炼金术士的失败

我们再举一个古代人和现代人对于化学变化过程的观点存在巨大差异的例子。众所周知，各种金属是由不同的矿石在高温的鼓风炉中冶炼出来的。每种矿石看上去往往和普通石头并没什么区别，所以之前的科学家们把矿石和其他普通的石头当作一样的物质，认为它们都是由同一种土原子组成的。

当把一块铁矿石放在烈火中时，它得到的东西与普通石头完全不同，铁矿石坚硬带有金属光泽，可以制造出上好的刀刃和矛头。古人给出的解释是，金属是由土原子与火原子结合而成的。运用我们当今的化学术语来说，土原子与火原子结合成金属分子。

如何将这个概念运用于所有的金属呢？他们是这样说的：每种不同的金属，如铁、铜、金，土原子和火原子在它们中的比例不同。闪闪发光的黄金比黑漆漆的铁含有更多的火原子，这是很明显的事情！

但是这是真的吗？如果是真的，往铁里直接加些火，或者在铜里加火，那它们不就能直接变成价值连城的黄金了？中世纪那些一心想发财的炼金术士当然也想到了这一点，于是他们不辞辛苦地努力将普通金属变成黄金。结果可想而知，一生蹉跎在了炼金炉旁边，结果什么也没得到。

但是在他们自己看来，他们正在从事的事情和现代化学家合成一种他们设计出来的合成橡胶一样。无论在理论方面还是在实践方面，他们所犯的错误在于，他们认为黄金和其他金属是成分相同的合成物质。但是，如果不亲自试一试的话，又怎能知道这种物质是合成物质还是基本的化学物质呢？所以，如果没有那些术士一次次的失败冶炼，我们也不可能知道金属是基本的化学物质，而金属的矿石是由金属原子和氧原子组成的化合物（如今这种化合物在我们的化学科学中叫作金属氧化物）。

铁矿石在鼓风炉的灼烧中变成了金属铁单质，这个结果不是古代炼金术士们所认为的：铁是两种不同原子（土原子和火原子）的结合。恰恰相反，这是两种不同原子分离，即从铁的氧化物分子中剥离氧原子的结果。

铁的表面在潮湿的空气中生锈，这个现象并非铁在空气中分解后失去火原子，只剩下了土原子，而是铁原子与水和空气中的氧原子反应生成铁的氧化物分子。炼金术士们是用下面的式子表示铁矿石的变化过程的：

土原子+火原子→铁分子

（矿石）

铁的生锈过程为：

铁分子→土原子+火原子

　　　　　（锈）

铁的氧化物分子的反应过程为：

铁的氧化物分子→铁原子+氧原子

　　（铁矿石）

铁原子+氧原子→铁的氧化物分子

　　　　　　　　　　（锈）

从古人的叙述中我们可以清楚地看到，其实古时候的科学家们对物质的基本构成以及化学变化本质的理解，可以说大部分是正确的。他们只是弄混了哪些物质是混合物质，哪些物质是基本的化学物质。

而恩培多克勒列出的四种物质也并非基本的化学物质：空气是多种不同气体组成的混合物；水分子是氢原子和氧原子组成的化合物；土的成分更复杂，含有许许多多不同的成分；而火原子根本就不存在（在本章的后半部分你会发现，火原子的概念在光量子理论中又得到了部分恢复。）

实际情况是这样的：自然界中有92种不同的化学元素，即有92种原子，而非仅有4种。其中如氧、碳、铁、硅（这些是大部分岩石的主要成分）等元素在地球上的数量较多，并为人们所熟悉；有一些元素则非常稀有，如镨、镝、镧等，可能这是你第一次听说它们。

目前的化学元素数量

2016年6月，国际纯粹和应用化学联合会正式命名了第118号元素（Og），截至2018年，这也是人类发现或合成的最新元素。

除天然元素之外，现代科学家们还人工制成了一些自然界没有的全新化学元素，在本书后面的章节我们还要谈到它们。其中有一种叫作钚，它命中注定要在原子能的领域发挥举足轻重的作用（不管是出于战争还是和平的目的）。

92种基本原子以不同比例组合，组合成了多得数不清的复杂的化学物质，例如黄油和植物油，骨头和木头，食油和石油，草药和炸药等。有一些化合物的名字又长又拗口，很多人可能一生都不会碰到，但化学家们不能对它们置之不理，相反要了如指掌。时至今日，关于原子的各种组合情况，讲述化合物性质和制备方法的化学书籍，还在不断地问世。