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            法國化學家--拉瓦錫

            作者: 軼名   人氣: 次  時間:2017年07月19日  星級:

              法國化學家拉瓦錫進行的化學革命被公推為18世紀科學發展史上最輝煌的成就之一。在這場革命中,他以雄辯的實驗事實為依據,推翻了統治化學理論達百年之久的燃素說,建立了以氧為中心的燃燒理論。針對當時化學物質的命名呈現一派混亂不堪的狀況,拉瓦錫與他人合作制定出化學物質命名原則,創立了化學物質分類的新體系。根據化學實驗的經驗,拉瓦錫用清晰的語言闡明了質量守恒定律和它在化學中的運用。這些工作,特別是他所提出的新觀念、新理論、新思想,為近代化學的發展奠定了重要的基礎。

              安東·尼羅朗·拉瓦錫1743年8月26日出生于巴黎一個富裕的律師家庭。5歲那年他母親園病去世,從此他在姨母照料下生活、11歲時,他進入當時巴黎的名牌學校——馬沙蘭學校。以后升人法政大學,21歲畢業而取得律師的資格。他的家庭打算讓他繼承父業成為一個開業律師,然而在大學里他已對自然科學產主了濃厚的興趣,主動地拜一些著名學者為師,學習數學、天文、植物學、地質礦物學和化學。從20歲開始,他堅持每天作氣象觀測,假期還跟隨地質學家格塔爾到各地作地質考察旅行。他最初發表的關于石膏組成和凝固的論文就是在地質調查之中寫成的,1765年,法國科學院以重獎征集一種使路燈既明亮又經濟的設計方案,22歲的拉瓦錫勇敢地參加了競賽。他的設計雖然未獲獎金,但被評為優秀方案,榮獲國王頒發的金質獎章,這項活動給嶄露頭角的拉瓦錫以很大的鼓舞、使他更熱情地投入科學研究的事業中、同時他的科研才華也開始引起了科學界的注目。因為拉瓦錫接連不斷地取得了一項項科研成果,也因為他具備了無需憂慮生活來源的優越科研條件,1768年他被任命為法國皇家科學院的副會員,1778年成為有表決權的18名正式會員之一。1785年他擔任了科學院的秘書長,實際上成為科學院的負責人。

              拉瓦錫成為科學院的成員后,科學研究愈成為他生活的重要內容。從1778年起,他逐個地取得了化學研究上的重大突破。步入化學家的行列。他才華洋溢,精力充沛,逐漸成為科學界乃至政界的一位新星。

              1768年,拉瓦錫選擇的一個研究課題是驗證水能否變成土。在當時,許多人都相信水能變成土。亞里士多德的“四元素說”中就有水土互變的提法,17世紀比利時化學家海爾蒙特曾以柳樹的實驗來支持這一觀點。人們也時常發現在容器中煮沸水,時間長了總會有沉淀物生成。拉瓦錫對這一觀點表示懷疑,為此他設計了一個驗證實驗。他采用一種歐洲煉金術中使用過的很特別的蒸餾器。這種蒸餾器能使蒸餾物被反復蒸餾。他將蒸餾器稱重,然后加入一定重量的經3次蒸餾后的蒸餾水。密封后點火加熱,保持微熱,同時進行觀察。二周過去了,水還是清的。第三周末開始出現很小一點固體,隨后慢慢變大,第八周固體因增長而沉淀下來。就這樣連續加熱了101天,蒸餾器中的確產生了固體沉淀物,冷卻后,他首先稱了總重量,發現總重量與加熱前相比沒有變化。他又分別對水、沉淀物、蒸餾器進行稱量,結果是水的重量沒變,沉淀物的重量恰好等于蒸餾器所減少的重量。據此拉瓦錫著寫論文駁斥了水轉比為土的謬說,瑞典化學家舍勒也對這沉淀物進行分析,證明它的確來自玻璃蒸餾器本身。

              1772年9月,拉瓦錫開始對燃燒現象進行研究。在這以前,波義耳曾對幾種金屬進行過煅燒實驗,他認為金屬在般燒后的增重是因為存在火微粒,在懾燒中,火微粒穿過器壁而與金屬結合。

              金屬+火微粒——>金屬灰

              1702年,德國化學家斯塔爾也進行了類似的實驗。他認為金屬在鍛燒中放出了燃素,即:金屬+燃素——>金屬灰

              斯塔爾將有關燃素的觀點系統化,并以此來解釋當時已知的化學現象。由于燃素說的解釋較過去的合理,很快被化學家所接受,成為18世紀占統治地位的化學理論。盡管一些實驗研究的進展已披露了燃素說與實驗事實的矛盾,但多數化學家還是設法調和這一矛盾,以維護燃素說。拉瓦錫正是在研究了化學史的概況和前輩化學家的工作之后,發現了這一矛盾,并決心解決這一矛盾。

              首先他對磷、硫等易燃物的燃燒進行觀察和測定,他發現磷、硫在燃燒中增重是由于吸收了空氣。于是他想到,金屬在般燒中增重是否屬于同一原因?1774年,他重做了波義耳關于煅燒金屬的實驗。他將已知重量的錫放入曲頸瓶中,密封后稱其總重量。然后經過充分加熱使錫灰化。待冷卻后,稱其總重量,確認其總重量沒有變化。爾后在曲頸瓶上穿一小孔,發現瓶外空氣帶著響聲沖進瓶內,再稱其總重量和金屬灰的重量,發現總重量增加的值恰好等于錫變成錫灰后的增重。拉瓦錫又對鉛、鐵等金屬進行了同樣的鍛燒實驗,得到相同的結論。由此拉瓦錫認為燃燒金屬的增重是金屬與空氣的一部分相結合的結果,否定了波義耳的火微粒之說,對燃素說也提出了質疑。那未,與金屬相結合的空氣成分又是什么?當時人們還不了解空氣具有兩種以上組分,拉瓦錫也無從推斷。1774年10月,英國化學家普利斯特列訪問巴黎。在拉瓦錫舉行的歡邀宴會上,普利斯特列告訴拉瓦錫,在3個月前,他曾在加熱水銀灰的實驗中發現一種具有顯著助燃作用的氣體。這信息給拉瓦錫以啟示,他立即著手汞灰的合成和分解。實驗事實使拉瓦錫確信,般燒中與金屬相結合的決不是火微粒或燃素,可能是最純凈的空氣。1775年末,普利斯特列發表了關于氧元素(他命名為脫燃素空氣)的論文后,拉瓦錫恍然大悟,原來這種特殊物質是一種新的氣體元素。隨后,他對這種新的氣體元素的往質進行了認真的考察,確認這種元素除了助燃、助呼吸外.還能與許多非金屬物質結合生成各種酸,為此他把這種元素命名為酸素,現在氧元素的化學符號0就是來源于希臘文酸素:oxygene。對氧氣作系統研究后,拉瓦錫明確地指出:空氣本身不是元素,而是混和物,它主要由氧氣和氮氣組成。1778年他進而提出,燃燒過程在任何情況下,都是可燃物質與氧的化合,可燃物質在燃燒過程中吸收了氧而增重。所謂的燃素實際上是不存在的。拉瓦錫關于燃燒的氧化學說終于使人們認清了燃燒的本質,并從此取代了燃素學說,統一地解釋了許多化學反應的實驗事實,為化學發展奠定了重要的基礎。

              長期以來,水也被看作是一種元素。在氧元素被確認后的1781年,英國化學家卡文迪許在氫氣與普通空氣或氧氣的混和氣中通電、發生火花時,會有水珠的生成,這一實驗證明水是一種化合物。但是由于卡文迪許仍舊信仰燃素說,所以對這一實驗結果不能作出清晰的解釋。卡文迪許的助手布拉格登于1783年6月訪問巴黎時,將這一實驗告訴了拉瓦錫。拉瓦錫立即進行了跟蹤實驗,不僅合成了水,同時還將水分解為氧氣和氫氣,再次確認了水的組成,并且用氧化理論給以準確的說明。

              運用氧化理論,拉瓦錫弄清了碳酸氣就是碳與氧元素的化合物。他又根據酒精一類有機化合物在燃燒中大都生成碳酸氣和水的事實,建立了有機化合物的分析法,將有機物在一定體積的空氣和氧氣中燃燒,用苛性堿溶液來吸收其產生的碳酸氣,再從殘留物中計算出生成的水量,由此確定有機化合物中含的碳、氫、氧三種元素的比例數。

              根據氧化理論,1777年拉瓦錫發表論文,指出動物呼吸是吸入氧氣,呼出碳酸氣。他與法國科學家拉普拉斯合作,1782年設計了冰的熱量計,測定了一些物質的比熱和潛熱。同時證明動物的呼吸也屬于一種燃燒現象。

              拉瓦錫的氧化學說是對燃素說的否定,他關于水的組成、空氣的組成等一系列實驗成果是對亞里士多德四元素說的批判,為了與新的理論相適應,1785年,拉瓦錫和他的同行戴莫維、貝托雷、佛克羅伊合作編寫了《化學命名法》。這本專著強調指出每種物質必須有一固定名稱,單質命名盡可能表達出它的特性,化合物的命名盡可能反映出它的組成,據此他們建議對過去被稱為金屬灰的物質應依據它的組成命名為金屬氧化物;酸、堿物質使用它們所含的元素來命名;鹽類則用構成它們的酸和堿來命名。這樣一來,汞灰應稱為氧化汞,礬油應叫作硫酸等等。從而奠定了現代化學術語命名的基礎,當今所用的化學術語的大部分都是依據這一命名法而來的。

              拉瓦錫的化學研究有一個重要的特點,他總是有意識地把質量不變的規律作為他思維推理的前提。這種質量守恒的思想在他1789年出版的《化學綱要》中,作了清楚的闡述,這是他對近代化學發展的又一突出的貢獻。就在《化學綱要》這部名著中,拉瓦錫總結了他化學研究的實踐經驗,發展了波義耳提出的元素概念,提出元素是化學分析到達的終點,即在當時用任何化學手段都不能分解的物質可稱為元素。據此他還列出了一張包括33種元素的分類表。現在看來,這張表雖然存在一些錯誤,但是世界公認這是第一張真正的化學元素表。

              就在拉瓦錫在科學研究上取得一個又一個的重要進展時,1789年法國爆發了資產階級的大革命。拉瓦錫雖然主張君主立憲制,但是他還是積極地參與了統一度量衡的改革工作。統一度量衡是法國大革命的重要成果。隨著革命的主導權由大資產階級轉移到小資產階級的代表人物的手中,階級的對抗更為激烈,包括拉瓦錫在內的60人組成的征稅承包商集團成為了革命的對象。所謂征稅承包業指由一批商人組成的集團,把法國國王的部分征稅承包下來,由商人雇用人員到各地強行征收鹽、酒、煙草及其它商品的關稅。包稅商除了上繳給國王一定稅款外。還要從中獲得一定的利潤。這種征稅承包業顯然加重了對平民百姓的盤剝,很自然地成為革命中的眾矢之的。拉瓦錫的家庭經濟狀況足以維持其從事科研的生活,但是拉瓦錫妄圖發財,幾乎在他投身科學研究的同時,于1768年加入了包稅商集團。從此賺錢的買賣花費了他不少精力。他萬萬沒有想到,這一問題為他招來了滅頂之災。1793年,革命政權逮捕了包括拉瓦錫在內的包稅商,第二年以超過法定數4%的收入,謀取6一10%的利潤的罪行而被處死,一位杰出的科學家正當他事業興旺時,落得這樣一個可悲的結局,當時和后來的許多人都對此深感惋惜

              拉瓦錫雖然死了,他對發展近代科學的突出貢獻,后人并沒有抹煞他的科學思想、科學方法長期以來一直成為人們學習和研究的內容,人們從中獲得了不少啟迪和教益。綜觀拉瓦錫的實驗研究和理論建樹,正如有人評論說:拉瓦錫既沒有發現新物質,也沒有提出新的實驗項目,甚至沒有創新或改進實驗手段或方法,然而他卻在重復前人的實驗中,通過嚴格的合乎邏輯的步驟,闡明了所得結果的正確解釋,作出了化學發展上的不朽功績。成功的原因是多方面的,首先他強調了實驗是認識的基礎,他的治學座右銘是:“不靠猜想,而要根據事實。”他在研究中一直遵循“沒有充分的實驗根據,從不推導嚴格的定律”的原則。這種尊重科學事實的思想使他能把前人所作的一切實驗看作只是建議性質的,而不是教條,從而批判地繼承了前人的工作成果,敢于進行理論上的革命。

              拉瓦錫善于學習,善于進行分析綜合、判斷推理,提出新的學術思想。對于前人的有關研究,他的學習是很認真的。他能把前人對于同一實驗所作的不同解釋加以分析比較,從中發現矛盾和問題,為此他選擇了一些關鍵的跟蹤實驗作為自己研究的突破點,并在實驗中,保持清醒頭腦。在實驗中他除了細致地觀察外,還善于捕捉那些化學反應中各種物質變化的相互聯系,不被表面現象所迷惑,透過現象深入到本質,從整體上去認識反應的本質,因而顯得比別人站得高、看得準。系統嚴格的定量性是拉瓦錫實驗方法的基本特點。他在實驗分析中有一個信條:“必須用天平進行精確測定來確定真理。”根據這一信條,拉瓦錫的實驗研究都明確地運用了定量方法。以量求質,通過數量的確定推翻了水上相互轉化的古老觀念,否定了燃素的存在,揭示了氧氣的實質和燃燒的本質。他能以考察量的變化來推導化學變化的規律,是因為他相信自然界物質的各種變化中,質量是守恒的。他提出質量守恒定律進一步說明了化學定量方法所依賴的前提。拉瓦錫敢于明確地提出這一原理,除了有實驗事實為根據外,他還從“無中不能生有”這一深刻的哲學和“總量等于它的各個分量”的數學公理中獲得了啟示。

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