布莱克关于碱类的研究

第四节　布莱克关于碱类的研究

布莱克证明把白镁氧（碱式碳酸镁，xMgCO₃，yMg（OH）₂，zH₂O）加热，放出一种气体，他称为固定空气，这就是范·海尔孟的“野气”。残余物烧镁氧比白镁氧轻且更显碱性。布莱克把称量过的白镁氧放在玻璃曲颈甑中加热，发现“在这种粉末的挥发性成分中，只有一小部分是水；其余的似乎不能以可见形式容纳在容器中……焙烧镁氧失去的挥发性物质大都是空气，所以，烧镁氧同酸混合时不放出空气也不起泡”。由此：

白镁氧＝烧镁氧＋水＋固定空气

白镁氧＋酸＝镁氧盐＋固定空气

烧镁氧＋酸＝镁氧盐

布莱克提到黑尔斯曾“证明碱性盐含有大量固定空气，加入纯酸后，它们就大量逸出”。布莱克也做过关于在烧瓶中的白镁氧用酸处理重量减少的实验。

布莱克进而转移注意力于石灰石和生石灰，弱性碱及苛性碱。他发现石灰石加酸后冒气泡，放出固定空气。把石灰石加热就生成生石灰（与白镁氧显著不同）和极微量的水，相当大的重量减少是由于固定空气的逸出：

石灰石＝生石灰＋固定空气………………………（1）

在布莱克时代，人们已经知道三种碱：植物的（钾碱）、海水的（钠碱）和挥发的（氨），每种碱都有弱性的及苛性的两种。当时已经知道，弱性碱（碳酸盐）用熟石灰处理后可转变为苛性碱。杜哈美在1736年及马格拉夫在1757年已经通过化学实验区别开钾碱和钠碱。杜哈美在1747年已经证明，石灰石燃烧成生石灰时，重量减少，当把生石灰暴露在空气中又能慢慢复原。布莱克发现，如果一定重量的石灰石按照方程式（1）转变为生石灰，那么把生石灰用水熟化，再把所得熟石灰与弱性碱（碳酸钾）一起煮，弱性碱就转变为苛性碱，并且复原得原有重量的石灰石：

生石灰＋弱性碱＝石灰石＋苛性碱………………（2）

由方程式（1）和（2）证明：

弱性碱＝苛性碱＋固体空气……………………（3）

“假如把生石灰同溶解的碱混合，它表现出对固定空气的吸引力超过对碱的吸引力。生石灰夺去盐中的空气，本身变为弱性的，而碱变得腐蚀性更大，或者说表现其天生的苛性程度即对水的强烈的吸引力。它被空气饱和时间越长，这种吸引力就越不显著。挥发性碱（碳酸铵），如果除掉其中的空气，除了上述对各种物体吸引之外，同样表现出其天然的挥发性，原先这种挥发性由于它被空气固着，多少被抑制了，这正如由于加入酸被抑制一样。”

又“正如石灰土质和碱质强烈地吸引酸，并能与酸饱和，它们同样也吸引固定空气，并在寻常状态下与固定空气饱和，如果我们把酸和碱质或土质混合，就有固定空气放出……这是因为碱性物体吸引空气比吸引酸的力量弱，并且因为酸和空气不能同时与同一物体结合”。

把石灰石溶解在酸中，就产生气泡，放出固定空气，并生成盐。在此溶液中，加入弱性碱，原来重量的石灰石又沉淀出来，这时不产生气泡是因为弱性碱中的固定空气与石灰结合生成石灰石。熟石灰不含有比其余组分更有苛性的任何组分，且“因它的任何组分可溶于水，所以整体也能被溶解”。苛性碱不含或仅含微量已经被水溶解的生石灰。

“生石灰并不吸引最寻常的这种空气，但能够与特殊的一种空气结合……这种空气，我们已经命名为固定空气，这名称可能很不合适，但是我觉得用一个在哲学中常见的字，总比在对这个物质有更充分的认识之前，就发明一个新名字更妥当一些。”固定空气的定义与范·海尔孟的气体的定义是一致的，这词也是布莱克从范·海尔孟那里借来的。

德国的化学家约翰·腓特烈·迈耶尔在1764年出的一本书中反对布莱克的理论，这本书有一个特别的题目，即《关于生石灰、弹性物质、电物质、纯火质、原万用酸的性质的化学实验》。迈耶尔认为，石灰石燃烧时，从火中取走“油状酸”，当“油状酸”转移到弱性碱上，弱性碱就变成苛性碱。因为石灰石和碱总是加酸产生气泡，所以加酸不产生气泡的生石灰和苛性碱已经被“油状酸”所饱和。雅克昆（1769年）捍卫了布莱克的理论，温采尔（1777年）也接受了这理论。威格里布（1767年）、克朗兹（1770年）和斯迈斯（1772年）支持迈耶尔的理论。拉瓦锡（《物理化学简论》1774年）高度赞赏迈耶尔的著作，还把许多布莱克的工作归功于雅克昆。

布劳汉姆勋爵说布莱克曾在课堂上演示从蜡烛上的瓶中滗析固定空气的实验；他还通过一管子呼气到石灰水中，石灰水变浑浊，证明呼出的空气中含有固定空气，并且证明把空气鼓到红热木炭上生成固定空气。麦克布莱德更进一步做了一些固定空气的实验，柏格曼在1774年发表关于固定空气的长篇论文，称它为“气酸”。1772年，普里斯特利说，“固定空气可能有酸的性质（尽管酸性很弱很特别），这事不是没有可能的……我荣幸地收到了乌普萨的柏格曼先生的信，关于这个问题……他说，固定空气能使蓝石蕊汁变红”。布莱克已经明确说过：固定空气的性质像酸。他还确知它对动物的作用，它是由呼吸、发酵和燃烧木炭产生，并推知空气中存在少量的固定空气（1757年）。