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质量守恒定律 自然界的基本定律之一 【配精美图片】 精选

已有 1787 次阅读 2022-7-27 17:49 |系统分类:科普集锦

质量守恒定律 自然界的基本定律之一

law of conservation of mass

 

质量守恒定律一般指物质守恒定律(自然界的基本定律之一)

Law of conservation of mass generally refers to the law of conservation of matter (one of the fundamental laws of nature)

拉瓦锡,现代化学之父

Lavoisier’s work in framing the principles of modern chemistry led future generations to regard him as a founder of the science. 拉瓦锡在构建现代化学原理方面的工作使后人将他视为科学的创始人。

the alchemist, having a preconceived idea of how things should be, made all his experiments to prove his preconceived theory; while the chemist reverses this attitude of mind and bases his conceptions on the results of his laboratory experiments. In short, chemistry is what alchemy never could be, an inductive science. 炼金术士对事物应该如何有一个先入为主的想法,他做了所有的实验来证明他先入为主的理论;而化学家则扭转了这种心态,把他的概念建立在实验室实验结果的基础上。简而言之,化学是炼金术永远不可能成为的归纳科学。

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拉瓦锡 (Antoine-Laurent de Lavoisier,1743年8月26日~1794年5月8日)

疑惑千年,在人们面前摆着这样一个问题:物质能不能凭空产生?物质能不能消失?

参考链接

https://www.163.com/dy/article/FC1PGIVC0532ECFP.html

化学家建立各种学说

  • 波意耳

波意耳(Robert Boyle)(1627-1691) 英国化学家、物理学家和自然哲学家。伦敦皇家学会创始人之一

现在的化学史家都把1661年作为近代化学的开始年代,把波意耳视为近代化学的奠基人,波意耳对近代化学最大的贡献之一,是将实验和观察作为化学的基础,并把严密、科学的实验方法引入化学。他说:化学,为了完成其光荣而又庄严的使命,必须抛弃古代传统的思辨方法,而要像物理学那样,立足于严密的实验基础之上。

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化学之父波意耳

通过实验,波意耳取得了许多无法磨灭的化学成就,然而,也正是因为实验中的一个小小的疏忽,却使他错失了已经近在咫尺的发现质量守恒定律的机会。

燃素 phlogiston theory

300多年前,燃烧是怎么回事这个现在看来极其平常的问题,在当时可还是一个难解的自然之谜。当时科学界解释燃烧现象的正确理论是燃素理论。这一理论认为,一切可燃烧的物质中都含有燃素,燃烧时,它就挥发了。物质中含有的燃素越多,燃烧的就越好,例如木炭,几乎是全由燃素组成,因为它在燃烧后只剩下一点点灰烬。

17世纪末和18世纪初,德国化学家贝歇尔(JohannJ.Becher1635—1682)及其学生施塔尔(GeorgE.Stahl1660—1734)提出燃素说(1697年),把燃烧现象归结为物质吸收燃素和释放燃素的过程。这一学说在18世纪占据统治地位,结果阻碍了化学的进步。


火素

年轻有为的波意耳当然也想把它弄个水落石出。为此,他做了一系列很有趣的实验,其中之一是:将金属放在密封容器中燃烧,得到金属灰,然后他立即打开容器进行称量。他在自己的论文中写道:"我加热以后,打开瓶口,这时外面的空气发出了丝丝的响声,冲进了容器"结果他发现金属灰的质量反而比原来的金属增加了,于是波意耳得出结论:燃素理论显然是错误的,因为如果存在燃素的话,它应该燃烧后挥发,那么金属燃烧后的重量就不可能比燃烧前更重!他认为,存在一种能够由一个物体注入另一个物体的火素,燃烧时,火素进入金属,所以金属的重量增加,这就是著名的解释燃烧现象的火素说。

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注:火素说提出的火素是一种物质,有质量。   热质caloric是一种气体,没有质量。

热质说(Caloric theory)是种错误和受局限的科学理论,曾用来解释热的物理现象。此理论认为热是一种称为热质caloric)的物质,热质是一种无质量的气体,物体吸收热质后温度会升高,热质会由温度高的物体流到温度低的物体,也可以穿过固体或液体的孔隙中。热质说在拉瓦锡1772年用实验推翻燃素说后开始盛行,拉瓦锡的《化学基础》一书就把热列在基本物质之中。

热质说可以解释一些热的现象,不过无法解释一些只要持续作功就可以持续产生热的现象(如摩擦生热)。19世纪中,热质说被机械能守恒所取代;之后,热质说仍然在许多科学文献中出现,一直到19世纪末才消失。常用的热量单位卡路里(Calorie)即起源自热质(caloric)。

热质说链接

 

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波意耳实验室

  • 罗蒙诺索夫

1756年,也就是80年后,俄国化学家罗蒙诺索夫在重做这个实验时,注意到了波意耳在论文中提到的丝丝声响,于是,试验前,他先把金属屑称量好,放入专用的容器中,焊封住容器口,再把容器(联通里面的金属屑)称量过,然后进行了燃烧实验。燃烧后,他又重新称量了容器,发现总质量和燃烧前并没有变化,,再打开容器,称量所得到的金属灰,结果与波意耳的一样:金属灰比原来的金属重!再把金属灰放回容器之中,重称的结果却令他大吃一惊:总重量比没打开容器前增加了!

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罗蒙诺索夫

显然,这增加的重量就是在丝丝的声响中进入容器的空气的重量,罗蒙诺索夫进一步思索:如果没有外面空气的进入,而容器的重量又没有发生变化,那么,金属灰增重多少,容器中的空气也就减少多少。

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罗蒙诺索夫纪念碑和莫斯科大学主楼

当时的化学家只是定性地研究化学反应,却很少定量的研究化学反应。之后,罗蒙诺索夫经过大量的实验得出一个非常重要的规律,物质既不能无中生有的凭空产生,也不会无影无踪的被永远消失。176096日,在俄罗斯科学院的一次隆重的大会上,罗蒙诺索夫向全体院士和许多应邀出席大会的外国科学家宣读了自己的论文《论物质的固体和液体》,在这篇论文里,罗蒙诺索夫提出了物质不灭的概念,。然而由于物质不灭定律还缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果很不重视,物质不灭定律并没有得到广泛的传播。

 

  • 拉瓦锡

 

拉瓦锡1743年生于巴黎,20岁时获法学学士学位,并取得律师 开业证书后,转向研究自然科学。23岁时当选为巴黎科学院院士;1768年,他被任命为征税官;1775年,任皇家火药局局长。火药局里有一座相当好的实验室。拉瓦锡的大量研究工作都是在这个实验室里完成的。

 

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拉瓦锡实验室

 

拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。石膏受热时,放出了水蒸气,拉瓦锡用天平仔细测量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此,就出现了结晶水这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平。他将精确的定量概念引入实验,从实验的角度验证并总结了质量守恒定律,参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。终于,质量守恒定律(law of conservation of mass 1777)获得了科学界的公认。

令人痛惜的是,法国大革命爆发后,拉瓦锡由于曾经担任过旧王朝的征税官而入狱,极左派人士马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论,心存嫉恨,更诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,与1794年把他送上了断头台。对此,当时科学界的很多人感到非常惋惜。

著名的数学家拉格朗日痛心地说:他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许都长不出来一个。


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拉瓦锡被送上断头台

从此质量守恒定律作为一个基本定律影响着世人。

 

 

小结:1775年,任皇家火药局局长。火药局里有一座相当好的实验室。拉瓦锡的大量研究工作都是在这个实验室里完成的。

说明现代科技的进步,主要推动力来自于欧洲的军事活动。




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