《化學(xué)之父拉瓦錫》

1、化學(xué)之父拉瓦錫法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫原來(lái)是學(xué)法律的。 17631763 年，他 2020 歲的時(shí)候就取得了法律 學(xué)士學(xué)位，并且獲得律師開(kāi)業(yè)證書(shū)。他的父親是一位律師，家里很富有。所以拉 瓦錫不急于當(dāng)律師，而是對(duì)植物學(xué)發(fā)生了興趣。 經(jīng)常上山采集標(biāo)本使他對(duì)氣象學(xué) 也產(chǎn)生了興趣。后來(lái)，拉瓦錫在他的老師，地質(zhì)學(xué)家葛太德的建議下，師從巴黎 有名的魯伊勒教授學(xué)習(xí)化學(xué)。拉瓦錫的第一篇化學(xué)論文是關(guān)于石膏成分的研究。 他用硫酸和石灰合成了石膏。 當(dāng)他加熱石膏時(shí)放出了水蒸氣。 拉瓦錫用天平仔細(xì) 測(cè)定了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質(zhì)量。 從此，他的老師魯伊勒就開(kāi)始使用 “結(jié) 晶水”這個(gè)名詞了。這次成功使拉瓦錫開(kāi)始經(jīng)常使用天平

2、，并總結(jié)出了質(zhì)量守恒 定律。質(zhì)量守恒定律成為他的信念，成為他進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)、思維和計(jì)算的基礎(chǔ)。例如他曾經(jīng)應(yīng)用這一思想， 把糖轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭陌l(fā)酵過(guò)程表示為下面的等式： 葡萄 糖=碳酸（COCO2）+ +酒精這正是現(xiàn)代化學(xué)方程式的雛形。 用等號(hào)而不用箭頭表示變化過(guò)程， 表明了他 守恒的思想。拉瓦錫為了進(jìn)一步闡明這種表達(dá)方式的深刻含義，又具體地寫(xiě)到： “我可以設(shè)想，把參加發(fā)酵的物質(zhì)和發(fā)酵后的生成物列成一個(gè)代數(shù)式。再逐個(gè)假 定方程式中的某一項(xiàng)是未知數(shù)， 然后分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)， 逐個(gè)算出它們的值。 這樣以 來(lái)，就可以用計(jì)算來(lái)檢驗(yàn)我們的實(shí)驗(yàn)， 再用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的計(jì)算。 我經(jīng)常卓有 成效地用這種方法修正實(shí)驗(yàn)的初步

3、結(jié)果，使我能通過(guò)正確的途徑重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 直到獲得成功。 ”早在拉瓦錫出生之時(shí)，多才多藝的俄羅斯科學(xué)家羅蒙諾索夫就 提出了質(zhì)量守恒定律， 他當(dāng)時(shí)稱之為 “物質(zhì)不滅定律 ”，其中含有更多的哲學(xué)意蘊(yùn)。 但由于 “物質(zhì)不滅定律 ”缺乏豐富的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，特別是當(dāng)時(shí)俄羅斯的科學(xué)還很落 后，西歐對(duì)沙俄的科學(xué)成果不重視， “物質(zhì)不滅定律 ”沒(méi)有得到廣泛的傳播。17721772 年秋天，拉瓦錫照習(xí)慣稱量了一定質(zhì)量的白磷使之燃燒，冷卻后又稱 量了燃燒產(chǎn)物 P2O5P2O5 的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量增加了！他又燃燒硫磺，同樣發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn) 物的質(zhì)量大于硫磺的質(zhì)量。 他想這一定是什么氣體被白磷和硫磺吸收了。 他于是 又做了更細(xì)致

4、的實(shí)驗(yàn)： 將白磷放在水銀面上， 扣上一個(gè)鐘罩， 鐘罩里留有一部分 空氣。加熱水銀到 4040C時(shí)白磷就迅速燃燒，之后水銀面上升。拉瓦錫描述道：這 表明部分空氣被消耗，剩下的空氣不能使白磷燃燒，并可使燃燒著的蠟燭熄滅；1 1 盎司的白磷大約可得到 2.72.7 盎司的白色粉末（P2O5,P2O5,應(yīng)該是 2.32.3 盎司）。增加 的重量和所消耗的 1 1 /5/5 容積的空氣重量接近相同。 ”燃素說(shuō)認(rèn)為燃燒是分解過(guò)程， 燃燒產(chǎn)物應(yīng)該比可燃物質(zhì)量輕。 而拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是截然相反。 他把實(shí)驗(yàn)結(jié) 果寫(xiě)成論文交給法國(guó)科學(xué)院。 從此他做了很多實(shí)驗(yàn)來(lái)證明燃素說(shuō)的錯(cuò)誤。 在 17731773 年 2 2

5、 月,他在實(shí)驗(yàn)記錄本上寫(xiě)到：“我所做的實(shí)驗(yàn)使物理和化學(xué)發(fā)生了根本的變 化。 ”他將“新化學(xué)”命名為“反燃素化學(xué) ”。17741774 年,拉瓦錫做了焙燒錫和鉛的實(shí)驗(yàn)。他將稱量后的金屬分別放入大小 不等的曲頸瓶中, 密封后再稱量金屬和瓶的質(zhì)量, 然后充分加熱。 冷卻后再次稱 量金屬和瓶的質(zhì)量, 發(fā)現(xiàn)沒(méi)有變化。 打開(kāi)瓶口, 有空氣進(jìn)入, 這一次質(zhì)量增加了, 顯然增加量是進(jìn)入的空氣的質(zhì)量（設(shè)為 A A） 。他再次打開(kāi)瓶口取出金屬鍛灰（在 容積小的瓶中還有剩余的金屬） 稱量,發(fā)現(xiàn)增加的質(zhì)量正和進(jìn)入瓶中的空氣的質(zhì) 量相同（即也為 A A） 。這表明鍛灰是金屬與空氣的化合物。拉瓦錫進(jìn)一步想,如 果設(shè)法從金

6、屬鍛灰中直接分離出空氣來(lái), 就更能說(shuō)明問(wèn)題。 他曾經(jīng)試圖分解鐵鍛 灰（即鐵銹）,但實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功。到了這年的 1 1 0 0 月,普里斯特里訪問(wèn)巴黎。 在歡迎宴會(huì)上他談到 “從紅色沉淀（HgOHgO）和鉛丹（PbPb3O O4）可得到脫燃素氣。對(duì)于正在無(wú)奈中的拉瓦錫來(lái)說(shuō)， 這條信息是很直接的啟發(fā)。 1111 月,拉瓦錫加熱紅色的汞灰制得了氧氣。在舍勒 的啟發(fā)下, 拉瓦錫甚至制造了火車頭大小的加熱裝置, 其中心是聚光鏡。 平臺(tái)下 面是六個(gè)大輪子,以便跟著太陽(yáng)隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。 17751775 年,拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)中心已從分 解金屬鍛灰轉(zhuǎn)移到了對(duì)氧氣的研究。 他發(fā)現(xiàn)燃燒時(shí)增加的質(zhì)量恰好是氧氣減少的 質(zhì)量。以前

7、認(rèn)為可燃物燃燒時(shí)吸收了一部分空氣, 其實(shí)是吸收了氧氣, 與氧氣化 合,即氧化。這就是推翻了燃素說(shuō)的燃燒的氧化理論。與此同時(shí),拉瓦錫還用動(dòng) 物實(shí)驗(yàn),研究了呼吸作用,認(rèn)為 “是氧氣在動(dòng)物體內(nèi)與碳化合,生成二氧化碳的 同時(shí)放出熱來(lái)。這和在實(shí)驗(yàn)室中燃燒有機(jī)物的情況完全一樣。 ”這就解答了體溫 的來(lái)源問(wèn)題?？諝庵屑热缓?1/41/4 的氧氣 （數(shù)據(jù)來(lái)自原文） ,就應(yīng)該含有其余的 氣體,拉瓦錫將它稱為 “碳?xì)狻?。研究了空氣的組成后,拉瓦錫總結(jié)道： “大氣中 不是全部空氣都是可以呼吸的； 金屬焙燒時(shí), 與金屬化合的那部分空氣是合乎衛(wèi) 生的,最適宜呼吸的；剩下的部分是一種 碳?xì)?不能維持動(dòng)物的呼吸,也不能

8、助燃?！彼讶紵c呼吸統(tǒng)一了起來(lái), 也結(jié)束了空氣是一種純凈物質(zhì)的錯(cuò)誤見(jiàn)解。17771777 年，拉瓦錫明確地譏諷和批判了燃素說(shuō)： “化學(xué)家從燃素說(shuō)只能得出模 糊的要素，它十分不確定， 因此可以用來(lái)任意地解釋各種事物。 有時(shí)這一要素是 有重量的，有時(shí)又沒(méi)有重量； 有時(shí)它是自由之火， 有時(shí)又說(shuō)它與土素相化合成火； 有時(shí)說(shuō)它能通過(guò)容器壁的微孔， 有時(shí)又說(shuō)它不能透過(guò)； 它能同時(shí)用來(lái)解釋堿性和 非堿性、透明性和非透明性、有顏色和無(wú)色。它真是只變色蟲(chóng)，每時(shí)每刻都在改 變它的面貌。 ”這年的 9 9 月 5 5 日，拉瓦錫向法國(guó)科學(xué)院提交了劃時(shí)代的燃燒概 論，系統(tǒng)地闡述了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)，將燃素說(shuō)倒立的化學(xué)正

9、立過(guò)來(lái)。這本書(shū)后 來(lái)被翻譯成多國(guó)語(yǔ)言， 逐漸掃清了燃素說(shuō)的影響。 化學(xué)自此切斷了與古代煉丹術(shù) 的聯(lián)系， 揭掉了神秘和臆測(cè)的面紗，代之以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和定量的研究?；瘜W(xué)進(jìn)入 了定量化學(xué)（即近代化學(xué)）時(shí)期。所以我們說(shuō)拉瓦錫是近代化學(xué)的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣， 但由于他們思維不夠廣闊， 更多地 只是關(guān)心具體物質(zhì)的性質(zhì)， 沒(méi)有能沖破燃素說(shuō)的束縛。 與真理擦肩而過(guò)是很遺憾 的。拉瓦錫對(duì)化學(xué)的另一大貢獻(xiàn)是否定了古希臘哲學(xué)家的四元素說(shuō)和三要素說(shuō)， 辨證地闡述了建立在科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的化學(xué)元素的概念：“如果元素表示構(gòu)成物 質(zhì)的最簡(jiǎn)單組分，那么目前我們可能難以判斷什么是元素； 如果相反， 我們把元

10、 素與目前化學(xué)分析最后達(dá)到的極限概念聯(lián)系起來(lái)， 那么，我們現(xiàn)在用任何方法都 不能再加以分解的一切物質(zhì)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，就算是元素了。 ”在 17891789 年出版的歷 時(shí)四年寫(xiě)就的化學(xué)概要里，拉瓦錫列出了第一張?jiān)匾挥[表，元素被分為四 大類：簡(jiǎn)單物質(zhì)，普遍存在于動(dòng)物、 植物、礦物界， 可以看作是物質(zhì)元素： 光、熱、 氧、氮、氫。簡(jiǎn)單的非金屬物質(zhì)， 其氧化物為酸： 硫、磷、碳、鹽酸素、 氟酸素、硼酸素。 簡(jiǎn)單的金屬物質(zhì)，被氧化后生成可以中和酸的鹽基：銻、銀、鉍、鈷、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、鎳、金、鉑、鉛、鎢、鋅。簡(jiǎn)單物質(zhì)，能成鹽的土質(zhì)：石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土。 拉瓦錫對(duì)燃素說(shuō)和其它陳腐觀點(diǎn)的

11、譏諷和批判是無(wú)情和激烈的。 這使他在創(chuàng) 建科學(xué)勛績(jī)的同時(shí)得罪了一大批同時(shí)代和老一輩的科學(xué)家。 在影響世界歷史的 一百位人物中，在許多有關(guān)歷史、科學(xué)史、化學(xué)史的書(shū)籍中，作者都對(duì)拉瓦錫總是突出自己的人格特點(diǎn)進(jìn)行低調(diào)的描述和評(píng)價(jià)，指責(zé)他在化學(xué)概要里沒(méi)有提起舍勒和普里斯特里對(duì)他的啟示和幫助。但我們得看到，拉瓦錫確實(shí)具有非凡 的科學(xué)洞察力和勇往直前的無(wú)畏精神。雖然不是他最先發(fā)現(xiàn)氧氣的制法，但他通 過(guò)制取氧氣分析了空氣的組成，建立了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)。氧氣因此不同于其它氣 體，被賦予非凡的科學(xué)意義。拉瓦錫十分勤奮，每天六點(diǎn)起床，從六點(diǎn)到八點(diǎn)進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)研究，八點(diǎn)到下午七點(diǎn)從事火藥局長(zhǎng)或法國(guó)科學(xué)院院士的工作，七點(diǎn)到晚上十點(diǎn)，又專心從事他的科學(xué)研究。星期天不休息，專門進(jìn)行一整天的實(shí)驗(yàn)工作。拉瓦錫 2828 歲結(jié)婚時(shí)，他的妻子只有 1414 歲。他們一生沒(méi)有孩子，但生活非常 愉快。她幫助拉瓦錫實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常陪伴在他身邊。在拉瓦錫的著作里，有很多插圖 都是他的妻子畫(huà)的。17891789 年法國(guó)大革命爆發(fā)，三年后拉瓦錫被解除了火藥局長(zhǎng) 的職務(wù)。17931793 年 1111 月，國(guó)民議會(huì)下令逮捕舊王朝的包稅官。拉瓦錫由于曾經(jīng)擔(dān) 任過(guò)包稅官而