安托萬(wàn)-洛朗·德·拉瓦錫是法國(guó)著名化學(xué)家、生物學(xué)家,被后世尊稱為“近代化學(xué)之父”。 他使化學(xué)從定性轉(zhuǎn)為定量,給出了氧、氮等元素的命名,
提出規(guī)范的化學(xué)命名法,撰寫了第一部真正的現(xiàn)代化學(xué)教科書《化學(xué)基礎(chǔ)論》…… 這些劃時(shí)代貢獻(xiàn)使得他成為歷史上最偉大的化學(xué)家之一。
揭開燃燒的秘密
在拉瓦錫登上歷史舞臺(tái)之前,化學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)。盡管那個(gè)時(shí)代的化學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量獨(dú)立的化學(xué)現(xiàn)象,但并沒(méi)有一個(gè)適當(dāng)?shù)睦碚摽蚣軄?lái)綜合這些相互隔離的、零碎的信息。
當(dāng)時(shí)人們普遍相信,物質(zhì)可以燃燒的原因在于它含有燃素。物質(zhì)(比如木頭)在燃燒過(guò)程中會(huì)釋放出燃素,所以將變得更輕??墒牵咤a卻在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),某些固體物質(zhì)(比如磷和硫)在燃燒之后重量反倒增加了。1774年,拉瓦錫用錫和鉛做了著名的金屬煅燒實(shí)驗(yàn),所得結(jié)論與燃素說(shuō)完全對(duì)立。一個(gè)合理的猜測(cè)是:也許物質(zhì)燃燒不是因?yàn)獒尫帕巳妓?,而是因?yàn)槲樟四撤N氣體。
后來(lái),拉瓦錫通過(guò)小鼠和燃燒的實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到空氣是兩種氣體的混合物,一種是能助燃,有助于呼吸的氣體,拉瓦錫將它命名為“氧”;另一種不助燃,無(wú)助于生命的氣體,拉瓦錫命名為“氮”。
1777年,拉瓦錫向巴黎科學(xué)院提交了一篇名為《燃燒概論》的論文,證明根本沒(méi)有燃素的存在。燃燒的本質(zhì)是物質(zhì)和氧氣的結(jié)合。由于燃燒減少了空氣中氧氣的含量,留下的不可呼吸的氣體(主要)就是氮?dú)?。拉瓦錫還斷定,氧氣在呼吸過(guò)程中同樣至關(guān)重要。他認(rèn)為,從化學(xué)的觀點(diǎn)看,物質(zhì)燃燒和動(dòng)物的呼吸同屬于空氣中氧所參與的氧化作用。后者是一種緩慢的燃燒過(guò)程,并且是所有動(dòng)物賴以生存的基礎(chǔ)。
他的燃燒氧化學(xué)說(shuō)讓化學(xué)研究遠(yuǎn)離了主觀臆測(cè),走向了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研究的正確路線,化學(xué)從此進(jìn)入了“定量化學(xué)(即近代化學(xué))”時(shí)期。拉瓦錫因此成為“近代化學(xué)之父”。
按照燃素說(shuō),燃燒是一種分解反應(yīng),金屬分解,放出燃素,金屬變成金屬灰。拉瓦錫認(rèn)為燃燒是一種結(jié)合反應(yīng),金屬與空氣結(jié)合變成金屬灰。
《化學(xué)基礎(chǔ)論》誕生
1789年3月,拉瓦錫詳細(xì)總結(jié)并系統(tǒng)闡釋其化學(xué)學(xué)說(shuō)的著作《化學(xué)基礎(chǔ)論》以法文出版。正如它的全名——《以一種新的系統(tǒng)秩序容納了一切現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)的化學(xué)基礎(chǔ)論》所昭示的那樣,這部劃時(shí)代著作系統(tǒng)論述了氧化說(shuō)的科學(xué)理論,重新解釋了各種化學(xué)現(xiàn)象,并且指明了化學(xué)研究的方向和任務(wù),從而建立起從元素概念到反應(yīng)理論的全面的近代化學(xué)體系。由此,化學(xué)作為一門科學(xué)才得以最終確立。
在1789年版《化學(xué)基礎(chǔ)論》的序言中,拉瓦錫寫道:“當(dāng)我著手撰寫本書時(shí),我的唯一目的,就是更充分地?cái)U(kuò)充和解釋我于1787年4月在科學(xué)院的公開會(huì)議上,所宣讀的論述改革和完善化學(xué)命名法的必要性的論文……這樣一來(lái),盡管我想到的僅僅只是制定一種命名法,盡管我自己打算的只不過(guò)是改進(jìn)化學(xué)語(yǔ)言,但我卻無(wú)可奈何,這部書自身逐漸變成一部論述化學(xué)基礎(chǔ)的著
作了?!?/p>
拉瓦錫強(qiáng)調(diào)觀察和實(shí)驗(yàn),也非常重視科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度。他的科學(xué)研究活動(dòng)講求嚴(yán)格的邏輯進(jìn)程——他總是先制定研究方法,然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在《化學(xué)基礎(chǔ)論》一書中,以“對(duì)于……的觀察”做“節(jié)”標(biāo)題的,竟有數(shù)十個(gè)之多。序中的一段話,集中表達(dá)了他對(duì)于科學(xué)研究的認(rèn)識(shí)和態(tài)度:“由于完全確信這些真理,我一直強(qiáng)使自己除了從已知到未知之外,決不任意前進(jìn),并將此作為一條定律;除了由觀察和實(shí)驗(yàn)必然引出的直接結(jié)果之外,決不形成任何結(jié)論;而且,始終整理事實(shí)以及由這些事實(shí)引出的結(jié)論,以這樣一種秩序最易于使它們?yōu)殚_始從事化學(xué)研究的人們所完全理解?!?/p>
從1789年到1797年,《化學(xué)基礎(chǔ)論》在8個(gè)國(guó)家以6種文字印行了26次,足見(jiàn)其在當(dāng)時(shí)的影響之大。后來(lái)的科學(xué)史家評(píng)價(jià):“它就像牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》在一個(gè)世紀(jì)前奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)一樣,奠定了化學(xué)的基礎(chǔ)”。
制定化學(xué)命名規(guī)則
在研究燃燒和氣體的過(guò)程中,拉瓦錫憑借他精湛的稱量技術(shù),看到了事物更深層的一面,進(jìn)而從實(shí)驗(yàn)的角度驗(yàn)證并總結(jié)了質(zhì)量守恒定律。針對(duì)當(dāng)時(shí)化學(xué)物質(zhì)的命名混亂不堪的狀況,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,并在歷史上第一次列出化學(xué)元素的準(zhǔn)確名稱。
1787年,拉瓦錫在一篇論文中,給元素下了一個(gè)清晰明確的操作定義:“元素是任何方法都不能分解的物質(zhì)。”并且列出了歷史上第一張包括33種符合其定義的元素的元素表。這就不僅從概念上,而且從實(shí)際存在的元素物質(zhì)上最終確立了科學(xué)的元素說(shuō)??v觀化學(xué)發(fā)展的歷史,拉瓦錫真正是近代元素學(xué)說(shuō)的奠定者。他不僅典范地通過(guò)實(shí)驗(yàn)推翻了自古以來(lái)人們就認(rèn)為水和空氣是元素的錯(cuò)誤說(shuō)法,而且給元素下了一個(gè)確切的定義,并進(jìn)行分類,澄清了元素概念的混亂思想。
拉瓦錫的工作還不光局限于化學(xué)一個(gè)方面,他還開創(chuàng)了生理學(xué)發(fā)展的嶄新時(shí)代——他被認(rèn)為是第一個(gè)將生命現(xiàn)象歸結(jié)為化學(xué)和物理力量作用的科學(xué)家。
拉瓦錫還做了設(shè)計(jì)城市照明、制定農(nóng)業(yè)改革方案、貢獻(xiàn)火藥制造和礦物探尋資料等許多有益的工作。他還參加了“改革舊度量衡制,創(chuàng)造新的國(guó)際通用單位”的工作。拉瓦錫建議將地球從北極到南極的長(zhǎng)度的100萬(wàn)分之一(大約為1米)作為基準(zhǔn),制定米制單位。之后科學(xué)院讓拉瓦錫來(lái)制定質(zhì)量的度量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),拉瓦錫主張把水在密度最大時(shí),一立方分米水的質(zhì)量定為1千克,作為質(zhì)量的基準(zhǔn)。雖然這個(gè)度量系統(tǒng)在早期遭到了強(qiáng)烈的反對(duì),但它最終在全球范圍內(nèi)得到了認(rèn)可和采用。
偉大的一生
1743年,拉瓦錫出生于巴黎一個(gè)富裕的律師家庭。雖然家里人希望他當(dāng)律師,但是他對(duì)自然科學(xué)興趣更大。1763年,拉瓦錫獲法學(xué)學(xué)士學(xué)位,并取得律師開業(yè)證書,后轉(zhuǎn)向研究自然科學(xué)。1768年,拉瓦錫被法國(guó)科學(xué)院接納為助理(最低級(jí)別的院士), 1778年他成為有表決權(quán)的18名正式院士之一,1785年出任法國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)。他還曾擔(dān)任過(guò)皇家火藥局局長(zhǎng)。
1773年的一天,30歲的拉瓦錫在他的實(shí)驗(yàn)記錄本上,自信滿滿地寫下了這么一句話:“我注定要在物理學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命?!笔聦?shí)證明他確實(shí)做到了。拉瓦錫的科學(xué)座右銘是“不靠猜想,而是根據(jù)事實(shí)”。他堅(jiān)持把科學(xué)實(shí)踐擺在第一位,把它作為認(rèn)識(shí)的源泉和檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。他認(rèn)為以前人們所做的一切實(shí)驗(yàn),都只能作為一種參考意見(jiàn),必須要自己親自動(dòng)手來(lái)驗(yàn)證。正是因?yàn)橛羞@種求真務(wù)實(shí)的精神,拉瓦錫才能掀起化學(xué)革命。
拉瓦錫去世后,曾跟他有過(guò)交往的法籍意大利裔著名數(shù)學(xué)家拉格朗日評(píng)價(jià)說(shuō):“生出他那樣的大腦一百年也不夠。”是的,正是這顆不平凡的大腦,引發(fā)了化學(xué)史上第一次真正的革命,其影響可以用這樣一句話來(lái)概括:拉瓦錫之于化學(xué),猶如牛頓之于物理學(xué)。拉瓦錫化學(xué)革命掃清了化學(xué)發(fā)展的障礙,奠定了現(xiàn)代化學(xué)的基礎(chǔ),他是那個(gè)時(shí)代當(dāng)之無(wú)愧的科學(xué)巨人。
天天愛(ài)科學(xué)·科學(xué)未來(lái)2024年12期