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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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推翻燃素说的学者——拉瓦锡  

2011-09-02 09:52:50|  分类: 我的第二课堂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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推翻燃素说的学者——拉瓦锡

17世纪末至1774年法国化学家拉瓦锡提出燃烧的氧化学说之前大约一百年间,欧洲流传着的燃素学说占统治地位。燃素是普鲁士医生施塔尔提出的。照他的理论,可以用下面两个简单的式子来说明燃烧反应:

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             可燃物-燃素=灰烬

             金 属-燃素=煅灰

燃素学说实际上是很不科学的,可是风行了一百多年。许多著名的化学家,如舍勒、普利斯斯特里、卡文迪许都拥护燃素学说。

推翻燃素学说的科学家是拉瓦锡,关于拉瓦锡的传记很多,在自然科学史里,前后介绍他的生平的书籍和论文有好几十种之多。

拉瓦锡的全名是安都昂·罗朗·拉瓦锡(Antoine Laurent Lavoisier),他于1743826日生在巴黎,他一生的工作除了到外地参观视察以外,主要成就大都是在巴黎完成的。179458日他因当过征税官而被送上断头台,年仅51岁。因此没有发挥他科学上更多的专长,这是相当可惜的。

拉瓦锡原来是学法律的,因为他的父亲是一位律师,所以从小就培养他学法律。他在176320岁的时候,得到了法律学士的学位,并且获得律师开业证书。当时他家里很富有,他不急于去当律师,他的兴趣转向了自然科学。

他最早感兴趣的是植物学,由于要采集植物标本,所以要经常上山。他在这期间,对于气象学发生了兴趣,同时也学会了使用气压计,这使他一生详细记录气象变化而没有停止。

他的父亲和亲友感觉到他对自然科学有浓厚的兴趣,也就没有再勉强他做律师工作。他从21岁起就专门跟着一位地质学家葛太德从事地质学研究,得到了法国政府资助,使他们能从事全国地质图的绘制工作。

由于他的地质老师的建议,他去学化学,当时在巴黎教化学的老师是一位很有名的教授,他的名字是鲁伊勒,教课是很有名的。在巴黎讲课时室内外挤满了听众,不仅有学化学的学生和药剂师,并且有许多社会名流,例如狄特罗和卢梭等人都来听他的报告,在他的报告里主要讲了当时的矿物学和矿物的化学作用。拉瓦锡很用心地听了他的报告,增加了许多化学知识。尽管拉瓦锡的大量工作是关于化学的贡献,可是他一生没有放弃对于矿物的研究。

拉瓦锡最早的一篇化学论文是关于对石膏的研究,他分析了石膏的成分,指出这是硫酸和石灰化合成的,他知道如果把石膏加热以后,就可以放出水蒸气。从这个时候开始,他的老师鲁伊勒就开始使用结晶水这个名词了。这个工作使他开始大量使用天平。他把自己的研究成果,在1765225日向巴黎科学院宣读了,可是他的论文在1768年才在科学院院报上发表。

当时法国警察总署委托科学院研究路灯的改良(当时还没有电灯)。拉瓦锡参加了这项上作,他设计了各种灯形,可使路灯格外明亮。虽然竞争的结果,没有选出最好的办法,但是法国皇帝赏给拉瓦锡一枚金质奖章,那是1766年的事。

当拉比锡22岁的时候,就有人提出他可以成为科学院的候补院士,当时他得的票最多,另外有一位工程师比他大十岁也参加竞选,拉瓦锡比工程师多两票。巴黎科学院就把他们两个人的名字送请法国的部长去作决定,结果是那位工程师担任了院士。拉瓦锡被指定为候补院士,这使他的父亲也感到相当高兴。在17683月之前不久,拉瓦锡被任命为征税官,主要是负责烟草和食盐的税收,这使得拉瓦锡有机会视察法国的很多地方。

1768年,拉瓦锡向巴黎科学院宣读了一篇浮沉计论义。因为这个时候,他正在研究矿泉水。当时欧洲纷纷传说,矿泉水可以用来医治多种疾病。在拉瓦锡之前,人们只知道用定性分析来分析水里的主要成份。他用浮沉计可以较快地得出分析结果。他根据分析的结果,写出了两篇论文。推翻燃素说的学者——拉瓦锡 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

1771年,拉瓦锡结婚了,他当时28岁,他的妻子只有14岁。他们虽没有生孩子,一生生活得却非常愉快。她不但学会了做拉瓦锡的助手,并且在拉瓦锡的著作里,很多插图都是他的妻子画的。

1775年,他又担任了皇家火药局局长的职务。他和他的夫人都到火药局里面去住,而在这个火药局里,他们建成了当时相当好的实验室。他后来的大量研究工作,就是在这个实验室里完成的。

从古以来,人们一直认为水是一种基本元素,可是拉瓦锡却不是这样想的。当时英国的卡文迪许派了一位助手来看拉瓦锡,并且告诉他,水是可以分成氢和氧两种元素的。

拉瓦锡为了证实起见,自己重复了卡文迪许的实验,证明了水的确不是一种元素,是可以分解成氢气和氧气的。从此以后,水的成分就确定了。

拉瓦锡告诉卡文迪许的助手,他利用了很干燥的氢和氧两种气体,燃烧之后,也得到了水。因此古代传说,水是一种元素的话,被证明是不正确的了。

1783年,法国正有人用氢气使东西升高,成为一项轰动的大事,当时认为人能飞到像云那样高。

法国政府就组织了一个委员会,指定科学院来研究,这个委员会有三位物理学家和两位化学家,拉瓦锡就是这个委员会的成员。经过实验,拉瓦锡可以用把水滴在加热的炮筒上的方法,来产生氢气,并且由此得到了大量的氢气。1785年拉瓦锡在兵工厂里做了这个实验,请了很多人来参观,从此人们才相信水并不是元素,水被确实证明是由氢气和氧气结合起来的。

1773年,拉瓦锡在他的实验本子上写了一句话,我所做的实验使物理学和化学发生了根本的变化。这从化学史来看,的确是这样的。

1771年,当时拉瓦锡还不知道布拉克的潜热理论。他观察到,冰和水如果混合在一起,温度保持不变,这就是潜热的作用。他当时虽然没有把他的潜热实验结果公布出来,但后来从他的实验本上,找到这样的记录。

1772年,拉瓦锡观测到氧化现象,这个现象使他迈出了化学革命的一大步。这个革命可以总结为一句话,就是燃素说是错误的;他的新化学一度命名为反燃素化学。尽管在拉瓦锡之前,瑞典的舍勤和英国的普利斯特里,先后发现了氧气,但是他们并没有利用自己的发现来推翻燃素说。

1772年的秋天,拉瓦锡仔细地证实了他的实验报告。他燃烧了称过重量的磷和硫,发现所得产物的重量大于单纯的磷和硫,他把他的实验结果分别寄给巴黎科学院。

1773220日,他在实验本上写着他的实验使科学发生了革命。他在1774年,写了一本很重要的书,书名是《物理学和化学的重点》。

1777321日,拉瓦锡在巴黎科学院又宣读一篇所谓极纯空气的论文。一直到1779年,他把这些实验放在一起称这为极纯空气或为生气vital air)。后来利用希腊文的两个字,组成oxigine一名。到1787年,他和三个人合作的《化学命名法》书里,才用了oxygene一名,我们现在翻译成氧气。德文里至今译成Sauerstoff,日文利用原字的本意,翻译成酸素,附带说一句,中文氧气的命名也有多次的变化,最早是在英国人合信所写的《博物新编》里使用的。这本书在1855年出版,用了养气(又名生气)一名。后来到了1920年,郑贞文在商务印书馆担任编辑的时候,加了气字头。后于1928年,中国化学会讨论决定,用现在这个氧字。

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177410月份,普利斯特里去巴黎参观。他和拉瓦锡以及其他法国化学家一起座谈,告诉他们,如果把红色的汞沉淀加热,可以得到一种气体。这种气体很难溶于水,比起普通空气来,它使蜡烛烧得更光亮。这实际上就是氧,普利斯特里还叫它脱燃素气dephlogisticated air)。

拉瓦锡听到普利斯特里的讲话之后,就在1775年也去把红色汞化合物加热,他本来以为可以得到固定气(即CO2)。结果得到一种气体,通过石灰水以后不发生沉淀,而蜡烛在气体里点得更光明,所以他得出结论,这不是普通空气,它比普通空气更纯。

1775426日,拉瓦锡在巴黎科学院宣读他的报告。拉瓦锡对于普利斯特里的发现是知道的,他在自己的实验报告里,误把普利斯特里写成Prisley”。他当时也用了脱燃素气这个名称。

1778年,拉瓦锡又把他的文章再在巴黎科学院去宣读。他就不再用普利斯特里的脱燃素气这个名字了,而是用极纯空气一名。

拉瓦锡又做了一种实验,他把氧气和氢气(当时叫可燃气)放在一起燃烧的时候,可以得到很高的温度,可使铂熔化。他在1782410日,在巴黎科学院当众做了实验,引起了很多人的注意,认为这是当时能够得到的最高温度。

当时氢气就是由拉瓦锡开始用hydrogen这个名词的。他从此就更反对燃素说了。他曾发表了一篇最出名的文章,题目是《燃烧概论》。这篇文章成为反对燃素说的一篇最重要的论文。从此以后,有很多化学家就不再相信燃素说了。这是拉瓦锡一生最重要的论文,这篇论文曾经译成英文、德文、意大利文和西班牙文。

1789年,拉瓦锡写了一本很重要的书,书名是《化学基本概念》,这本书也译成了欧洲好几种文字。他给元素加了一个定义,他说:凡是简单的不能分离的物质,才可以称为元素。他在这里也犯了错误,认为少量存在的物质,就不是元素。例如黄金,他就认为不是元素,因为它在地球上存在的量不多。他分析了沼气,得到了碳和氢的比例是3.61,这说明他的分析还是比较准确的。现在人们知道其重量比是31,拉瓦锡认为化学的主要目的是分析自然界的许多物质的组成,并且能够用人工方法合成这些物质。他认为我们只能说,现在我们的分析只能达到这样的程度,将来人们的知识发展了,可能还可以细分。拉瓦锡在18世纪讲这样的话,和我们今天所知道的原子可被分裂,含义是相同的,事实上可说是他的预见。

拉瓦锡在发酵的工作上,也有过一定的成就。他把发酵分成三类,一类就是酒精的发醇,一类是醋酸的发酵,一类是肉类的发酵。他虽然在发酵方面没有发现酶,但是他在酒精发酵方面进行了相当多的工作。他认为糖类发酵,可以得到乙醇、二氧化碳和醋酸。

1785年,拉瓦锡在法国皇家医学会宣读一篇论文,可以说,他是最早研究呼吸作用的科学家。在这个方面,许多生理化学家都是承认的。拉瓦锡夫人曾经画过一幅画,在这幅画里,拉瓦锡的助手带着一幅面具。说明一个人在静止的时候和运动的时候,所需要氧气的多少是不相同的。当然,拉瓦锡也有错误的观点,认为凡是包含有氧元素的化合物,都是酸性化合物。他分析了硫酸、硝酸等,都含有氧,但是盐酸并不含有氧,他也认为含有氧,误认为只是结合很牢固,所以分不出氧气来。

拉瓦锡是一位工作十分努力的人,每天六点钟就起来,从六点到八点是他研究工作的时间。八点以后,就从事火药局的工作或者巴黎科学院的工作,一直到下午七点。从下午七点到十点,他又专门从事科学研究,星期日的时间,他也专门做科学实验。

到了1772年,他在巴黎科学院就提升为副教授,1778年,他担任了正教授。除了这些工作以外,他还在法国政府参加好多委员会,例如改善巴黎医院的设备,也有他的功劳。

安都昂·罗朗·拉瓦锡的父亲病故以后,拉瓦锡接受了他父亲的遗产和爵位。从1775年起,他买了大量的土地,从事农业实验的工作。在1783年他把所有的实验结果报告给政府,至今成为法国政府很有名的文件。

恩格斯对于拉瓦锡提出的燃烧的氧化学说给予很高的评价,指出由于拉瓦锡的学说,使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立过来了。从此,化学家能够按照物质的本来面目进行科学研究,使化学蓬勃地发展起来。

 

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