化合物的比例随混合的环境不同而改变。按前面测定的硝酸的组成，知道10容量氧需要18容量亚硝气使其转变为硝酸。但是该混合物可以这样掌握，使10容量氧与13或36容量，或任何中间数量的亚硝气混合。由于我不曾看到任何作者明确地陈述这些事实，我将把我自己实验的结果附加在这里。

1.在一直径1/3英寸，长5英寸长的管中，把2容量亚硝气加到1容量氧中，半分钟后，体积缩减一停止，立即把剩下气体转入另一管中，发现1容量氧和1.8容量亚硝气消失了。混合是在水面上进行的。

2.在一直径1/5英寸，长10英寸的管中，把4容量氧加到1.3容量亚硝气中，把试管充满，发现在四五分钟内1容量氧将与1.3容量亚硝气化合。

3.当1容量氧和5容量亚硝气混合，形成一层薄的气层，不厚于1/8英寸（如在普通平底杯中），将发现在没有任何搅动的情况下氧立即攫取3到3.5容量亚硝气。如果是等体积混合，则1容量氧约取得2.2容量亚硝气。

4.如果让水先吸入一定量氧气，然后在亚硝气中搅动水，则吸收的亚硝气量总是大于抽空氧气的水所吸收的量，等于氧气体积的3.4倍或3.6倍。反过来，如果水先吸入一部分亚硝气，然后用氧气搅动之，则吸收的量将大于未吸收亚硝气的吸收的量，为亚硝气的1到3.6倍。

这些事实很容易证实，我相信，凡是能够重复这些实验的人都能发现其接近实际。这些事实是奇妙而独特的，因为我们很少有另外的例子，其中两种气体按如此不同的比例形成真正的化合物。如果气体不是准确地按以上所有条件混合，结果将不会是一样的。但是在我观察的各种变动中，我从未发现氧气被少于1.3或多于3.6容量的亚硝气饱和。显然，水的存在和短的混合气体柱两者都使亚硝气消耗量增多，后者大概是由于容许化合立即发生。另一方面，狭窄的管子会使作用更慢，并使化合点远离水面。这些情况似乎都是增加氧的结合量。

在氧和氮的化合物中，1容量氧有时与1.3容量亚硝气化合，有时与3.6或根据条件不同而与任何别的中间数量化合，那么我们怎样想象这种氮和氧的化合物呢？是不是这种化合物有不确定的组成呢？我不能这样设想，而事实也决不会是这样。在所有产物中需要予以承认并用来解释这些事实的有三个。根据亚硝气充电（electrification）所得结果，业已知道1容量氧需要1.8容量亚硝气生成硝酸，这结论已被其他事实所证实。从上面的观察资料3和4看来，氧有时和3.6倍体积的亚硝气化合，而这是最大值；但是这正好是生成硝酸所需数量的两倍。因此，很明显这时有一个化合物生成，其中所含亚硝气原子为生成硝酸时的两倍。于是这个化合物可称为亚硝酸，由1原子氧和2原子亚硝酸以化学亲和力结合组成基本原子。如果在另一个极端，或者氧结合了最少量的亚硝气0.9，或即硝酸中的一半，则表明2原子氧结合1原子亚硝气，此化合物可以称为氧硝酸。虽然看来到现在还不能单独地生成此化合物，但是它的存在是非常可能的。在1.8容量亚硝气所消耗的氧多于1容量时，它经常与硝酸，甚至与亚硝酸一起生成。如第一个观察中所述，当1容量氧和1.8容量亚硝气化合时，我认为不是生成纯的硝酸，而是生成所有这三种酸的混合物，其比例是使亚硝酸与氧化硝酸彼此平衡，到后来，在与水结合时，根据交换原理，这二者都变为硝酸。

现在，我们将着手更详细地分别陈述氮和氧的化合物。在此，就前面所述的观点和资料，列表说明它们的组成可能是适当的。

1.亚硝气

把稀硝酸倒在多种金属上，可生成亚硝气，要在水面上收集。最好的制备方法是放几小片铜或铜屑于气体瓶中，把比重为1.2或1.3的硝酸倒在上面，不需要加热，即得到纯粹的气体（只是被空气稀释了）。这个过程的一般解释是，一部分硝酸分解成亚硝气和氧元素，氧与金属结合生成氧化物，为多余的酸所溶解。更详细地检验这个现象，用柯万的表来估计真正酸的量，我发现，1/3的酸分解，供应氧给金属，并产生亚硝气，1/3与金属氧化物结合，剩下的1/3攫取亚硝气并生成亚硝酸；但由于酸的冷凝，不能取得多于1/3或1/2的亚硝气，因而其余部分被放出。例如200格令容量强度为1.32的硝酸，用100水稀释，溶解50格令铜，生成44立方英寸的亚硝气，等于15格令，于是200容量酸含102格令纯的酸，50格令铜需要35格令硝酸，这大约是102的1/3；每个铜原子与二个氧原子生成氧化物，它又与二原子硝酸生成硝酸铜（今后将说明）。这样看来，好像无论用任何量的酸使铜氧化，都需要等量的酸与氧化物结合；因此，应该生成22格令亚硝气，但实际只有15格令，似乎7格令亚硝气与剩余酸化合生成亚硝酸，一部分可能在混合物中受热而挥发掉。

按柯万的看法，亚硝气的比重为1.19，而按戴维为1.102，就我自己的经验来看，后者最接近于真实情况。其基本质点重量是氢的12.1倍左右；在弹性状态其直径为0.958，氢是1。若1容量氢含1000个原子，相同容量的亚硝气将含1136个原子。吸入即使稀释的该气体对身体也是很有害的，若吸入纯的气体，则立即死亡。一般情况下，它能灭燃，但是引燃物立即在其中着火；点燃的磷和木炭在其中燃烧并发生分解。我发现，纯水（即除去所有空气的水）吸收大约其体积的1/18的亚硝气，但是只有1/27能够被别的气体重新将它逐出；这样，好像有一小部分亚硝气与水真正化合了，像多数其他气体一样，大部分由外部压力机械地束缚着。

曾经观察到，亚硝气能被电分解：氮气的一半释放出来，而另一半与放出的氧化合生成硝酸。根据戴维用木炭做的分析，亚硝气含按重量计2.2份氮和3份氧，或含约42%氮和58%氧。这和我用电和其他方法所得结果相同。若完全分解，则100容量将膨胀到104.6，其中氮为48，氧为56.6。

最近亨利博士发现，亚硝气被氨气分解；在汞面上两种气体混合在伏打量气管中，发现一个电火花就足够使其爆炸。当所用亚硝气过量时，产物是氮气、水和小部分硝酸；当所用氨过量时，则生成氮气、水和氢。米尔纳博士（Dr.Milner）发现当氨气通过含有红热锰的管子时生成亚硝气。这些事实是亚硝气分解和组成的显著的例子。

亚硝气的纯度是容易精确地检验的，用某些铁盐的浓溶液，特别是普通硫酸盐或绿矾。把一容量亚硝气放入一窄管中，其末端浸入这种溶液中，立即有一小部分液体进入管中，用手指捂住管的末端，摇动液体，将管重新浸入液体中，把手指缩回，则有一部分液体进入，重复此过程直到不再吸收气体。残余物一般是氮气。吸收是快的，操作在一分钟内完成。这种事实由普里斯特利博士首先观察到。为了希望更详细地知道此化合作用的性质，我制得一种绿硫酸盐的溶液，6格令容量含一格令盐，其比重是1.081；将此溶液和铁屑一起搅拌，还原溶液中可能存在的任何红硫酸盐，成为绿硫酸盐，已经知道，红硫酸盐不吸收亚硝气。把量气管装入水银，只留出一容量放溶液，然后在汞面上将量气管倒转，把亚硝气送入溶液，随后加以搅拌。屡次都发现，1容量溶液吸收6容量气体，然后即饱和。因而，1500格令容量液体将吸收9000格令容量气体，正如大家所熟知的，15000格令溶液含250盐，其中1是铁；9000格令容量气体重12格令，这里50格令铁结合12格令亚硝气。现在一原子铁重50，亚硝气重12。因此得出，在绿硫酸铁与亚硝气化合时，每个铁原子结合一个亚硝气，这是符合一般的化学结合定律的。

现在仍然用亚硝气在量气管里测定任何混合气体中氧的含量，由于其应用容易和巧妙，能迅速束缚住氧气，所以经常应用。但是，曾发现两种气体的简单混合物，由于形成不同的化合物，不足以得出氧的比例。为了有效地测出氧的比例，可用过量的已知强度的亚硝气，然后用硫酸铁把剩余的吸收掉。有些作者提出用亚硝气饱和绿硫酸铁溶液，把氧气在一部分这种溶液中搅动，用没有被亚硝气饱和的硫酸铁溶液洗剩下来的气体。具有相等或更高精确性的检验某些混合物中含氧量的方法是：在伏打量气管中和氢一起燃烧，把体积减少的1/3作为氧，或将气体在一小部分硫化钙中搅动，用硫化钙吸收氧。

当亚硝气与氧盐酸气在水面上混合，立即发生体积缩小。我料想这将使亚硝气变成纯硝酸，因而所需氧的量用这种方法是可以确定的。但是两种气体，像氧和亚硝气，随着一种气体过量，会以各种不同的比例化合。有时3容量亚硝气被2容量酸饱和，有时4容量。当绿硫酸铁被已知量亚硝气饱和，然后溶液用氧气搅动，吸收稍慢（像用硫化钙），其吸收的量等于亚硝气的体积。液体由深红或黑色变成亮黄红色，在过程中氧化铁由绿色变成红色。

曾经证明，充电使亚硝气一半数目的原子分解以氧化另外一半；同样地，在某些情况下，一半亚硝气原子分解，使另一半氮化。这是由普里斯特利的实验表明的，而戴维这些实验更精确些。碱性亚硫酸盐，锡的盐酸盐和干燥硫都使亚硝气转化成氧化亚氮。根据戴维的实验，16立方英寸的亚硝气被亚硫酸草碱转化为7.8立方英寸的氧化亚氮，即100容量得到48.75容量。他还发现，锡的盐酸盐和干燥硫使100容量亚硝气变成48容量氧化亚氮。这些物质对氧有亲合性，当它们从亚硝气中攫取一原子氧时，氮原子就参加到另一亚硝气中，而生成氧化亚氮。由此可见，所有的氮都留在氧化亚氮中，而氧正好只有一半。由前面的表和这些气体已知的比重所作的计算看来，100容量亚硝气将生成48.5容量氧化亚氮，并让28.3容量氧与所用的物质化合。很明显，这些数字关系很久以来没被观察到。

硫化氢和润湿的铁屑也能使亚硝气转化成氧化亚氮，但是有些氮用于生成氨，因而氧化亚氮减少。戴维发现减少约42%或44%。

2.氧化亚氮

这个现在叫做氧化亚氮的气体是由普里斯特利所发现，它的一些性质也是由他指出的，他称之为去燃素亚硝气（dephlogisticated nitrous gas）。荷兰化学家们于1793年在《物理学杂志》上发表了一篇论文，对该气体的组成和性质有过更全面的报道。1800年，戴维发表了他的一些研究成果，包含有关该气体性质的进一步研究，比以前发表过的更完全更正确，还包含氮和氧的其他化合物，以及若干其他有关化合物。

氧化亚氮气体可以从一种叫做硝酸铵的盐类制取，它是硝酸、氨和水的化合物。把该盐放入气体烧瓶内加热到大约300°，盐首先熔化，再继续加热，液态盐开始沸腾，并在400°左右分解，放出氧化亚氮气和水蒸气，全部盐几乎都分解了。该气体可在水面上或汞面上收集。

根据戴维，结晶时的硝酸铵为18.4氨，与81.6酸和水所组成。如果我们假定一个氨原子为一原子氮（5.1）和一原子氢（1）所组成，如以后所示，而一原子硝酸盐为氨、硝酸和水各一个原子所组成（见图版4，图36），则该盐一个原子之重为61＋19.1＋8=33.2。即18.4份氨与81.6份酸，正好与戴维的实验结果一致。该盐一个原子分解产生一原子氧化亚氮（重17.2），与二原子水（重16）。因此，100格令盐加热时应该分解为51.8格令氧化亚氮与48.2水。戴维分解100份干硝酸盐，即失去8%结晶水的盐，得到54.4%氧化亚氮，4.3%硝酸，与41.3%水。这里正像预料的那样，氧化亚氮超过了计算的数值，而水则不足，但与正常的比例极其接近。因此，不管氧化亚氮是来自硝酸铵，还是来自亚硝气，看来它的组成仍然一定是两原子氮和一原子氧。

氧化亚氮的比重为1.614，其原子重量为氢的17.2倍。弹性状态下的直径为0.947（令氢为1），如果一容量氢含有1000个原子，则一容量氧化亚氮将含有1176个。大多数易燃物质在氧化亚氮中燃烧比在普通空气中燃烧得更旺。它不适宜于呼吸，但不像普里斯特利和荷兰化学家们所说的那样立即引起死亡。戴维发现，它可供呼吸两三分钟，并产生类似陶醉的感觉。根据我新近的实验，它被水吸收的量约为80%，戴维说只有54%，但是他不知道，这数量是与剩下气体的纯度成正比例增加的。亨利发现这个气体溶解的量从78%到86%。它当然能在水内把其他气体赶出，其自身在加热被赶出时不发生变化。值得注意的事实是，水吸收该气体的量差不多（但不是正好）等于其自身的容积。

氧化亚氮在长期充电后，容积约减少10%，形成一些硝酸，残留物发现为氮气和氧气的混合物，但是用这种方法得不到令人满意的分解。

所有易燃物质在与氧化亚氮混合时，通过一个火花即发生爆炸。

氧化亚氮可与固定碱化合，但化合物的性质研究不多。

3.硝酸

硝酸过去叫做镪水和硝精，已经问世三四个世纪之久。现在一般用硝酸草碱（盐硝或硝石）与硫酸蒸馏得到。把两份重量盐和一份重量浓酸 ^[10] 在玻璃甑内混合加热，混合物即变为液体，并很快出现沸腾现象。这时有黄色液体从玻璃甑滴进玻璃接受器内。此液体就是硝酸。它是所有酸类中最活泼和最富有腐蚀性的酸。这样得到的酸用于工艺上通常是足够纯净了。但是它多半还含有硫酸与盐酸，前者来自所用的硫酸部分地被蒸馏出来，特别是在酸过量与温度高时，后者是从硝石中得来，硝石里经常混有一些盐酸盐。为了得到纯酸，应该把硝石多次在温水中溶解、结晶，取出最初形成的结晶使用。制得的酸应该加入硝酸重土来沉淀硫酸，再加入硝酸银来沉淀盐酸。

这个过程的原理是很清楚的，硝酸草碱是硝酸与草碱的化合物，硫酸对草碱比硝酸有更强的亲和力，因而置换了硝酸，与硫酸和硝石中的水在加热时一起蒸馏出来，由酸和水的化合物构成了液态硝酸。在过程接近末尾时，温度上升至500°或更高，酸一部分分解，有一些氧气放出。亚硝气则与酸结合，形成亚硝酸蒸气。这种亚硝酸与硝酸混在一起，使硝酸更加容易发烟和容易挥发。亚硝酸可以通过加热从液态硝酸中赶掉，这样硝酸就变为不容易挥发，并像水一样无色。

这样得到的液态硝酸比重通常是从1.4到1.5。把硝石先熔融，并把硫酸煮沸直至温度到达600°，我得到一些比重为1.52的酸。根据普劳斯特（Proust）（1799年《物理学杂志》），用合适的温度再蒸馏，可以得到1.55甚至高达1.62的酸。酸的强度，即在一定重量液体中实际上酸的数量，是与比重成某种比例关系而增加的。这点不久将要予以说明。

液态硝酸的一些比较显著的性质如下：1.当暴露在空气中时，由于它同空气中水蒸气结合而产生白雾。这在硝酸蒸馏时更明显，当酸的弹性蒸气从接受器逸出时，如果在它上面吹气，即有白雾出现。2.用水冲稀时有酸味。3.腐蚀动物性与植物性物质，留下黄斑。4.能与水结合，浓缩后能从大气中吸收水分，有热量发生，比重略有增加。与雪混在一起能发生高度冷却并使雪立即液化。5.据说能为日光所分解，放出氧气，变橙色。6.能使有些易燃物着火，如很干燥的焦炭，香料油等。7.加入硫磺蒸馏时，能使硫磺转变为硫酸。8.能把金属氧化，如已经看到的那样，并放出亚硝气。9.当硝酸蒸气通过红热的陶管时，酸分解为氧气与氮气。把硝石在铁制成或陶制的甑内烧到红热也发生同样的分解。10.与碱类、土类和金属氧化物化合，形成盐类，称为硝酸盐。

有关硝酸的一个最重要的问题就是在一定比重的水溶液内测定实际的酸量。这个课题吸引了好几位化学家，特别是柯万、戴维和伯索累等人的注意。他们的结果相差很大。举例说，在比重为1.298的酸中，柯万说，实际的酸是36.75%，戴维说是48%，而伯索累说是32%或33%（参阅《物理学杂志》1803年3月号） ^[11] 。我对这一点有较多的经验，现在简单介绍如下。

根据伯格曼（Bergman），硝酸被认为在248°沸腾。对比重1.42的酸来说，这是正确的，但以其他强度的酸则不是这样。实际上，这是该液态酸可能有的最高沸点。如果酸更强或更弱，会偏离1.42较远，沸点也较低。最弱的酸显然一定是在212°沸腾，但是最强的酸在什么温度下沸腾还不曾测定过，很可能将被发现略高于大气的普通温度。1.52的酸，我发现，大约在180°或185°沸腾。普劳斯特的1.62酸可能在大约100°，或在与醚大致相同的度数下沸腾。我的实验结果将更加详细地载于下面的表中。除掉这个可变的沸腾温度以外，还有伴随发生的另外一些情况，已有别人提出过。1781年《巴黎专题报告》里，拉森（Lassone）和科利特（Cornette）曾经确定，当弱的硝酸沸腾或蒸馏时，最弱的部分先出来，而如果酸是浓的，则最强的部分先出来。在《爱尔兰学报》第4卷里R.帕西尔博士曾介绍过硝石在蒸馏中的一些结果。把2磅硝石和1磅浓硫酸混合一起蒸馏，得到三部分产品，第一部分比重为1.494，第二部分为1.485，第三部分为1.442。普劳斯特曾在1799年的《物理学杂志》里说，他得到过1.52的酸，把这个酸再蒸馏，第一部分产品为1.51，第二部分仍为1.51，近乎无色，这部分他本来指望比重要高些的。但是更使他惊讶的是，残余物是无色的，比重为1.47。把这残余物蒸馏，第一部分是1.49，剩下的1.44。在另一例中得到的是1.55的酸。把它再蒸馏，第一部分是1.62，第二部分是1.53，而残余物为1.49。从所有这些事实看来，似乎可以合理地得出这样的结论，即某种强度的酸，而且只有这一种，在蒸馏时不改变其强度，或者说，它具有这样的性质，即蒸馏出来的部分与残余物总是具有相同强度和比重。这个酸的实际强度是我们所希望知道的，因为这样的酸显然标志着酸和水之间亲和力巧妙的调节，或者双方相互饱和的一种类型。通过反复实验，我发现这种酸的比重为1.42。还有一点值得注意的是，这样强度的酸具有最高的沸腾温度，即248°。任何较低强度的酸在蒸馏时，其最弱部分先出来，而较高强度的酸，其情况则相反。举例说，把一部分1.30的酸蒸馏，在接受器中的酸我发现是1.25。又如，把530容量1.43的酸进行蒸馏，则得到173容量1.433的酸，而剩下在甑里的则为354容量的1.427。还有，把1.35的酸沸腾一些时候，它变为1.39，而另外1.48的酸则变为1.46。总之，把任何浓度的酸继续沸腾，不管是弱的还是强的，都使它比重越来越接近1.42，沸点越来越接近248°。

关于在一定比重溶液中实际的酸量，我是这样求出来的。由于何万、克里特、戴维的经验和我自己的基本一致，我得出了结论，熔化的硝石近似地为47.5%纯酸和52.5%草碱所组成。把25份这种硝石溶解在100份水中，我发现在60°时溶液的比重等于1.130，其容量为110.6。把任何给定的硝酸用纯碳酸草碱饱和，并使其比重为1.130，即可求出溶液的容量，这样，我们就有数据来计算该溶液中实际的酸。例如，106格令的1.51硝酸加上248格令的1.482草碱溶液，再加上水得到665格令容量比重为1.130的硝石溶液，该溶液内含有150格令纯硝石。于是106格令这种硝酸含有实际硝酸71.2格令，即67%，这个数值比柯万所得到的要少1.5%。这可能部分地由于在与水混合时产生热，有些酸逃掉了。又如，133格令的1.42酸用草碱饱和，得到672容量的1.130溶液，含有152硝石，于是133格令的1.42酸含实际的酸为72格令，即54%，这与柯万的数值近似地一致。又如，205格令1.35酸被290格令1.48碳酸草碱饱和，稀释到850容量的1.130溶液，其中含有192格令硝石。这就是说，205格令的酸含有91格令实际的酸，占44.4%，这也大致与柯万的一致。再把224格令的1.315酸加上300格令的1.458碳酸草碱，并冲稀到804容量的1.130溶液，其中含有192硝石，即224格令的酸含有86.5实际的酸等于38.6%。这和柯万的估计极其接近。

尽管对柯万的硝酸表接近真实情况感到满意，如果可能的话，我仍然希望能发现在这个问题上影响戴维和伯索累的结论的错误来源。他们两人的结论彼此相差很大，和柯万的也相差很大。

戴维先生在不同溶液中过高地估计了实际的酸量，这从下面例子可以看出。他求出1.504的酸含91.5%。据此，则1.55的酸将差不多是纯的，或者说不含有水了。可是比重1.62的硝酸却曾经得到过，于是我们没有理由说1.55的酸不含有水。为了首先制成不含水的纯硝酸，戴维先生的方法是把弹性流体亚硝气与氧气化合，然后再让酸与一定分量的水化合，这个方法的确是很巧妙的，并且似乎做得极其小心。然而根据我自己的经验，我相信这样得到的结果是靠不住的。不久我将说明其中一些理由。但是在他的结果中最令人惊讶不解的是，47.3份他的酸和52.7份草碱是怎样形成硝石的。他列举两个实验，其一，54格令的1.301酸与草碱在212°时化合成66格令硝石，并在融熔后变为60格令。其二，90格令的1.504酸用草碱饱和后得到173格令干的硝石。在我做过的所有这些类似实验里，我从这些酸总是只得到上面所说的硝石数量的3/4。因此，我得到结论，戴维先生在这两个实验中一定是失之疏忽，而从硝酸与草碱直接制成硝石只能与柯万估计的硝酸强度一致。

伯索累在1807年3月号《物理学杂志》里告诉我们，他用1.2978强度的硝酸来饱和100份草碱，得到170份硝石。他计算出该酸含有32.41%实际的酸，根据这个数值我们可以推断需要有216格令这样强度的酸。据此，硝石将为100草碱+70硝酸，即59%草碱+41%的硝酸。草碱比以往在硝石中检验的要多得多。我们怎能相信在所用的草碱中不含有水呢？如果它含有一些的话，这些水将是在过程中消失了，它的重量是由硝酸所提供，但没有记入硝酸的账上。这是真正的事实，对此我没有怀疑，170份硝石大约由89份草碱和81份硝酸所组成，这个被设想为100份的草碱，我想实际上是89份草碱和11份水，这当然就使酸被低估11份 ^[12] 。为了证明这点，我只是取一些碳酸草碱，已知其中含有89份草碱，举例说，170份干燥的中和过的碳酸盐，或者200份结晶碳酸盐，伯索累曾经正确地测定它们含有89份草碱，加上216份上述的硝酸，我们就将得到170份硝石。这还证明另外一个值得注意的事实，即对一定重量的草碱来说硝酸和碳酸的量是相同的。

我现在将列出硝酸强度的表。对应于每个比重的强度，我是抄柯万的，除第一栏和第二栏，他的表里本来没有，以及最后三个数据，我认为他把酸的量估计过高了。的确，大家公认他表的下面部分是不够正确的。我已经说过他的表最接近于实际情况的原因，但是不容怀疑他的表还可做得更准确些。因此，在比重这一栏内，我只把它写到小数点后两位。酸的容量百分数这一栏对实用化学家将是很方便的。第一栏指出在每种溶液中酸分子与水分子化合或搭配的数目，同前面的测定一致，即一个酸原子定为19.1，一个水原子定为8。最后一栏表示若干溶液的沸点，这些是由实验求出的。对一些希望重复这些实验的人我可以告诉他们怎样做，用一个6或7立方英寸容量的球形玻璃接受器，放入2或3立方英寸的酸，然后塞上一个很松的塞子。接着把它吊在炭火上面。当发现开始有沸腾的迹象时，把塞子去掉，插入一根预先调节到水的沸点温度计。通常可以看到，事前不曾煮沸过的酸，或含有亚硝酸的，一般在212°以下就开始沸腾，但是蒸汽很快就逃掉，温度计上升到一个固定点。温度改变时硝酸在比重方面的变化比任何其他酸都要大，这从第19页可以看到。可是表上印刷有错误，因为对酒精和硝酸来说，数字应该是0.11，而不是0.011。每10°在第三位小数上的改变6，这就是说，如果一种酸在50°是1.516，则在60°时将为1.51。膨胀对我来说是均匀的，不像柯万那样变化不定。

在60°时100份液态硝酸中实际的含酸量

对上表的评论

1.要得到不含水的酸，如表中第一行所示，似乎不是不可能。很可能这样的酸是处于液态，但在通常温度下在它上面有强烈的蒸气，在这方面它很像醚，但可能比醚更容易挥发。加上17%的水就成为第二行所示的酸，这样的酸普劳斯特确实曾制得过。它的挥发性同醚差不多一样。纯硝酸的比重一定小于1.8，因为如果密度不增加的话，一容量这样比重的酸与一容量的水混合形成了两容量1.4酸，其中差不多有一半水 ^[13] 我理解，如果第二行酸与最浓的硫酸混合，徐徐加热蒸馏，可能不含水的酸就会跑出来，至少，用这种方法可以达到把在其他情况下所得到的较淡的酸加以浓缩的目的。接受器的周围应该用冷却混合剂围绕着。把一种1.31酸从硫酸中蒸馏出来，我们到了1.43酸，把1.427酸用同样方法蒸馏得到1.5酸。

2.第二行酸含有2原子酸与1原子水，只有一个人制得过，没有进行过详细研究，除比重和沸点以外，我们没有发现它有什么特殊性质。但是无疑它还有其他特性可用以区别于其他酸的。

3.第三行中的酸含有1原子酸与1原子水，不常得到过，因而对它知道很少。看来这种酸是由熔融硝石与尽可能浓的硫酸（例如通过把普通酸沸腾而得到的浓缩的酸）通过蒸馏而得到。至于酸里的水，我认为是来自硫酸，而不是来自硝石。然而它仍然可以从任何高于1.42的酸经过重复蒸馏而得到。只要有足够分量这种酸，总是把最先蒸馏出来的留下来就行。这个酸究竟有什么特别性质，我还不曾有机会去研究。

4.由1原子酸和2原子水组成的酸具有明显的特性。它实际上是两种元素组成的完全相互饱和的酸。蒸发不会在其组成方面发生变化，它在蒸馏时就像水或任何其他简单液体一样，一点变化也没有。它到248°才沸腾，这比该两种元素任何其他化合物所需温度都高。在高于它的任何强度时，酸就大量地受热挥发，在低于它的任何强度时，水就极其容易蒸发。纯水在212°沸腾，纯酸大概在30°，两者结合起来则产生比它们都重的原子，沸腾所需温度比它们都要高。但是在比例上当任何一个超过饱和所需的分量时，则沸腾温度就向着纯元素自身的沸腾温度逐渐降低。普劳斯特曾注意到，1.48硝酸和锡在一起时所产生的气泡并不比它和砂在一起时所产生的气泡多。可是较低的酸作用却极其激烈，像我们所熟知的那样。这个事实我也发现过，同普劳斯特所说的一样。这将使人设想1.48酸有某种特殊的结构，但我相信硝酸这个特性是属于1.42的酸，而不是属于1.48。的确前者是同锡作用的，但我认为可这样解释，当硝酸与金属作用产生氨时（由一原子氮和一原子氢组成的一种元素），1原子硝酸与1原子水分解了，3原子氧跑到金属方向去，氮和氢结合起来形成1原子氨。如果有1原子酸与2原子水，就能够有1原子水分开，这个水原子当然是同剩下的酸结合，并把它进一步稀释。但是如果有2原子酸与3原子水，则3原子氧拆开后将留下1原子硝酸铵与1原子水，构成了硝酸铵这种盐与一个多余的水原子。在这种情况下，剩下的酸不会被水稀释到低于1∶2。这种酸（大约是1.47）在能够和锡作用而不发生气泡的酸中可能是最低的了。

5.含有1到3原子水的酸还不曾发现有任何特殊的性质。

6.1到4原子水的酸值得注意的地方是，它在所有的浓度中最容易结冰。根据卡文迪许，它在华氏-2°结冰。该酸的强度可从它溶解大理石的能力看出，1000份这种酸能溶解418份大理石。而418份大理石含有228份石灰，这些石灰则需要370或380份硝酸，所以它是和1原子对4原子水的酸，而且仅仅是和这种酸一致。高于或低于这种强度的酸都需要更多的冷却才能结冰。更低的酸，除掉像表上所说的，看来没有什么显著的差别，但是结冰的温度先是降低到某一未确定点，然后又上升。

7.有人认为酸溶液的强度是与酸的百分比数量，或者是和它们的密度成正比例，这种想法对硝酸来说似乎是不正确的。诚然，溶液的酸度或酸味，与碳酸盐发生气泡的能力，以及可能还有一些其他性质差不多都是随数量或强度的增加而加强，但是结冰和沸腾温度，对金属，例如对锡的作用等，则有着连续的波动现象与突然的终止，这些都表示它在某些地方与那些随数量多少而在作用上发生渐变的情况有着很大的差别。

我常常企图制取不含水的，纯弹性状态的硝酸，但都失败了。不过对这些实验作一些报道还是有用处的。为了生成不含亚硝酸与氧硝酸的硝酸，我用了大接受器和大量气体，达几百立方英寸，在接受器中心徐徐把亚硝气释放给氧气，并反过来把氧气释放给亚硝气，氧气与亚硝气的比率仍然是可变的。这些实验是在水面上做的。为了希望尽可能把水除去，我取得一些球形接受器，可盛15到60立方英寸，配好活塞，把它们与空气泵或其他接受器连接起来。先把它充满氧气或普通空气，然后部分抽空，接着在水面上把它们和盛有已知分量亚硝气的接受器连接起来，打开开关。在亚硝气进入球后，把开关关住。要特别注意在实验前把球干燥，防止水分随同空气进入（除掉气体通常所含的蒸气，其量在任何温度下都是容易确定的）。两种气体一经混合，球内立即充满深橘色气体，经久不变。在玻璃内壁上总是看到有露滴出现，无疑是由凝结的酸和水所组成。

这些实验的结果如下：

剩余气体是在放入水中把酸洗去以后测定的。从这些结果来看，显然在这种情况下和一定体积氧气化合的亚硝气的量是非常不稳定的，和在试管中用少量气体做的实验很相似。该有色的气体我认为是亚硝酸或氧化硝酸。硝酸蒸气没有颜色，并和水蒸气一起凝结在容器壁上，但是别的酸立即使液体着色。我把该气态的酸封入压力计内，企图求出它的弹性力和比重，但是从一部分凝结的液体，我发现其比是变化不定的，而且总是变化太大。它大概是大气空气的三倍。戴维先生把1容量氧与2.32容量的亚硝气化合，剩下多余的氧气，并计算出气态产物的比重为2.44，但是很可能估计高了，理由刚才说过。根据类推方法来论证，硝酸气应该同碳酸气具有同样的重量，因为它们的原子一样重，或者大致同氧化亚氮与盐酸一样重。因此在用实验测定以前，我们可以推断，纯硝酸在弹性状态下的比重介于1.5和2之间。亚硝酸大概是2.5，而氧硝酸大约是2或2.55。

我希望通过把硝石加热分解来确定硝酸的组成，并求出氮和氧的比率，但是正如别人已经观察到的那样，该空气在分解的不同阶段有着不同的质量。在一次实验中，我从铁甑中100格令硝石得到大约30格令空气。这是分五部分收集的。第一部分含有70%的氧，与第112页表中硝酸的组成一致。但是以后各部分则逐渐减少，而最后部分则只含有50%的氧。

顺便提一下，市场上硝酸是用双镪水与单镪水的名称出售的。前者的强度意思是后者的两倍。但是我认为双镪水的绝对强度是不一致的，它的比重通常是介乎1.3与1.4之间。

4.氧硝酸 ^[14]

氧硝酸的存在是从第115页第二个实验中氧和亚硝气的化合推断出来的，在这个实验中至少是得到一种酸性产物，比硝酸含有更多的氧。迄今我还没有能够用任何其他方法得到这种酸，因此除掉在很小规模上，我还没有机会研究它的性质。我想，把普通硝酸加上锰的氧化物蒸馏可能得到一种氧化程度更高的酸，但是我得到的却是一种产生氧盐酸烟雾的产物，这无疑是由于在硝酸中本来就含有盐酸，因为煮沸以后，这些烟雾就消失了，余下的只是硝酸。从上述气体得到的酸充其量只有一半氧硝酸，另一半则是硝酸，所以它仍然是一种混合物。

把亚硝气与氧气像上面那样混合在一起从而得到的酸的稀溶液与硝酸溶液具有相似的性质。它具有酸味，能使植物蓝变红，并把碱中和，是否在同碱中和时它把多出的氧分出来，我还不曾测定过。氧硝酸的原子我们设想一定是重26.1。它由1原子氮与3原子氧所组成。该酸在弹性状态下的比重大概是2或2.25。

5.亚硝酸

这个叫做亚硝酸的化合物是把液态硝酸用亚硝气饱和得到。可是这个酸绝不是纯亚硝酸，而只是硝酸与亚硝酸的混合物，这从下面事实可以明显看出，即只要把它煮沸，亚硝酸就被赶出，而留下硝酸。纯亚硝酸似乎可用氧气把水饱和，然后再用亚硝气饱和制得。用这种方法1容量氧气约需3.5容量亚硝气，这就是说，1原子氧需同2原子亚硝气形成1原子亚硝酸。因此该原子的重量为31.2。

通过多次试验，我发现100容量比重为1.30的硝酸在和亚硝气摇动时所吸收该气体的体积大约为硝酸自身体积的20倍。如果酸的强度加倍，或者减半，都不会发生多大差别，气体的量，在一定的比重范围内，差不多是和实际的酸一样的。很淡的酸（如1∶300水）似乎不大有吸收亚硝气的能力，除掉水自身所具有的能力。因此我们所叫的亚硝酸看来只有1/12是这种酸，其余的却是硝酸。

戴维先生得出的结果是，比重为1.50的鲜明黄色的酸差不多含亚硝酸3%，深橘色的为5.5，蓝绿色的为8，后面两个的强度为1.48或1.47。

根据普里斯特利的实验，亚硝酸，或者按照他的叫法，燃素化亚硝蒸气，显然要比硝酸容易蒸发得多，或者更正确地说，它对水具有较小的亲和力，因此产生大量亚硝酸烟雾。从这些酸容易沸腾也可进一步证实这点。我把1.30的硝酸用亚硝气饱和而得到的酸呈深橘色，并强烈地冒烟，这种酸在160°沸腾，而这样强度的硝酸却在236°沸腾。由于同样原因，很淡的亚硝酸就显示出该酸的特殊气味，而同样的淡硝酸却没有气味。当把亚硝酸稀释直至所含的亚硝气体积等于酸的自身体积时，它就开始吸收氧气，但很慢，在用硫化石灰中和它时也一样需要充分摇动。

没有发现纯亚硝酸与碱化合形成干的盐类或亚硝酸盐类，浓溶液似乎是失去亚硝气，然后得到硝酸盐类。

第三节 氧与碳

氧和碳的化合物有两个，都是弹性流体，一种叫碳酸（carbonic acid ），另一种叫氧化碳（carbonic oxide ）。通过最精确的分析，前者所含的氧对一定重量的碳而言，看来正好是后者的两倍。因此，我们推断，一个是二元化合物，而另一个是三元化合物。但是在把它们分类以前，我们一定要知道哪一个是二元的。一个碳原子的重量还不曾研究过。在这两个化合物中，碳酸是最早知道的，其中所含元素的比例则比较广泛地被研究过。它差不多是由28份重量碳与72份氧所组成。现在由于一原子氧的重量已被测定为7，如果假定碳酸是一个二元化合物，我们将得到1个碳原子之重等于2.7，但是如果我们假定它是一个三元化合物，则一个碳原子之重将是5.4。

碳酸的比重比氧化碳大，因此可以设想它是三元的或者更复杂的元素。然而必须承认，这种情况宁可说是一种迹象，还不能说是一种事实的证明。碳元素可能是这样轻，以致两原子碳和一原子氧在一起异乎寻常地比一原子碳与一原子氧在一起来得轻。但是在考虑到某些事实以后我倾向于认为，碳元素并不比氧元素轻多少。油、酒精、醚和木头等都是主要由氢和碳组成的化合物，它们略轻于水，一个氢和氧的化合物。尽管碳在极端分散状态下容易受热升华，但是它不像人们预料的一种很轻的元素那样呈永久弹性流体形式。此外，碳酸是我们所知道的碳的最高氧化程度，而这很少是在少于两个氧原子的情况下发生。碳酸受到电击时分解为氧和氧化碳，但是氧化碳在相同情况下并未发现分解为碳和碳酸，而这是人们所期望于一个三元化合物的。一种最普通的制造氧化碳的方法是用对氧具有亲和力的物质来分解碳酸。我们知道，从具有两个氧原子的物体夺取氧要比只具有一个氧原子的物体容易。根据所有以上这些理由，我们几乎不用怀疑，氧化碳是个二元化合物，而碳酸是个三元化合物。

1.氧化碳 ^[15]

这个气体是由普里斯特利发现的。但是它的显著的特点则由克鲁克香克斯先生在1801年《尼科尔森杂志》中的一篇文章里更详细地予以指出。差不多在相同的时候，在《化学年鉴》上发表了德索默斯和克莱门特的另一篇关于这个问题的文章。这些文章都有很大价值，为它们的作者赢得荣誉。在那以前，氧化碳曾与碳、氢组成的可燃性气体发生混淆。但是克鲁克香克斯和德索默斯明确指出，这个气体在燃烧时只生成碳酸，并且燃烧时所需之氧不多于后来碳酸中所含的一半。因此，他们正确地得出结论，该气体是一个碳与氧的化合物。从那以后，它就以氧化碳的名称为人所知。

氧化碳可由不同方法得到，但多半伴有一种或多种其他气体，有些很不容易分开。因此，当我们想得到纯的氧化碳时，一定要采取某些方法使其中混合的气体能够除掉。下述方法完全能达到这个要求，即把相等重量的清洁而干燥的铁镟和研碎的干燥白垩混合在一起，放入铁甑内，把甑烧红，慢慢增高温度，这时气体将大量放出，可在水面上收集。该气体可能被发现为等量的氧化碳与碳酸的混合物，后者可通过石灰与水的混合物适当摇动而除去，剩下的除掉来自石灰水中2%、3%的普通空气以外就是纯的氧化碳了。这个方法的原理是很清楚的，白垩是由碳酸与石灰组成，碳酸在加热时放出，并立即与红热的铁接触，这时铁对氧有强烈的亲和力，于是碳酸分出一半氧给铁，而剩下的用来氧化碳。但是有一部分酸同它一起逸出而没有发生分解，应用适当的仪器可以把碳酸重复通过铁管或瓷管中烧红的碳而制得该气体。

这种气体可以通过把碳与若干金属氧化物，或与碳酸石灰、重土等混合物加热到红热而得到。但是这种方法的很大危险就是得到一些氧气和碳化氢，它们同氧化碳与碳酸混合在一起。的确，从木头以及从潮湿的碳所得到的气体总是这四种气体的混合物，其比例随着加热程度和持续时间而异。

根据克鲁克香克斯，氧化碳的比重为0.956，根据德索默斯和克莱门特，则为0.924，恐怕他们都估计太低了，我小心地求过两次6份氧化碳与1份普通空气混合物的比重，一次得出0.954，另一次是0.94。我想，0.94可作为接近实际情况的近似值，它正好是以上两位作者的平均值。动物呼吸氧化碳是能致命的；它易燃，燃烧时火焰呈明显的蓝色，没有烟，如果在火焰上放一个玻璃罩，一点也不会出现露珠。这种现象比起其他现象来更能清楚地把它区别于所有含氢的气体，不管是混合的，还是化合的。当把它和氧气，或普通空气在伏打量气管内混合，通以电火花时，即发生爆炸而变为碳酸。爆炸的条件颇值得注意，除非氧化碳至少到达混合物的1/5，它是不会爆炸的，另外，氧气一定要达混合物的1/15。常发生这样的情况，当用普通空气代替氧气时虽发生激烈的爆炸，然而在剩下的气体中仍将发现有氧化碳和氧气，如果氧气纯度是在30%以上，这种现象就不存在了。应该看到，任何时候，当比例接近上述极限时结果就变得捉摸不定，因为这时常会发生局部燃烧。当100容量氧化碳与250容量普通空气混合时（在这种情况下全部可燃气体应该与全部氧气化合），通过一个火花，即发生激烈的爆炸，但是该气体只有2/3燃烧，剩下的气体和相应比例的氧气则留在残余物中。当足够的可燃气体和最小量的氧爆炸时，全部氧气通常都消失掉。

氧化碳与氧盐酸混合在通电时并不发生爆炸，至少我碰到的情况是这样，除非有少量普通空气存在。但是该混合物如果暴露在日光下，很快就会减少。如果光很强，5分钟或10分钟就足够使100格令容量氧化碳与10格令容量氧盐酸转变为碳酸与盐酸。由于季节较晚（10月），我不能确定太阳光是否足够使混合物爆炸。

纯氧化碳是完全不受电的影响的。亨利博士曾做过一次实验，当时我在场。在这次实验中，35容量的氧化碳受到1100次小的电击，体积都没有发生变化，没有碳酸生成，也没有氧气放出。留下的气体能在氧气里燃烧，看来仍然是纯净的氧化碳。

水大约吸收其自身体积1/27的氧化碳。参阅第67页，还参阅《曼彻斯特学会纪要》新系列第1卷第272和436页，将会发现，在关于吸收方面这个气体应该归入哪一类，这个问题曾在不同时期内比其他问题更使我感到困惑。一个原因是，在我较早的实验里，我有时用碳来制取氧化碳，在这种情况下无疑要混有或多或少的氢气，另一个原因是，我没有足够长时间地摇动水，这种气体比我所遇到的任何其他气体都更需要较长时间的摇动。现在我能够使水吸收其自身容积的1/27，或者至少是按照压在上面的气体纯度成正比例的。

碳和氧在氧化碳中的比例通过实验求出如下：

克鲁克香克斯肯定是把氧估低了。我发现氧总是正好等于碳酸的一半，不管是在汞上还是在水面燃烧。德索默斯的实验是在水面上做的，因此关于酸的量不大可靠，它们用的气体显然不纯，它们在上面所给的第一个结果是9个实验的平均值，另外两个则是酸和氧的极端情况，即它们的最高值或最低值（《化学年鉴》第38—39页）。值得注意的是，在他们所得的结果中有一个他们似乎认为是最可靠的，即碳是44份，而氧是56份。根据以前的实验，他们已经求出碳酸是由28.1%和71.9%氧所组成，也就是44份碳与112份氧，对一定数量的碳来说，氧正好是氧化碳中氧的两倍。这个最令人注目的情况他们似乎完全没有注意到。

这个气体的精确组成可以容易地通过和普通空气在水面上爆炸予以确定。把2份气体与5份空气混合，把生成的气体用石灰水洗涤，准确记下剩余气体的量，然后加上少量亚硝气，要足够把氧除去。这样我们就有数据来求生成碳酸的两种气体的量。用这种方法发现10容量的氧化碳与4.5到5容量的氧结合。

于是结论是，氧化碳在其燃烧形成碳酸时所需的氧正好和其组成中原来所含的氧一样多。这和从氧化碳比重求得的结果也是一致的。该气体可认为是半燃烧的炭，它对碳酸的关系同亚硝气对硝酸的关系一样。因此一原子碳酸含有一原子碳（重5.4）和一原子氧（重7），总共为12.4。原子的直径在弹性状态时为1.02，令氢原子的直径为1。或者说，106容量氧化碳与100容量的氢所含原子的数目一样多。 ^[16]

2.碳酸

现在叫做碳酸的气体可能先于任何其他气体被承认为不同于大气的弹性流体。它可以说早被古代人所知，虽然是很不完全的。至上世纪末，差不多所有著名化学家都不时地把注意力转向这个物质，它的性质因而也就越来越清楚了。它有许多种叫法，如窒息瓦斯，固定空气，气态酸，碳质酸及石灰质酸等。

碳酸气可以用炭燃烧制得。但是纯净状态的气体最容易由稀硫酸或别的酸与白垩或其他一些碳酸盐类作用而得到，它可以用瓶在汞的水面上收集，但水要吸收一部分。这种气体能灭火，不适于呼吸，比重约为1.57，所有试验过的都有这样的经验，100立方英寸（1.64升）该气体在水银柱30英寸压力与60°温度下重47至48格令。碳酸经常产生在矿里及深井里，工人们称之为窒息瓦斯，能致许多人于死命。还发现大气里一直有这种气体，约占1/1000。它的存在很容易用石灰水检验出来，差不多立即在石灰水上面形成一层膜。动物的呼吸总是产生这种气体，在人呼出的空气中经常有大约有4%是碳酸，而吸入的大气则损失掉相同数量的氧气。

水吸收碳酸气的体积正好等于水自身的体积，这就是说，在摇动后水中气体的密度与水面上该气体的密度是相同的，气体在水中的弹性并未减小。这样饱和碳酸气的水具有酸的味道及酸的一些其他性质。它还是发酵的产物，使发酵液产生泡沫。但是如果把它们暴露在空气中，碳酸气很快就逃离液面。

这个气体的组成能够用化合和分解两种方法来说明，但前者更方便。拉瓦锡、克劳福德、德索默斯和克莱门特以及后来的艾仑和佩皮斯等，根据碳在氧气中燃烧的实验，对碳酸中元素的量都没有发生过疑问，28份重量炭极其近似地与72份氧化合生成100份碳酸。在这种情况下还有一点值得注意，即碳酸的体积与参加化合的氧的体积是一样的。坦南特曾指出，碳酸可以被分解，在把磷与碳酸石灰加热时，得到磷酸石灰与炭。

碳酸能被电分解为氧化碳和氧。我曾帮助亨利博士做过一个实验，52容量碳酸气在经受750次电击后变成59容量，经洗涤后变为25容量。从这里可以看出，18容量的酸是被分解了，该25容量为16氧化碳与9氧所组成，因为在与亚硝气作用时表明其1/3体积是氧，而其余在用电火花点火时发现差不多全部转变为碳酸。

于是碳酸看来是一个三元化合物，含有一原子碳与两原子氧，而由于它们在化合物内的相对重量为28∶72，我们得到36∶28∷7∶5.4，于是5.4为一个碳原子的重量。一个碳酸原子的重量为氢原子重量的19.4倍。在弹性状态下该酸一个原子的直径差不多正好和氢的相等，因而用1代表。于是一定体积的碳酸气与同体积氢气所含的原子数目一样多。

第四节 氧与硫

氧和硫的两个不同化合物获得普遍的承认已经有一个时期了，但是还存在第三个化合物，其性质在很大程度上还不清楚。根据一般命名原则，第一个化合物表示硫的最低氧化程度，可以叫做亚硫氧化物（sulphurous oxide），或者硫的氧化物（oxide of sulphur），第二个化合物表示硫的较高氧化程度，叫亚硫酸；第三个化合物或已知的最高氧化程度，叫做硫酸。

1.亚硫氧化物

化合状态的硫的氧化物的存在第一次为汤姆森博士所发现。把气态的氧盐酸通过盛有硫华的容器，他得到一种红色液体，称之为硫化盐酸；但是这个化合物更一般地叫做硫的盐酸盐；因为它的形成与在相同条件下铁的盐酸盐的形成很相似。现在，业已证明，氧盐酸是由一原子盐酸与一原子氧结合而成；所以氧的原子把一原子硫氧化，盐酸与氧化物的结合，形成硫的盐酸盐，或者更严格地说，形成硫的氧化物的盐酸盐。汤姆森发现，这个硫的氧化物不容易单独得到；因为当红色液体倒入水中，氧化物自身会分解为硫与硫酸（《尼科尔森杂志》，第6卷，第104页）。

当硫化氢气体与亚硫酸气体在水银面上混合时，比例按6容量硫化氢气体对5容量亚硫酸气体，则这两种气体都失去它们的弹性，并在管壁上形成一种固体沉积物。对这个现象的一般解释是，一种气体的氢与另一种气体的氧结合形成水，而两种气体的硫都沉淀下来。但这种解释是不正确的；如以上所述，水的确是形成，但是该沉积物却为两种固态物质所组成，一种是硫，另一种是亚硫氧化物：它们可以从颜色区分出来；前者是黄的，后者是白中带些蓝色；当把它们投入水中时，前者很快沉下去，后者则在很长时间悬浮在水中，使水呈牛乳状，在过滤以后仍然留在水中。从结果来看，5容量亚硫酸所含的氧为6容量硫化氢中的氢所需的两倍，所以，一半氧应该仍然存在于沉淀中，这是与上面的观察一致的。再者，如果把分别用每种气体饱和的水混合在一起，直至它们完全相互作用，或者直至在摇动以后两种气体的气味都察觉不出，则得到一种乳状液体，可以保存几个星期不发生显著变化或沉淀。它带有苦味和一些酸的味道，和硫与水的混合物大不相同。沸腾时，硫沉淀下来，在澄清液体中发现有硫酸。所以这种溶液呈乳状看来是由于硫的氧化物。

应该注意到，通常药房出的白色硫华并不是硫的氧化物，它们是用硫酸把硫化石灰沉淀而得。它们是由50%硫酸石灰与50%硫组成，与硫酸盐处于某种化合状态；因为通过浸滤不能把这两种物质分开。

当把硫放在表玻璃上点火，然后骤然使其熄灭，放在水面一个架子上，用接受器盖住，硫即升华，在接受器内充满白烟。放置若干分钟或一小时，硫逐渐下沉，在水面上形成一层黄色薄膜。在这个过程中接受器中空气未失去氧气。但是如果在上述情况下放在架上的是燃烧着的硫，它将在燃烧时产生一种美丽的蓝色火焰，发出略带蓝色的白烟，开始时几乎察觉不出，随着燃烧的继续，这些烟不断增多，到快结束时，空气开始不足，白烟便大量产生，充满整个接受器，使架子几乎都看不见。如果把一部分空气通过水，它将仍然保持白色。在一小时左右接受器内空气变澄清，但是在水面上一点也看不到硫。因此，在这种情况下的白烟似乎不是由于升华的硫，而是由于疏的氧化物，它是在没有足够氧气形成亚硫酸时生成的；亚硫酸已知为一种完全透明的弹性流体。至于在这种情况下亚硫氧化物是以这种状态被水吸收，还是逐渐地转变为亚硫酸或硫酸，我还没有能够确定。

当把硫化石灰暴露在空气中数星期，直至变成无色，并且硫不再沉淀，如果在其中加入少量盐酸，则整个变成乳状，并放出亚硫酸；等一些时候以后，硫沉淀下来，亚硫酸消失，在溶液中留下石灰盐酸。这种乳状现象一定是由亚硫氧化物引起的；因为亚硫酸石灰在用同样方式处理时没有发生这种现象。

因此，亚硫氧化物看来是一个硫原子和一个氧原子的化合物；它能够和盐酸化合，说不定还能同别的酸化合；当悬浮在水中时，它使水呈乳状并具有苦味，如果把混合物加热，氧化物即转变为硫与硫酸。根据以后将要提到的一些考虑，一个硫的原子估计重13，一个氧原子重7，于是硫的氧化物是由65%的硫与35%的氧所组成。

2.亚硫酸

把硫在敞开空气加热到一定温度，硫即着火燃烧，火焰呈蓝色，硫与氧化合生成一种为大家所熟悉的有高度窒息性气味的弹性流体；这种流体叫做亚硫酸。它由大量硫在封闭的室中燃烧制得，用于漂白绒布或其他毛织品。但是用这种方法制得的酸在空气中绝不会超过体积4%或5%，用于化学研究是太稀了。纯的亚硫酸可用下法制得：在一曲颈甑内，把一份重量浓硫酸加入两份汞里，用灯加热，即有亚硫酸气体产生，可在汞面上收集。这个实验的原理是，每个汞原子从一个硫酸获得一个氧原子，硫酸原子的剩余部分便构成一个原子亚硫酸，这在以后将会看得很清楚。

亚硫酸不适于呼吸和燃烧：它的比重，根据柏格曼和拉瓦锡，是2.05；根据柯万，是2.24；而根据我自己的试验则为2.3。我把亚硫酸气流先通过与曲颈连接的冷的容器，然后送入盛有普通空气的烧瓶；称其重量，再用水确定亚硫酸气的量；两次实验的结果一致表明，12盎司容量气体比相同数量的普通空气重9格令，而普通空气约重7格令。根据我的经验，水在一般温度下约吸收20倍其自身体积该气体；但是有人说比这多，有人说比这少。当温度较低时，无疑吸收的量较大。因此，水似乎对该气体有一种化学亲和力；但是如果长久暴露在空气中，全部气体都将逃去，除掉一小部分转变为硫酸。

当把饱和亚硫酸的水放入试管，暴露于氧气中，氧就缓慢地被吸收，生成硫酸。在12天里，被水吸收的150容量的酸用掉35容量氧，留下剩余的氧和亚硫酸。把亚硫酸气和氧气混合并在汞上通电1小时，即有硫酸生成；但是我发现，酸的元素比例不能用这种方法来确定；因为汞被氧化，结果很容易与两种酸形成化合物。当两种气体通过红热的瓷管时，它们也会化合。亚硫酸据说在红热时能被氢气和炭所分解；硫沉积下来，形成水与碳酸，按照情况要求，当一容量氧盐酸在汞中加到一容量亚硫酸气里，亚硫酸即转变为硫酸；但由于氧盐酸气迅速与汞作用，不能得到准确的结果。

亚硫酸只能氧化少数金属，但它具有酸的一般性质，能与碱类、土类和金属氧化物化合，和它们形成盐类，称为亚硫酸盐。

现在剩下来的是研究在亚硫酸中元素的数目和重量。我在各种不同情况下做过大量关于硫在大气中燃烧的实验；但是我特别信赖的那些实验是在含有400立方英寸的接受器里做的；这个接受器顶部是敞开的，有一个黄铜帽，通过它可以把一个空球胆接到接受器上，用来接受膨胀的空气；准备一个小的架子，把表玻璃放在上面，放上已知重量的硫华；把整个放在集气槽的架上，当硫一用火点着，立即把接受器罩在上面，接受器边缘浸入水中；这时燃烧继续，直至蓝色火焰熄灭；在接近终点时，有大量白烟升起，充满接受器。然后把小的管形瓶充满水，倒转过来，小心地推入接受器，吸取一部分供试验；这时把接受器拿开，查明硫的损耗。在管形瓶中的剩余气体在伏打量气管里和氢气一起点燃。硫的损耗平均为7格令，在残余气体中氧平均为16%或略多；所以，消耗掉氧的重量为5至6格令。因此可以说，7格令硫与5.5格令氧化合；但是由于白烟的被氧化程度低于亚硫酸，非常可能硫需要大约其自身重量的氧形成亚硫酸。为了证实这点，我们可以看到，在气体燃烧中体积没有发生实质性的变化，这种情况在类似的炭的燃烧中也注意到。因此，亚硫酸的比重应该是接近于氧的重量的两倍，如以上所述。现在，由于假定亚硫酸为1原子硫和1原子氧组成是违背所有类推的原则的，我们必须设想它是由1原子硫和2原子氧所组成；因此，一个硫原子之重将为氢的14倍。

亚硫酸结构的另一个和更严格的证明，我们是从伏打量气管中硫化氢的燃烧得到的。这个化合物，我们将要指出，正好含有其自身体积的氢，其余是硫：从比重看出，它们的相对重量一定是近似地1∶14；现在，当硫化氢与充分的氧在汞面上爆炸时，它将整个转变为水与亚硫酸；业已知道，2容量该可燃气体与3容量氧化合；但2容量氢需要1容量氧；所以，硫与另外2容量的氧化合；这就是说，硫的原子需要2原子氧同它化合，而氢的原子需要1原子氧；这同上面为亚硫酸所推断的结构是一致的。

在亚硫酸中硫和氧的比例有着各种各样的说法，大多数与事实相差很大。我们有个记载是85份硫和15份氧。汤姆森博士在《尼科尔森杂志》第6卷第97页上给出的是68份硫和32份氧；但是在他的《化学》第3版附录中，他把这些数字改正为53份硫与47份氧。德索默斯和克莱门特说是59份硫和41份氧（同上，第17卷第42页）。按照前面结论，如果硫的原子被认为是14，则硫对氧的比例将为50份硫对50份氧，即相等重量；但是如果硫被指定为13，则亚硫酸将含有48%的硫与52%的氧，这些数值我认为是最接近事实的：亚硫酸弹性原子的直径比氢的弹性原子直径略小，这从下面情况可以看出，即5容量该气体饱和6容量硫化氢，而硫化氢所含原子数与同容量的氢所含的原子数是一样的。由于这种缘故，亚硫酸原子的直径可指定为0.95，在一给定体积中，原子数目与相同体积中氢原子数目之比将为6∶5，或120∶100。

3.硫酸

商业用硫酸在这个国家通常叫做矾油，是一种有腻滑感的透明液体，比重1.84，有很强的腐蚀性；它强烈地同动物性与植物性物质作用，破坏它们的组织，通常把它们转变为黑色。这个酸过去是从绿矾（铁的硫酸盐）通过蒸馏制得的；所以叫做矾酸。现在一般是通过燃烧硫，在铅室中与一部分硝石（从硫的重量1/8至1/20）混合制得；铅室底部覆盖着水，硫酸生成后，便滴落到水中；当这种水含有足够的酸时，便把它放出来，进行蒸发，直至所含的酸达到较高浓度；蒸发时是把酸放在玻璃蒸馏器里，置于沙浴中；酸的较弱部分蒸馏出来进入接受器，其余部分在条件许可下尽可能予以浓缩。再把接受器里的酸蒸浓，像前面一样处理之。

有些作者倾向于认为，硫酸生成的理论是很清楚的；他们说，硝石提供一部分氧给硫，其余的氧由大气供应。不幸的是，这种解释不能令人满意，硝石，即使它全部是氧，也不会提供多于所需之氧的1/10，但是硝石实际上只含有35%的氧；因此，即使全部氧都放出来，它所提供的氧也不会比硫所需要的1/30多多少；何况从草碱中释放出来的氧还不会超过这个微小数量的1/2或1/3；因为盐从硝酸盐变为硫酸，保留着大部分所含的氧，或者又从某种来源获得氧，有些消息灵通的制造商意识到上面解释的谬误，他们曾试图减少硝石（这对他们是一种昂贵的物品），或者把它完全摒弃；但是他们发现若干分量的硝石是必不可少的；因为如果没有它，他们只能得到亚硫酸，它是大部分不能凝结的，不是他们所需要的酸。在一个很长时期硝石所起的作用成为一个谜。最后两位法国化学家德索默斯和克莱门特解决了这个困难，这在1806年的《化学年鉴》，或《尼科尔森杂志》第17卷中一篇出色的论文里可以看到。这些作者指出，在燃烧硫与硝石的通常的混合物时，先生成亚硫酸，并释放出亚硝酸或亚硝气，这一部分是由于加热，一部分可能是由于亚硫酸的作用；亚硝气或亚硝酸成为氧化亚硫酸的媒介物，它把大气中的氧传递给它，接着使它们化合，生成硫酸。亚硝气质点于是再与另一个氧结合，把它传递给另一个亚硫酸原子；这样一直进行下去直至整个被氧化为止。因此亚硝酸的作用就像酵素一样，没有它硫酸就制不成。

这个硫酸生成的理论具有如此给人深刻印象的观点，简直不需要用实验来证明它。可是它还是很容易用一个直接而巧妙的实验来证明的。把100容量亚硫酸放入水银上一个干燥管内，加上60容量氧；然后把10或20容量亚硝气加到混合气体里；几秒钟后，管的内壁覆盖上一层晶态物质，像白霜一样，混合物减至原来体积的1/3或1/4。如果现在加入一滴水，晶态物质即迅速溶解，并在水进入时，发出闪光，这时气体完全丧失掉它们的弹性，除掉剩下少量氮气和亚硝气。如果接着用水把管清洗，水将具有强烈的酸味，但是没有亚硫酸气味。显然，在这个过程中亚硝气与氧结合，并把它运送给亚硫酸，后者在接受氧后变为硫酸。此外，当水不存在时，看来还能形成固态硫酸；它是完全不含水的硫酸的自然状态。必须看到，当气体混合时，如果其中存在一些水的话，水在亚硝酸一形成就会把它抓住，因而阻止它氧化亚硫酸；另一方面，为了把新生成的硫酸取出，便于剩下的亚硫酸氧化，水的存在到后来似乎是必要的。把100容量亚硫酸饱和似乎需要大约50容量氧，但是这很难精密地确定，因为亚硝气会吸收多余的氧，开始同汞反应。

现在，业已指出，亚硫酸约含有其自身体积的氧，并为1原子硫和2原子氧所构成；从以上所述看来，再有一半这么多的氧，即1个原子，就可使它转变为硫酸：所以硫酸原子为1原子硫与3原子氧所构成；如果把硫原子的重量估计为13，3原子氧为21，则整个复合原子的重量将为氢原子重量的34倍；这就是说，纯硫酸含有38%硫和62%氧。

在1806年，通过所有硫酸盐类的仔细比较，这些盐类的比例是我们所熟知的，我推断出硫酸原子的重量为34；现在看来，用合成方法，或不管硫酸的化合物，也可得到硫酸的重量；这些推断的完全一致性使我们不用怀疑，该重量是很接近于实际情况，并证实刚才所述的硫酸原子的组分。

几乎没有一个化合物像硫酸一样，其比例在被各个实验者测定时得出如此不同的结果。下表将充分证明这种说法。

切尼维克斯的结果将会是44硫+56氧，如果他采用33为硫酸重土中酸的百分数，这个百分数现在一般是为人们所承认的。他和后来的实验者所用的方法是从一定重量的硫中将硝酸蒸馏，直至全部或某一定部分经过测定的硫转变为硫酸；然后用重土把酸饱和，确定盐的重量。

尽管上面所述的硫酸生成理论非常有说服力，我还是渴望硫酸的大规模制造，通过波尔顿附近达西利弗的沃特金斯先生（Mr.Watkins）的慷慨邀请，新近我获得一次机会高兴地参观了那个地方附近他的制酸厂，厂的规模很大，运转良好。当把铅室的小门打开，就有红色烟雾逸出，根据颜色和气味，无疑这些烟雾是亚硝酸，几乎没有亚硫酸气味。从亚硝酸烟雾来看，人们可能会设想铅室里也是充满亚硝气。我特别渴望知道铅室内部的空气组成，感谢沃特金斯先生，他送给我几个管形瓶，里面盛有从铅室里取出的空气。经过检验，该空气发现含有16%氧和84%氮。没有亚硫酸气味，亚硝酸很少，它在通过水时已经冷凝下来了。事实上，亚硝酸烟雾在整个空气体积中可能决不会超过1%；氧也不会减少到16%以下多少，否则燃烧会立即停止。铅室内部顶上据说不断有水滴滴下；这些水滴集拢以后，发现其比重为1.6；没有亚硫酸气味，但略微有些亚硝酸气味。

在硫酸生产的管理方面很难提出什么合理的变革。亚硝酸是必须存在的；但是是把硝石放在燃烧着的硫上面来制造亚硝酸呢，还是通过直接蒸馏把亚硝酸蒸汽送上，哪个方法最好，可能还是值得研究的。亚硝酸的损耗是不可避免的，部分是由于在通风时逃到空气中，部分是由于在铅室底部冷凝在含水的酸里；因此，必须经常补充供给；但是如果超过一定数量，不仅增加费用，还对硫酸某些应用有害。很可能，铅室某种图样在长度、宽度和高度的比例上一定会比别的更合适些；这或者只能凭经验决定。由于水极容易吸收亚硝酸，高的铅室，燃烧在离开水一段距离进行，一定是对节约硝石有利的。

硫酸对水有强烈的吸引作用；它甚至能从大气中强烈地吸收水蒸气，因此在化学方面常用于所谓干燥空气。当与水混合时，硫酸产生大量热，这在这部书的第一部分就已经陈述过了。

当硫酸与硫一起沸腾时，据说有亚硫酸生成：我没有发现这些情况。但是炭和磷在加热时能分解硫酸；产物是碳酸、磷酸和亚硫酸。

硫酸一般能与碱类和土类化合，和它们形成盐类，叫做硫酸盐。在与金属作用时，根据酸的浓度不同，反应也不一样；当用5或6倍体积的水稀释时，它激烈地与铁和锌反应，生成大量氢气，这是由水分解得到的，水的氧与金属结合，酸本身也和它连接在一起，因而形成硫酸盐。当酸浓时，它对金属的作用就不激烈；但是通过热的帮助，它能把大多数金属氧化，放出亚硫酸。

由于硫酸的浓度有各种各样，知道它的精确强度，或者说，在任何样品中，知道有多少水同纯酸结合，无论是对它的制造者，还是对大量使用硫酸的人，如颜料制造商和漂白剂制造商都是件重要的事情。这个问题柯万在若干年以前就特别注意到，他为我们提供一张强酸强度表，里面有大多数密度的硫酸。要做成准确的表有两件事是必要的，一是确定在一定比重的某个样品中纯酸的准确数量，二是仔细观察在用一定数量的水把它稀释时对比重所产生的影响。柯万先生在前者是很成功的，但在后者却特别不幸。近十年来他这张表的错误似乎每个人都知道，除掉化学著作的编辑们。下表列出这几年来我自己关于这个酸的一些结果。

在100份液体硫酸中酸的实际含量表（温度60°）

对于上表的评论

1.81%的酸是由1原子酸和1原子水组成。它是通过把液体酸煮沸所能得到的最强的酸；因为在这种强度下酸和水一起蒸馏出来，同1.42比重的硝酸，或1.094的盐酸一样。普通商业硫酸虽然近似地具有最大密度，但不应该认为它具有最大强度。事实是，在近乎最大强度的酸中加入或取出少量水，其比重是变化很小的。柯万的主要错误就在这里。81和80强度的酸其比重的差别不大于小数点后第三位的1；然而根据它的表，其差别要比这大14倍。我曾有机会在各种样品中检验过从75%变化到80%的商业硫酸，或者在数值上的变化7%。这种变化只是在小数点后面第二个数字改变一个单位；而按照柯万的表，改变却是它的7倍。在70%以上的酸中比重不应该作为强度的标准；而用它们沸腾的温度作为标准要好得多，因为酸的强度相差百分之一沸点相差的度数为12°至15°。或者通过测定一定要加多少水才能把酸降低至某种已知强度，例如比重为1.78冰硫酸的强度，从而求出酸的强度。

2.在上表最令人惊奇的是由1原子对2原子水组成的酸；这种酸具有奇异的性质，即它在32°或32°以上的温度下冻结，并且在46°以下任何温度一直保持冻结；它的比重为1.78，如凯尔（Keir）所求出的（1787年《哲学学报》），根据理论和实验两方面，它都是含有68%纯酸；根据理论它是这样确定的：一原子硫酸重34，二原子水重16，总共为50；因此，50∶34∷100∶68。用实验方法它是这样求出的：用碳酸草碱把100格令容量的冰硫酸饱和得到硫酸草碱；在加热到适当的红热程度以后约重270格令，根据柯万和温策尔的分析，其中121格令为酸，149格令为碱。如果该液体酸的比重较大或较小，甚至多含或少含1%的纯酸，它就不能在32°以上温度结冰，但可以在32°稍下的温度。如果液体酸比冰硫酸多含或少含3%，它在没有雪与盐混合物的冷却下是不结冰的；经凯尔先生测定，如果液体酸偏离冰硫酸超过3%，用雪和盐混合物冷却也不够。我发现该冰冻酸的比重近似地为1.88。似乎有可能直至上面的1加1酸和下面的1加3酸，两侧冻结的困难程度都是增加的。

3.在30%以下的酸可用比重栏内小数点后第一和第二个数字来估计它们的强度，不会发生实质性的错误；15%强度的酸比重为1.15，等等。

第五节 氧与磷

氧与磷的化合物到现在只知道有两个：它们都有酸的特征，一个叫亚磷酸，另一个叫做磷酸。前者虽然认为是酸，却很可能仍处于氧化的最低程度。因而也可称它为氧化亚磷（phosphorous oxide），氧化磷（phosphoric oxide），或者，仿照金属，称之为磷的氧化物（oxide of phosphorus）都可以。不过，我们仍采用普通的名称。

1.亚磷酸

磷在大气中暴露若干天后，就慢慢地获得了氧气，转变为一种酸液。方法如下：将小片的磷放在玻璃的斜面上，让液体一形成就滴到小玻璃瓶内。这液体称为亚磷酸，有黏性，味道是酸的，能任意用水稀释。它对试纸具有普通酸的效应。加热时，水分先蒸发出来，其后就是磷化氢气，最后容器中留下磷酸。从这种现象看来好像是，热使一部分亚磷酸中的氧转移到另一部分，从而使后者转变为磷酸，而前者的磷则被释放出来。但是释放出来的磷在这样温度下能与水作用，其一部分夺取了氧形成更多的亚磷酸，另一部分则得到氢形成磷化氢。这样一直进行到全部的磷都变为磷酸以及磷化氢为止。在这种情况下，很可能磷分为两部分，即2/3与氧化合，1/3与氢化合。但这没有被直接实验所证实。

亚磷酸与几种金属作用，通过分解水来把它们氧化，同时放出磷化氢，生成的金属盐被认为是磷酸盐，多余的磷为氢所带走。亚磷酸与碱类、土类以及金属氧化物化合，并与它们形成一类叫做亚磷酸盐的盐类。

在亚磷酸内加上硝酸，加热，硝酸就分解，其中一半氧与亚磷酸化合，把它转变为磷酸，剩下的硝酸则以亚硝气形式逸出。

组成亚磷酸的两个元素的比例迄今还没有确定。从有关磷酸的实验和资料，我倾向于相信，亚磷酸为1原子磷（约重9）和1原子氧（约重7）所组成，化合物重16。可是如果情况是这样，为什么没有其他元素在其与一个氧原子化合时显示酸性呢，这似乎是很奇怪的。不过应该看到，氧化磷是液态，并容易分解为磷与亚磷酸，这些情况则是其他氧化物所没有的。实际上，亚磷酸可认为是把磷保持在溶液中的磷酸，而不认为是另外一种酸。

2.磷酸

虽然一些磷酸和土类及碱类的化合物极其普通，但任何足够数量的纯净磷酸却很少得到，需要用一种冗长而昂贵的方法。有三种方法可以制得磷酸：1.如果把少量的磷，5到20格令，在水面上燃烧，并立即用大的玻璃钟罩盖住，这时磷极其光亮地燃烧，容器内很快就充满白烟。很短时间后，燃烧停止，接着白烟渐渐下降，或附在玻璃壁上呈雾状，这些白烟就是纯净的磷酸。2.如果把一小片磷放入盛有热硝酸的小瓶内，立即强烈发生气泡，有亚硝气逸出，磷逐渐消失变为磷酸，和剩下的硝酸混在一起。然后在该液体内再投入一小片磷，一直这样继续下去，直至硝酸几乎全部分解为止。把余下的液体慢慢增高温度，把硝酸完全赶掉，剩下来的是含有磷酸和水的液体。把温度增高到适当的红热程度，水被赶去，留下的是液态磷酸，冷却后呈玻璃状。3.如果像上面所述的那样，把磷缓地燃烧来制备亚磷酸，然后在溶液内加入一些硝酸，加热，则硝酸把它的一部分氧给亚磷酸，亚硝气逸出。剩下的液体加热后即为纯磷酸。

在这三种方法中，如果目的在于求酸中元素之比，则可采用第一种方法。但如果目的在于获得一定数量磷酸作为研究之用，则可采用第二或第三种方法。而在这些方法中从经济观点来看，则第三种是可取的，因为它只需要一半硝酸。根据计算，我发现用第二种方法20格令磷将需要200格令1.35的硝酸，而如果用第三种方法只需要100格令硝酸，但是一定要加少量过量的硝酸以弥补蒸发等损失。

玻璃状的磷酸暴露在空气中会发生潮解，变为油状，能被任何分量的水所稀释。这个酸不像其他一些酸腐蚀性那样强。但是它有酸的其他一些性质，如具有酸味，能使植物中提取的蓝色物质变红色，并与碱类、土类和金属氧化物形成磷酸盐等。它能把一些金属氧化，其方式和硫酸一样，把水分解，使水中的氧与金属化合，而氢则呈气态逸出。炭在红热时能分解磷酸与亚磷酸，从过磷酸石灰制取磷就是用这种方法。

关于磷酸的强度与其溶液比重的关系还不曾准确地测定过。我做过的一些实验使我相信下表差不多是正确的。

在100份液体磷酸中实际酸量表

拉瓦锡测定磷酸中磷与氧的相对重量约为40∶60。这是通过把磷在氧气中燃烧而得到的。这个重要事实后来曾为另外一些人的实验所证实。我把磷在大气中燃烧所得结果与此相近。在一含有400立方英寸空气的玻璃钟罩内，重复地把5格令磷在水面上燃烧，开始时烧得很旺，但接近末尾时就变得无力，在钟罩内留下潮湿的剩下的磷，通常约1格令。在钟罩上装一个柔软的球胆以容纳变稀薄的气体，不让它逃逸。最先空气中含有20.5%的氧，但在燃烧后，它只含有16%或16.5%，此时温度约40°。通过计算，4格令磷可认为同6格令氧化合。的确，数据上氧的比例可能会低一些，但这可能是由于在接近燃烧结束时有些亚磷酸生成。

关于磷酸原子的组成只可能有两种观点，不是认为含有1原子磷与2原子氧，就是认为含有1原子磷与3原子氧。根据前一种观点，磷原子应该重9，而磷酸原子重23。根据后一种观点，磷原子应该重14，而磷酸原子重35。我们本来可利用磷酸盐来测定该酸的重量，但是这些盐类还没有被足够精确地分析过。碰巧，另一种磷的化合物对我们这个目的很有帮助，这就是磷化氢。由于这个气体的性质将在适当场合进行讨论，我们这里只想指出，该气体是一个磷和氢的化合物。它含有的氢正好等于自身的体积，其比重约为氢的10倍。在伏打量气管内和氧气一起燃烧时，它转变为水与磷酸，完全燃烧需要150%体积的氧。但是，尽管这样，它在与100容量氧气燃烧时就失去其弹性。这些事实无疑地说明磷原子重9，磷酸原子重23，是1原子磷与2原子氧的化合物。亚磷酸的原子是1原子磷与1原子氧的化合物，重16，而当等体积的磷化氢和氧在一起爆炸时，形成了磷酸和水。

第六节 氢与氮

氢与氮的化合物只发现过一种，长期以来它作为一个重要元素为化学家所知。根据它所呈的状态，或者是看它从哪种得来而有着不同的名称，如挥发碱，鹿角精，硇砂精等。但是现在作者们称之为氨。我们现在就来阐述它的本质和特性。

氨

为了制取氨，可将1盎司粉末状硇砂与2盎司石灰水化物（干燥的消石灰）充分混合，放进瓶内，用灯或蜡烛加热，这时气体就跑出来。这就是氨气，即纯净状态的氨。气体一定要在汞面上收集在瓶里。

该气体不宜于呼吸，也不能助燃。它有一种非常刺激的气味，但是在用普通空气稀释后，就成为一种有益的为人们所熟悉的防止昏厥的兴奋剂。许多作者所求出的这个气体的比重差不多都是一样，这点特别值得注意，因为做这实验有很多困难，而这些困难在许多其他情况下是不会发生的。根据戴维，100立方英寸该气体得18格令；根据柯万，重18.2格令；艾伦和佩皮斯，18.7；拜奥特，19.6。这些数据的平均值，18.6格令可认为是在60°温度和30英寸水银压力时的近似值。因此，如果把大气的重量作为1，该气体的比重则为0.6。

氨气在进入水中时几乎同水蒸气一样迅速地凝结起来。在这方面它和氟酸、盐酸等气体一样。水和氨的化合物形成了以硇砂精名称出售的普通液态氨，这是最经常使用的氨的形式。在给定的氨水溶液中确定气态的或实际的氨的数量极其重要。这个问题在很大程度上受到忽视。大约10年以前，戴维先生为确定不同比重的水溶液中的氨量作过很好的尝试，结果被列成表，可认为是极好的第一近似。但遗憾的是，这样重要的研究一直没有受到注意。我在这方面也做过一些试验，其结果无疑是可以接受的。

把一个能盛1400格令水的小瓶部分地充以水银，再加上200格令水，倒立在汞上，把6000格令容量的氨气转移到里面。液体比重没有明显减少。需要用24.5%格令容量的1.155盐酸来使水饱和。用低于沸水的温度把它蒸发，得到12格令干燥的盐酸氨。现在假定1400容量的气体重1格令，则盐内将含有盐酸5.7格令，氨4.3格令，水2格令。然而这个实验方法我发现不大可靠。因为汞虽然在炉子中在240°温度下刚干燥过，但是氨气在从一个有刻度的管子转移到另一个时难免有10%或15%的损失。于是，我有理由得出结论说，在上面所述的盐中氨是估计过高了。为了避免这种错误，我采用了普里斯特利博士第一次用过的方法，把盐酸气送入刻度管中的碱里。但是这里仍然有一个缺点，因为盐酸气在转移以前要过量，与碱性气体一样，它同样会被水所吸收。可是，同普里斯特利以前所做的一样，我发现等容量的两种气体极其近似地相互饱和。因为当一容量酸气放进一容量碱气中时，只剩下少量残余的碱气，而当碱转移到酸中时，只剩下少量残余的酸气。前面曾得出结论说（第104页），盐酸气的比重为1.61，我可以采用1.61∶0.6作为盐酸氨中酸与碱的比率，并从把氨饱和所需盐酸溶液的量推断出在给定溶液中氨的分量和体积。但是有一个重要事实与此相违背。盐酸的原子我知道是重22，而1.61∶0.6差不多是22∶8.2，于是一个氨原子之重一定是8.2或4.1，而这和以前关于氮和氢的测定是不一致的。在《阿格伊专题报告》第2卷中，我们看到，拜奥特和盖·吕萨克求出的盐酸气的比重低到1.278，并且从戴维先生的谈话中，知道他所求出的该气体的比重也比我前面推断的低得多，于是我被引导去重做称量这个气体的实验，尽量小心不要让液体进入。我用浓硫酸与食盐作用得到盐酸气，把它通过中间容器送进一个盛有普通空气的干燥烧瓶，塞子塞得很松，直至3/4空气被赶掉，像后来所看到的那样。玻璃内壁的表面上略呈不透明状。烧瓶的重量增加了1.1格令。然后把塞子去掉，并把瓶口浸入水中，这时3/4的烧瓶体积很快就为水所占据。其他试验也得到同样的结果。烧瓶可容纳6格令普通空气。从这里我得出盐酸气的比重为1.23，并认为这与实际情况相比是只多不少。于是等体积盐酸气与氨气的重量将为1.23∶0.6，或近似地为22∶11。而如果我们假定，11容量的酸气足够满足12容量碱气的需要（这从实验来看不是不可能的），那么在盐酸氨的组成内将有22份酸与12份氨（不包括水），这就使理论与实验一致了。根据这个观点，盐酸氨一定是由1原子盐酸和2原子氨所组成，每个氨原子为1原子氮与1原子氢的化合物。可是，我认为有可能22份实际的盐酸，38份硝酸，与34份硫酸，与以前各自的表中所确定的那样，将分别饱和等量的任何氨溶液，于是它们可以用来检验不同溶液中氨的实际含量。而如果以上22∶12的比率是不正确的，它也不会错到哪里去。误差将都是一样的，在氨溶液的任何一个表上都是这许多百分数。我使用的检定酸（test acid）是在100令容量中含有一半上述的酸量。即100格令容量比重为1.074的盐酸含有11格令实际的酸，100容量1.141硝酸含有19格令，而100容量1.135硫酸含有17格令。既然100容量比重为0.97的氨溶液正好足够饱和这些酸，于是我采用该溶液作为检验用的氨，并得出结论，在100格令容量中含有6格令实际的氨。

于是，我们将会看到下面所列的表的精确性将依赖于以下各点：即100容量的1.074盐酸是否真正含有11格令酸；盐酸气与氨气的比重是否真正是1.23∶0.6，或者按这个比率；11容量的酸气是否饱和12容量的氨气。我相信这些项目中任何一项的误差都是很小的，可能它们会相互纠正一部分。

我仿照戴维先生的做法，发现当一容量水与一容量氨溶液放在一起时，它们共占二容量，看不出显著的缩小。因此，一容量任一比重（例如0.90）的氨溶液中所含氨量如果被测定，则在一容量（0.95）氨溶液中所含氨量将正好是它的一半。所以容量的表是很容易构成的，而重量的表也不需要太多计算就可得出。

在不同比重溶液中实际的或气态的氨量表

关于上表，可以提一下，我不曾有过大量低于0.94的氨溶液来通过实验求得它们的比重，从26%到12%的几种溶液我只有10或29格令少量。我没有理由怀疑，在比重一直到12%所遵守的下降的规律，在越过个数值再往下时，就会发生什么重大的偏差。不管怎样，直至0.85这偏差都不可能太大，而且这并不太重要，因为这样强度的溶液从未大规模得到过。第二栏表示在100容量溶液中氨的格令数，比起第三栏所表示的100格令溶液中的重量在实际应用中更方便些。第四栏指出几种溶液沸腾的温度，这将被发现是非常有趣的。大家知道，液体的沸腾是在其蒸气压与大气压力具有相同的力时发生的。在直至12%的溶液中，实验是这样进行的：把一个温度计插入盛有溶液的小瓶中，并把该瓶浸入热水内直至液体沸腾。但是在较浓的溶液中，则是取小部分，如20格令，放到盛有水银的玻管的上部，然后把玻管放入盛有水银的小瓶中，整个浸入温水，然后确定温度，玻管内的汞必须与瓶内的汞处于同一水平面。第五栏是从第二栏算来的，假定氨气的比重等于0.6。

可以看到，上表中从15%到20%的各种溶液所列出的氨的量少于戴维先生表中所列出的。还可看到，商店中一般氨的溶液通常含有6%到12%的氨。

在我们估计表的第四与第五栏数值以前，我们一定要确定在不同温度下氨溶液蒸气的力。如果它在一种情况下求到，我们就可以用类推法推出在其他情况下的结果。由于水蒸气的力对温度的相等增额是成几何级数变化的，可能会指望液态氨的蒸气也是这样。但是由于该液体是一个化合物，水蒸气力的简单定律在这里不适用。可是从以下的结果来看，它们是与这个定律很接近的。在一虹吸气压计内我加入一些0.946液态氨，通过摇动等方法把它转移到汞面上真空，把该真空装置逐次地浸入不同温度的水内，观察到气体的力如下：

看来好像是，把氨蒸气的力增加一倍所需的温度的差数是随上升而增加的。这种蒸气或气体在其和普通空气混合时不会影响其弹性，就像其他蒸气所表现的一样。这点我是不怀疑的。我并且用实验来确证这个事实，我把一定体积的空气和15英寸力的水蒸气混合，发现空气的容积增加了一倍。

这些事实很稀奇而且重要。它们表示氨在没有外力的情况下不能保留在水中，并且除掉氨气自身以外，其他弹性流体的压力是没有用处的。于是这就证实了我所极力坚持的普遍规律的真实性，即没有一种弹性流体能在另一种弹性流体的通路上构成障碍。

我们现在可以察看水用氨饱和是取决于哪些因素的。因素有两个：液体的温度以及液体上面的氨气压力，不包括与它混在一起的空气。举例说，如果温度定为50℃（旧标度），则在大气压力下可能的最浓溶液将是在100容量中含有26格令氨，或419倍溶液体积的气体，其比重为0.87。但是如果在用气体把水饱和时有普通空气存在，并构成液面上气体的7/8，则溶液就不会浓于0.946，这时100容量该溶液将含有11格令的氨，或162倍溶液体积的气体。我曾经制得过26%氨的饱和溶液，液面上气体中普通空气占1/12。在同样温度下另一种含有17%氨的饱和溶液，在液面上气体中普通空气占1/4。

关于氨的组成，普里斯特利、谢勒和伯格曼指出，它被分解为两种元素。伯索累第一次决定了元素的比例并从一定体积的氨气中决定每种元素的量。后来在科学知识发展的情况下他的实验被重复做过，几乎没有修改他的结果，这的确是他的光荣。普里斯特利用电把1容量氨气分解成为3容量不再被水吸收的气体，但是他的氨没有先干燥过。伯索累用同样方法把17容量分解为33，这个结果从那以后曾被许多作者所证实。他还发现，这样生成的气体是121份重量的氮与29份氢，或4.2份氮与1份氢的混合物。

1800年，戴维先生发表了他的研究，其中有几个关于氨的有趣的结果。他把氨通过红热的瓷管进行分解，在普通空气被排除以后，收集到的气体内是不含有氧的。在140容量该气体内加上120容量氧气，通电使混合物爆炸，有110容量气体剩下来，无疑150容量气体是转化为水了，其中100容量一定是氢。因此，从分解氨得到的140容量气体中含有100容量氢与40容量氮，或者说含71.4的氢100容量与28.6容量氮。这个结果与伯索累的测定极其接近。这两个人的测定被公正地提出作为近代化学分析精确性的典范。

1808年，戴维先生发表了他的值得赞扬的有关固定碱分解的发现。由于这些固定碱都证实含有氧，他用类推法设想在氨中也含有氧。曾做过几个实验，似乎都支持这个观点。但是只要承认用电分解氨时未发现氧气，而且氮与氢的总共重量等于被分解的氨的重量，戴维这些实验就不能看作最后的结论。戴维先生重新考察了氨气的比重，一定体积的氨在分解时产生气体的量，以及氮气与氢气在气体中的比率。其结果是所得气体只有氨重的10/11，剩下的1/11戴维先生认为一定是氧，后者与氢化合形成一部分水。省下这1/11的方法主要是减少由一定体积氨所得气体的绝对量，但在一定程度上则是求出的氮比过去所估计的少，而氢比过去估计的多。因而100容量氨气只产生180容量的混合气体，虽然通常估计为200，而该混合气体被发现由26份氮与76份氢所组成。

这些结论与长期来所采用的，差异是如此之大，而且所依靠的实验还有些不牢靠，不经过更全面的审查，是不大会被人们接受的。亨利博士在英国和A.B.伯索累在法国似乎都极其小心地重新研究过氨的组成。亨利博士的目的是确定氧，水，或其他含氧化合物是否能在氨的分析中检验出来，这个研究还包括其他两个问题，即从一定体积的氨得到的气体的量以及氮气与氢气在其中的比例。其结果是，既没有发现氧，也没有发现水；氨的容积在分解后多半增加了一倍，即使氨事先极其小心地干燥过；而且氮气与氢气在混合物中之比，根据六次仔细实验的平均值，是27.5∶72.75。在决定这个比值中，亨利博士幸运地发现了比过去更容易和迅速的分析方法。他发现氨在和适当比例的氧，氧化亚氮，或者甚至亚硝气混合时，通过电火花就会发生爆炸。他发现氧气比例低些更合适（约6容量氧对10容量氨），爆炸引起氨的全部分解，以及一部分氢燃烧，接着在剩下的气体中再加入氧，把余下来的氢烧掉。在一个实验中，把100容量氨在管子里分解，管中的水银曾事先煮沸过，亨利只得到了181容量气体。在关于氨的分解方面，他似乎认为这个实验可能是最正确的了（1809年《哲学学报》）。

在《阿格伊专题报告》第2卷中，A.B.伯索累先生有一篇关于氨的分析的论文。他提到1785年科学院专题报告中伯索累的实验。在实验里，规定196份氢与100份氧化合，发现氨分解气体中氮与氢的比率为27.5∶72.5。他报告了几个关于铁在氨气中氧化和脱氧的实验和意见。然后他着手证明，氨分解中产生的氮和氢之重等于氨本身之重。拜奥特和阿拉戈（Arago）测定氮、氢和氨的比重分别为0.969、0.073与0.597，它们为A.B.伯索累所采用。他发现100容量的氨产生205容量的永久气体，经过分析，得到24.5%氮与75.5%氢。像亨利博士一样，A.B.伯索累用氧气与氨在一起爆炸来分解氨，但是他不幸用了过量的氧，于是再加入氢以测定剩下的氧，可是他发觉一部分氮就这样转变为硝酸了。在收集这些结果的过程中，他看来是尽可能使氨分解产生的气体接近于氨的重量。

虽然这两位作者的实验，在关于氨中不存在氧这方面，可以认为是满意的，但是如果这些实验在从一定体积氨所得到的气体的量，以及氮与氢的比率这两方面也一致起来，它们将更加令人满意了。我自己在这方面做过一些实验，请允许我对造成这些差别的原因发表一些意见。我和戴维先生相信，在适当留意不让任何液体附着管壁或水银的情况下，氨在分解后体积是不会加倍的。但根据经验我倾向于相信，100容量的氨在分解中得到的气体将不少于185或190容量，我取一根管子，把它充满干燥的水银，然后把一部分气体转移到里面，并用玻棒在管中推动几次，把水银搅动，使液态氨在水银里不能存在。该气体在用电分解以后，每100容量产生187容量。关于氮与氢的比率，我相信只能通过把氨分解并在氢燃烧以前得到，而这种分解不管是通电或加热都可以。在这些情况下，氨100容量将分解为28容量氮气与72容量氢气。这个结果我曾用通电方法重复地得到过，氮从未偏离27到29太远。这与伯索累最初所采用的通电方法的分析，以及1800年戴维所用的加热方法的分析都十分一致。但这两种分析方法在量的方面都没有提出任何理论观点，它们对以后这个课题的研究是不能说明什么的。

现在我们来看这些结果与氨的比重是否一致。这就是说，这两种气体的重量是否等于被分解的氨的重量。

在60格令内多出3/4格令这个误差实在太小，不值得注意，这可能是由某一个数据不够正确所引起的。这个数据如果得到改正，对结果也不会发生重大的影响。

现在我将对其他氨的分析方法提出一些看法。亨利博士把氨在伏打量气管中与氧气、亚硝气和氧化亚氮一起燃烧的方法既别致，又迅速，在其充分被理解后必然被认为是有价值的。可是在我看来，根据经验和类比方法，一个可燃的化合物，例如氨，绝不会在分解时其中一种元素烧掉，而另一种元素完全不燃烧。在碳和氢、磷和氢等化合物中可以找到许多例子，其中一种元素比另一种更快地夺取氧，但另一种也总是烧掉一部分。即使这些可燃气体仅仅是混在一起，而不是化合时，我们也没有发现过它们当中哪一种在其达到饱和以前能阻止另一种与氧结合。因此，在氧化碳与氢的混合物中，如果氧不充足，当电火花通过时，两者都烧掉一部分。的确，亨利博士曾注意到，氨在与过量的氧燃烧时得到硝酸与水。我有理由相信，不管它们是按什么比例燃烧，多少总会发生这种情况。我在把氨与氧混合燃烧时很少得到27%这样多的氮（氢气估计为所用氧气的两倍），而从来就没有得到过28%。如果我们注意到用掉的氨气的量，并且承认只有66%或67%的氧用于氢气，那么氧显然就不是全部消耗于氢的燃烧了。一般说来总是发现氧的消耗要多些，这些多出的氧一定是形成硝酸了。氨与亚硝气燃烧通常得到25%到27%的氮（假定亚硝气组成如第112页所述）。总的说来，我发现氧化亚氮是最接近于真实情况。当100容量的氨与120容量的氧化亚氮爆炸时所产生的气体主要是氮气，只有很少一部分是氢气。如果在这气体内加入少量氢，然后再加过量的氧，再一次爆炸将可测定残余的氢，把它减掉，剩下大约172容量氮，其中120容量来自氧化亚氮，52容量来自氨，它在产生的气体中所占比率为28%。在尝试用氧盐酸气来分解氨时，把一个有刻度的管子充满该气体，投入液氨中，如果我们估计一容量氧盐酸气与一容量氢作用，我们将发现产生并留在管中的氮气为两种气体的23%或24%。于是可以假定，氧盐酸气像氧气一样把氨的两种元素都消耗一部分。

比较一下上面表中氮与氢的重量。我们发现它们近似地为4.7∶1。这显然标志着氨是由氮氢两种元素各一个原子所组成。但是以前在讨论氮和氧的化合物时，我们规定氮元素重5.1。这种差别可能是由于我们把亚硝气，或许还把氧化亚氮的比重估计过高了。在《阿格伊专题报告》中我看到，伯拉尔（Bérard）求出亚硝气的比重为1.04，而不是1.10，我的计算却是根据后面这个数据1.10，如果前面的数据是正确的，那么它将使我对硝酸中氮的估计差不多减为4.7。我没有机会确定亚硝气的比重，但我倾向于相信，1.10可能太高。伯索累求出氧化亚氮为1.36，而不是1.61。我很怀疑1.36这个数据太低了。

总的说来，我们可以得出结论：一个氨原子为1原子氢与1原子氮所组成，近似地重6。其弹性质点的直径为0.909，令氢的弹性质点直径为1。或者说，300容量的氨气所含有的原子与400容量氢气，或200容量氧气一样多。

第七节 氢与碳

现在大家都知道氢和碳有两个化合物，它们彼此容易区别，也容易和所有其他化合物区别。它们都是弹性流体，一个叫做油生气（olefiant gas），是1个氢原子和1个碳原子的化合物，另一个我叫它碳化氢（carburetted hyarogen），是2个氢原子和1个碳原子的化合物，这些将在下面予以说明。

1.油生气

油生气是由荷兰化学家邦迪特（Bondt）、戴曼（Dieman）等人发现和检定的，专题研究的论文1794年发表在《物理学杂志》第45卷中。

油生气可通过混合2容量硫酸和1容量乙醇来制取，一定要将该混合物在气体瓶中用灯加热到大约300°，这时液体表现出沸腾现象，同时有气体跑了出来。气体要通过水，把可能产生的亚硫酸吸收掉。

该气体不适宜呼吸，也不能用来灭火，相反它是高度可燃的。它的比重根据荷兰化学家们测定是0.905，而根据亨利博士则是0.967，也许0.95是比较正确的。水吸收1/8其体积的油生气，或者说，该气体在水中的距离正好是水外面气体原子距离的两倍，它还可被其他气体由水中赶出来。它能被8倍体积的水所吸收，这种性质是1804年我在用水吸收气体的实验过程中发现的。这是该气体所特有的，因此，可用来区别于所有其他气体。当油生气和氧盐酸气混合时，像氧和亚硝气混合一样，发生体积缩小，但结果得到的是油，浮在水面上。所以荷兰化学们称之为油生气。在做这个实验时，他们发现3容量油生气需要4容量氧盐酸气，但亨利博士发现是5容量油生气与6容量氧盐酸气，考虑到实验的困难，二者的差别是不大的。由于这些结果和这两种气体的其他已知性质的不一致，我怀疑两个实验都有某些程度的错误，这一点可用下面的实验来证明。取二只相同的带刻度的管子，分别盛有约170格令的水，我从一个产生大量氧盐酸气的瓶里用氧盐酸气紧接充满了这两个管子，然后将200容量油生气慢慢通入其中一个管子，放置一些时间以后，移去剩余的气体，并做好记录。然后将装有氧盐酸气的另一根管子取来，把气体通过水5次或6次，直到体积不再减少为止，记录剩余的气体，从而估计第一只管中的杂质。在这个过程中，酸气没有损失，油生气用的量是过量的，它的纯度没有计算进去。一个试验是165容量氧盐酸气和168容量油生气作用，另一个是165容量氧盐酸气需167容量油生气。根据这些试验，我推测氧盐酸气只需要比其自身体积多一点的油生气就足够了，或许100容量的氧盐酸气需要102容量的油生气，但是，如果我们把体积看作是相等的，一般说来误差也不算太大。

油生气燃烧时呈浓厚的白色火焰，和氧混合后通电发生非常激烈的爆炸，根据不同情况生成各种不同产物。当氧充分饱和时，结果是：

伯索累，100容量需280容量氧产生180容量碳酸。

亨利博士，100容量需284容量氧产生179容量碳酸。

其余的产物是水。这些结果彼此这样一致，看来是比较可信的，但我还能用自己的实验来证实它们，特别是关于氧，我的结果总是少于300，多于270，而酸，我认为应该大约是185或190，除非氧用得太过量，碳被部分地析出，使爆炸后的气体变混浊，在这种情况下，生成的碳酸比应有的要少。

油生气单独在汞上或水上连续通电时，得到氢气，有一些碳析出。亨利博士和我非常仔细地做了这一类的实验，将42容量纯油生气用电分解，直到变成82容量，将这些气体与氧气一起爆炸，发现它们是78容量氢和2容量油生气组成，这里40容量油生气变成78容量氢，即几乎是2倍的氢，而碳被析出。这样，100容量油生气将含有195容量氢，它燃烧需要98容量氧，于是碳一定是用掉其余的约196容量氧。可见油生气燃烧时，2份氧消耗在碳上，1份在氢上。因此，我们可得出结论，1原子油生气由1原子碳和1原子氢组成。在油生气中不可能存在氧，因为假如有的话，电分解时它会形成水或氧化碳而被发现。

现在要察看一下参与化合气体的重量和以前测定的一致到什么程度。1原子碳重5.4（见第129页），1原子氢重1，一起组成1原子油生气重6.4。1原子油生气燃烧需要3原子氧，即2原子与碳生成碳酸，1原子与氢生成水。3原子氧重21，因此6.4份重量的油生气需要21份氧。现在假定按亨利博士的结果，100容量油生气燃烧需要284容量氧，再假定氧气的比重是1.10（和艾伦及佩皮斯，还和拜奥特及阿拉戈提出的一致），则我们得到氧的重量是284×1.1=312.4。按21∶6.4∷312.4∶95，即100容量油生气重95，相应的比重是0.95。于是我们看到，化合后气体的重量完全证实了上面关于油生气组成的结论。

在伏打量气管中，伴随油生气的燃烧出现了一些值得注意的情况，这些情况由于作为该气体的部分历史，特别是由于它们毫无疑问地说明该气体的组成，所以受到人们注意。如果把100容量的氧放在100容量油生气中，通电，立即发生爆炸，不很激烈，但体积不是减小，而是照例大量增加，不是200容量而是得到大约360容量，通常可察觉有微量碳酸，把气体在石灰水中通过2或3次可把碳酸除去，留下约350容量的永久气体，可以完全燃烧，同另外加入的氧生成碳酸和水，与一开始就完全燃烧一样。因此，对于这个问题，即什么是中间状态的新气体？回答是明确的，是由原子数目相等的氧化碳和氢组成的混合气体。完全燃烧所需氧的1/3就足够把碳变为氧化碳，并立即把氢释放出来。因此当再加2/3的氧时，其中一半就用于把氧化碳转变为酸，另一半则把氢转变为水。事实上，350容量是由两种气体各近乎170容量所组成。它们在一起燃烧时需要几乎170容量氧 ^[17] 。

令氢原子的直径为1，油生气原子的直径为0.81。因此，100容量油生气含有和188容量氢，或94容量氧，或大概200容量的氧盐酸气同样多的原子，所以当氧盐酸气同油生气化合时，一定是2原子的油生气和1原子的氧盐酸气。

2.碳化氢

我命名为碳化氢（carburetted hydrogen）的气体，普里斯特利博士却认为是一个混合物，他称所有这样的混合物为重可燃气体（heavy inflammable gas）。接着拉瓦锡、希金斯（Higgins）、奥斯汀（Austin）、克鲁克香克斯、伯索累、亨利等也研究过这个科学问题。克鲁克香克斯对搞清楚这个问题作出重要贡献，他指出氧化碳是一种独特的易燃气体，它往往和其他气体混合在一起。关于描述该气体的组成，似乎要直到原子学说引进并应用于研究时才形成正确的概念。在1804年夏天，我在不同时期与不同地方从池塘里收集到该易燃气体，我发现它总是含有微量的碳酸和一部分氮气，但是当把这些气体除去后，它却有着相同的组成。通过适当的检定后，我确信在伏打量气管中用于燃烧的氧气恰好是二分之一用在氢上，而另一半消耗在碳上。这个重要的情况提供了确定其组成的线索。

除上述例外，在热天里从一些池塘可得到纯净状态的碳化氢。城镇附近一些多黏土的池塘堆集着烟灰与其他含碳物质，常富有这种气体，用棍子搅动池塘底部就有大的气泡上升可用一个装满水的大杯子倒置在气泡上面来收集。沥青煤经受中等程度红热也可获得近乎纯净的气体。现在它以煤气（coal gas）的名称大量用作灯和蜡烛的代用品。根据亨利博士的分析，煤气含有的碳酸、硫化氢和油生气通常不超过4%或5%，其余主要是碳化氢，还混有一些氧化碳和氢的原子。从沥青煤赶出的最后一部分气体似乎全部是氧化碳和氢。蒸馏木材或湿木炭以及许多其他植物性的物质，也产生碳化氢，但含有大量碳酸、氧化碳和氢，后面两种气体总是专门出现在蒸馏过程的末尾。

碳化氢的性质是：1.它不适于呼吸和助燃。2.按我的经验，它的比重在纯的时候是接近0.6，亨利博士发现煤气的比重从0.6到0.78不等，但比重最大的含有15%的碳酸、硫化氢和油生气这些重的气体。水吸收这种气体占其体积的1/27。如果100容量碳化氢和100容量氧混合（这是行之有效的最少量），然后通过一个火花，发生爆炸，体积没有什么明显的变化，在通过石灰水几次以后，体积减少一点，表示有碳酸的存在。剩下的气体具有等体积的氧化碳和氢的混合物的全部特性。在剩下的气体内再加100容量氧，并通过一个火花，产生约100容量的碳酸，其余的产物是水。如果100容量碳化氢加入200容量以上的氧，在汞面上点火，结果体积缩小近200容量，剩下的100容量发现为碳酸。

碳化氢虽然天然地产生在许多煤矿中，有时和普通空气相混，发生可怕的大爆炸，但是在伏打量气管中和普通空气混合，通过火花时并不发生爆炸，除非该气体和空气的比例接近1∶10，才发生微弱的爆炸。

当一部分碳化氢通电一些时候以后，体积增大，最后差不多正好是原来体积的两倍，同时有一些碳沉积下来，这时全部气体是纯净的氢气。

对照所有这些事实，我们对碳化氢的组成不能再有任何怀疑了。它是1原子碳和2原子氢的化合物。1原子碳化氢占有和1原子氢相同（几乎相同）的空间，它完全燃烧需要4原子氧，2原子氧用于形成碳酸，2原子氧用于形成水。这个结论通过气体爆炸所观察到的事实，即气体爆炸时所需之氧为完全燃烧所需的一半，而得到很好的证实。在此情况下，每原子碳化氢气体只需要2原子氧，1原子氧和1原子氢结合成水，另1原子和碳结合成氧化碳，与此同时，余下的氢原子分离出来。这样就变成100容量氧化碳与100容量氢，和原来混合物具有的体积相同。

由于1个碳原子的重量是5.4，2个氢原子的重量是2，所以复合的原子重7.4。但由于在相同体积中氢和碳化氢的原子数目相同，所以7.4表示碳化氢比氢重的倍数，而普通空气的重量大约为氢的12倍，因此两种气体的相对重量或比重等于7.4∶12，接近0.6∶1，这和实验是一致的。于是我们得出结论，碳化氢完全是由氢和碳组成，气体的全部重量可通过燃烧后形成的碳酸和水来说明 ^[18] 。

我认为观察一下以下的事实是恰当的，即根据我最仔细的实验，100容量气体需要稍多于200容量的氧，生成稍多于100容量的碳酸，且差别不超过5%，一般可以忽略。因此我们可以得出结论，碳化氢原子的直径近似地等于氢原子的，但略小些。

第八节 氢与硫

氢与硫有两个化合物，一个是出名的弹性流体叫做硫化氢（sulphuretted hydrogen），另一个是黏性的油状化合物，叫做过硫化氢（supersulphuretted hydrogen）。前者是由各元素1个原子组成 ^[19] 。后者可能由1原子氢和2原子硫结合而成。

1.硫化氢

我发现获得纯硫化氢的方法是将一块铁放在铁匠的熔铁炉里，加热到白热或焊接的热度，然后迅速地将其从火中取出，取一卷硫，把它涂抹在铁上，两者即发生化合并成为液态，但很快又固化而变脆。把这个化合物即硫化铁做成粒状放入一气体瓶中，加入稀硫酸，即有大量气体放出。如果硫化铁是在坩埚中用铁屑和硫制取，则很少能令人满意，常得到混有硫化氢的氢气。原因看来是由于存在着几种硫化铁，即第一、第二、第三等硫化铁，而只有第二硫化铁，即按上述过程形成的由1个铁原子和2个硫原子组成的化合物，才是形成硫化氢必不可少的。其他两种硫化铁在加稀硫酸时，或者放出氢，或者根本就没有气体发生。

硫化氢不适于呼吸，不助燃，它具有臭蛋一样的讨厌的气味。它的比重根据柯万是1.10，根据西纳德是1.23。我听说戴维先生得到的比重大约是1.13。几年来我自己的试验结果与西纳德的相近，但在更正确的结果得到以前，我们可采用平均值1.16。水正好吸收同体积的硫化氢。因此，当它和氢混合时，通过水洗或最好是通过石灰水洗以后，氢会留下来。硫化氢燃烧呈蓝色火焰，当与氧按100容量硫化氢和50容量氧（最小的有效数量）的比例混合时，通过电火花即爆炸生成水，硫析出，气体消失。若用150容量或更多的氧，则在汞面上爆炸后，管中有大约87容量的亚硫酸，有150容量氧消失、或者说已与硫化氢中两种元素化合了。

从奥斯汀、亨利等人的试验业已证明，硫化氢通电时没有体积的变化，只是硫沉积出来。我曾重复这些试验，还没有察觉出有容量增减，剩下来的气体是纯氢。

根据这些事实，硫化氢的组成已被明显地指出了，它是由1原子硫和1原子氢化合而成，其体积和1原子氢相同。燃烧时，2原子氧和1原子硫形成亚硫酸，1原子氧与1原子氢化合成水。元素的重量进一步证实了这种结构。已知1原子硫重13（见第133页），加上1原子氢重1，我们得到硫化氢一个原子的重量为14，这个数值同样表示了硫化氢在比重方面超过氢的倍数。由于普通空气超过氢12倍，所以12∶14∷普通空气比重∶硫化氢比重，等于1.16，和前面测定的相符。因此，如上所述，该气体完全是由硫和氢组成的。

硫化氢像酸一样，能和碱、碱土以及金属氧化物化合，形成固定比例的盐，叫做硫氢化物（hydrosulphurette）。这些化合物中有些是重要的化学试剂。但它们在保存时，特别是在溶液中容易变质。

2.过硫化氢

该化合物可按下列方法得到：把半盎司硫华和等量的氢氧化钙放在1夸脱雨水中，徐徐煮沸1小时，在水分蒸发时可加更多的水。冷却后得到透明的黄色液体，即硫化石灰的溶液，根据不同情况，溶液的比重在1.01到1.02之间变动着。在6盎司溶液中加半盎司盐酸，并搅拌混合物，不久，混合物呈乳状，接着变成分散的棕色油点，渐渐沉积到底部成半液体状的黏性物质。然后将液体倒掉，用水洗涤棕色物质，再把水倒掉，可得到20到40格令的棕色油状物，即过硫化氢。

谢勒、伯索累和普劳斯特曾对该化合物作过观察。当暴露在空气中甚至在水中时，它会释放出硫化氢，特别是在温热条件下放出更快。由于它的黏性和附着性质，用它来做实验是很困难的。如果有一些过硫化氢碰到皮肤及其他物体上，需要用刀把它刮掉。可利用水把它从一个容器转移到另一个容器，因为水可防止它粘在容器上。将少许过硫化氢放在舌头上，会感到发烫，并觉得有苦味，唾液变成白色，像牛奶一样。当碱溶液倒入过硫化氢时，有热产生，并形成水合硫化物，硫沉淀出来。这些现象我都曾经观察过，就算还有什么新现象，也是很少的了。

没有疑问这个物质是由硫和氢形成的。我取30格令放在玻璃皿中，用蜡烛在下面适当地加热，直到硫化氢停止放出。残余物重21格令，像黏土一样软，燃烧时显蓝色火焰，没有明显的残渣留下。当我们考虑到，过硫化氢一形成就放出硫化氢，我们对一部分过硫化氢放出的气体的重量不到它重量的一半这个现象就不会感到奇怪了。但是决不会有任何怀疑，该气体的硫原先就和余下的硫相等，或者说，过硫化氢是由2原子硫和1原子氢组成，因而其量为氢的27倍。

对前面所述的过硫化氢的制取过程进行解释虽然不是我们现在的事，但是由于过一些时候就要正式碰到，现在先解释一下，或许也是可以的。石灰水合物是1原子石灰和1原子水结合而成的，当该水化物按以上所述与硫煮沸时，它取得了原子硫，得到的化合物是石灰水合物的硫化物。当盐酸与它混合时，石灰被酸所夺取，而3原子硫按下面方式把水原子分开，即2个硫原子夺取了氢形成过硫化氢，另1个硫原子夺取了氧形成氧化亚硫。后者使液体呈乳状。通过长时间的煮解，乳状现象消失，氧化亚硫变成硫酸和硫，硫沉淀下来，约占原先存在于硫化物中硫的四分之一。

第九节 氢与磷

到目前为止，已知氢和磷的化合物只有一种，它是气体，叫做磷化氢（phosphuretted hydrogen）。这个气体可按下述方法制得：把1盎司或2盎司石灰水合物（干的熟石灰）放入一气体瓶或曲颈甑中，然后加入几小块磷，重40或50格令。如果原料足够把瓶填满，就用不着采取预防，但如果没有填满，为了防止爆炸，瓶内应先用氮气或某些不含氧的气体充满，然后用灯加热，即有气体逸出，可在水面上收集。该气体即磷化氢，但有时混有氢。为了防止氢的产生，可用苛性草碱溶液代替石灰水合物。

磷化氢气体有以下性质：1.当它的气泡进入大气时立即着火，发生爆炸，并形成环状白烟上升，这就是磷酸。2.它不适于呼吸，不助燃。3.它的比重是0.85，普通空气的比重为1。4.水吸收其自身体积1/27的磷化氢气体。5.如果用电分解该气体，磷就析出，最后剩下纯净的氢气。事实上，通过电分解，加热或暴露在大面积水上，磷都容易析出。在这方面，磷化氢和硫化氢很相似。

虽然磷化氢的气泡进入大气中时会发生爆炸，但如果通入直径3/10英寸的管中和纯氧混合却并不爆炸。这样实验我曾做过20次以上，从未碰到一个自发爆炸的例子。在此情况下，一个电火花可产生非常强烈的光和不甚猛烈的爆炸，生成磷酸或亚磷酸和水。

关于磷化氢燃烧实验，我得到下面的结果：当100容量纯磷化氢和150容量氧混合，爆炸时两种气体都消失了，生成水和磷酸。如果100容量气体与100容量氧混合，燃烧时两种气体也都消失了，此时亚磷酸与水生成。若100容量和少于100容量的氧混合时，仍形成亚磷酸与水，但部分可燃气体没有烧掉。

该气体由于容易析出磷，所以很容易混有氢气，有时混有大量氢气。在任何任意的混合物中确定磷化氢对氢的准确比例是很方便的。我发现这很容易做到。任何时候只要供应足够的氧，可燃气体就全都消耗掉。必须记下氧的精确体积和它的纯度，还必须记下剩下气体中氧的含量。于是由爆炸后总体积的缩小，减去氧消耗掉的体积，即得到可燃性气体体积。由于磷化氢需要其体积1.5倍的氧，而氢需要其体积0.5的氧，我们得到下述方程式：如果P 表示磷化氢体积，H 表示氢的体积，O 表示氧的体积，则S =P +H ，即全部可燃气体的体积。

从这些方程式，两种气体在任何混合物中的比率都可以推算出来。该分析可证实如下：对任何含有一定体积磷化氢的混合物，加入同样体积的氧，爆炸后，体积的减少正好是氧体积的两倍。在此情况下，磷化氢先与氧作用，生成磷酸和水，而氢仍留在管中。如果加入的氧多于磷化氢，则燃烧后体积的减少将超过氧的两倍。

关于磷化氢与氢混合比例的研究主要是由于对磷化氢比重意见的分歧而提出的。我发现100立方英寸约重36格令，戴维先生告诉我，他发现100立方英寸只重10格令，差别太大了。我要求亨利博士帮助我重复这个实验，我们得到的气体是100立方英寸重14格令。这个结果使我感到吃惊。但是将气体与氧燃烧，发现只用了与该气体体积相等的氧，原来该气体一半是氢，一半是磷化氢，这就满意地解释了这个疑难问题。戴维先生的气体，我猜想，在称取重量时一定是含有1/3的磷化氢和2/3的氢。尽管这样，从以上所述来看，很明显我们并不能推断出该气体的比重，除非在称取重量以前先把一部分气体分析过，这一点我并不是一开始就十分清楚。

最近我从苛性草碱和磷制取一些磷化氢，意外的事故妨碍我得到足够数量的气体去称重，我只取得5或6立方英寸，当然它是和事先放进曲颈甑里的氮气混合的。这个纯可燃气体的特征是，100容量只需要85容量氧来燃烧，所以它是35%磷化氢和65%氢的混合物。每100立方英寸的重量可能是10格令或11格令。我希望得到更纯的气体。

至于磷化氢的组成，很明显是由1原子磷和1原子氢结合而成，和1原子弹性氢占有相同的体积。燃烧时，氢原子需要1原子氧，而磷原子则根据我们是想生成亚磷酸还是磷酸而需要1原子氧或2原子氧。因此，100容量磷化氢要用50容量氧去燃烧氢，用50容量氧生成亚磷酸，再用50容量氧生成磷酸。该气体的重量证实了这个结论：已知磷原子重量接近9（第138页），这使磷化氢的比重等于氢的10倍。从以前的实验来看，这个数字是符合或是接近符合实际的。

接下去，我们要考虑的化合物该是氮与碳、硫或磷的化合物；但是这些化合物或者是不能生成，或者是还没有被发现。

第十节 碳与硫、与磷，以及硫与磷

1.碳与硫

克莱门特和德索默斯在《化学年鉴》第42卷第136页上宣布一种碳与硫的化合物，叫做碳化硫（carburetted sulphur）。他们是把硫的蒸气通到红热的木炭上而得到它的。在水面上收集后呈油状液体，其比重为1.3。该液体容易挥发，像醚一样，在进入其他任何气体时能使这些气体体积膨胀，并在气压计汞面上形成一种永久性的弹性流体。在生成液体同时没有气体生成。当通入过多的硫时，则生成的不是液体，而是在管内生成一种固体化合物结晶。他们似乎曾经指出过，该化合物不含有硫化氢。A.B.伯索累在《物理学杂志》第64卷中力图证明上述液体是含氢和疏而不含碳的化合物。但他所引用的事实却一点也不能解决这个问题。我不愿意接受克莱门特和德索默斯的看法，两个非弹性元素碳和硫竟会形成一个弹性的，或容易挥发的化合物，然而很可能碳仍然是化合物的一部分，因为碳在反应过程中消失了。但我认为伯索累的意见最可能是正确的，他认为这个液体含有氢。也许我们将发现它是一个氢、硫和碳的三元化合物。

2.碳与磷

普劳斯特在《物理学杂志》第49卷中已指出碳和磷的一种化合物，他将其命名为磷化碳（phosphuret of carbone）。它是一种淡红色的物质，新制得的磷在温水中用皮革过滤所剩下的便是它。两种元素的比例尚未确定。

3.硫与磷

熔融的磷能溶解硫，并以不同的比例和硫化合，其比例尚未精确地测定过。这些化合物可叫做硫化磷（sulphurets of phosphorus）。制取这些化合物的方法是在一只几乎充满水的管中熔融一定量的磷，然后加入小块硫，把管子放在热水中，注意不超过160°、170°或180°。因为在这样高的温度下，新的化合物开始迅速地分解水，佩尔蒂埃（Pelletier）对于这些化合的理论曾在《化学年鉴》第4卷向我们提供一些事实。他发现硫和磷的混合物，在比它们各自的凝固点低得多的温度下，仍然是液体，并在不同的比例得到不同的熔融点或凝固点。1份磷和1/8份硫化合的，在77°凝固；1份磷和1/4份硫化合的，在59°凝固；1份磷和1/2份硫化合的，在50°凝固；1份磷和1份硫化合的，在41°凝固；1份磷和2份硫化合的，在54.5°凝固，但一部分是液体，其余是固体；1份磷和3份硫化合的在99.5°凝固。

根据这些实验，人们可能会设想硫和磷可按各种不同比例相互化合。但是在观察上面第五个实验以后，我猜想这种情况也可能适用于别的实验，如果它们的结果被仔细地观察过。我在量筒中混合18.5格令的磷和13格令的硫，放入水，并全部浸入160°水中。磷像往常一样在100°成为液体，硫则逐渐减少，直至完全变成液体状态，比重为1.44。在45°时它仍然是均匀的液体，但在42°全部凝固。这时两原子磷和一原子硫结合。然后，我增加6.5格令硫，使18.5格令磷和19.5格令硫相混合，这个新的混合物在170°成为均匀的流体，比重为1.47，温度降至47°，一部分仍是液体，而其余部分则为固体，留在管的底部。该固体部分到100°时还不是全部变为流体。这似乎表明有两种不同的化合物生成：一种是2原子磷和1原子硫的化合物，在47°是液体，另一种是1原子磷和1原子硫的化合物，在100°时是固体。我再次增加6.5格令硫，使全部为18.5格令磷和26格令硫，因而是按照比例提供一个原子磷与一个原子硫结合，在180°温度时结合完成，比重为1.50。冷到80°，全部成为固体，加热到100°，全部变成半液态的均匀物质。然后加热到140°，全部变成液体。从这些实验来看，极可能是它们由各一个原子形成一种化合物，它在100°或100°以下是固体，但受热时它容易转变为另一种类型的化合物，即由2原子磷与1原子硫组成的化合物。这两种硫化磷的性质我没有机会去研究。管中的水显然有一部分被化合物分解了。水变成乳状可能是由于硫的氧化物，在温度超过160°时硫化氢与磷化氢似乎都有少量生成。

第十一节 固定碱

草碱和苏打这两种固定碱的经历是颇值得注意的。它们长期以来被怀疑是复合元素，但没有得到足够的证据。终于戴维先生靠他熟练的技巧用电流产生化学变化，经过分析与合成，似乎已经确定了这些元素具有化合物性质。它们似乎是金属的氧化物，或者是和氧结合的特殊金属。和这个概念一致，叫做钾和钠的金属在本书中业已作过一些报道（参阅第96页）。但从下面所述，这些金属看来极可能是草碱和苏打与氢的化合物，而这两种固定碱仍然是不能分解的物质。

1.草碱

草碱是从草木灰得来的。水溶解灰中的含盐物质，然后把水倒出来，加热蒸发，一种叫做草碱的盐就留在容器中。如果把这样得到的盐加热到红热，则失去可燃物质而变为白色，并部分地得到净化，在商业上叫做珍珠灰。这种物质仍然是各种盐的混合物，但主要成分是碳酸草碱。为了得到单独的草碱，把一些珍珠灰（或者更好的办法是用店铺里的酒石盐，一种由珍珠灰得来的几乎纯净的碳酸草碱）和等量的水混合，并将混合物搅拌，待不溶解的盐沉淀后，把透明的溶液倒入铁锅中，加入石灰水合物，重量为液体的一半，然后加入与组分相等重量的水，将混合物煮沸数小时，不时地加些水以补充消耗。当发现溶液遇酸不发生气泡时，即可停止煮沸。等石灰沉淀后，轻轻倒出透明液体，在一个干净的铁锅中煮到呈粘状，差不多要烧到红热。然后把它倒进模子一类东西内，立即凝固起来。这样得到的物质几乎是纯的草碱。但它仍含有相当多的水，一些其他盐类，铁的氧化物，经常还会有一些没有赶出的碳酸。水占总重量的20%或25%，其他物质占5%或10%。在此过程中，草碱的碳酸转移给石灰。

如果需要更纯的草碱，可以应用伯索累用过的方法。一定要将上面所得的草碱溶于酒精，其他盐类因不溶解而沉于底部，然后将溶液倒入银盘，把酒精蒸发掉，再将液态草碱加热到红热。把它倒在干净擦亮的平面上，立即凝结成固态的草碱，破碎后装入瓶中塞紧，防止空气和湿气的侵入。这种草碱是白色易碎的块状固体，100份中约含84份草碱和16份水，是迄今所得到的最纯的草碱。

草碱可容纳更多的水而显示出更加有规则的结晶状态。如果溶液比重降到1.6或1.5，冷却后即形成结晶，约含水53%，如果空气冷，含水量会更多。这些结晶叫做草碱水合物。因此，固体草碱水合物在所含草碱从84%到47%，或更低时都可以形成。

草碱有刺激性味道，如果涂在皮肤上有很强的腐蚀性，因而得到苛性碱（caustic）的名称。外科医生用的普通条状的草碱我发现其比重为2.1。但它们是草碱和碳酸草碱的混合物，含有20%或30%的水。如果得到纯的草碱，我猜想它的比重会是2.4左右。

当草碱的结晶（即水合物）受热变为液体时，水逐渐逸出，发出嘶嘶声，直到最后液体加热到红热时才保持平静一个时候。但是如果增加温度，白烟开始大量发生。在这种情况下，碱和水两者都蒸发，所以不能用这种方法把碱中最后一部分水赶出。如果水合物加热到红热并呈平静状态，它即含有84%草碱和16%水。这是通过用硫酸来饱和一定量的草碱而确定的，这时生成不含水的硫酸草碱，而100份水合物只得到84份这种新的化合物。

水对草碱有较强的亲和力，如果把一些百分之84的水合物放入等量水中，立即产生相当于把水煮沸的巨大热量。但当含有许多水的结晶水合物与冰混合时，却能看到产生深度的冷却。草碱暴露于空气中时，即吸湿气和碳酸成为碳酸草碱溶液。把草碱溶于水中，并保存在塞好的瓶子里可以保持其苛性，称为碱液（alkaline ley），可具有各种不同的强度和比重。

草碱和其他碱能改变植物性颜色，特别是蓝色变绿色。在艺术上和工业生产上草碱具有重要的用途，特别是在漂白、染色、印刷、肥皂和玻璃工业方面。草碱和大多数酸形成盐。它除了和氢化合以外，至今还未发现它和其他简单物质化合，除非是用间接方法，这不久将会介绍。草碱水合物与硫化合，但该化合物是由三个或更多的元素组成的，现在还不能讨论。

关于草碱的性质及其来源的理论仍然很不清楚，它是植物的组成元素，还是在燃烧时形成的，这个大问题还没有得到满意的解决。有一个情况对草碱性质的研究是有利的，这就是它的终极质点的重量很容易确定，它与大多数酸形成极其确定的化合物，从这些化合物来看草碱的重量似乎是氢的42倍。下面是一些和草碱生成的最普通盐类的比例，它们是从我的实验中推算出来的，可能与一些权威们获得的数据有出入。

上述这些盐类能够经得起红热，因此可认为是不含水的。但是不管怎样，草碱在和各个酸化合时一定含有等量的水，这从它的重量的规律性可以看出。上面的数目，19，34，38和22，除硝酸是双倍以外，读者会回想到它们是代表各个酸原子的重量。由于水对草碱的亲和力非常强，以及由于上面推算出来草碱的终极质点重量超过水的五倍，我们还可以设想水参与草碱的组成，或者还可以设想它是某些较轻的土类与氮、氧等的化合物。但是从目前的现象来看，草碱似乎更可能是一个简单物质。

根据以上这些观察，草碱看来仍然应该作为简单物质来考虑，要把它列入这一类物质之中，只是它不能单独地得到。在这种状态下，至少1原子水与1原子草碱结合，含水量达16%的一种水合物就是接近于最纯的了。所以这个水合物是一个三元化合物，或三个元素的化合物，应当推迟到下一章讨论，但根据目前化学科学状况，必须允许在有些情况下，由实用来代替系统的排列。固定碱是极有用的化学试剂，我们对它愈早熟悉愈好，特别是由于现代一些第一流化学家对这些熟悉商品的性质过多地滥用他们的知识，业已导致相当大的错误。

1806年，在《法兰西学院专题报告》中，伯索累发表了关于亲和力法则的研究，其中某些摘要发表在1807年3月的《物理学杂志》上。从这些文章看来，他显然发现重土是由酸26%和碱74%组成，而硫酸草碱是由酸33%和67%碱组成。这些结果前者已由西纳德以前的实验所证实，但是两个结果与其他化学家一致得到的结果却相差很远，所以不曾被普遍采用。后来伯索累终于发现其错误，并在《阿格伊专题报告》第2卷予以发表。错误是在于把重土水合物和草碱水合物误认为是纯的重土和草碱。有一种看法，认为重土和草碱在熔融状态下是纯的，即不含水，这似乎业已被普遍采纳，但肯定还不成熟。经过适当的研究，伯索累发现熔融的草碱含有14%的水，但我的经验及理论都使我采用16%的水，这和各元素1个原子结合成为水合物的论点才能一致起来，即按重量草碱是42，水是8。这个结论可以调和上面中性盐比例方面的争论。并阐明化学分析方面其他有趣问题。

2.草碱水合物

当我的注意力转到这个课题的时候，立即感到需要有一张表来表示草碱和水两种元素在其所有化合物中的相对量。在溶液状态下，比重可作为指南，但当化合物是固体时，就没有这样方便了。我没有在任何出版物中找到这类材料，因此我着手进行实验，确定各种溶液中草碱等物质的相对数量。这些结果包括在下列表中，我认为它们只能算是接近于真实情况。但是在更完善、更精确的结果得到以前，这张表肯定对我们有用处。亨利博士友好地送给我一些用伯索累方法制取的固定碱，使我的工作得以顺利进行。

在不同比重水溶液中草碱的实际含量表

续表

关于表的说明

第一栏包含一直到10原子水的几种化合物中草碱和水的原子数。草碱的原子重量作为42，水作为8。第二栏是从这些数据计算出来的。在第一、第二、第三等水合物（如果它们可以这样叫的话）中，除第一水合物液态时能经受红热，保持稳定而不损失重量外，它们之间没有显著的特质性差异。在加热到红热以前，水逐渐被赶出，同时发出嘶嘶声并且冒烟。可是，我注意到，当把草碱溶液熬浓直到温度计指到300°时，水的蒸发和温度计的上升是没有规律的，这就是说，在这些过程中会出现暂时稳定的情况，然后又迅速上升，这样情况有多少是由化合物性质引起的，或是由液体在高温下导热能力差所引起的，由于没有多次重复这个实验，我还不能确定。

第三栏照例是由第二栏和比重相乘得到的，实际上按容量来计算草碱含量比按重量更方便。

第四栏表示比重，比重低于1.6的水合物完全是液体，或者通过适当加热就能变为液体，但在高于这个温度时，我发现要确定比重就有些困难，有时不得不从表的总的趋势来推断。药铺中普通条状草碱的比重是2.1，这是我通过把草碱投入充满汞的量管，记录溢出的汞量而获得的。该条状物是水合物和碳酸盐的混合物。纯的草碱我认为一定比它们重。第二栏和第四栏的关系是通过用检定用的硫酸（1.134）饱和一定量的碱溶液来确定的，估计每100容量硫酸含有21格令碱所需要的酸（含17容量纯硫酸）。

第五栏指出不同水合物凝固或结晶的温度，这部分问题值得作更精确的研究，要比我所做过的更精确。毫无疑问，不同的水合物可用这个方法来区别。普劳斯特提到过一种含有30%水的结晶水合物，洛维茨（Lowitz）则提过含43%水的一种水合物。我认为，他们在计算中都是假定熔融的草碱不含水的，如果是这样，则普劳斯特的水合物是我们表中第四个水合物，而洛维茨的则是第六个。在这一栏中我对我所标明的温度不敢寄予太多的信赖。

第六栏指出不同比重溶液的沸点。这些数值是容易确定的，除掉在度数高时每次实验都需要对水合物进行分析。我相信，这些结果还是比较精确的。因为温度区域很大，当比重不知道时，这可作为方便的确定碱溶液浓度的方法。

3.碳酸草碱

讨论三元化合物碳酸草碱的性质虽然还为时过早，但由于它能用做试剂，所以需要在本节内就予以介绍。的确，它通常可以代替草碱水合物，而且很容易得到较纯的状态。该碳酸盐我认为是由1原子酸和1原子草碱结合组成，有些作者称之为次碳酸盐（subcarbonate）。当然，它是由按重量19份酸和42份草碱组成的。这种盐可以从药铺中获得，叫做酒石盐（salt of tartar），纯度还可以。在用来制备纯碳酸盐溶液时，是将大量的盐和少量的水混合搅拌，让不溶解的盐沉淀下来，然后倒出透明溶液，可用水将其稀释，等等。

大家都知道，这个盐像干的草碱水合物一样，很容易潮解。我取刚加热到红热过不久的碳酸草碱43格令，把它放在玻璃皿中，暴露在空气里，1天内重量变为50格令，3天内变成61格令，7天内变为75格令，11天内变为89格令，21天内变为89格令多一些，25天以内变为90格令。比重接近1.54。但是所有的水通过适当加热，即加热到280°即可全部赶出。它在熔融前能经受高度红热，熔融时能保持不升华、不分解，没有重量损失。我曾经溶解61格令纯净干燥的盐于石灰水中，这时有42格令碳酸石灰析出，相当于19格令碳酸，这样，我就确定它是纯粹的碳酸盐。

不同比重水溶液中实际碳酸草碱含量表

上表的结构与前面的相似，第一栏包含和重量为61的1原子碳酸草碱相结合的水的原子数。第二栏包含在化合物中碳酸草碱的重量百分数。第三栏包含在100水格令容量化合物中碳酸盐的格令数，是通过第二栏与第四栏数字相乘得到的。第四栏是比重，其与第二栏数量的关系是通过取一定量的溶液用一定数量的检定用硫酸（1.134）饱和而得到的，每100容量的酸估计需要21格令草碱或30.5格令的碳酸盐；因为这种酸按容量含17%纯酸，需要用21格令草碱。

这个盐能得到的最浓溶液的比重是1.54。它是由1原子碳酸盐和8原子水组成，但是干的碳酸盐放在溶液中，可形成各种不同的混合物，其比重直到1.80，在这以上，比重则几乎都是通过推测得到的，我未能得到熔融过的条状碳酸盐，而只是得到海绵状的，我猜想这是由于开始加热时发生分解之故。可以看到，我用来检验酸的是含有碳酸盐30%，比重为10.25的溶液，因为该溶液含有纯草碱21%，所以100容量需要100容量的检定用酸。

我发现商品珍珠灰的样品100份中含有54份碳酸草碱，22份别的盐和25份水。

第五栏表示盐溶液沸腾的温度。一般说来它与实际情况很接近。我发现只要有明显的湿气存在，温度计就不会升到280°以上，而只要湿气一消失，盐就具有坚硬的、完全干燥的物质的特性。

在这些实验过程中，我取一些碳酸草碱，加热到红热，称好重量，然后把它放入水中，使盐与水原子数目之比为1∶1，即8份水对16份盐。然后把盐放在研钵中磨碎，倒在白纸上，看起来像是白色干燥的盐，但当倒回到研钵时，一些盐的颗粒却粘附在纸上。再加入同量的水。用小刀把它们混合，全部物质出现像糨糊一样稠，并成球形粘附在刀上。在研钵中充分研磨以后，又呈现白色干燥的样子，放在纸上，就好像在空气中暴露一些时候的酒石盐。有些颗粒粘在纸上，但很容易用刀刮掉。再加入一原子水，化合物的稠度变得像粘鸟浆一样，但放置一些时候以后，用刀切，就像半干的黏土。再加一原子水，其稠度就变得像装订工人用的糨糊一样。第五个原子水则使其变为黏稠的液体，由溶解的和不溶解的盐所组成。通过继续加入同量的水，终于成为具有8原子水对1原子碳酸草碱的完全液体，比重为1.5。但是如果该酒石盐事先没有提纯过，会有一些不溶解的硫酸草碱沉淀下来。

4.钾，或草碱氢化物

自从写了关于钾和钠（第96页及以后）的文章，以及后来写的关于氟酸和盐酸（见第101页及以后）文章以来，在这些课题上又出现了大量的新的见解。戴维先生在这方面已经发表了两篇论文，在《阿格伊专题报告》第2卷内收集了盖-吕萨克和西纳德的一系列文章，同一卷内还有伯索累一篇论文，报道关于固定碱的重要发现，即在加热呈熔融状态时，它们含有固定比例的化合状态的水。考虑到以前的事实，并把它们和新近发现的事实进行比较，对这些新金属性质我不得不采用新观点。戴维先生仍坚持他原来的观点，而这种观点的确是可能成为唯一合理的观点（假定熔融的碱不含有水），即草碱是钾的氧化物。相反，盖-吕萨克和西纳德认为草碱是不可分的，而草是草碱和氢的化合物，和其他已知的氢和基本元素的化合物相似。我认为，后面这种观点只能通过合成或分析的实验证实其和事实一致才能被人们接受。戴维先生为我们提供了最确切的事实，虽然我对其中一部分有看法，但主要的我还是采用了他的关于钾的性质的观点，我现在相信，这些结果比我所想象的还要更加精确。

戴维先生首先想用伏打电来分解固定碱的饱和水溶液。结果在这种情况下，得到氧气和氢气，显然这是由于水的分解，正如他所推断的那样。但是当用一些事先熔融过的草碱代替水溶液时，则负极不是放出氢而是形成钾，在正极则放出纯氧，剩下的草碱无变化。他得出的结论是，草碱被分解成钾和氧。但现在看来，熔融的草碱是由1原子水和1原子草碱组成的。电作用于这一原子水，使之分解成它的元素，氧原子放出，而氢原子则把草碱原子吸引过来，并和它一起形成了草原子。水合物的原子重50（等于42草碱+8水）分解为1原子钾，重43，与1原子氧，重7。因此，钾原子是由1原子草碱加1原子氢组成，重43，而不是由1原子草碱和1原子氧组成，重35，如第96页所述。

由法国化学家发现的制取钾的方法，把蒸气状态的第一水合物在强烈加热的铁管中通过红热的铁屑，氢气就释放出来，同时钾形成并凝结在管内冷的部分，一部分草碱被发现与铁化合。用这种方法制取的钾，其组成没有前者那样明显，可是，这两种方法都表明熔融的草碱既含有氧又含有氢，这点现在业已通过各种不同类型的实验而得到证实了。在后一种方法中草碱的水合物可能一部分分解为草碱与水，一部分分解为钾和氧，在两种情况下，铁都是得到了氧。

钾的比重根据戴维是0.6或0.976；但是根据盖-吕萨克和西纳德是0.874。它很轻，加之在低度红热时容易挥发，这些都和它是草碱和氢的化合物，或者钾化氢（potassetted hydrogen）的看法一致，就像其他已知的硫、磷、碳、砷等和氢的化合物一样。

根据戴维先生，当在氧气中燃烧时，钾生成尽可能干燥的草碱，即第一水合物，钾投入水中，便迅速燃烧，并分解水放出氢气。从氢的量来计算氧，戴维先生求出100份草碱（水合物）含有13到17份氧。盖-吕萨克似乎得到14份氧。因为2.284克钾产生649立方厘米氢，变成英制，即35.5格令钾产生34.5立方英寸氢，它相当于17.25立方英寸氧，等于5.9格令。因此，35.3＋5.9=41.2格令水合物。而41.2∶5.9∷100∶14，14这个数字正好是理论所要求的，因为43份钾+7份氧=50份水合物，在100份中氧正好是14份。

钾在氧盐酸中能自燃，形成盐酸草碱，可能还生成水。盖·吕萨克和西纳德认为它能分解硫化氢、磷化氢和砷化氢气体，并与硫等结合，还带有一些氢。戴维先生发现通过伏打电能使碲与草碱水合物结合而没有使其分解。钾在亚硝气和氧化亚氮中燃烧，形成干的草碱水合物，放出氮气。它能在亚硫酸、碳酸和氧化碳中燃烧，形成和硫结合的草碱水合物，或生成草碱水合物和碳。

钾在盐酸气中燃烧是特别值得注意的。戴维先生和法国化学家们都认为钾在盐酸气中燃烧时，形成盐酸钾并放出氢，并且氢的数量和相等重量金属分解水时所放出的相同。但是最令人吃惊的是，他们双方采取了同样的解释，而他们对钾的组成上不同观点本来是要求他们作相反的解释的。戴维先生有两种方法可解释这种现象，一种方法是假设部分酸被分解，并把氧提供给金属，形成氧化物，后者和残留的酸结合，而氢则是被分解的那部分酸释放出来的基本元素。另一是假设盐酸气中含有结合状态的，正好足够把金属氧化的水（这在几年前曾被认为是一种特殊情况）。这两种主张中任何一种都是能自圆其说的，但他采用了后者，并且似乎想通过以下事实来予以证实，即一定量的盐酸气不管原来是与草碱还是与钾化合，都提供等量的盐酸银。这种解释没有像前者那样符合我的观点。我力图用酸分解的观点来说明事实。有两种情况使我倾向于这种观点：一种是，根据其他一些理由，氢似乎是盐酸的成分；另一种是，在其他例子中没有出现过水和任何弹性流体化合。我认为，在这样情况下，如果水被除去，分子的余下部分将仍然保留分子的全部特性。在有一点上，我把数据弄错了，我曾把盐酸气的重量估计过高。现在我可能被人认为放弃建立在酸的分解上的解释，而采用更加简单的解释，即盐酸和钾的草碱化合，并立即放出氢。这样就没有必要认为水是不是以化合方式存在了。盖-吕萨克和西纳德为什么要这样强烈地坚持盐酸气中含有水是我所不能理解的，看来他们主要为了说明钾燃烧时放出氢，以及他们所设想的金属的氧化。

已经说过，钾在硅氟酸气体中燃烧（第103页）产物是氟化钾和一些氢，关于这方面的理论还不清楚。

钾能和氨气作用。戴维先生发现，当8格令金属在氨气中熔融时，12.05到16立方英寸的气体被吸收，放出的氢相当于金属被水氧化时所放出的，即1原子钾放出1原子氢。新的化合物呈深橄榄色。当加热到高温时，氨一部分重新放出来，还有一部分被分解。盖-吕萨克和西纳德说，在化合物上滴几滴水，氨全部被收回，留下来的只是草碱。戴维先生坚持分解的结果与此稍异。看来很清楚，在这个过程中，2原子氨和1原子草碱结合，同时把其中的氢赶出来。因为43格令钾需要12格令氨，所以8格令钾需2.25格令氨，相当于12.5立方英寸的氨。

5.苏打

苏打通常从生长在海岸上植物的灰，特别从叫做藜科植物的灰中得到。在西班牙，苏打是大量生产的，叫做苏打灰（barilla）。在不列颠，把各种不同种类的墨角藻（fucus）或海草烧成灰，形成一些碳酸苏打的混合物，叫做海草灰（kelp）。苏打像矿物一样，在一部分土壤中和碳酸结合，在另一些土壤中和盐酸结合，因此叫做化石碱或矿物碱以区别于草碱或植物碱。

要得到尽可能纯净的苏打，需要采用制取草碱的方法。纯碳酸苏打必须用石灰水合物与水处理，把碳酸苏打分解，苏打留在溶液中，碳酸与石灰结合，新的化合物沉淀下来。然后把澄清液体倒出，加热至沸腾，水发出嘶嘶声逐渐赶出，直至苏打达到暗红热度，这时碱与剩下的水成为平静的液体。把该液体倒入模子等容器中，立即结为硬块，然后保存在瓶里备用。如果加热到更高温度，则碱与水一起化为白烟逃掉。

这样得到的苏打是白色易碎的块状物，含有78%的纯苏打的和22%的水。根据德阿赛（d’Arcet）的报道（《化学年鉴》第68卷第182页），碱只有72%。但我认为这个数值太低了。随着水分的增加，苏打可呈结晶状，像草碱一样，大致含有50%或60%的水。苏打与草碱相似，是极其苛性的。它容易潮解，溶于水时产生热量。把熔融的苏打倒入有刻度的玻璃管中，我发现它的比重是2。有一些理由可以认为，如果纯苏打能得到的话，它的比重将比草碱重，尽管它的终极质点一定比后者轻。苏打的性质和应用大致和草碱一样。的确，这两种碱长期来由于它们相似而被混淆。它们所参加形成的化合物，在许多例子中，有着实质性的差异，它们的原子量相差很大。虽然它们可从海水中盐酸苏打得来，但是它在植物中的来源却不大清楚。

苏打原子的重量很容易从它和酸形成的许多确定的化合物推算出来，它看来是氢的28倍。碳酸苏打、硫酸苏打、硝酸苏打和盐酸都是著名的盐。在有关这些盐的比例上，把我自己的实验和别人的进行比较，我得到以下数据：

这些比例和柯万及其他权威们的数据的差别简直不到1%。数字19，34，38和22分别是各个酸的原子重量，因而数字28一定是苏打原子的重量。所以我认为苏打是一种特别的元素，它的重量和我们曾测定的每一种元素都不同。从元素苏打的重量，我猜想它是水、氧或某些较轻元素的化合物。但是从目前现象看来，这种设想似乎不够牢靠。因此，苏打应该被看做基本要素，这样较为妥当。我们将继续讨论苏打水合物、碳酸盐和苏打氢化物，理由已在草碱标题下介绍过了。

6.苏打的水合物

苏打直到最近还被认为是纯净的，实际上它是与水结合的。最小量的水似乎是1原子对1原子苏打，即按重量8份水对28份苏打，或水占22%。德阿赛曾得到过纯度为72%的苏打，我没有得到比这更纯的，总是含有一些碳酸和其他杂质，这使我倾向于断定，78%大概是能够得到的最高纯度了，它可以叫做第一水合物，硬而易碎，重是水的两倍。第二、第三、第四和第五水合物我认为是结晶状的，但是我的经验还不能使我有把握决定它们的性质。第六和那些具有更多水的水合物在常温下都是液体。它们的比重可用普通的方法得到，而相应的纯碱的含量则由检定用的酸来测定。

下面关于苏打的表是仿照草碱的表（第156页）制成的。它的精确度还可以。但是过去我对这个表没有给予应有的重视。据我所知，这类表从没有发表过，可是，这种表在科学研究的实践方面是如此必要，以致使我感到惊讶，怎么会这样长久从事科学研究而不用到它们。

不同比重的水溶液中实际苏打的含量表

最便于用作试剂的溶液的比重发现为1.16或1.17，含有按容量计算14%的纯碱，所以100容量的碱需要用同体积的酸试剂来饱和。

7.碳酸苏打

我称之为碳酸苏打的盐，在药铺中有高纯度的出售，叫做提纯的次碳酸苏打。它以大结晶的形式获得，含有许多水，在空气中暴露一些时候，这些晶体就失去大部分水，变成像面粉一样。我把100格令新结晶的碳酸苏打，放在小盘子内，让它和空气作用，1天内它就减少到80格令；2天内，到64格令；4天内，到49格令；6天内，到45格令；8天内，到44格令；9天内它仍然是44格令，呈很细的干粉状，可能不会再失去重量。于是把它加热到红热，然后称重，约为37格令。现在可以充分证实，普通碳酸苏打加热至红热后含有19份酸和28份苏打，或近似地为40.4%左右的酸和59.6%左右的碱。克拉普罗思说是42份酸和58份碱，柯万说是40.1份酸和59.9份碱。在低温下生成的结晶碳酸盐最近也同样得到确定，它大致含有63%水，测定方法如上。这一点所有实验都已证实，柏格曼和柯万发现为64份水，克拉普罗思发现为62，以及德阿赛发现为63.6。因此，结晶碳酸盐的组成是容易确定的，因为，37∶63∷47（=19+28）∶80，这里80为依附于每个碳酸盐原子上水的重量，也就是10原子水和1原子碳酸苏打形成了普通的结晶。再者，47∶8∷37∶6.3等于和37份碳酸苏打结合的水的重量，相当于1原子水。但37＋6.3=43.3，从这一点可以看出，100份结晶的碳酸盐减少到44或43.3，这表示所有10原子水除1原子外都蒸发了。因此这种盐通常似乎不是风化到干燥的碳酸盐，而是风化到1原子碳酸盐和1原子水。这个设想可通过实验来证明，将上述加热过的37格令碳酸盐，在空气中暴露了5天，又变成44格令。

碳酸苏打还有另一个非常显著的特性，这种特性我认为是产生于化学的一般规律的。当一些普通结晶碳酸盐放在玻璃曲颈甑中加热时，温度一到达150°左右，即变为像水一样的流体，但当温度到达212°，并保持沸腾一些时候以后，即有坚硬的小颗粒盐从液体中沉淀下来，经检验，我发现是第五水合物，即1原子碳酸苏打和5原子水结合。因为100格令这种盐通过红热失去64格令，而1原子的碳酸盐重47格令，5原子水重40格令，一共87格令。于是，87格令这种盐含有40格令水，100格令将含有46格令。含有第五水合物透明液体的比重为1.35，冷却后，整个液体结晶为易碎的冰状物质，略微加热又溶解。通过检定酸检验，表明是由1原子碳酸盐和15原子水组成的。因此，第十水合物通过加热就分解，转变成第五和第十五水合物，同样，第十五水合物可能转变为第十和第三十水合物。把任何比重低于1.35的溶液放置一旁，任其结晶时，在液体中即形成第十五水合物，最后留下的液体，比重降低到1.18。通过用检定酸处理该液体时，发现它是由1原子碳酸盐与30原子水组成。当然，在充分地与水搅拌时，普通的碳酸盐晶体总是形成这种溶液，或者说是在平均的通常大气温度下的一种饱和溶液。加热时可得到从1.85到1.35的其他液体溶液，但是它们很快就结晶，这样的溶液叫做过饱和溶液。

正像预料的一样，不同种类水合物的结晶具有不同的比重，第十五水合物的比重是1.35，第十水合物的比重是1.42，第五水合物的比重是1.64。通过把晶体投入碳酸钾碱溶液内，直至悬浮起来，或者在它们的饱和溶液中称取它们的重量，都能求出它们的比重。我没有能够求出确定纯碳酸盐和第一水合物的比重。

当碳酸苏打用作检定碱时，其比重将是1.22，这种溶液按容量含有14%的碱，100容量这种碱将需要100容量检定酸来中和。但是由于这种溶液在保存时总是有一部分要结晶出来，最好是用一半浓度的溶液来代替。于是200容量溶液需要100容量的检定酸。

下表包括从我的研究得来的碳酸苏打和水的不同化合物的特性。

不同比重的水合物中碳酸苏打的实际量

需要注意一下碳酸盐类的状态。纯碳酸苏打呈干燥的粉末状态，第一水合物也是这样，外表上和纯碳酸苏打没有区别。第五水合物是结晶态物质，可通过加热普通的碳酸苏打把适量的水赶掉而制得，其比重很容易求出来。第十水合物就是店铺里的结晶状普通碳酸苏打。第十五水合物根据我们的观察可能是液态，也可能是固态。第十二水合物是液体，我没有发现它有什么显著的特性，它容易部分结晶。第十三水合物是液体，在通常温度是饱和溶液，不需要降低多少温度就可能全部结晶。第二、第三、第四、第六等水合物我没有发现有什么显著的差别。

8.钠，或苏打的氢化物

根据现在的知识，关于在第96页上钠的说明需要作一些修正。由于钠总是从苏打的第一水合物得到，还由于在熔融的苏打水合物电解时，根据戴维先生所说，只是产生氧气，没有其他气体，很自然钠必须是苏打和氢的化合物，可叫做苏打氢化物。戴维先生，如当时一般看法那样，认为苏打在熔融状态下是纯的，或者说不含有水。他断言，苏打在电解时分解为钠与氧。这个结论，虽然戴维先生仍然坚持，现在看起来是靠不住的，它没有指出，在形成钠和钾的每个场合里（1809年《哲学学报》）公认存在的相当于化合物16%的水变成了什么。

虽然戴维先生用伏打电制取钠的新颖方法最富有启发性，但是在涉及新产品性质方面，如果需要一定数量的物品，则盖-吕萨克和西纳德的方法却是最方便的。这就是，把红热的苏打水合物的蒸汽通过炮筒内加热到白热的铁镟，这时水合物似乎以两种方式分解，一部分分解为钠，或苏打的氢化物，与氧气、钠蒸馏出来留在炮筒的冷却接受器内，而氧气则与铁结合；另一部分则分解为苏打和水。水又分解为氧与氢，氧与铁结合，氢则逸出，同时苏打与铁或其氧化物结合，形成一种白色的金属化合物。

钠的比重戴维先生说是0.9348。它的终极质点（1原子苏打与1原子氢）一定是29，而不是像第96页上所说的21。因此，100份苏打第一水合物，或熔融的苏打含有80.6%的钠和19.4%的氧，这和戴维先生的实验结果是一致的，在这些实验中氧的比例最小。

根据盖-吕萨克和西纳德，钠以各种比例与钾形成合金，这些合金比任何一种单独的金属都要容易熔化，在有些情况下，在水的冰点还保持液态。一般来说，钠与钾的性质是如此相似，以至于不需要区别加以说明。

第十二节 土类

化学家叫做土类（earths）的物质共有九个。它们的名称是石灰（lime），苦土（magnesia），重土（barytes），锶石（strontites），钒土（alumine或argil），硅土（silex），钇土（yttria），甜土（glucine），锆土（zircone）。最后三个是新近才发现的，很稀少。

土类构成岩石界的基础。虽然它们常被认为是复合物质，曾作过几次尝试把它们分解，但它们所表现的还是简单的或基本物质。有些土类具有碱性，而另一些则没有。但是它们都具有下列特性：1.它们都是不能燃烧的，或者说，它们都不同氧气结合；2.它们在光泽和不透明方面次于金属；3.它们不溶于水内；4.它们很难熔化，或者说，能耐强热而不发生变化；5.它们能与酸结合；6.它们能相互化合，并能与金属氧化物化合；7.它们的比重在1到7之间。

最近戴维先生企图把土类分解，他好像曾经指出过，有些土类能形成金属，这种性质和固定碱很相似。但是，这些金属很可能是氢与各个土类的化合物，就像碱类的化合物一样。

1.石灰

这是最丰富的土类之一，它在世界各处都可找到，但处于化合状态，通常是与酸化合在一起。在与碳酸化合时，它以白垩、石灰石、大理石形态大量存在于地层或矿床中，石灰通常就是从它们制得的。

制取石灰的普通方法就是把白垩或石灰石块放在窑内加热到极红或白热几天，这样，碳酸就被赶出来，石灰则成为坚实的大块留下，其大小与形状差不多与石灰石一样，只是重量损失了9/20。很可能，石灰与煤的混合物中煤燃烧时产生热量促使石灰分解。从白垩制得的石灰差不多是纯的，但是从石灰石得到的石灰含有10%到20%杂质，特别是矾土、硅土和铁的氧化物。

这样制得的石灰通常称为生石灰，是白色的，相当硬，但易碎。它的比重，根据柯万，是2.3。它对动物性和植物性物质有腐蚀性；像碱一样，它能把有色的植物浸液，特别是蓝色的，转变为绿色。它是不能熔化的。它对水有强烈的吸引能力，甚至能夺取大气中水蒸气；当暴露在大气中时，它逐渐吸收水分，几天后分散为一种细的白色粉末。在这过程中，如果石灰是纯的，它将增加33%的重量。在这以后，它开始吸收碳酸而置换出水，慢慢地生成了石灰的碳酸盐。当1份水加到2份生石灰上，石灰立即分散为粉末并发出强热，估计可达800°。这种操作过程叫做石灰的消化，石灰在使用以前大多数都要经过消化。消化后得到的新的化合物叫做石灰水合物，它是石灰与水之间唯一的化合物。

由于石灰能与迄今所知道的主要酸类化合，并和它们形成完全中性的盐，而这些盐类的比例业已由实验准确测定，所以我们能够确定一个石灰原子的重量，例如：

我相信，碳酸石灰通常被认为含有44%或45%的酸，硫酸盐多半设想为含58%的酸，其极限为56%与60%。其他两种盐的比例还不曾仔细地测定过，但可以相信，上面所确定的比例与实际情况不会相差太大。把43格令白垩投入200格令容量检定硝酸（1.143），或检定盐酸（1.077）中，将发现石灰全部溶解，并把酸完全饱和。因此我们得到，石灰的基本原子重24。我过去曾把它说成23，是根据柯万，设想碳酸石灰为45%的酸+55%石灰。这差别几乎不值得考虑，但经验似乎告诉我24∶23更可靠。

当把大量水浇到一块生石灰上面时，它有时暂时不发生消化作用，这可能是由于水阻止了温度的上升。在这种情况下水是不溶解石灰的，因此，严格地说，石灰似乎是不溶于水的，而石灰水合物才是溶解的，虽然也只是少量。石灰水合物的溶液称为石灰水，是一个很有用的化学药品。

把一些石灰水合物放在水内搅动即形成石灰水，应该用蒸馏水或雨水。只要激烈搅动一次就差不多足够使水饱和。但是如果需要完全饱和，搅动就应该重复两次至三次。待石灰沉下后，上面澄清液体必须倒入瓶中待用。作者们对石灰溶解在水中的量有不同看法，有些说，水能溶解其自身重量1/500的石灰，另外一些人说是1/600。事实是，很少人仔细地做过这实验。汤姆森博士在他的第四版化学里说，根据他的经验，这个数值是1/758。这比前面两个数据更接近实际。有位作者说，212°的水所溶解的石灰两倍于60°水所溶解的，冷却时多余的石灰析出，但这种说法没有实验证明。而如果他说的是一半而不是说加倍，倒可能比较可靠。我在这方面曾做过几次实验，其结果是值得注意的。

当把60°的水与石灰水合物充分搅动后，水澄清非常缓慢，但石灰水能很快通过吸墨纸做成的滤纸，这时它就变清而适于使用。我发现7000格令这种水需要75格令检定硫酸使其饱和，所以这些水内含有9格令石灰。如果把这种饱和过的水与石灰水合物混合，加热到130°，然后加以搅动，它很快就澄清，把7000格令这种水倒出来只需要60格令检定硫酸就足以使它饱和。同样的饱和石灰水与石灰水合物煮沸两三分钟，放置一边让它冷却，不要搅动，它很快就澄清了，7000格令倒出来只需要46格令检定酸来中和它，检定酸照例是1.134。因此，我们得到下表。

这张表使我们得出结论，水在冰点时所溶解石灰的量约为沸点时溶解的两倍，我不曾有机会检查季节对这些实验的影响，但是我被告知，印花布印染工人发现在一年的不同季节里，石灰水有着明显的差异，并发现冬季对他们印染最有利，而夏季最不利。由于水只能接受如此少量的石灰，而冷水比热水多，人们可能会设想这是悬浮的结果而不是溶解。带着这个意图，我试试看在水中加一点胶会不会增加它的溶解力，但结果是，不管有没有加，60°的水所溶解石灰的量完全是一样的。我发现把石灰水放在深的陶器里在空气中暴露数月之久，仍然含有其自身重量1/800的石灰。

石灰水尽管所含石灰的量很少，却有一种腐蚀性味道。它对颜色的作用同碱一样。一些蓝的颜色，如紫罗蓝的浆汁，能变为绿色。石蕊的浸液加少量酸时由蓝色变为红色，又能通过石灰水的加入而恢复其蓝色。海石蕊（archil）溶液，由于加入酸而变红，在加入石灰水又能恢复其紫色。当暴露在空气中，石灰水表面上会结成一层薄壳，这是碳酸石灰，酸是从大气中得到的，碳酸石灰不溶于水，沉到容器底部，最终全部石灰就这样转变为碳酸盐，水就成为纯水了。如果一个人通过管子把呼出来的气送进石灰水，或把含有碳酸的水倒进去，石灰水就由于形成碳酸盐而呈乳状。但是加倍分量的酸却形成石灰的过碳酸盐，这是相当容易溶解的。虽然石灰在水中溶解的量是这样的少，可是当石灰水用蒸馏水稀释100时，石灰的存在还能够用颜色检验，或用硝酸汞等指示出来。

石灰能与硫和磷化合，这些化合物将在硫化物或磷化物标题下讨论。它也能与酸化合，和它们形成中性盐。它还与一些金属氧化物，特别是汞与铅的氧化物化合，但是这些化合物的性质还不太清楚。

石灰的重要用途之一是做灰浆。为此，把石灰消化并与大量砂混合，加入尽量少的水使成糊状。这种灰浆当适当地放在建筑物的瓦片或石头中间时，就逐渐变硬而把它们整个粘在一起，这是部分地，可能主要地由于吸收大气中的碳酸气形成石灰的碳酸盐。配制不同用途灰浆的最好组分及其比例似乎还不够清楚。

2.苦土

这个土类元素是从现在叫做硫酸苦土 ^[20] 这种盐类制得的，后者大量存在于海水和一些天然泉水中。根据最好的分析，结晶硫酸苦土含有56%纯的干硫酸盐和44%的水。有些作者发现在这种盐中有更多的水，即从48%至53%，但亨利博士在他的英国和外国的盐类分析中（1810年《哲学学报》）注意到结晶硫酸苦土只含有44%的水，而我多年来得到的硫酸盐样品也具有同样的特性。因此，我倾向于采用它作为可靠的水的比例。现在亨利博士发现100格令上述的硫酸苦土生成111或112格令硫酸重土，而后者业已被确定1/3是酸，所以，在100格令硫酸苦土（纯的盐是56）中硫酸为37格令，因而苦土等于19格令。但是硫酸一个原子的重量为34，所以近似地有以下关系：37∶19∷34∶17，即一个苦土原子的重量一定是17。可假定硫酸苦土是由一原子酸和一原子碱结合而成。这种假定是没有理由怀疑的。我在本书第一部分第79页上曾说过，苦土的重量是20，这主要是从柯万的硫酸苦土的分析推断出来的，但从现在的经验来看，我认为这个数值太高了。虽然只有很少数苦土盐类极其精确地分析过，可是在不同的分析中得到的苦土原子的重量从未低于17，也未高过20。亨利博士和我分析了在100°充分干燥过的普通碳酸苦土，发现它在加酸时损失40%，在加热到适度的红热时损失57%。因此，它应该含有43苦土，40碳酸和17水。我们发现该碳酸盐在450°左右开始释放出水和一些酸，但是它经受550°一小时之久损失不多于16%。因此，规定苦土原子的重量为20，该碳酸盐就一定是由1原子酸，1原子苦土和1原子水所组成。因为19＋8＋20=47，根据上面实验，我们分别得到47∶19、8与20∷100∶40、17与43。可是，我有理由认为苦土原子的重量应该从硫酸盐而不是从碳酸盐去推算，因为碳酸盐从普通泉水中制得时，它总是含有少量硫酸石灰，这一部分在焙烧时，将存在于分析的结果中，也被算到苦土账上去了。因此，我得出的结论是，一个苦土原子的重量为17。据说，苦土的过碳酸盐是可以得到的，但是根据我的经验，当硫酸苦士与苏打的过碳酸盐在溶液中混合在一起时，立即产生大量气泡，放出碳酸，只有普通的碳酸苦土沉淀下来。的确，亨利博士在把稀的混合物放置一些时候以后得到一种晶体，这些晶体是一种不透明的小球，大小和小弹丸差不多，但是通过检验，证明它们只是与3个水原子结合的碳酸苦土，而不是与1个水原子。因为100格令在红热时失去70格令，在加酸时失去30格令，由此，它的组成为30酸+30土+40水，或者19酸+19土+24或25水。所以结晶硫酸苦土的组成一定是1原子酸+1原子苦土+5原子水，按重量是34＋17＋40=91，于是得出37%酸+19%碱+44%水，与上述的亨利博士的实验完全一致。

最普通的苦土盐类在干燥状态下的组成表示如下

在上表中硝酸苦土的组成是与柯万和里克特的一致的，而盐酸苦土是和文策尔的一致的。

为了制得苦土，必须把硫酸盐溶解在水内，再加上一些纯草碱溶液，这时苦土即析出，可通过过滤来分离。如果把碳酸草碱加到硫酸苦土溶液中，则沉淀下来的将是碳酸苦土，后者可以通过过滤来分离，并且一定要加热到红热把碳酸赶去。可是用前面方法所得的苦土只需要稍微加热烘干即可。

苦土是一种白色，柔软的粉末，没有什么味道，无臭，它的比重据说是2.3。它对植物的作用和石灰与碱一样。它在加热时不熔化，在水内很不容易溶解。根据柯万，它在自身重量7000倍的水里才能溶解，我在一次实验中发现它需要16000倍自身重量的水。根据我的经验，当暴露在空气中时，苦土像石灰一样，1原于吸1原子水，重量约达47%。它也能吸引碳酸，但很慢。除掉可能与氢和硫化合以外，它不与其他任何简单物质化合。它与酸形成中性盐，这些盐经常发现与其他盐类化合。

由于硫酸苦土是该上类元素的一种可溶盐类，有一个表表明在不同比重的一定重量或容量溶液内实际干硫酸盐和普通的结晶硫酸盐的量可能对我们有用处。表是根据我自己做的实验。

硫酸苦土表

第五水合物是普通的结晶硫酸苦土，第八水合物是通过沸腾而得到的最浓的溶液，第十五水合物是在60°时的饱和溶液。

3.重土

现在叫做重土的这个土类元素是谢勒在1774年发现的。从那以后，有几位著名化学家曾在这个元素及其化合物方面做过许多工作。因此，现在也许可以说，它是所有土类元素中最熟悉的了。它最经常地发现与硫酸结合，其化合物叫做硫酸重土，以前叫重晶石，常在矿井附近，特别是铜矿附近发现。它也与碳结合，不过比较稀少，这种化合物叫做碳酸重土。

重土可从硫酸盐或碳酸盐得到。硫酸盐一定要先粉碎，再与炭混合，在坩埚内加热到红热数小时，这样，硫酸盐就转变为硫化物。用硝酸处理硫化物，硫就被除去，而重土则与酸结合，然后加热到红热把酸赶出，重土就留在坩埚内。如果用的是碳酸盐，一定要先粉碎，再与炭混合，置坩埚内，经受一段时间锻炉的高温，然后用沸水把纯的重土溶解，让炭和碳酸盐留下，冷却时得到重土水合物的晶体。绝大部分水可在加热时赶掉。

用以上方法所得的纯重土是灰白色块状物，很容易变成粉。有涩口的腐蚀性味道，吞下去是有毒的。像石灰一样，暴露在空中会吸收水，接着又以碳酸代替了水。它能使某些植物性蓝色变绿色。比重约为4。重土与水形成各种不同的化合物，称为水合物，这些不久就要讲到。它能与硫和磷化合，但不与其他简单物质化合。它的硫化物与磷化物将在以后讨论。重土的终极质点的重量能够极其近似地得到，约为68，为硫酸一个原子重量的两倍。这从下面最重要的普通重土盐类的组分表可以看出。这些盐类都曾被成功地研究过。

下面这些权威，如伯尔蒂埃、克莱门特、德索默斯、克拉普罗和柯万都同意把碳酸重土中的酸规定为22%，最近艾金先（Mr.Aikin）发现为21.67%，詹姆斯·汤姆森先生（Mr.James Thomson）发现为21.75%（《尼科尔森杂志》1809年第22、23卷）。最后提到的这位化学家发现硫酸重土为33酸与67重土。他的结论证实了威瑟林（Withering）、布莱克、克拉普罗思、柯万、布肖尔茨（Bueholz）和伯瑟（Berthier）等人的结果，他们都把酸定为33%，或近似这个百分数。沃奎林（Vauquelin）、罗斯（Rose）、伯索累和西纳德以及克莱门特和德索默斯发现为32%或较多的酸，而福克罗伊和艾金发现为34%。关于这个盐类的组成，我们看到许多人的结果都几乎一致，是很感到满意的，因为这些结果经常是通过检验硫酸和硫的量而得到的。J.汤姆森发现在硝酸重土内重土为59.3%，克莱门特和德索默斯发现为60%，柯万在不同试验中得到的结果为58%与55%，而福克罗伊和沃奎林得到的为50%。这些结果彼此相差很大，并且都在上表所列的数值以下。但一定要看到，结晶硝酸重土是含有水的，可能各种不同含水的量与温度有关，如果硝酸盐原子与1原子水结合，则重土的百分比将为59.6%，与汤姆森以及克莱门特和德索默斯的结果大致符合；如果是与2原子水结合，则重土将为55.7%；如果是与3原子水结合，则重土将是52.6%，等等。结晶盐酸重土显然含有1原子干的盐酸盐+2原子水；或22%酸+68%重土+16%水，可化为20.8%酸+64.1%重土+15.1%水。还有，柯万发现为20%酸+64%碱+16%水；福克罗伊为24%酸+60%盐+16%水；而艾金为22.9%酸+62.5%碱+14.6%水，这些数据在它们彼此之间都很一致，并且和我们从理论上所指望的也近似地一致。

重土与大多数酸结合，和它们形成中性盐。在许多方面它都与固定碱相似，只是在重量方面它近似地等于它们两个加在一起。

重土的水合物

当把硝酸盐加热而得到的重土暴露在空气中，或用水弄湿，它就与水结合，并在不同程度上与水形成一系列的水合物，这些水合物还不曾受到足够的重视和区分。结合时有大量的热放出。重土第一水合物曾被错误地当作纯的重土，这使一个时期硫酸重土的元素百分比不能确定。现在，如果一个重土的原子重68，其第一水合物将重76，再加上34硫酸，则得到一原子硫酸重土等于102（因为在酸与碱结合时水被赶出），另外，如果我们把水合物设想为纯的重土，我们就会得出结论，76重土与26硫酸结合形成102硫酸盐，这和前面西纳德和伯索累的错误结果是很接近的。因此，有理由得出结论，他们的重土，在红热状态下保持一些时候，实际上是第一水合物，或者说，是一原子重土与一原子水。当纯的重土用沸水溶解时，形成比重超过1.2的溶液，冷却时，重土大部分结晶出来，这些晶体是第二十水合物，或者说，是由1原子重土与20原子组成，或30%重土与70%水。如果把它们加热到大约400°或500°，它们就熔化了，大部分水被赶掉，得到一种干的粉末，这就是第五水合物。在这个操作过程中，228份（等于68＋20×8）减少到108份（等于68+5×8），或100减少到47，这正好是霍普博士由实验得到的减少数量。这种干粉末在低于红热的温度就熔化，但是我没有能够求出它在红热时减少多少，因为正如伯索累所说过的那样，即使在坩埚中，它都会差不多像它失去水那样迅速地吸收碳酸。我在重土晶体方面的经验是很有限的，但根据下面实验我断定它们是第二十水合物。我取80格令新鲜的结晶重土，把它们溶解在1000格令水中，溶液的比重是1.024，该溶液需要70格令容量的检定酸使它饱和，生成36格令干的硫酸重土，其中12格令是酸，24格令是重土。从这里我们知道，第一，80格令晶体等于24纯的重土，或者228等于68，但228=20×8＋68，这表示20原子水与1原子重土结合；第二，在表示比重的数字中第二位第三位小数即指出在100格令容量溶液中纯重土的量。这后面一点对比重低的溶液一定适用而不至于有明显的错误。因此，重土的强度和价值可以从比重得知。这个优点实际上不适用于石灰水。可是，根据以后的一些实验，我发现重土的量有些估计过高。

下面这个重上水合物的简表，在更精确和更丰富的表制出以前，可能对我们是有用的。

重土的水合物表

4.锶石（或锶土）

制取这个土类元素的矿石首先是从苏格兰阿盖尔郡（Ar-gyleshire）斯特朗坦（strontian）铅矿中发现的。这个土类元素及其特性在1792年由霍普博士在爱丁堡皇家学会宣读的一篇文章中指出，并于1794年在学报上发表。在这以后，有几位著名的化学家又对这些研究予以证实和扩展。苏格兰矿石是锶土的碳酸盐，但是这个土族元素后来还发现以不同比例与硫酸结合在一起。

锶土是从硫酸锶土或碳酸锶土制得的，方法和从类似的化合物制取重土的方法相同。的确，不管是在自由状态还在化合状态，它和重土都极其相似，以致曾被人们混淆。锶土的腐蚀性味道不下于重土，但它没有毒性。它在水中的溶解度没有重土大。它具有使火焰变红或变紫的性质，为了做到这点，可把它的硝酸盐或盐酸盐溶于酒精内，或放在蜡烛芯上。锶土原子的重量是从它和一些比较普通的酸所形成的盐类推算出来的。例如，

霍普博士、佩尔蒂埃和克拉普罗思发现在碳酸盐类里有30%的酸。克拉普罗思、克莱菲尔德（Clayfield）、亨利和柯万发现在硫酸盐类中有42%的酸。柯万发现结晶硝酸盐含有31.07酸，36.21碱和32.72水，我设想该硝酸盐为1原子酸，1原子碱和5原子水，即38酸+46碱+40水，可化为30.6%酸，37.1%碱和32.3%水，和柯万的结果很接近。如果用的是干盐，他的结果将是46.2酸与53.8碱。沃奎林发现硝酸盐含有48.4酸，47.6碱和4水，但是这个组成不可能是正确的，里克特的分析也不可能正确，他的分析结果是51.4酸和48.6碱。干的锶土盐酸盐，根据柯万的结果，为31酸与69碱所组成，但是沃奎林说是39酸和61碱。无疑，柯万的结果是比较接近真实情况的。

锶土的水合物.纯锶土加上水时，它就发热和膨胀，像石灰和重土一样，并发散为干的粉末，这种粉末似乎是第一水合物，在形成这种化合物时，46份锶土将获取8份水。但是如果加入更多的水，就得到水合物的结晶。这些结晶为第十二水合物，这就是说，它们是由1原子锶土与12水原子所组成的，等于46＋96=142，或者32%锶土加上68%水，与霍普博士的结果一致。水在60°时约溶解其重量的1/600的纯锶土，或其重量1/50的晶体。溶液的比重约为1.008。但是沸腾的水约溶解其一半重量的晶体。从这里可以看出，锶土要比重土难溶得多，而比石灰容易溶得多。这些锶土晶体的比重已由哈森弗雷茨（Hassenfratz）正确地测定为1.46左右。锶土水可以像石灰水或重土水一样用于同样的目的。

锶土与大部分酸化合生成中性盐。它也和硫及磷化合。

5.矾土，或陶土

这个叫做矾土的土类元素构成了普通黏土的大部分。但是黏土是两种或更多的土类元素与铁等的混合物，因而不能用纯矾土来表示。纯矾土可由一种叫矾的大家熟知的盐来制取，它是由硫酸草碱与硫酸矾土以及一部分水结合而成。把一些矾溶解于10倍其重量的水中，加入一些液氨，硫酸便夺取氨同自己化合而使矾土沉下，后者可用过滤方法与液体分开，然后加热到红热。

这样得到的矾土是精细的白色土类，有吸水性，弄湿时带黏性，没有味道也没有气味，据说它的比重是2。当与水混合时便粘结为一体，是制造陶器的基础物质，能做成任何形状。在这种情况下把它强热，就变得特别硬，部分或全部地失去黏性。纯矾土能经得起炉子的极高温度而不发生任何变化。

矾土不和氧、氢、碳、硫或磷等形成任何已知的化合物，但能和碱、大部分土类元素以及几种金属氧化物化合。它也能和许多酸化合，但在大多数情况下形成了不能结晶的盐类。它对植物色素具有强烈的吸引力，因而在印染技术中获得重要的应用，被用来把颜色固定在布匹上。

矾土原子的重量不像前面土类元素那样容易测定，一方面因为它与酸形成的盐不能结晶，另一方面则因为它没有受到应有的注意。唯一的受到仔细分析过的矾土盐类是一种三元化合物，叫做矾。了解这个盐的组成和性质，对它的制造者和对必须用到它的各种技师来说都是非常重要的。

查佩塔尔（Chaptal）、沃奎林以及西纳德和罗德（Roard）的经验（《化学年鉴》第22、50和59卷，或《尼科尔森杂志》第18卷）指出，各个国家的矾在组成和性质方面都是极其接近的，即含有33%硫酸11%或12%矾土，8%或9%草碱，以及47%水。的确，上面提到的这些作者们在这些数值方面并不是都一致的，但是这些差异更多是在外表而不是在实质。沃奎林从100份矾得到95份硫酸重土，但西纳德和罗德得到100份。后面这两位化学家在硫酸重土内只是采用26%酸，而现在普遍认为在这种盐内大约有33%的酸。詹姆斯·汤姆森先生告诉我，他发现近乎100%硫酸重土。这个结果我认为是最正确的，也是最新的。沃奎林发现在矾内有48.5%水，这比通常发现的要多，这在一定程度上是由于他求得的硫酸重土较少。查佩塔尔在英国矾中发现有47%水，这和我的实验结果一致。沃奎林发现10.5%矾土，西纳德和罗德12.5%。格拉斯哥的坦南特先生（Mr.Tannant）曾把他的分析结果寄给我，他发现他那里制造的矾含矾土11.2。这位化学家发现硫酸草碱为15%，大致与西纳德和罗德的结果15.7%，相同。现在，由于34酸加上42草碱已被证明是构成76硫酸盐，15硫酸草碱内则含有6.7酸和8.3草碱。把这些结果集中起来，矾看来组成为：

33 硫酸

11.7矾土

8.3草碱

在33硫酸内一定要回想到6.7份是属于草碱的，即整个的1/5，而剩下的4/5份属于矾土。因此在一分子矾内只有5原子硫酸，1原子属于一个草碱原子，另外4原子则属于4个矾土原子，假如酸和矾土是一对一结合的话，在没有提出充分的相反理由以前，我们就这样假定了。于是，一个原子矾似乎是由一个位于中心的硫酸草碱和4个环绕它的硫酸矾土原子所组成，形成一个正方形。但是33-6.7=26.3酸属于11.7矾土，而26.3∶11.7∷34∶15，即一个原子矾土的重量为15。因此，干的矾一定是5×34+42+4×15=272。但是由于在通常状态下，矾总是与水结合的，所以我们能够求出多少原子水结合到一个干的矾原子上。为了这个目的，我们得出53∶47∷272∶241等于水的重量，把它用8去除，得到水的原子数为30。因此，一个普通的矾的原子含有：

1原子硫酸草碱=76=15%

4原子硫酸矾土=196=38%

在温度60°时矾的饱和水溶液的比重为1.048，它为1原子干的矾与600原子水所组成，或者说，矾的含水量为晶体所含的20倍。矾自身的比重约为1.71。把它溶解在水中可得到任何比重较低的溶液。至少，我曾得到过一种溶液，它在热时比重为1.57。

矾不与碳酸结合，但它能与硝酸和盐酸结合。因此，就像从硫酸盐一样，从这些化合物来研究矾土一个原子的重量将是合乎要求的。据我所知，还没有人求出硝酸矾土中元素的比例。在盐酸矾土中布肖尔茨测定酸与碱的分量相等，而文泽尔测定的酸与碱的比例是28∶72，所以他们的结果都靠不住。我是按照下法测定这些盐类的组成的：把100格令矾溶解于水，用156容量左右检定氨（0.97）把矾土沉淀下来，要注意矾的溶液要为氨所饱和，不要过量。然后把这液体充分搅动，并立即分为三等分，每等分发现分别需要52容量的检定酸，即硫酸、硝酸与盐酸各52容量来溶解悬浮的矾土，并使溶液澄清，这些溶液后来并未发现有未化合的酸存在。因此，这些盐类的百分比可以推断如下：

这里可注意一下沃奎林在其1797年文章里所持的见解，但后来在1804年他的下一篇文章里却没有提到，也没有在1806年西纳德和罗德的文章里提过，这见解我指的就是，矾是由矾土的过硫酸盐和硫酸草碱所组成。如果这是真实的，那么矾土的原子一定重30，因为是2原子硫酸与1原子矾土结合。这种见解我是不支持的。当矾的溶液用蓝色试液检验时，它能使试液变红，但这种现象在盐的几对色素有强烈的吸引力时，不能证明有多余的酸存在；很可能是盐真正发生了分解，也可能是色素与盐形成了三元化合物。在矾内肯定不存在未结合的酸，因为只要极少量碱就能分解它。此外，过盐内所含的酸在红热时至少有一半被赶出来，但是矾却经得起红热而没有明显地失去了一点酸。从上面有关实验看来，硫酸、硝酸和盐酸等试剂在饱和矾土这方面都具有相同的功效，难道它们都是过盐吗？如果是的话，为什么在每种情况下不是由一半的酸中和这个土类形成简单的盐类呢？但是据说如果把矾土在矾的溶液中煮沸，矾土就同矾化合，成为不溶的中性盐沉下。沃奎林坚持他是曾经做过这个实验的，但是他没有提到比例，也没有指出需要多少时间才能产生这种效果。为了把这个问题搞清楚，我在60°时把必需的氨加入一容量矾的饱和溶液（约100格令矾）内把矾土沉淀出来，在这仍旧含有悬浮的矾土的中性溶液里我再加入另一容量同样的矾的溶液，并在玻璃容器内煮沸10分钟，然后把它放在一旁冷却，过滤，所得液体在比重方面减少并不太大，差不多需要同样分量的氨来饱和它，产生的矾土的量与加入第一个容量时所产生的一样多。由于担心硫酸氨的存在会影响结果，第二次我把100格令矾得到的干的磨碎矾土加到100格令矾的水溶液中，在另一个实验中加的是新近过滤的潮湿矾土，煮沸10分钟，蒸发掉的水重新加入，把液体过滤。这时液体的比重同开始时一样，含有同样多的矾土，把沉淀收集起来，烘干，称得的重量正好同以前一样。这些事实使我怀疑以前化学家们称做被土所饱和的这种矾是否存在。但是如果假定有一种化合物由硫酸和两倍分量矾土形成，我也说不出理由为什么它不是由1原子酸与2原子矾土组成。因此，我认为以上所述的一个矾土原子的重量是一个合理的结论。

法国化学家们似乎曾证明过，在矾内即使存在着极少量的硫酸铁对它在印染等方面的某些应用也是有害的。

矾土的水合物.索热尔在《物理学杂志》第52卷里说，随着条件的不同，矾土以两种完全不同的状态从溶液中沉淀出来，一种他叫做海绵状矾土，另一种叫做胶状矾土。在通常夏天的温度下干燥后，这两种矾土都保持有58%的水，前者在红热时可以失去全部水，但后者在最高温度下只失去48%。这些事实的精确性可能还有一些怀疑。但是在通常温度下矾土似乎可能保持2原子水，或者15份矾持有16份水。这就允许在红热时有52%的损失。这个问题值得进一步注意。

6.硅土

这种叫做硅土的土类元素大量存在于许多石头中。它在燧石、水晶等中差不多是纯的，但是一般来说，它只是石头组成的一部分，是和一种或多种其他土类或金属结合在一起的。它还以白砂形式的小颗粒存在着。这个土类的最显著的特征是它能与任何一种固定碱在一起熔化，并和它们形成美丽而著名的化合物即玻璃。燧石和水晶的比重通常是2.65左右。在烧到红热一些时候以后，燧石可在铁乳钵内磨碎，形成一种白色土类，作为充分纯粹的硅土可用于大多数场合。它是一种粗糙的沙砾状粉末，同黏土不一样，它既不粘着在一起，也不和水形成糊状物。它在水中看不出一点溶解。加热时不熔化，除非是加热到极高的温度。为了得到纯净的硅土，需要把硫酸和氟酸石灰的混合物放在玻璃容器内蒸馏，或者和磨碎的燧石放在一起，这时就产生弹性状态的过氟酸硅土，该气体可在水面上收集，形成一层氟酸硅土的硬壳，通过过滤或其他方法把它除去，然后用氨饱和澄清的液体，纯净的硅土这时就沉下来。在红热状态下干燥后，形成一种细的白色粉末。用这种方式得到的纯硅土可制造纯的玻璃，这在下面即将予以说明。值得注意的是，硫酸虽然不和硅土结合，但当它倒在氟酸硅土下面时却能把氟酸变成气态赶掉。

硅土能与两种固定碱、大多数土类元素以及金属氧化物结合，但很少与酸直接作用，除掉氟酸。当与一种碱作用时，它还能与几个酸结合在一起，形成三元盐。它似乎不能与氧、氢以及其他可燃物质结合，也不能与氨结合。

每种固定碱可按两种比例同硅土结合。为了做成玻璃，可以把一份硅土和一份细的干碳酸苏打混在一起，但是如果用的是钾碱，则需要用1.5份。如果想得到另一种或可溶的化合物，则必须用双倍分量的碱，或两份苏打和三份草碱。每种情况都需要加热到强烈的红热程度，使这些元素完全结合。这时熔融体把碱里的碳酸释放出来，倒出来就立即成为玻璃。但是如果用的是双倍分量的碱，玻璃就容易吸收湿气，可以完全溶解在水中。这种玻璃叫过苏打化或过草碱化硅土，而前面那种则叫做苏打化或草碱化硅土。当在过草碱化硅土的溶液中加入酸时，立即生成一种白色沉淀，这种沉淀是草碱化硅土，或普通玻璃，而不是人们所设想的硅土。因为，1.我发现，加热后的沉淀约为红热的草碱化硅土重量的2/3，而硅土则只有该化合物1/3重；2.析出沉淀所需要的酸只有饱和该化合物中含有的碱所需酸的一半；3.在适度的红热下干燥后，该沉淀能用吹管熔化成玻璃；4.由于酸不能从玻璃中把碱取走，它们从过草碱化硅土里取出的碱不应该多于把它变为普通玻璃时所需之碱。

求硅土原子的重量比前面任何一种土类都要更加困难，因为它只和一种酸结合，而且百分比组成还不曾确定下来。可是我在研究它与草碱、石灰以及重土的关系时却相当成功。我曾制得一些完全没有过量碱存在的过草碱化硅土，就是说，只要加极少量的酸就足以使它产生沉淀（因为如果碱过多，酸加入时可以不发生沉淀），我用过量的硫酸把一定重量预先溶在水中的干燥过的化合沉淀出来。该沉淀沉重而且量很多，在滤纸上停留一些时候以后，变得像一堆煮过头的马铃薯。加压把水挤出来，剩下一种白色物质，很容易离开滤纸，在加热到低度红热时，剩下一种粗糙的沙砾状粉末，其重量约为该化合物的2/3。另外，把检定用硫酸慢慢地加到一定重量的干燥化合物的水中，一到该混合物对试液显示出酸性，就可认为它被酸饱和了。发现所加的全部酸足够饱和重量约为该干燥化合物1/3的纯碱。这些实验清楚地告诉我们，只有一半的碱为酸所束缚住，而另外一半则与硅土留在一起，应用吹管使沉淀转变为玻璃也证明了这个结论。现在，剩下来的就是确定碱和硅土的两种化合物哪一种是最简单的。由于一部分碱很容易从一种化合物取走，而不容易从另一种化合物取走，所以前者必须设想为两原子碱对一原子硅土，而后者为一原子对一原子。由此看来似乎应该是，硅土原子的重量约与草减原子的重量相等，而这两种物体比重相同也是支持这个结论的一论据。

过草碱化硅土与石灰和重土反应时所显示的结果是值得注意的。把100容量含有18格令干的过草碱硅土的溶液用5000格令含有6格令石灰的石灰水饱和。沉淀过滤后，在低度红热下进行干燥，重19格令。剩下的液体需要27格令检定盐酸饱和，而同样分量的石灰水则要54格令。这时，每个过草碱化硅土看来一定是分解为一个草碱原子与一个草碱化硅土原子，前者留在溶液中，后者同两个石灰原子结合而沉淀下来。留在溶液中的是草碱，而不是石灰，可用碳酸来证明，检定盐酸指出，每个草碱原子在溶液中取代了两石灰原子。重土的情况与刚才所说的不同。把一百容量含有18格令干的过草碱硅土的溶液用850容量含有9格令干的重土比重为1.0115的重土水饱和。剩下的液体需要用28格令检定酸饱和，而在红热状态下干燥过的沉淀重20格令。这时很清楚看到一原子重土把一原子草碱从化合物中分开，并代替了它的位置。因而剩下液体所需要的酸量同重土所需要的一样多，沉淀是硅土、草碱与重土的一种三元化合物。每种各一个原子，可能由9份重土、5.5份硅土与5.5草碱所组成。

总的来说，我倾向于相信，一个硅土原子的重量约为氢原子45倍。

硅土在加热时与矾土结合，形成坚硬不熔的物体，如瓷器、陶器、砖等。

7.钇土

这个土类元素是在瑞典伊特贝（Ytterby）发现的。它是由加多林（Gadolin）最先分析过的一种叫做硅铍钇矿（godolinite）的矿石和另一种叫做钇钽矿（yttrotantalite）的矿石的一部分，这两种矿石都在同一个矿里发现。制取的方法是，把研碎的矿石溶解于硝酸和盐酸的混合酸中，然后把液体倒出，蒸发至干，把残余物溶于水中，如果现在把氨加进去，该土类元素即沉淀下来。它是以白色粉末状态得到的。比重据说是4.34。它在加热时不熔化，不溶于水，但能和几种酸形成盐类，这些盐类大多数有甜味，有几种是有颜色的。它们有许多特点与金属的盐类相似。根据克拉普罗思，钇土的水合物是一种干的粉末，含有31%的水，这意味着，钇土原子将按照它是第一、第二或是第三水合物分别重18、36或53。但是他发现碳酸钇土为18酸、53钇土与27水。现在假定该碳酸盐为1原子酸、1原子土类与3原子水，酸与水重45，于是推算出土类的原子为53。这个结论与前面把该水合物假定为第三水合物的结论是一致的。该土类具有大的比重，说明它的原子是重的。但是在没有得到更多的实验的支持以前，我们还不能信赖上面的测定。

8.甜土

这个叫做甜土（由于它和酸形成的盐类有甜味）的土主要是从绿柱石和翡翠这两种矿石制得的。这些矿石由硅土、矾土和甜土所组成。把矿石中前面两组分用普通方法提取以后，就剩下甜土，是一种柔软的白色粉末，能粘着在舌头上，但无味无臭，加热时不熔化。比重据说是2.97。它不溶于水，能与酸、液体的固定碱以及液体的碳酸氨结合。在后一种情况下，它很像钇土，但在碳酸氨中要比钇土容易溶解得多。甜土在性质方面同矾土和钇土都很相似。

我们缺乏足够的资料求出甜土原子的重量。但是从沃奎林关于碳酸甜土的实验（《化学年鉴》，第26卷，第160和172页）来看，它似乎应该重30，或是矾土重量的两倍。另外，值得注意的是，绿柱石和翡翠的分析给出大致相同分量的矾土和甜土，这表示一原子甜土的重量或与矾土原子的重量相等，或为它的倍数。

9.锆土

风信子玉和红锆石是主要在锡兰发现的两种宝石。它们含有一种特殊的土类，叫做锆土。它可以按下法制取：让一份粉末状态的锆土与6份草碱熔融，然后浸入一部分水中，把草碱及其化合物溶解掉，剩下残渣。该残渣一定要溶解在盐酸中，再加入草碱把锆土沉淀出来。锆土是一种细的粉末，无味，摸上去有些粗糙。当猛烈加热时，转变为一种瓷，很硬，比重为4.35。锆土不溶于水内，但在空气中干燥却保持其重量1/3或1/4的水，看起来像阿拉伯树胶。锆土不溶于液体碱内，但溶于碳酸盐类。它可以与几种金属氧化物结合。还能与酸类结合，形成盐类，其中有许多是不溶于水的，另外一些则很容易溶解。它们有一种收敛性味道，和有些金属盐很像。

由于锆土的盐类还不曾仔细地制备过，它们组分的比例还不能确定，所以我们不能够测定该土类的原子重量。沃奎林发现在碳酸锆土内有44碳酸和水以及56锆土，但是不幸他没有把酸和水分开。如果承认上面数据是正确的，并假定该碳酸盐含有1原子水，则一原子锆土的重量将为34。但如果我们假定它含有2原子水，则该土类的原子重量就成为45。这个数值我认为是最接近真实情况的。值得注意的是，风信子石含有32份硅土和64份锆土，根据上面结论，相当于1原子硅土与2原子锆土，这种组成绝不是不可能的。根据这个原则，上述的树胶状水合物可能为2原子与1原子锆土，或16水+45锆土。

图版及其说明

图版5.

表示设计出来代表简单和复合元素的各种不同记号；它们与图版4差不多相同，只是经过扩充与改正过。它们将被发现与前面各页所得的结果是一致的。

图版6.复合元素的符号（续图版5）

图版7.

图1、2、3是描绘组成弹性流体各种质点的配置和排列，这些质点有简单的也有复合的，但不混合；要把后一情况的概念充分表达出来，并与第110页所说的准则一致是很困难的。然而这准则可在以后各图予以阐明。

图4.表示带有弹性气氛的4个氮原子质点，这些气氛用从固体中心原子发射出来的射线来表明。这些射线在四个原子中都完全一样，可以彼此相遇，并保持平衡。

图5.代表2个氢原子，按对氮原子的适当比例画出，并开始和它们接触。显然，氢原子自身彼此间是很容易接触的，但是对氮就不是那么容易，因为在同样条件下这些射线不彼此相遇。这就是内部运动的原因。这种运动发生于弹性流体的混合物，直至外来质点压至相当紧密时为止。

图版8.

前面16个图代表不同弹性流体的原子，画在不同大小的正方形的中心，使与目前所测定的各种原子直径成比例。图1是最大的，以后依次序逐渐减小，图16最小，如以下所示。

图17是曲线，用它可以测定硝酸、盐酸与氨水在任何浓度下的沸点。这些曲线是描述以前各表中与这些项目有关的结果的。如果在这些曲线上取任何一点，并画一水平线至图的边缘，则液体的重量百分浓度就表示出来；如果画一条垂线到顶，则该浓度液体在敞开空气中的沸腾温度就可找出来。

附录

自从这第二部分开始印刷以来已经将近两年了，在这两年中由于化学研究的迅速发展，使得在较早讨论过的课题中又增添了一些事实和观察材料。关于我测定的金属终极质点的重量，这里还不曾涉及。这将在第二卷中占首要地位，那时我们将开始讨论金属氧化物和硫化物。由于某些原因，我将把第一部分中所给出的某些金属重量作了改变；很可能，在我们今后的研究中，这些重量还要改变；这将有赖于金属氧化物、硫化物和盐类所得到的百分比的精确性而定。钽和钶的相似性似乎由沃拉斯顿博士（Dr.Wollaston）确定，戴维先生和法国化学家盖-吕萨克与西纳德，由于把新金属钾和钠，以及伏打电应用于化学研究的结果，曾对各种不同问题提供许多事实和观察资料。当一个人热情地从事于一种新颖而特殊的实验探索时，不能指望这些新理论在各方面都经得起检验，并与化学所有熟知的已经建立起来的事实都一致；也不能指望这些事实本身具有怎样的精密性，而这种精密性是需要长期的经验，需要熟悉所用仪器及其容易发生的不足之处，并需要对不同人们所作同一观察资料进行比较，才有希望得到。这就可以作为足够的理由来说明这些著名化学家所观察到的结果的差异以及他们意见的对立，有时这种对立甚至是过分的。

把钾在氟酸气（硅土的过氟酸盐）中加热时显示出所有燃烧的现象；虽然这似乎暗示该气体含有氧，但是戴维先生说得对，热和光仅仅是化合的激烈作用的结果。值得注意的是有氢气放出，可是没有钾与水作用时放出的那样多；而且量是变化着的，一般少于钾与水作用时放出的氢气分量的1/4。戴维先生和法国化学家们一致相信这是由于氟酸的分解，但这氢气是来自钾还是来自酸，是值得怀疑的。在第103页我曾经说过，氢和氟酸气的混合物在通电时体积减少，这个事实最强有力地支持酸气中含有氧的想法。

盐酸曾经成为一个重要的研究课题。戴维先生在1808年他的《电化学研究》中关于这个问题的意见是，该酸气含有处于结合状态的水；或者，用我自己表达的方式来说，一个真正盐酸的原子与一原子水结合形成一原子酸气；因此，当钾在该气体中燃烧时，钾把水分解，于是氢被放出，而氧则与钾结合形成草碱，紧接着草碱与实际的或干的酸化合。这个结论似乎是合理的；但是当看到法国化学家们从他们关于这个问题的观点得出同样的结论时，的确是令人惊讶的。他们竟然把盐酸看做纯酸，认为盐酸与钾中的草碱化合，并放出氢气。戴维先生最近曾写过一篇关于氧盐酸和盐酸的文章，他刚寄来一份给我；在这篇文章里，他放弃了他以前的酸和水的气态化合物的观点，而采用另一种观点，即盐酸气是一种纯弹性流体，是由氢与氧盐酸结合而生成的，氧盐酸他认为是简单物质。这种见解在把氢看做盐酸的基这一方面是同我一致的；但是我不能采用他关于该酸组成的看法。戴维先生现在认为，钾在盐酸气中燃烧所放出的氢是发生于分解的酸，并生成一种新化合物氧盐酸钾。而我则宁愿做这样解释，即氢发生于钾，而未分解的酸气则与草碱结合。

关于氧盐酸，盖-吕萨克、西纳德曾就他们对该酸所发现的一些出人意料的性质作过报告。他们断言，干燥的氧盐酸气不会被亚硫酸气、氧化亚氮、氧化碳，甚至亚硝气所分解，如果这些气体也都是干燥的话。但是如果有水存在，它就立即被它们分解。这些在他们看来都是事实。但是的确由于它们太重要以及它们当中有些太难于确定，我们不能只相信任何一个人的断言。他们是用什么方法发现的呢？仪器的结构是怎样？所用气体的量是多少？他们让这些气体接触多少时间？是用什么方法来研究这些结果的？等等，等等。为了满意地回答这些问题，足足要写一本书；可是盖-吕萨克和西纳德却一句话也没有说。现在，我们知道关于在水面上这些气体混合物在事实并不像上面所说的。戴维先生说（《研究》第250页）：“氧化盐酸和氧化亚氮在含有水的容器中混合时，略呈凝聚现象，但这极可能是由于被水所吸收。当振荡时，氧化盐酸被吸收了，而较大部分氧化亚氮则留下不变化。”我曾多次把氧化碳与亚硝气和氧盐酸在水容器中混合，氧化碳与氧盐酸的混合物几秒钟都看不出有化学结合的迹象，后来，当太阳光照射在上面，化学作用便开始并继续下去，比氧气与亚硝气的作用略慢一些。但是把该化合物放在暗处，我相信，它将好多天不发生任何变化。而且硝气与氧盐酸以相等容量在水面上混合时，立刻就发生化合，比氧气与亚硝气的化合快得多，这显然看来与水是没有关系的。现在，如果这些简单实验在不同人的手里都得出这样不同的结果，那么对那些复杂的实验，那里气体先要干燥，然后在完全不含汞和水的容器中混合，并在混合后进行观察，还要注意汞和水对这些混合物具有或假定具有什么影响，我们还能指望得到些什么呢？

戴维先生曾做过几个实验，指出氧盐酸与氢化合生成盐酸，但是在我看来，这些都还不能确定。当把相等容量的氢气和氧盐酸引入一空的容器中，并用电火花点火，结果得到少量的雾，并且体积凝聚1/10到1/20，留下的气体是盐酸。这个事实，如果是可靠的话，对它所支持的见解是有利的；而我倒是根据一般的假设，认为整个体积应该凝聚1/3或1/4；如果作者当时对实验所用的仪器和气体的量以及测定剩余气体的量与质的方法都曾加以描述，那么它对该课题的今后的研究将是有帮助的。的确，这是一个重要的实验。戴维先生认为超氧盐酸草碱（hyperoxymuriate of potash）有丰富的氧，他假定氧是被钾或草碱，而不是被氧盐酸所吸引。这些事实在我看来却可更有力地引出不同的结论。我们发现，氧盐酸在有些其他盐类中与很多氧结合在一起，而草碱却没有，除了同这个酸结合。

盖-吕萨克对硝酸及氮与氧的其他化合物作过一些观察，发表在《阿格伊专题报告》第2卷中。他坚决主张一容量氧气与二容量亚硝气形成硝酸，并与三容量亚硝气形成亚硝酸。我在第115页曾指出过，一容量氧可与1.3容量，或3.5容量，或中间任何分量的亚硝气化合，由不同条件而定，而这些条件似乎都是他所允许的。那么，在2以下和3以上亚硝气化合物的性质该怎样呢？对此没有作出回答。但是他的主张是建筑在这样一种假定上面的，即所有弹性流体以等容量，或以互成某简单关系的容量，如1∶2，1∶3，2∶3等相化合。事实上他的容量观与我的原子观点相似；如果能够证明所有弹性流体在同体积内含有相同数目的原子，即像1，2，3等等这样一些数目的原子，则这两个假设就是一回事，只是我的假设是普遍的，而他的假设只适用于弹性流体。盖-吕萨克不得不看到我本来也有过类似的假设（本书第一部分第63页），但后来认为站不住脚而放弃了；而他却使这个观点复活，虽然我不怀疑他很快就将看到它的不足，但我还是对它作一些评论。

亚硝气，根据盖-吕萨克意见，是由等容量的氮和氧组成的，它在化合后所占体积与原来气体单独存在时所占体积一样。他引用戴维的数据，在亚硝气中含有44.05重量的氮与55.95重量的氧。他把这些化为体积，发现它们的比值为100氮对108.9氧。可是在这里有一个错误；如果是根据拜奥特和阿拉戈比重的数据正确地把它们变换，将得出100氮对112氧。但戴维对氧高估了12%。他指出钾在亚硝气中燃烧时，100容量亚硝气正好提供50容量的氮气。亚硝气的纯度，以及实验的细节都没有提。这个结果是与戴维三个实验的平均值是相违背的（第112页），它是不是更正确些，这在以后可以看出。亨利博士对氨的分析也包括对亚硝气的，他发现100容量氨需要120容量亚硝气来饱和。现在可以直接用盖-吕萨克的理论。因为，根据他的观点，氨由一容量氮和三容量氢生成，并凝缩为两体积；于是，100氨就需要75氧来饱和氢。因此，120亚硝气应该含有75氧，或100应该含有62.5，而不是50。这样，或者盖-吕萨克的理论，或者亨利博士的实验所给出的结果一定有一个与实际情况相差很远。关于氨，还可以再多讲几句，即根据伯索累、戴维、亨利的实验，氮与氢的比值既不是1∶3，氨在分解时体积也不是增加一倍，而伯索累等这些实验是在十分注意准确性的情况下进行的，在这里还可以加上我自己的实验。盖-吕萨克关于氨和亚硝气理论从另一个观点来看也是不妥当的，如果一容量氮与三容量氢形成二容量氨，而一容量氮与一容量氧形成二容量亚硝气，则根据化学中业已圆满建立起来的原则，一容量氧就应该同三容量，或其一半，或其两倍的氢化合；但是这样的化合一个也不曾发生。如果盖-吕萨克采用我的结论，即100容量氮需要大约250容量氢形成氨，100氮需要大约120氧以形成亚硝气，他将会看到前者的氢将和后者的氧结合，形成水，留下的量哪一个也不会大于实验中不可避免的误差；于是这个伟大的化学定律就得以维持了。真实情况，我相信是，在任何一个例子中，气体都不是以相等的或精确的容量比相结合，而有时如果看起来是这样，那也是由于我们实验不准确。可能没有一种情况比在1容量氧对2容量氢中所反映的更接近于数字上的精确性了。但是就是在这里，我所做过的最精确的实验也只是1.97容量氢对1容量氧。

我将在结束这个课题时，提出弹性流体元素的两个表；它们主要是从详细给出的结果收集起来的，曾作过少量的变动和改正；它们对实用化学的用途将是很容易被认识的。

在常温常压下弹性流体元素的表（表1）

复合气体组分要素的比例（表2）

第二部分完

[1] 因为一个弹性质点的直径为 。由此，指定氢原子之重为1，而氢气的比重也为1，则氧原子之重将为7，而氧气之比重为14；于是我们有 ，或 ，或0.794∶1∷氧的原子直径∶氢的原子直径。

[2] 应为0.42。——译者注。

[3] 天然氯化铵。——译者注。

[4] 铌的旧称。——译者注。

[5] 原文为water grain measure，是英国过去用过的容量单位，指一格令水所占的容积。——译者注。

[6] 即氯气。——译者注。

[7] 即氯酸。——译者注。

[8] 疑为硝酸，可能是作者笔误。——译者注。

[9] 应为硝酸。——译者注。

[10] 作者们对盐和酸的比例分歧很大，一些人说三份盐对一份酸，另一些人说差不多相等重量。但是一份酸对二份盐差不多正好使盐基饱和，所以这个比例一定是正确的，除非有多余硫酸把硝酸赶出，看来不会这样。

[11] 伯索累错误地认为戴维把该酸说成是含百分之54的酸。但戴维是说，当比重为1.283时，水是百分之54，而酸是46。所以差别虽大些，还不算太大。

[12] 在写完上述内容以来，我曾收到《阿格伊学会物理学和化学专题报告》第2卷。其中除其他很重要和有价值的论文以外，有一篇是伯索累关于一些化合物中元素比例的论文。在第53页上该作者断言，草碱在保持融熔一些时候以后仍保留13%到14%的水。因此，他承认，上面他所给出硝酸的强度是错误的。后来，他得出结论，融熔的硝酸草碱含有51.4草碱和48.6硝酸。

[13] 比重的定理是 ，式中H 代表最大比重物体的重量，S 为其比重；L 为最小比重物体的重量，s 为其比重。而∫是混合物的比重。因此在上述情况中， 。

[14] 这是道尔顿取的名称，原来指的可能是二氧化氮或其混合物。但在第二卷中，他又认为这个化合物可能不存在。——译者注。

[15] 即一氧化碳。——译者注。

[16] 这里或许希望提一下伯索累的观点，伯索累认为氧化碳是一个碳、氧和氢的化合物，因而称之为氧碳化氢。他以前的观点是，有些气体含有碳和氢，叫做碳化氢，另一些含有碳、氧和氢，叫做氧碳化氢。但是在《阿格伊专题报告》第2卷中，他坚决主张，所有过去被认为属于这两类的可燃气体实际上都是氧碳化氢，并认为这些元素是以各种不定的比例结合着。对那些从潮湿的木柴和其他物体所产生的可燃气体来说，它们确实是含有不同比例的氧、碳和氢，对此，任何有经验的人都不会怀疑。但是还不曾有人能够满意地指出，这些可燃气体不是由两种或更多种不同种类气体，如碳化氢（来自污浊的水）、氧化碳、油生气和氢按某种比例混合而成的。至于氧化碳，只要这是一个无可争辩的事实，即它在燃烧时只生成碳酸，而且其重量等于氧化碳和氧，就很难令人相信，它会含有氢、硫或磷，除非首先证明碳酸含有它们。可是伯索累有一个论点比起它发表以来对它的任何回答都要更有创见，这就是，一个复合弹性流体应该在比重方面重于组成它的两种元素中较轻的一种。这个论点，就我所知，是普遍正确的，但不能就此说氧化碳应该比氧气重。一个碳原子看来比一个氧原子轻，很可能它会成一个较轻的弹性流体，如果我们能够适当加热把它转变的话。我们不能从物体在固态或液态时的重量，或者从产生弹性状态所必需的加热度数来判断一个弹性流体的比重。水当然比炭重，但它却生成轻的弹性流体，醚比水轻，但它却生成较重的弹性流体，并且在较低温度下。氧化碳可能比氧轻，理由同亚硝气比氧轻一样，是因为氧是两个组成元素中较重的一个。然而以上这些辩解会导致否定这个论点的普遍性。它们会使人把氧化亚氮与亚硝气看作一种类似的情况，并提出当组成亚硝气两种元素中较重的一种，氧，从亚硝气中取出时，却留下比亚硝气还要重的氧化亚氧。但是如果我们在这方面提出的学说是正确的，则问题在于它们把过程的一半当作过程的全部，在前面提到的变化中，不仅氧从一个亚硝气原子中拿走，而同时氮又与另一个亚硝气原子结合形成一原子氧化亚氮。

[17] M.伯索累主张碳和氢所组成的可燃气体中都含有氧，他称它们为氧化碳化氢（oxycarburetted hydrogen）。默里先生在这方面也同意他的意见。就油生气说，如果有人对上述事实和观察资料表示怀疑，还有足够机会对这种见解进行批评。但是有一个情况，伯索累对油生气没作解释，而这种情况却有悖于他和我所共同承认而一般人或许不会接受的论点，即当两种气体化合生成第三种气体时，这种气体的比重要重于两种气体中较轻的一种。可是在上面的例子中我们发现油生气和氧气结合成第三种气体时（根据他的观点），它却比两种气体中轻的一种几乎还要轻1/2，这种新的氧化碳化氢怎样用上述原理来说明呢？

[18] 按照伯索累先生（《阿格伊专题报告》第2卷），从炭得到的气体是碳、氧和氢的三元化合物。不管我们思辨的化学家们会相信什么，在不列颠是没有一个重视实际的化学家采纳这种观点的。这种气体总是含有或多或少的氧，这是没有人反对的。但是这时的氧业已独自地和碳化合生成氧化碳，而混合物的其他成分则是碳化氢和氢。在确定混合物中各气体的相对数量方面，我从未遇到任何困难。举例说，假定我们取伯索累9个样品中的第一个：

[19] 由此可见，20容量碳化氢+34容量氧化碳+46容量氢，组成100容量混合物，其比重是0.476，燃烧时需要81容量氧生成53容量碳酸。因此这个混合物可认为是与上面提到的从炭得到的伯索累气体一致的。第一部分图版4关于硫化氢的图形是错的，它应该是1个氢原子与1个硫原子结合，而不是3个氢原子。

[20] 苦土即镁氧，硫酸苦土即硫酸镁。——译者注。