第八节论金属氧化

氧化或煅烧这个术语主要用来表示金属受一定程度的热，通过吸收空气中的氧而转化成为氧化物的过程。这种化合的发生，是由于氧在一定的温度所具有的对金属的亲和力，比对以游离态离析的热素的亲和力大的缘故；但是，由于这种离析在普通空气中发生时是缓慢而渐进的，因此人们的感觉几乎不明显。然而，当氧化发生于氧气中时，情况就完全不是这样了；因为此氧化的产生快得多，一般伴有热和光。以致明显地显示出金属物质是真正的可燃物体。

所有的金属对氧并非都有相同的亲和度。譬如，金、银和铂甚至在已知最强的热中都不能从它与热素的化合物中将其夺走；而其他金属则大量或少量吸收它，直至金属对氧的亲和力以及后者对热素的亲和力处于严格的平衡。的确，可以假定亲和力的这种平衡状态在所有化合物中是一条普遍的自然规律。

在所有这种性质的操作中，给空气提供畅通无阻的通路，可以加速金属的氧化；结合风箱的作用，有时候对氧化大有帮助，风箱把空气流直接送至金属表面。如果用氧气流，这个过程就快得多，这靠前面所述的气量计就容易做到。在这种情况中，金属发出耀眼的光辉，氧化完成得非常快；但是这种方法因为花费制得的氧气而只能在非常有限的实验中使用。在矿石试验及所有普通的实验室操作中，金属的煅烧或氧化通常都是在置于坚固炉子中通常称为烤钵（roasting test）的烧制陶盘（图版Ⅳ，图 6）中完成的。为了把另外的表面朝着空气，常常拌动要氧化的物质。

每当完成的操作所处理的金属不是挥发性的并且在这个过程中没有什

么东西由之挥发进入周围空气之中时，该金属就得到额外的重量；但是，氧化过程中重量增加的原因从来就没能靠畅通空气中完成的实验发现过；而且，关于这种现象的原因所形成的任何猜想，仅仅是由于在封闭的容器和确定量的空气中完成了这些操作。用于此目的的第一种方法归功于普里斯特列博士，他把要煅烧的金属放在一个瓷杯 N（图版Ⅳ，图 11）中，瓷杯放在广口瓶 A 之下的支架 IK 上，广口瓶放在盛满水的池子 BCDE 之中；用虹吸管吸出空气使水上升到 GH，并使取火镜的焦距落到金属上。氧化一发生，空气中所含的部分氧就与金属化合，并且引起空气体积按比例减少；剩下的不外是氮气，不过其中仍混有少量氧气。我在我 1773 年初版的《物理学和化学论集》（Physical and Chemical Essays）中，说明了用这套装置所做的一系列实验。在这个实验中可以用汞代替水，靠此使结果更具有结论性。

用于此目的的另一种方法是波义耳先生发明的，我在《科学院文集》1774 年第 351 页曾对此加以说明。将金属导入曲颈瓶（图版Ⅲ，图 20）中，密封住其鸟嘴口；然后极谨慎地加热使该金属氧化。用这种方法，在曲颈瓶末端破裂之前，容器及其所盛物质的重量完全不变；但是，当末端破裂时，外部空气就嘶嘶地冲进去。如果不在密封曲颈瓶之前通过加热赶出部分空气，这种操作就有危险，因为不然的话，当曲颈瓶置于炉子中时，它就会由于空气的膨胀而容易爆裂。赶出的空气的量可以接收在气体化学装置中的广口瓶之下，由此广口瓶确定此量及曲颈瓶中所剩下的空气量。我所增加的关于金属氧化的实验并没有我所希望的那么多；除了锡之外，我处理任何金属也都没有得到令人满意的结果。要是某个人能够在几种气体中做一系列金属氧化实验就太好了；这是一个重大主题，完全会补偿这种实验可能引起的麻烦。

由于汞的所有氧化物不加成就能使它们以前所吸收的氧气再生和恢复，因此，它似乎是结论性的氧化实验主题最合适的金属。以前，我曾力图通过把盛有少量汞的曲颈瓶充满氧气，并给其鸟嘴口配上一个半充满相同气体的膀胱，在封闭的容器中完成汞的氧化；见图版Ⅳ图 12。后来，通过在曲颈瓶中非常长时间地加热汞，我成功地氧化了一小份，结果形成了一点漂浮在流动汞面上的红色氧化物；但是，此量如此之少，以致在确定操作前后氧气量时所产生的最小误差，都必定使实验结果带来很大的不确定性。而且，我对这种方法也不满意，不无缘由地唯恐空气通过膀胱微孔泄漏出去，当它没用布盖住使其不断维持潮湿状态，因炉热而枯皱时，尤其如此。

这个实验用《科学院文集》1775 年第 580 页所描绘的装置来完成就更加肯定。此装置由一个曲颈瓶 A（图版Ⅳ，图 2）组成，其鸟嘴口熔接有一个内径为十或十二吩的弯玻璃管 BCDE，伸在口朝下倒立在盛满水或汞的池子中的玻璃钟罩 FG 之下。曲颈瓶置于炉子 MMNN（图版Ⅳ，图 2）炉栅上或沙浴中，靠此装置我们可以在几天期间在普通空气中氧化少量汞；红色氧化物漂在面上，由此它可以收集和再生，以便将再生得到的氧气量与氧化过程中吸收的氧气量进行比较。这种实验只能小规模地完成，以致由它们不能引出非

常可靠的结论①。

这里应当提到，铁在氧气中的燃烧是该金属的真正氧化。图版Ⅳ图 17 中所绘的，便是英根豪茨②先生用来进行这种操作的装置；不过，由于已经在第三章中充分加以叙述，我请读者查阅该处所讲的内容。也可以用已经指出过的燃烧磷和炭的方式，通过在充满氧气的容器中燃烧，来氧化铁。此装置如图版Ⅳ图 3 中所绘，如本书第一部分第五章中所述。我们从英根豪茨② 先生那里认识到，除了金、银、汞之外的所有金属，弄成非常细的丝或者截成窄条的极薄的薄片，可以用同样方式燃烧或氧化；这些金属与铁丝一起扭转，它把燃烧性质传递给其他金属。

汞甚至在畅通的空气中都难以氧化。在化学实验室里，这个过程通常在一个长颈卵形瓶 A（图版Ⅳ，图 10）中进行，该卵形瓶有非常扁平的瓶体和非常长的瓶颈 BC，此器皿通常称为波义耳巢（Boyle's hell）。导入的汞量足以盖住瓶底，将其置于沙浴之中，沙浴保持的持续的热接近使汞沸腾。用五或六个类似的长颈卵形瓶继续这种操作几个月，不时地更新汞，最后得到几盎司红色氧化物。此装置极缓慢极不方便是由于不充分更换空气引起的；但是另一方面，如果与外部空气的循环过于流畅，就会夺走蒸气状态的溶化汞，以致容器中几天之内都不会留下任何东西。

由于在所有的金属氧化实验中，竟然只有用汞做的实验最具结论性，因此，要是发明一个简单的装置，能够在大学化学课程中演示这种氧化并论证其结果该有多好。依照我的看法，这可以用与我已经描述过的燃烧炭和油相似的方法来完成；不过，由于其他事务，我迄今还未能重新开始这种实验。氧化汞经加热至微微赤热，不加成而再生。在此温度中，氧对热素的亲

和力大于它对汞的亲和力而形成氧气。此氧气总是混有一小份氮气，这表明示在氧化过程中吸收了一小份后一种气体。它几乎总是含有少量炭酸气，这归因于该氧化物的污染物是必定无疑的；这些污染物受热炭化，把部分氧气转化成为碳酸。

假若化学家们非要在他们的实验中使用从经过非加成加热氧化了，即所谓煅烧了或自脱溶了（precipitated per se）的汞获得的所有氧气不可的话，那么，氧气制备的过分昂贵就会使甚至中等规模的实验成为完全行不通的。但是汞也可以用硝酸氧化；用这种方式，我们甚至获得比煅烧制得的更纯的红色氧化物。我有时候用在曲颈瓶中或在长颈卵形瓶和曲颈瓶碎片形成的小皿中，用前述方式将汞溶解于硝酸，蒸发至干，并煅烧此盐，而制备这种氧化物；但是，我用药商销售的、我认为是从荷兰购进的氧化汞，从来没有同样成功地制得过氧气。排选氧化汞时，我们应当选择由表面光滑的粘附鳞状物组成的硬块，因为粉状掺杂有红色氧化铅。

① 见第一部分第三章对这个实验的说明。——A

② 此处英文版将“英根豪茨”拼为“Ingenhousz”。——C

为了从红色氧化汞得到氧气，我通常用一个瓷质曲颈瓶，其鸟嘴口上配有一个长玻璃管，放在水气体化学装置中的广口瓶之下，我并且在管子的末端把一个瓶子放在水中，按汞再生和馏出的比例接收它。由于直至曲颈瓶变红才有氧出现，这似乎证明了贝托莱先生所确立的暗热决不能形成氧气以及光是其组成元素之一的原理。我们必须抛弃最初的一份气体，因为该气体混有普通空气，此普通空气在实验开始时就盛于曲颈瓶之中了；不过，甚至用这种措施，所获得的氧气也常常被十分之一的氮气和极少量的碳酸气所污染。使气体通过苛性碱溶液，容易去掉后者；但是，我们知道，没有什么方法分离氮气；然而，使已知量的氧气被氮气污染两周，并与硫化苏打或硫化草碱接触，硫化物吸收氧气使硫转化成硫酸，留下纯氮气，由此就可以确定氮气的比例。

使黑色氧化锰或硝酸苏打在已经描述过的处理红色氧化汞的装置中经受赤热，我们还可以由它们获得氧气；不过，由于它所需要的热至少能使玻璃变软，因此我们必须使用石质或瓷质曲颈瓶。但是，最纯和最好的氧气是经简单加热从氧化盐酸草碱离析出的。此操作在玻璃曲颈瓶中完成，而且，如果抛弃了混有容器中所盛空气的最初一份气体，得到的气体就极纯。