安托万·拉瓦锡

安托万·拉瓦锡(1743-1794)法国化学家。出生于巴黎的一个律师家庭。曾学习天文学、数学、植物学、矿物学及地质学等学科。1772年开始研究硫、磷及金属的燃烧问题。证明物质燃烧和动物的呼吸都属于空气中氧所参与的氧化作用。并据以驳斥当时不正确的“燃素学说”。以他为首,与其他三位法国化学家一起拟定了化合物的第一个合理命名法,并于1789年写成了一本新体系的《化学基本教程》,这对后来化学科学的发展起了重要作用。

1.公元1743年,拉瓦锡出生在法国巴黎一个律师的家庭里。父亲希望他长大以后也能成为一个律师。中学毕业后的拉瓦锡遵从父亲的意见,考入了索尔蓬纳学院学习法律,但他从小产生对自然科学的兴趣,却越来越浓厚了。

2.在大学时,他经常去旁听化学课,了解到许多化学家正在进行的化学实验和他们还没有找到完满答案的疑难问题,这些都深深地吸引着拉瓦锡。1763年,拉瓦锡大学毕业,到他父亲的事务所工作,可他并没有放弃对研究科学的爱好。

3.1766年,拉瓦锡参加了法国科学院举办的解决城市照明问题的竞赛,他的报告引起了科学院的重视,并奖给他一枚金质奖章。这件事成了拉瓦锡一生道路的转折点,他立志要一辈子研究科学。1769年,拉瓦锡当选为法国科学院院士。

4.早在17世纪,比利时化学家海尔蒙特有一种观点:世界上一切物质的基本元素是水,其次是空气。为了证明这一论点,他用200磅烘干的土种了一棵柳树,平时只浇水不施肥,5年后柳树长大了,但200磅土却没少,于是证明水可以变成木。

5.接着,海尔蒙特义作了—个实验,他将水放在玻璃容器里不停地煮沸,结果发现水底有土一样的沉淀物,因而就证明水可以变为土。这“柳树实验”和“水变土实验”,当时得到不少化学家认可。但拉瓦锡却不信服,决定重复“水变土”的实验。

6.拉瓦锡设计了一个循环玻璃蒸馏瓶,蒸汽可在上部冷凝器变成水又流回底部。经过101天不断地加热,水里果然出现了白色沉淀物。这就是水变士吗?拉瓦锡称了瓶里的水却和起初一样重,但蒸馏瓶却变轻了,失去的重量恰和那沉淀物重量相等。

7.通过这个实验,证明了出现在水中的土一样的沉淀物,不是水中产生的,而是水溶解了当时制作得还比较粗糙的玻璃中的部分物质而沉淀下来的。接着,他把实验的数据和结论写在《论水的性质兼论“证明”水可能变为土的实验》论文中。

8.论文用无可辩驳的数据和结论推翻了海尔蒙特“水变土”的错误理论,同时也说明拉瓦锡在科学研究中的思想方法和实验方法是正确的。他遵循了我们现在所讲的质量守恒定律,即化学反应前的物质质量总和等于反应后生成的各物质质量总和。

9.他在实验中严格遵循质量守恒的原则,非常注意定量研究,他有个不可缺少的“帮手”那就是天平。拉瓦锡在每次实验前后都要称出所有物质的重量,检查实验前后的重量是否平衡,如果不平衡,就要找出原因来。

10.正因为拉瓦锡注重定量的分析,而这一点当时的许学家却都不重视的。因此,他后来能在化学上不断地取得一个重大突破,其中最显著的就是推翻了占统治地位100多燃素说,为近代化学的研究奠定了基础。

11.原来在17世纪后期,由于欧洲的冶金工业在迅速发展,要求化学家们对金属的冶炼和煅烧现象能够作出科学的解释,于是吸引了许多化学家来研究这个问题。

12.1673年,英国化学家波义耳做了一个实验,他将一块锡放在敞口瓶里煅烧后,再称这块锡,发现它的重量增加了,重量怎么会增加呢?波义耳解释说,火里有一种火粒子,穿过玻璃被金属吸取了,所以金属的重量增加了。

13.1703年德国化学家施塔尔在波义耳实验的基础上提出了“燃素说”。他认为:一切可以燃烧的物体里面都有燃素。解释木材燃烧后成了灰烬,是因为木材中的燃素释放完了,所以重量减轻了。

14.但燃素说关于像锡一类的金属煅烧后重量反而增加的解释却有点牵强附会了,说燃素的重量有时会呈现出负值,当它在物质中时会使重量减轻,而具负值的燃素释放后,重量就增加了。

15.至于具有重量为负值的燃素又是什么东西呢?燃素说的学者就无法解释了。可尽管如此,燃素说还是有众多的拥护者。而拉瓦锡对这个学说却有很大的怀疑,他决心全面研究这个问题。

16.拉瓦锡首先重复波义耳做过的实验。他将一块过了秤的锡放入可以密封的曲颈瓶里,又再称了瓶和锡的总重量,然后加热至锡被烧成了灰渣。但这时用天平再秤锡和瓶的总重量却没有发生变化。这证明,并没有“火粒子”透过玻璃被金属吸收。

17.可当拉瓦锡将灼热的曲颈瓶封口打开以后,空气跑了进去,这时奇迹发生了,锡和瓶的总重量增加了;单独再称锡的煅灰,也确实增重了。由此可见,锡煅灰增加的重量不是来自火,而是来自空气。

18.拉瓦锡又用磷和硫做了同样的燃烧实验,天平也告诉他一样的结果。从而再次证实被烧的物质确实吸收了空气。为了充分说明这个论点,他想把煅烧时物质吸收的空气再分解出来,可实验遇到了困难。

19.正当拉瓦锡困难的时候,他遇见了英国著名化学家普利斯特列。普利斯特列告诉拉瓦锡,说他做了一个实验,收集到了煅烧水银后产生的气体,同时又详细地告知了实验经过。这给拉瓦锡很大的启发。

20.拉瓦锡立即动手重复普利斯特列的实验,去捕捉这种新气体。但他并不是简单地重复别人的实验,他有自己的一套设想。他把定量的水银放入一个曲颈长弯嘴瓶,瓶嘴伸到盖在玻璃钟罩下的另一个水银槽里,然后用炭火连续加热12个昼夜。

21.这时瓶里的水银变成了红色粉末——水银煅灰。而钟罩里的空气少了1/5,拉瓦锡用燃烧着的木片伸进钟罩,木片马上熄灭,这说明,钟罩里那1/5在燃烧时可吸收的气体,已全部被水银煅灰即红色粉末吸收了。

22.接着拉瓦锡称了红色粉末的重量,又再放回曲颈瓶中,同时排出了钟罩里所有的气体,然后用一块凸透镜聚集阳光加热瓶里的红色粉末,结果,红色粉末开始放出气体,通过长弯嘴进入钟罩。拉瓦锡果真也收集到了这种气体。

23.拉瓦锡又仔细地测量了这种新气体的体积和重量,它正好和煅烧时失去的那1/5空气相等。拉瓦锡将各种可燃的物质点燃后放到这种气体里面,发现它们都能更剧烈地燃烧起来。

24.这样,拉瓦锡终于将这种被吸收的空气给分解出来了。这种空气就是我们今天所说的氧气。按体积来说,空气中含有21%的氧,即约1/5的氧气。而78%是氮,其它还有少量的二氧化碳,水蒸汽等等。

25.拉瓦锡对自己的燃烧学说十分慎重,在以后的几年里又作了大量的燃烧实验,并对燃烧生存和剩余的气体都认真研究。在对这些实验结果进行综合分析之后,1777年,拉瓦锡向科学院提出《燃烧概论》的报告,建立了燃烧作用的氧化学说。

26.报告中指出:物体只有在氧存在时燃烧,并放出光和热;物质在燃烧时吸收了氧,增加的重量正好是吸收氧的重量;一般可燃的非金属物质燃烧后,通常变为酸性氧化物,溶于水变为酸,一切酸中都含氧。而金属燃烧后变为金属氧化物。

27.在发现氧气以前,有不少人进行过制取氢的实验。他们把金属与酸发生反应,会不断冒出气泡,这种气体与空气混合以后,用火点燃就会爆炸。燃素说的化学家们认为,这种气体就是金属在酸中溶解时释放出来的燃素。

28.而拉瓦锡认为,这种易燃气体并不来自金属,是金属和酸作用后,由酸中产生的气体,它不是燃素。这种气体在燃烧中与空气中的氧结合产生水,气体的燃烧也是一种氧化过程。拉瓦锡叫这种气体为“成水元素”,第一个字母是“H”,即氢元素。

29.为证明自己的解释,拉瓦锡做了个将水分解为氢和氧的实验。他将铁屑装进一个枪管,并在火上加热,然后将水蒸汽灌进枪管一端,另一端有一个气体收集器,收集到的果然是氢,而枪管里的铁屑却成了氧化铁。

30.拉瓦锡是在1783年完成了将水分解成氢和氧的实验的。他以充分的事实,把物质燃烧的秘密揭开了,从而使在化学科学中统治达百年之久的燃素说被彻底推翻了。

31.恩格斯对燃烧作用的氧化学说的建立,曾给予很高的评价,他在《自然辩证法》中指出:“拉瓦锡在普利斯特列制出的氧中发现了幻想的燃素的真实对立物,因而推翻了全部的燃素说。”

32.拉瓦锡在创立燃烧作用的氧化学说以后不久,又与其他三位法国化学科学家一起拟定了化合物的第一个合理命名法,并在1789年写成了一本新体系的《化学基本教程》,这对后来化学科学的发展起了重要作用。

33.拉瓦锡在化学科学上取得的重大成就,并不是他的天才所致。而是和他那严肃的科学态度,严谨的研究方法分不开的。他在科学上敢于反对旧的传统观念,能透过现象看本质,这就是他成功的奥秘。

34.1794年,才51岁的拉瓦锡就与世长辞了。但他在化学事业的发展中,推翻了传统的不科学的燃素学说,创立了燃烧作用的氧化学说,这不能不说是他在化学科学事业上的一次革命。他所作出的伟大贡献,人们永远不会忘记。