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近代化学之父——安托万-洛朗·德·拉瓦锡 精选

已有 3263 次阅读 2019-8-23 21:45 |系统分类:科普集锦

近代化学之父——安托万-洛朗·德·拉瓦锡

一、在黄金屋和颜如玉的陪伴下从事化学研究

安托万-洛朗·德·拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier)生于1743年8月26日,卒于1794年5月8日。拉瓦锡出生在法国巴黎一个富足的律师家庭。家人们期待拉瓦锡能父成子业而成为一名律师,而他却对自然科学情有独钟。因此,拉瓦锡在巴黎大学学习法律专业的业余时间自学自然科学,接受了较为系统的化学教育,并开始质疑燃素说。拉瓦锡毕业后供职于"税务总公司",代表政府负责征收税金及其他费用,这使得拉瓦锡收入颇丰(每年收入约15万里弗赫,折合当今的1200万英镑)。衣食无忧的拉瓦锡将其丰厚的收入用于支持自己喜欢的工作——科学研究。据说,拉瓦锡当时拥有天底下最好的私人实验室、最奢侈昂贵的实验设备。他的实验室当时里面竟有13000只烧杯!

不但,拥有黄金屋,拉瓦锡不久还坐拥颜如玉。拉瓦锡娶了“税务总公司”老板年仅14岁的女儿玛丽-安娜·皮埃尔莱特。拉瓦锡夫人头脑灵活,才华出众,通晓多种语言,经常充当拉瓦锡的翻译小助手,将英文资料翻译成法文。不仅如此,她还经常记录拉瓦锡的实验过程,为论文绘制插图等。拉瓦锡及其夫人在繁忙的工作之余,还能坚持经常用5个小时(早上2小时和晚上3小时)及整个星期天来从事科学工作。他们谓之“快活的日子”。

拉瓦锡在黄金屋和颜如玉的陪伴下尽享科研的乐趣,诠释了当时“科研是有钱人的消遣”,富有的科学家能有足够的钱财去建立实验室,可以全心投入科研,不必忧心“柴米油盐”。

 

图1 (左侧)拉瓦锡及其夫人在一起;(右侧)拉瓦锡及其夫人在一起从事科学研究(后面坐着记录的女士就是拉瓦锡夫人)

二、铸就丰功伟绩

    拉瓦锡的科学贡献已经广为人知,可以简要的列为:使化学研究从定性转至定量,使得“化学更加物理和数学化”;命名了氧和氢,预测了硅的存在;对元素进行定义,提出第一个现代化学元素列表(列出39种元素),提出较为规范的化学命名法;撰写了现代化学的经典教科书《化学基本论述》,和波义尔《怀疑的化学家》一起堪称化学史上划时代的巨著;倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律;创立氧化说以解释燃烧等实验现象;指出动物的呼吸实质上是缓慢氧化过程等。1768年,年仅25岁的拉瓦锡成为法兰西科学院院士。到1795年左右,欧洲大陆已经基本接受拉瓦锡的理论。

    德国医生贝歇尔提出燃素说来解释燃烧现象,认为物质在空气中燃烧是其失去燃素、空气得到燃素的过程。当时,普利斯特里和舍勒等科学家普遍拥护燃素说。前者更是将自己发现的氧气称为“脱燃素空气”以解释物质为什么在氧气中比在空气中燃烧地剧烈。但是,当时有一个问题是燃素说跨越不过去的难题,那就是不能合理解释金属燃烧后变重。对此,当时有人认为变重是测量误差所致,也有人甚至认为在金属燃烧反应过程中燃素带负质量。在这种情况下,拉瓦锡于1782年着手对硫、锡和铅在空气的燃烧进行研究。他设计了钟罩实验以确定燃烧中空气是否参加了反应。(1)在这个实验中,反应前后的气体体积变化能确定参与反应的气体体积。(2)将铅置于真空密封的容器中加热,一段时间,质量未作变化。但加热后打开容器,质量会快速增加。籍此,拉瓦锡得到结论:物质的燃烧是可燃物与空气中某种物质结合的结果。这能一箭双雕地解释燃烧需要空气和金属燃烧后质量变重这两个问题。但是,具体是哪种组分与可燃物结合呢?正当拉瓦锡一筹莫展之时,普利斯特里于1774年10月访问巴黎时和拉瓦锡进行了探讨。当时普利斯特里将加热汞灰(氧化汞)生成气体(氧气)这一发现告知了拉瓦锡(作者注:尽管这一说法有些争论)。

 

    1775年,拉瓦锡被派往巴黎军火库工作,同时还有一个任务,那就是设计新的硝石制备方法来提高黑火药的性能。拉瓦锡当时建立了自己的实验室并继续进行燃烧研究。他加热氧化汞时发现一种性质和平常的空气很像的气体产生。这种气体可支持燃烧与呼吸,并且与一氧化氮混合后体积减小。最开始,拉瓦锡认为这种气体和空气是一回事儿。但是,普利斯特里看到拉瓦锡论文后指出:这种气体就是其之前所发现的“脱燃素空气”,其反应效果比空气强很多。拉瓦锡1777年出版的《燃烧概论》和1778年出版的《酸性概论》都认为燃烧是物质和空气中约占五分之一的氧气反应的结果。1779年,拉瓦锡将空气中支持燃烧的那部分命名为氧气(oxygen、希腊语:形成酸的),其余部分命名为氮气(azote、希腊语:无生命的)。

    1783年,亨利·卡文迪什发现了“可燃气体”(即氢气),并发氢气可与氧气生成水。但是,卡文迪许仍将这一反应解释为燃素转移所导致的结果。当时,卡文迪许的助手访问巴黎时将这一成果告知拉瓦锡。拉瓦锡强烈地意识到这一反应正是氧化说的有力左证!拉瓦锡受此启发设计了一个新的实验:即将水蒸气通过热枪筒时被分解了。他发表文章认定水实质上是一种化合物,并用自己的学说对水的生成及其分解予以简洁而圆满的解释。

三、没管住嘴、没站好队

1780年,一位名叫马拉的青年科学家向法兰西科学院提交了一篇有关“新燃烧理论”的论文,希望籍此加入科学院。作为科学院里最有影响力的人物之一,拉瓦锡对这篇论文评价不佳,并拒绝马拉进入科学院。

后来,法国大革命爆发,而在这场革命中,拉瓦锡完全站错了队。他不但是税务总公司的一名成员,而且劲头十足地修建巴黎的城墙。民众一来憎恶沉重的税收,二来厌恶高高的城墙。同时,已成为掌权雅各宾派领导人的马拉指责拉瓦锡为防止走私所修筑的城墙导致巴黎空气被污染、向烟草上洒水增加重量及盘剥百姓,激起民众对包括拉瓦锡在内的税务官的仇恨。最终的结局是,拉瓦锡和其余27位税务官于1794年被处死。

最后吐槽一句拉瓦锡:有记载认为,拉瓦锡有时不在自己的论文中标注一些实验是借助了别人的工作。用现在的说法,他在引用方面存在“匿引”嫌疑。(备注:匿引是指论文中采纳了他人的论述,吸收和利用了他人的研究成果,却故意不将其作为参考文献列出的行为。匿引是文献计量学中漏引(或暗引)的一种行为,与其他漏引现象的区别在于它是故意行为。)

 

注:有些是作者主观评价,有可能存在偏差,敬请批评指正。

参考文献

1.  https://wikipedia.hk.wjbk.site/zh/安托万-洛朗·德·拉瓦锡(2019.8.22)

2.  比尔·布莱森著,维明/陈邕译, 万物简史,接力出版社,2005

3.  http://www.sohu.com/a/191766637_650139(2019.8.22

4.  http://www.sohu.com/a/246139653_403512(2019.8.22

 

 

 

 




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