拉瓦錫-開創(chuàng)化學(xué)發(fā)展新紀(jì)元

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
法國化學(xué)家拉瓦錫進(jìn)行的化學(xué)革命被公推為18世紀(jì)科學(xué)發(fā)展史上最輝煌的成就之一。在這場革命中,他以雄辯的實(shí)驗事實(shí)為依據(jù),推翻了統(tǒng)治化學(xué)理論達(dá)百年之久的燃素說,建立了以氧為中心的燃燒理論。針對當(dāng)時化學(xué)物質(zhì)的命名呈現(xiàn)一派混亂不堪的狀況,拉瓦錫與他人合作制定出化學(xué)物質(zhì)命名原則,創(chuàng)立了化學(xué)物質(zhì)分類的新體系。根據(jù)化學(xué)實(shí)驗的經(jīng)驗,拉瓦錫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)。

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(jìn)入當(dāng)時巴黎的名牌學(xué)校--馬沙蘭學(xué)校。以后升人法政大學(xué),21歲畢業(yè)而取得律師的資格。他的家庭打算讓他繼承父業(yè)成為一個開業(yè)律師,然而在大學(xué)里他已對自然科學(xué)產(chǎn)主了濃 厚的興趣,主動地拜一些著名學(xué)者為師,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、天文、植物學(xué)、地質(zhì)礦物學(xué)和化學(xué)。從20歲開始,他堅持每天作氣象觀測,假期還跟隨地質(zhì)學(xué)家格塔爾到各地作地質(zhì)考察旅行。他最初發(fā)表的關(guān)于石膏組成和凝固的論文就是在地質(zhì)調(diào)查之中寫成的,1765年,法國科學(xué)院以重獎?wù)骷环N使路燈既明亮又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方案,22歲的拉瓦錫勇敢地參加了競賽。他的設(shè)計雖然未獲獎金,但被評為優(yōu)秀方案,榮獲國王頒發(fā)的金質(zhì)獎?wù)拢@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(xué)研究的事業(yè)中、同時他的科研才華也開始引起了科學(xué)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(yōu)越科研條件, 1768年他被任命為法國皇家科學(xué)院的副會員, 1778年成為有表決權(quán)的18名正式會員之一。1785年他擔(dān)任了科學(xué)院的秘書長,實(shí)際上成為科學(xué)院的負(fù)責(zé)人。

拉瓦錫成為科學(xué)院的成員后,科學(xué)研究愈成為他生活的重要內(nèi)容。從1778年起,他逐個地取得了化學(xué)研究上的重大突破。步入化學(xué)家的行列。他才華洋溢,精力充沛,逐漸成為科學(xué)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(dāng)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(jì)比利時化學(xué)家海爾蒙特曾以柳樹的實(shí)驗(海爾蒙特將一柳村茁栽人一預(yù)上經(jīng)烘干稱重的上盆中,經(jīng)常淋水。5年后,柳樹長成大樹了。泥上經(jīng)烘于,重量并沒有減少。于是他認(rèn)為柳樹長大所增加的重重,只能來源于水,水能轉(zhuǎn)變?yōu)橥粒闃渌。)來支持這一觀點(diǎn)。人們也時常發(fā)現(xiàn)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(diǎn)表示懷疑,為此他設(shè)計了一個驗證實(shí)驗。他采用一種歐洲煉金術(shù)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(fù)蒸餾。他將蒸餾器稱重,然后加入一定重量的經(jīng)3次蒸餾后的蒸餾水。密封后點(diǎn)火加熱,保持微熱,同時進(jìn)行觀察。二周過去了,水還是清的。第三 周未開始出現(xiàn)很小一點(diǎn)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(xù)加熱了101天,蒸餾器中的確產(chǎn)生了固體沉淀物,冷卻后,他首先稱了總重量,發(fā)現(xiàn)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(jìn)行稱量,結(jié)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(jù)此拉瓦錫著寫論文駁斥了水轉(zhuǎn)比為土的謬說,瑞典化學(xué)家舍勒也對這沉淀物進(jìn)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(xiàn)象進(jìn)行研究。在這以前,波義耳曾對幾種金屬進(jìn)行過煅燒實(shí)驗,他認(rèn)為金屬在般燒后的增重是因為存在火微粒,在懾?zé),火微粒穿過器壁而與金屬結(jié)合。 金屬+火微粒-->金屬灰 1702年,德國化學(xué)家斯塔爾也進(jìn)行了類似的實(shí)驗。他認(rèn)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(guān)燃素的觀點(diǎn)系統(tǒng)化,并以此來解釋當(dāng)時已知的化學(xué)現(xiàn)象。由于燃素說的解釋較過去的合理,很快被化學(xué)家所接受,成為18世紀(jì)占統(tǒng)治地位的化學(xué)理論。盡管一些實(shí)驗研究的進(jìn)展已披露了燃素說與實(shí)驗事實(shí)的矛盾,但多數(shù)化學(xué)家還是設(shè)法調(diào)和這一矛盾,以維護(hù)燃素說。拉瓦錫正是在研究了化學(xué)史的概況和前輩化學(xué)家的工作之后,發(fā)現(xiàn)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(jìn)行觀察和測定,他發(fā)現(xiàn)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(guān)于煅燒金屬的實(shí)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(jīng)過充分加熱使錫灰化。待冷卻后,稱其總重量,確認(rèn)其總重量沒有變化。爾后在曲頸瓶上穿一小孔,發(fā)現(xiàn)瓶外空氣帶著響聲沖進(jìn)瓶內(nèi),再稱其總重量和金屬灰的重量,發(fā)現(xiàn)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(jìn)行了同樣的鍛燒實(shí)驗,得到相同的結(jié)論。由此拉瓦錫認(rèn)為燃燒金屬的增重是金屬與空氣的一部分相結(jié)合的結(jié)果,否定了波義耳的火微粒之說,對燃素說也提出了質(zhì)疑。那未,與金屬相結(jié)合的空氣成分又是什么?當(dāng)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(xué)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(shí)驗中發(fā)現(xiàn)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(shí)驗事實(shí)使拉瓦錫確信,般燒中與金屬相結(jié)合的決不是火微;蛉妓兀赡苁亲罴儍舻目諝狻1775年末,普利斯特列發(fā)表了關(guān)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(zhì)是一種新的氣體元素。隨后,他對這種新的氣體元素的往質(zhì)進(jìn)行了認(rèn)真的考察,確認(rèn)這種元素除了助燃、助呼吸外.還能與許多非金屬物質(zhì)結(jié)合生成各種酸,為此他把這種元素命名為酸素,現(xiàn)在氧元素的化學(xué)符號0就是來源于希臘文酸素: oxygene。對氧氣作系統(tǒng)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?dú)饨M成。1778年他進(jìn)而提出,燃燒過程在任何情況下,都是可燃物質(zhì)與氧的化合,可燃物質(zhì)在燃燒過程中吸收了氧而增重。所謂的燃素實(shí)際上是不存在的。拉瓦錫關(guān)于燃燒的氧化學(xué)說終于使人們認(rèn)清了燃燒的本質(zhì),并從此取代了燃素學(xué)說,統(tǒng)一地解釋了許多化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗事實(shí),為化學(xué)發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。

長期以來,水也被看作是一種元素。在氧元素被確認(rèn)后的1781年,英國化學(xué)家卡文迪許在氫氣與普通空氣或氧氣的混和氣中通電、發(fā)生火花時,會有水珠的生成,這一實(shí)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(shí)驗結(jié)果不能作出清晰的解釋?ㄎ牡显S的助手布拉格登于1783年6月訪問巴黎時,將這一實(shí)驗告訴了拉瓦錫。拉瓦錫立即進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗, 不僅合成了水,同時還將水分解為氧氣和氫氣,再次確認(rèn)了水的組成,并且用氧化理論給以準(zhǔn)確的說明。

運(yùn)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(jù)酒精一類有機(jī)化合物在燃燒中大都生成碳酸氣和水的事實(shí),建立了有機(jī)化合物的分析法,將有機(jī)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(chǎn)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(jī)化合物中慶含的碳、氫、氧三種元素的比例數(shù)。

根據(jù)氧化理論,1777年拉瓦錫發(fā)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(xué)家拉普拉斯合作,1782年設(shè)計了冰的熱量計,測定了一些物質(zhì)的比熱和潛熱。同時證明動物的呼吸也屬于一種燃燒現(xiàn)象。

拉瓦錫的氧化學(xué)說是對燃素說的否定,他關(guān)于水的組成、空氣的組成等一系列實(shí)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(yīng),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(xué)命名法》。這本專著強(qiáng)調(diào)指出每種物質(zhì)必須有一固定名稱,單質(zhì)命名盡可能表達(dá)出它的特性,化合物的命名盡可能反映出它的組成,據(jù)此他們建議對過去被稱為金屬灰的物質(zhì)應(yīng)依據(jù)它的組成命名為金屬氧化物;酸、堿物質(zhì)使用它們所含的元素來命名;鹽類則用構(gòu)成它們的酸和堿來命名。這樣一來,汞灰應(yīng)稱為氧化汞,礬油應(yīng)叫作硫酸等等。從而奠定了現(xiàn)代化學(xué)術(shù)語命名的基礎(chǔ),當(dāng)今所用的化學(xué)術(shù)語的大部分都是依據(jù)這一命名法而來的。

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

就在拉瓦錫在科學(xué)研究上取得一個又一個的重要進(jìn)展時,1789年法國爆發(fā)了資產(chǎn)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(tǒng)一度量衡的改革工作。統(tǒng)一度量衡是法國大革命的重要成果。隨著革命的主導(dǎo)權(quán)由大資產(chǎn)階級轉(zhuǎn)移到小資產(chǎn)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(nèi)的60人組成的征稅承包商集團(tuán)成為了革命的對象。所謂征稅承包業(yè)指由一批商人組成的集團(tuán),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(qiáng)行征收鹽、酒、煙草及其它商品的關(guān)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(yè)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(jīng)濟(jì)狀況足以維持其從事科研的生活,但是拉瓦錫妄圖發(fā)財,幾乎在他投身科學(xué)研究的同時,于1768年加入了包稅商集團(tuán)。從此賺錢的買賣花費(fèi)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(zāi)。1793年,革命政權(quán)逮捕了包括拉瓦錫在內(nèi)的包稅商,第二年以超過法定數(shù)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(xué)家正當(dāng)他事業(yè)興旺時,落得這樣一個可悲的結(jié)局,當(dāng)時和后來的許多人都對此深感惋借。

拉瓦錫雖然死了,他對發(fā)展近代科學(xué)的突出貢獻(xiàn),后人并沒有抹煞他的科學(xué)思想、科學(xué)方法長期以來一直成為人們學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容,人們從中獲得了不少啟迪和教益。綜觀拉瓦錫的實(shí)驗研究和理論建樹,正如有人評論說:拉瓦錫既沒有發(fā)現(xiàn)新物質(zhì),也沒有提出新的實(shí)驗項目,甚至沒有創(chuàng)新或改進(jìn)實(shí)驗手段或方法,然而他卻在重復(fù)前人的實(shí)驗中,通過嚴(yán)格的合乎邏輯的步驟,闡明了所得結(jié)果的正確解釋,作出了化學(xué)發(fā)展上的不朽功績。成功的原因是多方面的,首先他強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗是認(rèn)識的基礎(chǔ),他的治學(xué)座右銘是:"不*猜想,而要根據(jù)事實(shí)。"他在研究中一直遵循"沒有充分的實(shí)驗根據(jù),從不推導(dǎo)嚴(yán)格的定律"的原則。這種尊重科學(xué)事實(shí)的思想使他能把前人所作的一切實(shí)驗看作只是建議性質(zhì)的,而不是教條,從而批判地繼承了前人的工作成果,敢于進(jìn)行理論上的革命。

拉瓦錫善于學(xué)習(xí),善于進(jìn)行分析綜合、判斷推理,提出新的學(xué)術(shù)思想。對于前人的有關(guān)研究,他的學(xué)習(xí)是很認(rèn)真的。他能把前人對于同一實(shí)驗所作的不同解釋加以分析比較,從中發(fā)現(xiàn)矛盾和問題,為此他選擇了一些關(guān)鍵的跟蹤實(shí)驗作為自己研究的突破點(diǎn),并在實(shí)驗中,保持清醒頭腦。在實(shí)驗中他除了細(xì)致地觀察外,還善于捕捉那些化學(xué)反應(yīng)中各種物質(zhì)變化的相互聯(lián)系,不被表面現(xiàn)象所迷惑,透過現(xiàn)象深入到本質(zhì),從整體上去認(rèn)識反應(yīng)的本質(zhì),因而顯得比別人站得高、看得準(zhǔn)。系統(tǒng)嚴(yán)格的定量性是拉瓦錫實(shí)驗方法的基本特點(diǎn)。他在實(shí)驗分析中有一個信條:"必須用天平進(jìn)行精確測定來確定真理。"根據(jù)這一信條,拉瓦錫的實(shí)驗研究都明確地運(yùn)用了定量方法。以量求質(zhì),通過數(shù)量的確定推翻了水上相互轉(zhuǎn)化的古老觀念,否定了燃素的存在,揭示了氧氣的實(shí)質(zhì)和燃燒的本質(zhì)。他能以考察量的變化來推導(dǎo)化學(xué)變化的規(guī)律,是因為他相信自然界物質(zhì)的各種變化中,質(zhì)量是守恒的。他提出質(zhì)量守恒定律進(jìn)一步說明了化學(xué)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(shí)驗事實(shí)為根據(jù)外,他還從"無中不能生有"這一深刻的哲學(xué)和"總量等于它的各個分量"的數(shù)學(xué)公理中獲得了啟示。
本文來自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1032142.html

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