長期以來,人們試圖對燃燒現象作出解釋。17世紀,德國化學家史塔爾(1660-0734年)的解 釋是:在一切可燃物體中,都含有一種特殊的物質,叫做燃索。燃索在燃燒過程中散發出去。等到它完全跑掉后,燃燒也就停止了。而燃燒過的產物。只需任何含有多量燃索的物質如 木炭等供給它燃索,它就可恢 為原來的物質。例如,鋅加熱焙燒后,它本身的燃素喪失了,變為白色的渣滓。而只需把木炭與渣滓一同加熱,鋅就會被蒸餾出來。史塔爾的這學說叫 做燃素說,它在100多年內控制著化學界對燃燒實質的認識。
但是,許多有頭腦的科學家自燃素、提出的那一天起,就對它抑有懷疑。首先,史塔爾口口 聲聲提到的燃索,從來有被分離出來過。其次,金屬在焙燒過后,總是增加了若干重量。按燃素說觀點,燃素在燃燒過程中喪失。但燃燒后物質反崦增重。按燃素說觀點,燃素在燃燒 過程中喪失。但燃燒后物質反而增重,這很難令人信服。但是,盡管許多科學家長期懷疑燃 素說,真正否定這個錯誤觀點,揭示出燃燒實質的是18世紀的科學家拉瓦錫。拉瓦錫(1743- 1794年)法國化學家。他在英國化學家普列斯特利研究的基礎上,提出:空氣本身不是元素,而是混合物,主要由氧、氮組成。氧氣是一咱利于呼吸和助燃
的氣體。他進一步闡明:燃燒的過程在任何情況下,都是可燃物質與氧的化合,而并非塔爾認為的是可燃物放出燃素的分解反應。拉瓦錫的發現是極為可貴的。燃燒過程的實質終于被人們掌握。自此現代的化學化系得以建立,促進了化學事業的發展。
相關資料:
拉瓦錫(1743~1794)
Lavoisier,Antoine-Laurent
拉瓦錫簡介
法國化學家。近代化學的奠基人之一。1743年8月26日生于巴黎,1794年5月8日卒于同地。1763年獲法學學士學位,并取得律師開業證書,后轉向研究自然科學。他最早的化學論文是對石膏的研究,發表在1768年《巴黎科學院院報》上。他指出,石膏是硫酸和石灰形成的化合物,加熱時會放出水蒸氣。1765年他當選為巴黎科學院候補院士。1768年他研究成功浮沉計,可用來分析礦泉水。1775年任皇家火藥局局長,火藥局里有一座相當好的實驗室,拉瓦錫的大量研究工作都是在這個實驗室里完成的。1778年任皇家科學院教授。1774年10月,普里斯特利向拉瓦錫介紹了自己的實驗:氧化汞加熱時,可得到脫燃素氣,這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮,還能幫助呼吸。拉瓦錫重復了普里斯特利的實驗,得到了相同的結果。但拉瓦錫并不相信燃素說,所以他認為這種氣體是一種元素,177
拉瓦錫的主要科學貢獻
安托萬-洛朗·拉瓦錫生于巴黎。拉瓦錫與他人合作制定出化學物種命名原則,創立了化學物種分類新體系。拉瓦錫根據化學實驗的經驗,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,因而后人稱拉瓦錫為近代化學之父。
拉瓦錫在學
他為后人留下的杰作是《化學概要》,這篇論文標志著現代化學的誕生。在這篇論文中,拉瓦錫除了正確地描述燃燒和吸收這兩種現象之外,在歷史上還第一次開列出化學元素的準確名稱。名稱的確立建立在物質是由化學元素組成的這個基礎之上。而在此之前,這些元素有著不同的稱謂。在書中,拉瓦錫將化學方面所有處于混亂狀態的發明創造整理得有條有理。
化學家拉瓦錫原來是學法律的。1763年,年僅20歲的拉瓦錫就取得了法律學士學位,并且獲律師從業證書。拉瓦錫的父親是一位頗有名氣的律師,家境富有。所以拉瓦錫沒有馬上去律師,那時他對植物學發生了興趣,經常上山采集標本使他又對氣象學產生了興趣。在地質學家葛太德的建議下,拉瓦錫師從巴黎著名的化學魯教授伊勒教授。從此,拉瓦錫就和化學結下不解之緣。
拉瓦錫的對化學的第一個貢獻便是從試驗的角度驗證并總結了質量守恒定律。早在拉瓦錫出生之時,多才多藝的俄羅斯科學家羅蒙諾索夫就提出了質量守恒定律,他當時稱之為“物質不滅定律”,其中含有更多的哲學意蘊。但由于“物質不滅定律”缺乏豐富的實驗根據,特別是當時俄羅斯的科學還很落后,西歐對沙俄的科學成果不重視,“物質不滅定律”沒有得到廣泛的傳播。
拉瓦錫用硫酸和石灰合成了石膏,當他加熱石膏時放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細稱量了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質量。他的導師魯伊勒把失去水蒸氣稱為“結晶水”,從此就多了一個化學名詞……結晶水。這次意外的成功使拉瓦錫養成了經常使用天平的習慣。由此,他總結出質量守恒定律,并成為他進行實驗、思維和計算的基礎。為了表明守恒的思想,用等號而不用箭頭表示變化過程。如糖轉變為酒精的發酵過程表示為下面的等式:
葡萄糖=碳酸(CO2)+酒精
這正是現代化學方程式的雛形。為了進一步闡明這種表達方式的深刻含義,拉瓦錫又撰文寫到:
“可以設想,參加發酵的物質和發酵后的生成物列成一個代數式,再假定方程式中的某一項是未知數,然后通過實驗,算出它們的值。這樣,就可以用計算來檢驗實驗,再用實驗來驗證計算。我就經常用這種方法修正實驗初步結果,使我能通過正確的途徑改進實驗,直到獲得成功。”
拉瓦錫最重要的發現:燃燒原理,是他對化學研究的第二大貢獻。偉大的科學家描述了最重要的氣體:氧、氮和氫的作用。拉瓦錫最重要的發現是關于燃燒的原理。之所以能夠有此發現,是因為他第一次準確地識別出了氧氣的作用。事實上,科學家確認燃燒是氧化的化學反應,即燃燒是物質同某種氣體的一種結合。拉瓦錫為這種氣體確立了名稱,即氧氣,事實上就是“成酸元素”的意思。
拉瓦錫最終排除了當時流行極廣的關于“燃素”的錯誤看法。按照那種理論,在燃燒期間,任何被燃燒的物質同一種被稱為“燃素”的物質相分離!叭妓亍北徽J為是整個燃燒過程的主導者。
拉瓦錫還識別出了氮氣。這種氣體早在1772年就被發現了,但卻被命名了一個錯誤的名稱——“廢氣”(意思是“用過的氣”,也就是沒有燃素的氣,因此不會再被用作燃燒的氣)。拉瓦錫則發現這種“氣體”實際上是由一種被稱為氮的氣體構成的,因為它“無活力”(來源于希臘語azofe)。后來,他又識別出了氫氣,這個名稱的意思是“成水的元素”。拉瓦錫還研究過生命的過程。他認為,從化學的觀點看,物質燃燒和動物的呼吸同屬于空氣中氧所參與的氧化作用。
1772年秋天,拉瓦錫照習慣稱量了定量的白磷,使之燃燒、冷卻后又稱量灰燼(五氧化二磷,P2O5)的質量,發現質量竟然增加了!他又燃燒硫磺,同樣發現灰燼的質量大于硫磺的質量。他想這一定是什么氣體被白磷和硫磺吸收了。于是他又改進實驗的方法:將白磷放入一個鐘罩,鐘罩里留有一部分空氣,鐘罩里的空氣用管子連接一個水銀柱(注:測定空氣的壓力)。加熱到40℃時白磷就迅速燃燒,水銀柱上升。拉瓦錫還發現“1盎司的白磷大約可得到2.7盎司的白色灰燼(P2O5)。增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量基本接近”。
拉瓦錫的發現和當時的燃素學說是相悖的。燃素學說認為燃燒是分解過程,燃燒產物應該比可燃物質量輕。他把實驗結果寫成論文交給法國科學院。從此他做了很多實驗來證明燃素說的錯誤。在1773年2月,他在實驗記錄本上寫到:“我所做的實驗使物理和化學發生了根本的變化!彼麑⑿禄瘜W命名為“反燃素化學”。
1775年,拉瓦錫對氧氣進行研究。他發現燃燒時增加的質量恰好是氧氣減少的質量。以前認為可燃物燃燒時吸收了一部分空氣,實際上是吸收了氧氣,與氧氣化合,這就是徹底推翻了燃素說的燃燒學說。
1777年,拉瓦錫批判燃素學說:“化學家從燃素說只能得出模糊的要素,它十分不確定,因此可以用來任意地解釋各種事物。有時這一要素是有重量的,有時又沒有重量;有時它是自由之火,有時又說它與土素相化合成火;有時說它能通過容器壁的微孔,有時又說它不能透過;它能同時用來解釋堿性和非堿性、透明性和非透明性、有顏色和無色。它真是只變色蟲,每時每刻都在改變它的面貌!
1777年9月5日,拉瓦錫向法國科學院提交了劃時代的《燃燒概論》,系統地闡述了燃燒的氧化學說,將燃素說倒立的化學正立過來。這本書后來被翻譯成多國語言,逐漸掃清了燃素說的影響;瘜W自此切斷與古代煉丹術的聯系,揭掉神秘和臆測的面紗,取而代之的是科學實驗和定量研究。化學由此也進入定量化學(即近代化學)時期。
拉瓦錫對化學的第三大貢獻是否定了古希臘哲學家的四元素說和三要素說,建立在科學實驗基礎上的化學元素的概念:“如果元素表示構成物質的最簡單組分,那么目前我們可能難以判斷什么是元素;如果相反,我們把元素與目前化學分析最后達到的極限概念聯系起來,那么,我們現在用任何方法都不能再加以分解的一切物質,對我們來說,就算是元素了!
在1789年出版的歷時四年寫就的《化學概要》里,拉瓦錫列出了第一張元素一覽表,元素被分為四大類:
1.簡單物質,光、熱、氧、氮、氫等物質元素。
2.簡單的非金屬物質,硫、磷、碳、鹽酸素、氟酸素、硼酸素等,其氧化物為酸。
3.簡單的金屬物質,銻、銀、鉍、鈷、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、鎳、金、鉑、鉛、鎢、鋅等,被氧化后生成可以中和酸的鹽基。
4.簡單物質,石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土等。
拉瓦錫的冤死
此外,拉瓦錫還曾在政界被推選為眾議院議員。對此,他曾感到負擔過重,曾多次想退出社會活動,回到研究室做一個化學家。然而這個愿望一直未能實現。當時,法國的國情日趨緊張,舉國上下有如旋風般的混亂,處于隨時都可能爆發危機的時刻。對于像拉瓦錫這樣大有作為和精明達識的科學家的才能也處于嚴重考驗的時刻。
這時,有些像百年前波義耳在英國的處境,現在又轉移到拉瓦錫所在的法國來了。國情是很相似的。但是這兩位科學家的命運卻正好相反。波義耳不聞窗外的世間風云,只是一心關在實驗室里靜靜地進行研究。而在同樣處境下的拉瓦錫卻未能做到這一點。應當說是一種命運的不幸,而且這種不幸可以說已經達到了極點,以至最終奪去了他的生命。
拉瓦錫不論在何處都像是一棵招風的大樹,因而雷雨一到也就是最危險的。最初的一擊是來自革命的驍將馬拉(J.P.Marat)之手。馬拉最初也曾想做為科學家而取得榮譽,并寫出了《火焰論》一書,企圖做為一種燃燒學說而提交到了科學院。當時做為會長的
在這塊天地里,科學似已無法容身了。一切學會、科學院、度量衡調查會……等,實際上所有的法國學術界都面臨著存亡的危機。甚至還聽到了這種不正常的說法,認為“學者是人民的公敵,學會是反人民的集團”等。在此情況下,拉瓦錫表現得很勇敢。他做為科學院士和度量衡調查會的研究員,仍然恪守著自己的職責。他不僅努力于個人的研究工作,并為兩個學會的籌款而各處奔走,還有時捐獻私人財產做為同事們的研究資金。他的決心和氣魄,成了法國科學界的柱石和保護者。
但是,在想不到的地方卻潛伏著惡敵。他就是化學家佛克羅伊(Fourcroy, 1755~1809)。他本人也是科學院的院士,曾經是一位很早就同革命黨人的國會有著密切聯系,并對科學院進行過迫害的神秘人物。他在危難之際,也曾在多方面受到過拉瓦錫的保護,但是卻反而施展詭計企圖解散科學院,直到最后動用了國會的暴力而達到了目的。這樣,在1793年4月,這個從笛卡兒、帕斯卡和海因斯以來具有百余年光榮歷史的科學院終于遭到了破壞(直到1816年巴黎的科學院才又得到重建)。
這時,拉瓦錫做為最后的手段是通過教育委員會向國民發出呼吁。他指出,做為教育界的許多元老,曾經為法國的學術繁榮而貢獻了畢生精力,然而現在他們的研究機關被剝奪,衣食的來源被切斷,寶貴的晚年受到了貧困的威脅,學術處于毀滅的邊緣,法國的榮譽被玷污了。這樣,如果學術一旦遭到毀滅,恐怕就是再經過半個世紀也難以再得到恢復了。他雖然這樣提出了警告,結果是仍然無效。
1793年11月28日,包稅組織的28名成員全部被捕入獄,拉瓦錫就是其中的一個,死神越來越逼近他了。
不久,度量衡調查會的6名研究員被開除了,其中也有拉瓦錫。
學術界震動了。各學會紛紛向國會提出了赦免拉瓦錫和準予他復職的請求,但是,已經為羅伯斯庇爾領導的激進黨所控制的國會,對這些請求不僅無動于衷,反而卻更加嚴厲了。1794年5月7日開庭審判,結果是把28名包稅組織的成員全部處以死刑,并預定在24小時內執行。
佛克羅伊所采取的陰險手段,對于事情發展到如此嚴重的程度是起了很大作用的。佛克羅伊是巴黎植物園化學研究室的教授,曾長期和拉瓦錫在一起,也為化學理論和化學教育的發展做出不少貢獻,本是一位知名的學者。但是為什么卻會進行這種惡劣的活動,是不是由于長期以來對拉瓦錫的嫉妒呢?后來,當羅伯斯庇爾失敗以后,在為拉瓦錫舉行的莊重和盛大的追悼會上,這個厚顏無恥的佛克羅伊卻又反過來對拉瓦錫表示悼念,還做了歌功頌德的演講。像這樣卑劣的人,在古今的科學家中恐怕也再難找出第二個人了。
拉瓦錫的生命已經危在旦夕。人們雖然在盡力地挽救,請求赦免,但是遭到了革命法庭副長官考費那爾(J.B.Coffinhal)的拒絕,全部予以駁回。他還宣稱,“法蘭西共和國不需要科學家,而只需要為國家而采取的正義行動!”
第二天,5月8日的早晨,就在波拉斯·德·拉·勒沃西奧執行了28個人的死刑。拉瓦錫是第四個登上斷頭臺的。他泰然受刑而死……著名的法籍意大利數學家拉格朗日痛心地說:“他們可以一瞬間把他的頭割下,而他那樣的頭腦一百年也許長不出一個來!
他的一生是充滿著光輝的一生.