呼吸，而另一种则不能被呼吸

由以上所述可见，我们的大气是由在普通温度和它所受到的常压下能够保持气态的各种物质的混合物所组成的。这些流体构成气团，其中部分是同质的，气团由地球表面扩展到迄今所达到的最高处，其密度与压在上面的重量成反比地逐渐减小。不过，正如我在前面所谈到的，这第一个气层有可能被极为不同的流体所组成的另外几个气层所覆盖。

在这里，我们的任务是尽力通过实验，去确定组成我们生活于其间的下部气层的弹性流体的本质。现代化学已经在这种研究方面取得了重大进展；由下列详细叙述将会看到，与确定其他种类的物质的分析方法相比，人们已经更为严格地确定了空气分析方法。化学提供的确定物体组成要素的一般方法有两种，即分析方法和合成方法。譬如，当水与醇化合得到各种酒，也就是商业语言中所说的白兰地或酒精时，我们肯定有权断言，白兰地或酒精是由与水化合了的醇所组成的。我们可以用分析方法得到同样的结果；总的说来，没有这两种证明决不满足，这应当被看作是化学科学中的一个原理。

我们在空气分析方面有这个有利条件，既能够将其分解，又能够用极为令人满意的方式重新使其形成。然而，我现在将只限于详细叙述与这个标题有关的极具结论性的那些实验；我可以认为这些实验的大多数都是我本人的，我用全新的观点，以分析空气为目的，或者首先发明了这些实验，或者重复了他人的实验。

我取一个容积约为 36 立方吋的长颈卵形瓶 A（图版Ⅱ，图 14），其长颈 BCDE 的内径有六或七吩，使瓶颈弯曲如图版Ⅳ图 2，以便使其置于炉子MMNN 之中，用颈端 E 能够插入玻璃钟罩 FG 的这样一种方式，将其置于水银槽 RRSS 之中；我用一个虹吸管往长颈卵形瓶中导入四盎司纯汞，抽出容器FG 中的空气以使水银上升至 LL，并贴一张纸条仔细地标明这个高度。精确地标明了温度计和气压计的高度之后，我点燃炉子 MMNN 中的火，让火持续烧燃了差不多十二天，使水银几乎总是处于其沸点状态。第一天没有发生异常情况：汞虽然没有沸腾，但却不断蒸发，以微滴形式覆盖了器皿的内表面，这些汞滴起初由于不断增大至足够的体积，结果掉回器皿底部的汞中。第二天，汞的表面开始出现红色微粒，接下来的四五天，这些微粒在大小和数目上不断增加，此后，两方面的增加便停止下来。在十二天末，由于见汞根本就不再煅烧，我就熄灭了炉子，让器皿冷却。长颈卵形瓶瓶体和瓶颈以及钟罩中的空气减少至气压计中的介质处于 28 吋处，温度计的标度至 10°（54.5

°），而实验开始时空气则约有 50 立方吋。实验结束时，减少至同

样的介质压力和温度，剩下的空气只有42或43立方吋；因此它失去了约 1

的体积。后来，我收集了实验中形成的漂浮在流动的汞中的红色微粒，发现它们共有 45 格令。

由于难以在一个实验中既保存我们所处理的全部空气，又收集煅烧过程中形成的全部红色微粒或汞灰，因此我不得不数次重复这个实验。因此，以后将常常发生这种情况，即我对一个细节给出性质相同的两三个实验结果。

这个实验中汞煅烧后所剩下的空气减少到原有体积的，既不再适宜

于呼吸又不再适宜于燃烧；置于其中的动物在数秒之内便窒息，而且小蜡烛一伸进去就熄灭，就好象它浸在水里一样。

其次，我取这个实验中形成的 45 格令红色物质，将其置于一个小玻璃曲颈瓶之内，取一个适当的装置接受能够被提取的液体或气态产物：用火加热了炉子中的曲颈瓶之后，我观察到，随红色物质逐渐受热，其颜色愈来愈深。当曲颈瓶接近炽热时，红色物质开始逐渐地大量减少，几分钟之后就全

部消失了；同时在容器中收集到41 1 格令的流动汞，在玻璃钟罩中收集到7

或 8 立方吋的弹性流体，该流体助呼吸和助燃烧的能力比大气要强得多。将这种空气的一部分置于直径约为一时的玻璃试管中，显示出如下性

质：小蜡烛在其中燃烧发出眩目的光辉，炭不是象它在普通空气中那样平静地燃毁，而是象磷一样腾起火焰燃烧，放出耀眼之光使双眼几乎难以忍受。这种空气几乎同时被普里斯特利（Priestley）先生、舍勒先生以及我本人所发现。普里斯特利先生给它取了个名字叫做脱燃素空气

（dephlogisticated air），舍勒先生把它称作火空气（empyreal air）。起初我把它命名为极适宜于呼吸的空气（highly respirable air），后来则用生命空气（vital air）这一术语代替它。一会儿我们就会明白，我们应当如何看待这些名称。

在思考这个实验细节的过程中，我们易于看出，汞在煅烧时吸收了空气中有益健康和适宜于呼吸的部分，或者更严格地说，是这种适宜于呼吸部分的基；剩下的空气是一种毒气，不能助燃烧或助呼吸；因此大气是由两种具有不同和相反品质的弹性流体所组成。作为这个重要真理的一个证明，如果我们让这两种弹性流体重新组合，这两种流体我们已在上述实验中分别得到，即 42 立方吋毒气和 8 立方吋适宜于呼吸的空气，我们就会再造出恰好与大气类似并且几乎具有同样的助燃烧、助呼吸以及有助于金属煅燃的能力的空气。

尽管这个实验给我们提供了获取彼此独立地组成我们的大气的两种主要弹性流体的一个极其简单的手段，但它对于这二者按什么比例成为大气的组成部分却没有使我们得到一个确切的概念：汞之对于空气的适宜于呼吸部

分的吸引，更确切地说对于其基的吸引，还不足以强到克服反抗这种结合的一切情况。这些障碍就是大气的两个组成部分的彼此粘附力，以及使生命空气的基与热素结合的有择吸引力；由于这些缘故，当煅烧完结时，或者至少在某一确定量的大气中煅烧尽可能进行得很完全时，仍然会剩下一部分适宜于呼吸的空气与毒气结合着，汞不能将其分离出来。以后我将说明，至少在我们这个地带，大气是由适宜于呼吸的空气与有毒空气按 27 与 73 之比组成的；此外我还将讨论就这个比例的精确性而论仍然存在着不确定性的诸种原因。

由于汞煅烧时空气被分解，其适宜于呼吸部分的基被固定并且与汞化合，因此由已经确立的诸原理可以推定，在这个过程中，热素和光必定被分离出来，不过下列两个原因妨碍我们去感觉这种情况的发生：由于煅烧持续数天，因此热素和光的分离在很长的时间范围内展开，而在每个特定的时刻就微乎其微，结果就不可察觉了；其次，由于依靠炉子中的火进行操作，煅烧本身所产生的热与由炉子所发生的热相混淆了。我也许增加了空气的适宜于呼吸部分，或者确切地说是其基，这部分空气在开始与汞化合时没有放弃由它原来所容纳但在新化合物形成之后仍然部分保留的所有热素；不过关于这一点的讨论以及来自实验的证据，不属于我们这个部分的主题。

然而，促使空气以较快的方式发生分解，易于使热素和光的分离对于知觉来说变得明显。铁极适合这个目的，因为它所具有的对适宜于呼吸的空气的基的亲合力比汞要强得多。英根豪茨（Ingen-houz）先生关于铁的燃烧的第一流实验，众所周知。取一段细铁丝弯成螺旋形 BC（图版Ⅳ，图 17），将其一端 B 固定在软木塞 A 中，软木塞适合于瓶 DEFG 的颈，将铁丝的另一端 C 上固定一点点引火物。这样准备好了时，将瓶子 DEFG 充满失去了有毒部分的空气；然后点燃固定在铁丝上的引火物，将其迅速插入瓶中，用软木塞 A 将瓶塞住，如图所示（图版Ⅳ，图 17）。引火物一与生命空气接触，就开始极为剧烈地燃烧；而且，当烧到铁丝上时，铁丝也着火迅速燃烧起来，放出耀眼的火花，火花以小圆球形状落至器皿底部，小圆球冷却时变黑但仍有一定程度的金属光泽。这样燃烧了的铁甚至比玻璃更脆，易于弄碎成为粉末，而且仍然可被磁铁吸引，不过吸引程度不如它燃烧前那么强。由于英根豪茨先生既没有检查铁所发生的变化，也没有检查这个操作所引起的空气的变化，因此我就用一套适合于阐明我的独特见解的装置，在不同情况下重复了这个实验，实验如下。

将玻璃钟罩 A（图版Ⅳ，图 3）充满约六品脱的纯粹空气或极适宜于呼吸的那部分空气之后，我用一个非常平的容器将钟罩移进水银浴槽 BC 中，并用吸墨水纸小心地使钟罩内外的汞面完全干燥。然后我配备了一个非常平敞的小瓷皿 D，将若干个小铁片扭成螺旋形放入其中，以看上去最利于燃烧传到每个部分这样一种方式放置铁片。将一点点引火物固定在其中一个铁片的末端，在引火物上加上约十六分之一格令的磷，接着把钟罩稍微提起，将

装有东西的瓷皿放进纯粹空气之中。我知道，用这种方法，一些普通空气必定会与玻璃钟罩内的纯粹空气混合；不过要是行动敏捷的话，这就微不足道，无碍于实验的成功。这么做时，用弯管 GHI 从玻璃钟罩内吸出一部分空气，以使玻璃钟罩内的汞上升至 EF；为了防止汞进入弯管，用一小片纸绕盖住其末端。在吸空气时，如果仅仅利用两肺的运动，我们就不能使汞升到一时或一时半以上；但是，适当地利用口腔肌肉，我们就能毫不困难地使它升高六或七吋。

然后，我把一段铁丝 MN（图版Ⅳ，图 16）有意适当弄弯，用火使其炽热，将其透过汞插入容器之中，使其与引火物上的小块磷接触。磷立即着火，又引起引火物着火，再引起铁着火。如果铁片放置得适当，全部的铁都会燃烧，直至最后的一个铁粒，放出与中国烟花类似的耀眼白光。这种燃烧产生的强热使铁熔为大小不同的小圆球，其中的大部分落进瓷杯中；但有一些却离开瓷杯浮在汞面上。燃烧开始时，由于热引起的膨胀，使玻璃钟罩中的空气体积略有增加；但是不一会儿，空气就迅速减少，汞在玻璃钟罩内上升；如此，当铁量足够多且操作空气极纯时，所用空气几乎全都被吸收。

在这个地方注意这一点是适当的，即除非是为了发现所做的实验，用适量的铁燃烧较好；因为如果这个实验被扩展得太多以致吸收了许多空气的话，浮在水银上的杯子 D 就会与玻璃钟罩的底部靠得太近；产生的强热由于与冷汞接触引起突然冷却，易于使玻璃破碎。在这种情况下，玻璃上最小裂缝产生的瞬间所发生的汞柱的突然下降，会使槽中喷射出一大部分水银，产生一股射流。为避免这种麻烦，确保实验成功，在一个装有约八品脱空气的玻璃钟罩中燃烧一格罗斯半铁就够了。而且玻璃应当强固，能够承受它必须承受的汞柱的重量。

靠这个实验不可能一次即确定铁所得到的额外重量，又确定空气中发生的变化。如果要弄清铁所增加的额外重量，以及该重量与吸收的空气之间的比例，我们就得小心地用金刚石在玻璃钟罩上刻下实验前后汞的高度①。此后，象以前那样，用一小片纸防止弯管 GH（图版Ⅳ，图 3）充汞，将弯管插入玻璃钟罩之下，把拇指放在弯管的 G 端上，控制空气的通路；用这种方法让空气逐渐进去，使汞降至其水平线。这么做时，要小心地移动玻璃钟罩，要精确地搜集落在杯子中、散布在周围以及浮在汞面上的小熔铁球，全部都要称量。我们将发现，铁处于老化学家们所说的玛尔斯黑剂

（martialethiops）①状态，有一定程度的金属光泽，非常脆，在小锤之下或研杵缽之间易成粉末。若实验极为成功，由 100 格令的铁能得到 135 或 136

① 还必须同样注意，要把实验前后玻璃钟罩中所盛空气折合成普通温度和压力，否则，后面的计算结果就是错的。——E

① 玛尔斯（Mars），火星，罗马神话中的战神，西方古代炼金术士用它表示铁；黑剂（ethiops），已被废除的词，古指暗色化学制剂，尤指金属盐类。所谓玛尔斯黑剂，实际上是磁性氧化铁。——c

格令的黑剂，增加百分之 35。

如果全力关注这个值得关注的实验，我们就会发现减少的空气重量正好等于铁所得到的重量。因此，由于燃烧的 100 格令的铁得到 35 格令的额外

重量，就将发现空气正好减少 70 立方吋；结果，我们将发现，生命空气的重量差不多相当于每立方吋半格令；结果，一种物质增加的重量实际上恰好与另一种物质失去的重量相一致。

我要在这里说一次以后就不再提到的是，在每一个这类实验中，空气在实验前后的压力和温度在计算中均须化为温度计上 10°（54.5°）、气压计上 28 时的普通标准。在接近本书书末的地方，会精确详细阐述进行这种必要换算的方式。

如果需要对这个实验之后所剩空气的本质加以检验，我们就得用一种稍微不同的方式进行操作。在燃烧结束之后，器皿冷却下来，我们首先从水银中把手伸进玻璃钟罩，取出瓷杯和燃烧过的铁；接着导入一些草碱、苛性碱或草碱硫化物的溶液，或者经鉴定适合用于检验某种与剩余空气作用的其他物质。后面，在我对这里只是偶然提及的这些不同的物质的本质加以解释之后，我要对这些分析空气的方法作一说明。在这种检验之后，向玻璃钟罩中引入其中的水银那么多的水将其取代，然后把一个浅底盘放在玻璃钟罩下面，将其移进普通水封气体化学装置之中，在这里可以详细、方便地对剩余空气进行检验。

如果在这个实验中使用十分柔软、十分纯的铁，并且燃烧是在极纯的适宜于呼吸的空气或生命空气之中完成，那么就可发现，燃烧之后剩下的空气与它在燃烧之前一样纯，完全没混进有害或有毒部分；但是很难发现铁完全不含一点点炭状物质，该物质主要富含于钢中。也极难获得完全不含某种毒气混合物的纯粹空气，纯粹空气几乎总是被毒气所污染；但是这种有害空气对实验结果没有丝毫的影响，因为总是发现它在最后的份额正好与最初的相同。

我在前面提到，我们有两种方法确定大气的组成部分，即分析的方法与合成的方法。汞的煅烧给我们提供了这两种方法的例子、因为用汞夺取了大气的基中的适宜于呼吸的部分之后，我们又使其恢复了原状，结果重组了与大气完全相似的一种空气。但是，我们从不同的自然界①借用的组成材料，可以同样合成这种大气的成分。今后我们将看到，当动物物质在硝酸中被溶解时，就分离出大量的气体，这种气体使火光熄灭，而且不适宜于动物的呼吸，恰恰与大气的有害部分或有毒部分相似。而且，如果我们取 73 份重量

的这种弹性流体，使其与由煅汞中获得的 27 份极适宜于呼吸的空气相混合，我们就将制得在所有性质上皆与大气严格相似的一种弹性流体。

把大气的适宜于呼吸部分与有害部分分离开来有多种方法，不过，不预

① 这里的自然界（kingdoms of nature）是指动物、植物、矿物三界。——C

先介绍严格说来属于后续各章的知识，就不可能在这一部分之中注意到这些方法。已经引证的实验对于一部基础论著来说，也许足够了；就这个实质而论，我们选择证据的种类比其数目要重要得多。

我在结束这一章时要指出的是，大气及所有已知气体皆具有溶解水的属性，这种属性极为重要，在所有这种性质的实验中都要注意。索修尔

（Saussure）先生通过实验发现，一立方呎的大气能够容纳 12 格令处于溶化状态的水：其他气体，如碳酸一样，似乎能够溶解更大量的水；不过还缺乏确定其比例的实验。这种被气体所容纳的溶化状态的水，在许多实验中引起各种特殊的现象，需要给予足够的注意，这通常证明是化学家们在确定其实验结果过程中出现大的失误的根源。