在波义耳以前,化学尚未成为一门独立学科,它还依附于炼金、制药等 活动。因此,本节的主要历史依据是炼金术和医药化学的发展线索。
一、炼金术中的亲合观 公元初期,西方炼金术起源于亚历山大里亚,是当时工艺技术和哲学思想相结合的产物。就哲学思想而论,当时炼金术士主要信奉亚里士多德的原 性说。为分析之便,我们将早期炼金术中的有关思想概述为三点:第一,原性说蕴涵着这一观念:万物都有生命和趋向善的本性。据此, 炼金术士们相信金属有生命,贱金属能变成至善的黄金。
第二,为了加速金属由贱变善的过程,炼金术士们企图提炼出黄金的“灵 气”,以赋予别的金属。他们甚至认为颜色就是“灵气”的表现形式之一。① 第三,恰如梅森所说:“另一种为早期炼金术者加以广泛传播的思想, 可能是一种更原始的观念,即金属是两性生殖的产物,金属本身就有雌雄之分。”② 根据第二点,“灵气”可从黄金中分离出来又与其他金属相结合,因而“灵气”与金属间有亲合性。颜色既表征“灵气”,那么金属着色便缘自颜 色对金属的亲合性(对此,可在佐西摩斯(Zosimos)的著作中找到证据)。 因为颜色或“灵气”可与任何金属相结合,所以此时亲合性不具选择特征。 但根据第三点,两种金属结合的前提是分别为雌雄,于是亲合性便具有选择 性了。
第一、三点体现出机体论特征,而第二、三点又体现出以性质为本的观念。此观念的强化甚至导致“特性就是金属”①观念的产生。性质的实体化使 化学运动缺少客观的物质本体,反映化学运动基本矛盾的亲合概念也不可能 揭示对象的本质。因此,早期炼金术中的亲合性只是一个类概念。当然,与 古希腊相比,此时通过金属与颜色、金属与金属相结合赋予了亲合概念以较 为具体的涵义,且使不同金属间的亲合性具有选择性特征。要言之,亲合概 念经历了涵义深化的演变方式。
新柏拉图主义兴盛等因素导致炼金术在亚历山大里亚流行了三百年左右便出现停滞迹象。从 8 世纪开始,炼金术又在阿拉伯重兴,到 10 世纪已盛行 于世。阿拉伯炼金术比早期更加重视金属的性质和构成问题。提出硫汞二要 素说的贾比尔(Jabiribn Hayyan)认为四原性中两两结合构成金属,并赋予 金属以相应特性。他进而认为四原性按不同比例结合构成了不同的物体。“因 此,炼金术的任务是:确定它们(指四原性——引用者注)在物体中所占的 比例,提炼出纯净的这类性质,使它们各以适当数量彼此结合,生成人们预 期得到的产物。”②可以说,强调原性间结合在数量上的比例关系乃是阿拉伯 炼金术中亲合概念的一大特色,它使亲合概念的内涵又得到了深化。此外, 阿拉伯炼金术中的亲合观仍是拟人式的,因为炼金术士相信,从金属中提取 的原性按一定比例重新结合之所以能生成预期得到的黄金,是因为这种结合 可以治疗那些患病的金属,使之趋于至善。
① ②斯蒂芬·F·梅森:《自然科学史》,上海译文出版社,1980 年版,第 54 页。
① W.C.丹皮尔:《科学史》,商务印书馆,1979 年版,第 96 页。
② 莱斯特:《化学的历史背景》,商务印书馆,1982 年版,第 70 页。
史料表明,阿拉伯学者的著作对于欧洲 13 世纪的学术复兴产生了巨大影 响。正是在 13 世纪,马格努斯(A.Magnus)明确提出 Affinity(他用的是 拉丁文复数形式,参见下文)来表达亲合概念,这是欧洲中世纪对化学思想 的重大贡献之一。
二、欧洲中世纪的亲合观 马格努斯曾自称遵从亚里士多德和希波克拉底。①这表明马格努斯信奉亚里士多德的原性说,他像亚里士多德那样用“自然位置”解释落体运动便是 例证;还表明他可能接受了希波克拉底关于性质相似者相吸引的观点(like assorts with like②)。再考虑到马格努斯关于“物质是变化的主体,所以 不同种类的变化需要不同种类的物质”③的观点,我们看到,马格努斯认为各 种物质的分合聚散形成各种变化,性质相似的物质互吸而结合,性质相异的 物质互斥而分离。当然,对物质性质异同的判定,他可能从亲近、同情角度 作出希波克拉底式的拟人解释,但也可能从原子大小和形状来作出解释,因 为他试图将德谟克利特的原子观念纳入原性说中。①在化学亲合观发展史上, 原子论向原性说的渗透是具有深远历史意义的现象。
马格努斯在《论矿物》(De Mineralibus)一书中写道:“硫能使银变 黑;一般说来,金属能燃烧就是由于硫对它们具有亲合性”(affinitas)”。
②。这里断定当时最重要的化学变化之一——燃烧的原因在于燃烧物间的亲合性,便在一定意义上表明了亲合性是化学变化原因的思想。从此,化学亲合 概念获得了新的内涵,化学动因研究有了明确的概念表述工具,对此概念的 诠释也将成为化学研究的重要问题。
考察中世纪的亲合观,不能不重视 13 世纪前后的《贾比尔教程》(Geber’
sTexts)。在接受硫汞二要素说的前提下,教程提出了这样的机体论观念: 硫和汞的贵贱性(汞贵硫贱)决定着金属的贵贱性。例如,“完善金属含有 大量的汞,所以它们兴高采烈地与汞结合在一起。”③这种机体论观念成为对 各种金属与汞之间亲合性顺序的解释基础。这种亲合性顺序表示金属的完善 程度:
金>锡>铅>银>铜>铁 (1)
相应地,硫对金属的亲合性顺序则表征金属的不完善程度: 金<锡<银<铅<铜<铁 (2) 教程还给出了空气对金属的亲合性顺序: 金<银<铜<锡<铅<铁 (3)
(1)、(2)、(3)集中体现了亲合性有大小和选择性的观念,表明亲合性不是恒定不变的,它受制于化学反应条件。这为后来根据不同反应条件 测定 affinity 奠定了概念基础。
(1)、(2)、(3)还表明了亲合观中定量思想的发展。阿拉伯炼金术① David C.Lindberg(ed):Science in The Middle Ages ,Chica-go and London,P.96(1978)。
② J.R.Partington:A History of Chemistry ,Vol.4,London,p.569(1964)。
③ Science in The Middle Ages ,p.385。
① Dictionary of Scientific Biography ,Vol.I, New ,York,P.101(1970)。
② Paul Walden:“The Beginnings of The Doctrine ofChemicalAffinity,”Journal ofChemicalEducation,Vol.3
(1954)。
③ Paul Walden, J.Chem.Educ.,Vol.3(1954)。
中已有亲合性的比例思想,教程则进一步断定:两物间亲合性的大小正比于 它们性质或构成要素的相似程度。如上所述都表明亲合观又经历了涵义深化 的演变。
还应提到彼特鲁·波努(Petrus Bonus)的贡献:在亲和观的原性说框 架内掺入了原子论观念。他在 1330 年提出:“硫和汞的关系犹如一雌一雄”
①。这与早期金属有性别的观念一脉相承。但用此说无法解释汞与汞或硫与硫 的结合,于是他采用了微粒互吸说。比如,汞的“干微粒和湿微粒结合得异 常牢固,即使用火加热也无法使之分离”。②三、三要素说中的亲合观 硫汞盐三要素说取代硫汞二要素说是化学本体观的重大变化,在化学实践方面也引起了医药化学对炼金术的取代。相应地,亲合观也获得了新的发 展。对此,我们概括地从如下几方面加以分析。
首先,亲合观中的定量思想得到了继承和发展。范·赫尔蒙特对气体(gas)和蒸气(vapour)的性质差异做了详细研究,并将这种差异归因于硫、 汞、盐三种微粒的不同配比,这与阿拉伯炼金术中亲合比例观一脉相承。他 还提出了重量守恒的观点:“无中不能生有,所以重量是由其它同样重量的 物体造成”①据此,他强调溶于酸的金属可以还原。例如,铁可以置换出溶于 酸中的铜,铜又能置换出酸中的银:
铁>铜>银 (4)
换言之,铁对酸的亲合性最强,铜次之,银最弱。格劳伯(J.R.Glauber) 对硅酸钾使溶于王水的金沉淀出来的解释也体现出类似观点:硅酸钾对王水 的亲合性比金对王水的亲合性强。如此一来,重量守恒观念又为前面提到的
(1)、(2)(3)式提供了理论支柱。
其次,这种亲合性顺序理论性的增强表明亲合性使非恒定的观点得到了 继承和发展。范·赫尔蒙特从三要素说创始人帕拉塞斯生命精灵观念引伸出 酵素(ferment)概念,认为它能改变物质不活泼的亲合性,引起化学反应, 这也是非恒定亲合观的体现。
再次,亲合性使化学变化原因的思想得到进一步肯定,并广泛用于解释置换反应、复分解反应、中和反应等化学变化。上述范·赫尔蒙特和格劳伯 对置换反应的解释就是明证。又如硇砂与氧化锌共热,氧化锌与酸结合而放 出氨,格劳伯认为原因在于氧化锌“非常爱酸,而酸也非常爱氧化锌”②再如, 列梅里认为硇砂中“易挥发性盐”与其他物质间的亲合被石灰水破坏是如下 反应的原因③:2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3↑+CaCl2+H2O
最后,在对亲合性的理解中,原子论观念得到了加强。从上文已见,范·赫 尔蒙特把硫汞盐三要素看成三种微粒。他还认为蒸气是“原子变稀薄了的水, 它在冷的作用下立刻就会凝结而恢复原先的状态”。①这些都是原子论观念的① 莱斯特:《化学的历史背景》,商务印书馆,1982 年版,第 94 页。
② 同上。
① J·R·柏廷顿:《化学简史》,商务印书馆,1979 年版,第 54 页。
②
J.R.Partington:AHistoryof Chemistry , Vol.2,London,P.355(1961)。
③ J.R.Partington:AHistoryofChemistry ,Vol.3,Lndon,p.35(1962)。
① 亚·沃尔夫:《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》,商务印书馆,1985 年版,第 376 页。
表现。特别是列梅里,他认为物质的性质取决于组成微粒的形状。“酸的粒 子是枪尖状,能刺疼舌头;其盐生成有棱有角的结晶体。在沉淀反应中,酸 粒子的尖在金属粒子的(如银的)孔中折断,于是被带到沉淀中去。金属溶 解酸是因为酸的尖扯开金属块的粒子。”②而“碱是一种孔隙极多的物体,酸 的尖刺刺入这些孔隙后会折断或变钝,结果生成中性盐。”③这些类似于德谟 克利特钩连观的原子论观念使亲合概念发生了深刻的变化,并预示着“亲合 性”向“亲合力”的转变。波义耳的亲合观与此酷似,但他在化学本体观上 不象列梅里那样信奉五要素说(三要素说的变种),而提出了微粒说。正是 波义耳的微粒说和牛顿的引力论共同促成了化学图景的改变:以性质为本变 成了以实体(微粒)为本,亲合概念从机体论的“亲合性”变成了机械论的 “亲合力”。
② 柏廷顿:《化学简史》,商务印书馆,1979 年版,第 67—68 页。
③ 莱斯特:《化学的历史背景》,商务印书馆,1982 年版,第 128 页。