拉瓦節的鐘罩實驗：揭開空氣的秘密

搭配 台灣 國小自然課本(108新綱)
翰林版 五下 p.42-45 / 康軒版 五上 p.90-91

18世紀，許多科學家相信「燃素說」（Phlogiston Theory），
認為燃燒時物質會釋放「燃素」，燃燒停止則是因為燃素無法釋放。
木柴燒完以後變輕了，那是因為木炭的燃素跑到空氣中。

然而，拉瓦節對這種理論產生懷疑。

但如果燃燒真的會釋放「燃素」，那為什麼有些物質燃燒後反而變重呢？
難道「燃素說」有什麼錯誤？

後來他試著燃燒各種物體，觀察到金屬錫在燃燒後重量增加，
心想「為什麼金屬燃燒後質量會增加？」
這與燃素說的理論相矛盾。

他又把金屬鉛在密閉容器中加熱，此時測量到的重量沒有改變；
再把加熱的鉛拿出容器外，接觸到空氣後就迅速變重了。
但這種重量的增加到底是因為什麼呢？
是空氣中有什麼東西附著到金屬上了嗎？

也就是說，燃燒過程前後，空氣中有物質在這實驗中減少了？

他開始思考：「燃燒真的會釋放某種物質嗎？」

鐘罩實驗

拉瓦節設計了一系列嚴謹的實驗：

• 密閉加熱：拉瓦節將汞放入玻璃罩內，連續加熱多天。
• 發現變化：汞表面產生紅色粉末，鐘罩內的空氣體積變小了（減少約五分之一）。
• 測試剩餘空氣：發現剩餘空氣不能助燃，也無法支持動物呼吸，他將這種氣體命名為「氮氣」。

接著他進行第二段實驗

• 還原紅色粉末：加熱紅色粉末後，恢復成液態汞，並釋放出能讓火焰燃燒得更旺的氣體。
• 發現氧氣：這種氣體讓燃燒更猛烈，也能維持生命，他將其命名為「氧氣」。

透過這個實驗，拉瓦節得出了幾個重要結論：

1. 空氣並非單一物質，而是由不同氣體組成。
2. 空氣中的約五分之一是氧氣（Oxygen），能支持燃燒和呼吸。
3. 剩下的約五分之四是氮氣（Nitrogen），不支持燃燒和呼吸。
4. 燃燒並非釋放「燃素」，而是物質與氧氣結合的過程。

這一發現推翻了燃素說，建立了現代燃燒理論，也奠定了化學革命的基礎。
拉瓦節不僅改變了我們對空氣的認識，也改變了科學家研究世界的方式。
從此之後，化學成為一門以「測量與驗證」為基礎的學科，
這也讓他被譽為「近代化學之父」。

那麼，蠟燭燃燒到最後會整根燒完、不留下灰燼，而燃燒需要氧氣。
可是，蠟燭的蠟去哪裡了？它真的消失了嗎？
還是與氧氣結合，變成了某種你看不見的東西呢？