燃烧实验
人类对各种自然现象的认识，都有一部曲折发展的历史。拿我们日常生活中经常用到的火来说，人们对它的认识，从北京猿人使用野火到今天，已经有5000万年以上的历史。在认识火和燃烧现象的漫长征途上，充满了许许多多的风浪和波折。回顾这个历史，我们可以看到，人类对事物的认识是怎样在错综复杂的矛盾和斗争中辩证地发展的。
千古之谜
火是一种常见的自然现象。我们都见过枯槁的野草和树枝着火的情景，可是在自然界里会着火的又岂止草木。火山爆发时，熔岩滚滚；鼓风炉里，烈焰翻腾，这些都是坚硬无比的石头在燃烧。就是钢筋铁骨，也不免会被猛火烧成灰渣。就连太空中炎炎的烈日，又何尝不是一个燃烧着的大火球。
关于火，古代流传着许多神话和传说。在古希腊的神话中，据说人间的火是天神普罗米修斯冒着触犯天规的危险从天上偷到人间来的。在我国古代，人们则传说，火是一个叫燧人氏的人发明的。古代劳动人民通过对幻想中的驯火英雄的崇敬来表达他们要求征服自然的美好愿望。同时，这些神话和传说也十分自然地留下了我们先辈对自然界缺乏认识的痕迹。他们虽然已经通过用火感受到了火的光明和温暖。但在他们看来，火还是那么不可理解，是一种神秘莫测的东西。所以，在他们心目中，能驯服火的只有神仙或圣人。
当然，在古代，由于生产力水平低下，人们的认识还很难正确地反映自然界，火终究不是神，也没有什么赐火予人的神仙或圣人。
什么是火，当火成为人们生活和生产不可缺少的东西的时候，人们就十分自然地把火看成是宇宙万物的来源。我国古代“五行”说的金木水火土中有火；古代印度“四大”说的地水火风中有火；古希腊“四元”说的水土火气中也有火；古希腊的赫拉克利特甚至把整个世界都看成是“一团永恒的活火”。
在古代人看来，火是一切事物中最积极、最活跃、最容易变化的东西。它能促成事物的转化，整个世界就在烈火中永恒不息地变化着。要问火本身是什么，人们还只能依托于感觉，在古代哲学家的眼中，火就被看成是干和热两种原始性质的化身。人们从崇尚火到感觉火，从不会用火到学会用火，从只会用野火，到发现钻木取火。这都是人类同大自然长期斗争的结果。
用火，是人们认识火的真正起点。用了火，就能把石头炼成金属，把砂粒和灰碱烧成了玻璃。于是，人们开始认识到，火除了发光、发热之外，还能使物质发生变化。这样，火就不仅仅是光和热的化身，而成了变革物质的强大力量。
火山爆发、雷电轰击、陨石落地和长期干旱都可能产生火。人类在实践中不仅感觉到了黑暗中火带来的光明，寒冷中火的温暖，而且还发现了经过火烧过的食物更为可口，在熊熊的大火面前，动物相望而逃，火还能够驱赶猛兽，保护人们的生命安全。于是人们从野火中引来了火种，使火为人类服务。这是人类支配自然的伟大开端。
人类掌握了火，可以用火来烧烤野兽的肉和植物的根茎，从而结束了原始人类那茹毛饮血的野蛮而落后的时代。吃熟食不但减少了疾病的发生，缩短了消化过程，同时也为脑髓的发育提供了丰富的营养，使人类大脑的发育一代比一代完善起来。摩擦生火是人类在生产实践中发明的，在打制石器的过程中，往往发现某些石头相击会产生火星。人们在使用木制工具时，发现枯木被猛力相摩擦就会发热，摩擦出的木屑热到一定程度也会生成火星，火星由于周围有较高的温度，燃烧时间相对较长，若再遇到易燃的干草之类的纤维，就能燃起火焰。于是人们由此发明了钻木取火等方法。人们尝试着用火去烧烂泥、石头之类的东西时，马上就在改造自然的斗争中取得了一系列的重大成果。制陶术的出现，就是用火烧烂泥的直接结果。后来，人们又从石头里烧出了金属。自然界里含锡的铜矿石，经过粗糙的烧炼，就能得到自然的青铜。又过了许多年，人们才学会了炼铁，制造铁器。
烧陶要善于掌握火候，烧青铜需要更高的温度，至于炼铁，对用火技术的要求就更高了。所以，从发明摩擦取火，经过陶器时期，青铜时代，一直到铁器时代，这里的每一个进步，都同火有着密切的联系，都反映着人类利用火、控制火的能力和水平的提高和进步。随着火的利用不断扩大，煮盐、酿酒、烧玻璃等生产技术陆续出现。从此，人类要发展生产，再也离不开火了。火成了人类改造自然的重要武器，成了“人类新的解放手段”。
火既然能使事物千变万化，那么使粪土化为黄金又何尝不可能呢？
公元1世纪，在古希腊的亚历山大里亚城就流传着一种制造“黄金”的工艺，人们用锡、铅、铜、铁等金属熔制成一种黑色熔块，随后加些水银或砒霜使它变白，最后涂上一层硫磺石灰液或媒染剂，使它呈现金黄色的光泽，“黄金”就制成了。
炼金术起源于炼制金属的实践。古代随着冶金技术的发展，人们已经学会用混合各种矿石或在现成的金属里添加各种成分的方法来炼制各种金属。当时，人们只能根据颜色和光泽来分辨金属的“贵贱”，看到金黄、银白就以为黄的是金，白的是银。人们偶然制得一些光泽和色彩都很像金银的合金，便以为是真的黄金和白银。少年朋友们，今天，当你们听到这些无知的人们的所作所为时，你们一定会觉得很荒唐可笑吧。可是，他们有自己的一套自圆其说的理论，每日津津乐道地陶醉在自己的梦想之中。他们认为，之所以能把黑铁化为黄金是因为一切金属在本质上是一样的，都是阳性、火性、燃烧性的“硫”和阴性、水性、挥发性的“汞”相结合的产物。这里所说的硫和汞还不是我们今天所指的化学元素，而是某些神秘的本原。金属的“贵贱”决定于这两种本原在量上的差异。汞多就“贵”，硫多就“贱”。而火在他们的手里就更加神秘了，他们认为，火能烧去其中的硫，留下贵重的汞。所以贱金属愈烧愈精，最后变成宝贵的黄金。
炼金术从我国起源，最后传入欧洲，先后在我国、阿拉伯国家和欧洲的封建社会里盛传了一千七百多年。长期以来，烧金术士脱离劳动人民的实践，关在与世隔绝的幽暗的丹房里，沉醉于点石成金、发现“人造黄金”的梦想之中。虽然他们也长期用火，但是方向错了，指导思想也错了。他们始终没有把人类对火的认识，对燃烧现象本质的认识推进一步。在炼金术支配着火的漫长时期内，关于火和燃烧现象的学说，本质上是唯心主义的，他们把火看成是构成万物的元素和本原，认为物体燃烧则有火分解出来，而留下的是像土或盐那样的灰烬。炼金术士的神话根本无法解答与燃烧现象有关的各种问题。
火微粒与火燃素
大规模用火的实践，把人对火的认识大大地推进了一步。火，在炼金术士的手里，几乎没有结出多少有益的果实。但一旦从炼金术士的丹房里解放出来，却产生了巨大的成果。生产的发展，需要通过化学实验来了解火和燃烧现象的本质。但是，炼金术关于燃烧的神话，严重地阻碍着人们对火的认识的发展。要进步，就必须扫除横在前进道路上的这些障碍和绊脚石。于是，一场近代化学反对经院哲学和炼金术的斗争，就不可避免地爆发了。站在这一斗争前列的是英国资产阶级的早期活动家罗伯特·波义耳。波义耳，这个曾经访问过罗马，被意大利文艺复兴运动和伽利略反对经院哲学的斗争深深激动着的年轻人，在1644年——英国资产阶级革命的高潮中，返回祖国，开始从事自然科学的研究。
如果只看现象，许多物体经过燃烧后确确实实都化为灰烬。特别是植物燃烧，在燃烧后只留下了不多的一点灰，似乎它们在燃烧时真有大量的火分解出来似的。但是，波义耳却注意到，金属在燃烧以后，剩下来的灰渣往往比金属本身重，金属的灰渣比金属本身还要复杂。可见，炼金术关于物质构成和火的观念是根本错误的。他们的理论像孔雀的羽毛，虽然好看，但却没有什么用处。
波义耳收集了大量的材料，并亲自做实验来研究这一问题。1603年，他开始了对火的燃烧现象的定量实验。他在密闭的容器内煅烧金属铜、铁、铅、锡等，他发现，燃烧后的这些金属都无例外地增加了重量。这个重量是从哪里来的呢？是不是某种有重量的东西，穿过容器壁上的微孔，跑进容器，同里面的金属结合起来了？如果是，这种东西又是什么呢？经过反复思考，波义耳认为，这种东西就是火。火应当是一种实实在在，由具有重量的“火微粒”所构成的物质元素。从这个观念出发，他认为，植物燃料在燃烧时，物体的极大部分都变成火焰散失到空气中去，只留下了同物体本身的重量相比是微不足道的灰。而金属燃烧时，从燃料中散发出来的火微粒钻进了金属，并与它结合而形成了比金属本身要重的煅灰。所以，他对金属经煅烧而加重的解释可以用一个式子表达出来，那就是：金属+火微粒=煅灰。他把煅灰看成是金属的化合物，这比起炼金术的说法要前进了一步，而且也似乎有一定的科学性，因为它毕竟是经过一定的实验而得出的结论，并非背离事实的主观臆想。但是，波义耳的实验太片面了，他在实验中只注意到密闭容器里的金属重量增加的一面，而没有同时考察和金属密切地接触着的空气是否也发生了变化的一面。
火微粒为什么只会钻进结构紧密的金属，使它增加重量，而不能钻进木头、石头等这些结构比较松散的东西，使它们的重量也有所增加呢？这些复杂而又矛盾的现象又怎能用机械的“火微粒”来解释呢？波义耳的火微粒显然不能被人们所接受，它很快就被新的理论所取代，这也是历史的必然。
为了统一对燃烧现象的认识，18世纪初，普鲁士王的御医施塔尔，在概括已有观念和综合各种事实的基础上，把炼金术的燃烧性“硫”和波义耳的“火微粒”结合在一起，提出了一种折中的学说——燃素说。
燃素说把火看成是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他物质元素结合而形成化合物；也能以游离方式存在，所谓的游离就是单独存在的形式。游离的火微粒大量地聚集在一起，能形成明显的火焰，弥散于大气之中，给人以热的感觉。由这种火微粒构成的火的元素，就叫做“燃素”。
按照燃素说，燃素充塞于天地之间，流动于雷电风云之中。在地球上，动物、植物、矿物都含有燃素。大气中含有燃素，因而会在空气中引起闪电，而使大气动荡不已；生物中含有燃素，所以才生机勃勃；无生命物质含有燃素，就会燃烧起来。燃素不仅具有各种机械性质，而且又像灵魂一样，本身就是一种动因，是“火之动力”。物体失去燃素，变成死的灰烬。灰烬获得燃素，物体又会复活。
当用燃素说解释燃烧现象时，则可以认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素和释放燃素的过程。煅烧金属，燃素逸去，变成煅渣；煅渣和木炭共燃时，煅渣又从木炭中取得燃素，金属重生。燃烧硫磺，燃素逸去，变成硫酸；硫酸和松节油共煮时，又从松节油里夺回燃素，硫酸又被还原成硫磺。在燃素说看来，物体中含有燃素越多，燃烧起来就越旺，比如说：油脂、炭黑、硫、磷就是极富有燃素的物质。“燃素”的含义似乎与火微粒相像，但要知道，他们两方对金属煅烧过程的解释却恰恰相反，按照燃素说，其过程可以表示为：金属-燃素=煅灰。
燃素说虽然比炼金术能解释更多定性的化学现象，但是它同炼金术一样不能解释金属煅烧增重的事实。既然金属在煅烧时要逸出燃素，为什么煅渣的重量反倒增加了呢？为了说明这一点，人们不得不加给燃素一些神秘莫测的性质。有人说，燃素是和地心相排斥的，具有负重量，因此金属失去燃素时，重量反而增加了。有人说，金属失去燃素，就好像活着的人失去灵魂，死了的尸体比活着的躯体要重，死的灰渣自然就比活的金属重。
机械论者看不到燃烧现象的本质，任意杜撰了一个由莫须有的“火微粒”所造成的燃素。然而，用燃素又不能解释全部燃烧现象。怎么办？在科学还深深禁锢在神学之中的历史情况下，形而上学的机械论只好转向传统的神秘论求救，以为只要给燃素这个“臆想出来的”物质再加上一些臆想出来的神秘特性，就可以把它变得像灵魂一样神通广大。所以，在燃素说中还深深地遗留着“万物有灵论”的痕迹。这样，它当然经不起实践的考验。经过人们多方探索，结果谁也没能拿到燃素，特别是人们对化学反应更多地进行了定量研究后，越来越使燃素说陷入了无法克服的困境。
燃烧和空气
中国有句俗语叫“火仗风势”，意思是说空气流通越好，火着得越旺，沙土能够熄灭熊熊燃烧的火，就是因为沙土将空气和火分离开了，从而使火熄灭的缘故。火和空气往往是不可分的，要燃烧总要有空气。所以要对燃烧现象有比较深入的了解，就要知道燃烧和空气的关系，揭示火与气的内在联系。
