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(xué)物種命名原則,創(chuàng)立了化學(xué)物種分類新體系。拉瓦錫根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn),用清晰的語言闡明了質(zhì)量守恒定律和它在化學(xué)中的運(yùn)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(xué)的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ),因而后人稱拉瓦錫為近代化學(xué)之父。
在學(xué)校是一個天才男孩。20歲時因出色地撰寫了巴黎街道照明的設(shè)計(jì)文章而獲得法國科學(xué)院的嘉獎。幾年之后,即1768年,他被評選為法國科學(xué)院的“名譽(yù)院士”。
他為后人留下的杰作是《化學(xué)概要》,這篇論文標(biāo)志著現(xiàn)代化學(xué)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(xiàn)象之外,在歷史上還第一次開列出化學(xué)元素的準(zhǔn)確名稱。名稱的確立建立在物質(zhì)是由化學(xué)元素組成的這個基礎(chǔ)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(xué)方面所有處于混亂狀態(tài)的發(fā)明創(chuàng)造整理得有條有理。
化學(xué)家拉瓦錫原來是學(xué)法律的。1763年,年僅20歲的拉瓦錫就取得了法律學(xué)士學(xué)位,并且獲律師從業(yè)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(xué)發(fā)生了興趣,經(jīng)常上山采集標(biāo)本使他又對氣象學(xué)產(chǎn)生了興趣。在地質(zhì)學(xué)家葛太德的建議下,拉瓦錫師從巴黎著名的化學(xué)魯教授伊勒教授。從此,拉瓦錫就和化學(xué)結(jié)下不解之緣。
拉瓦錫的對化學(xué)的第一個貢獻(xiàn)便是從試驗(yàn)的角度驗(yàn)證并總結(jié)了質(zhì)量守恒定律。早在拉瓦錫出生之時,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)時俄羅斯的科學(xué)還很落后,西歐對沙俄的科學(xué)成果不重視,“物質(zhì)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(dāng)他加熱石膏時放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細(xì)稱量了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質(zhì)量。他的導(dǎo)師魯伊勒把失去水蒸氣稱為“結(jié)晶水”,從此就多了一個化學(xué)名詞……結(jié)晶水。這次意外的成功使拉瓦錫養(yǎng)成了經(jīng)常使用天平的習(xí)慣。由此,他總結(jié)出質(zhì)量守恒定律,并成為他進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、思維和計(jì)算的基礎(chǔ)。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(zhuǎn)變?yōu)榫凭陌l(fā)酵過程表示為下面的等式:
葡萄糖 == 碳酸(co2)+ 酒精
這正是現(xiàn)代化學(xué)方程式的雛形。為了進(jìn)一步闡明這種表達(dá)方式的深刻含義,拉瓦錫又撰文寫到:
“可以設(shè)想,參加發(fā)酵的物質(zhì)和發(fā)酵后的生成物列成一個代數(shù)式,再假定方程式中的某一項(xiàng)是未知數(shù),然后通過實(shí)驗(yàn),算出它們的值。這樣,就可以用計(jì)算來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn),再用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證計(jì)算。我就經(jīng)常用這種方法修正實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果,使我能通過正確的途徑改進(jìn)實(shí)驗(yàn),直到獲得成功!
拉瓦錫最重要的發(fā)現(xiàn):燃燒原理,是他對化學(xué)研究的第二大貢獻(xiàn)。偉大的科學(xué)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(fā)現(xiàn)是關(guān)于燃燒的原理。之所以能夠有此發(fā)現(xiàn),是因?yàn)樗谝淮螠?zhǔn)確地識別出了氧氣的作用。事實(shí)上,科學(xué)家確認(rèn)燃燒是氧化的化學(xué)反應(yīng),即燃燒是物質(zhì)同某種氣體的一種結(jié)合。拉瓦錫為這種氣體確立了名稱,即氧氣,事實(shí)上就是“成酸的元素”的意思。
拉瓦錫最終排除了當(dāng)時流行極廣的關(guān)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(zhì)同一種被稱為“燃素”的物質(zhì)相分離!叭妓亍北徽J(rèn)為是整個燃燒過程的主導(dǎo)者。
拉瓦錫還識別出了氮?dú)。這種氣體早在1772年就被發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)這種“氣體”實(shí)際上是由一種被稱為氮的氣體構(gòu)成的,因?yàn)樗盁o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(rèn)為,從化學(xué)的觀點(diǎn)看,物質(zhì)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(xí)慣稱量了定量的白磷,使之燃燒、冷卻后又稱量灰燼(p2o5)的質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量竟然增加了!他又燃燒硫磺,同樣發(fā)現(xiàn)灰燼的質(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。于是他又改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(fā)現(xiàn)“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(fā)現(xiàn)和當(dāng)時的燃素學(xué)說是相悖的。燃素學(xué)說認(rèn)為燃燒是分解過程,燃燒產(chǎn)物應(yīng)該比可燃物質(zhì)量輕。他把實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫成論文交給法國科學(xué)院。從此他做了很多實(shí)驗(yàn)來證明燃素說的錯誤。在1773年2月,他在實(shí)驗(yàn)記錄本上寫到:“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)”。
1775年,拉瓦錫對氧氣進(jìn)行研究。他發(fā)現(xiàn)燃燒時增加的質(zhì)量恰好是氧氣減少的質(zhì)量。以前認(rèn)為可燃物燃燒時吸收了一部分空氣,實(shí)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(xué)說。
1777年,拉瓦錫批判燃素學(xué)說:“化學(xué)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(xué)院提交了劃時代的《燃燒概論》,系統(tǒng)地闡述了燃燒的氧化學(xué)說,將燃素說倒立的化學(xué)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。化學(xué)自此切斷與古代煉丹術(shù)的聯(lián)系,揭掉神秘和臆測的面紗,取而代之的是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研究;瘜W(xué)由此也進(jìn)入定量化學(xué)(即近代化學(xué))時期。因此稱拉瓦錫是近代化學(xué)的奠基者,他當(dāng)之無愧。
拉瓦錫對化學(xué)的第三大貢獻(xiàn)是否定了古希臘哲學(xué)家的四元素說和三要素說,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(xué)分析最后達(dá)到的極限概念聯(lián)系起來,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(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:
1.簡單物質(zhì),光、熱、氧、氮、氫等物質(zhì)元素。
2.簡單的非金屬物質(zhì),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(zhì),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(zhì),石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土等。
1789年法國大革命爆發(fā),拉瓦錫由于曾經(jīng)擔(dān)任過包稅官而自首入獄。被誣陷與法國的敵人有來往,犯有叛國罪,于1794年5月8日處以絞刑。著名的法籍意大利數(shù)學(xué)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!
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