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安托萬-洛朗·拉瓦錫

標籤:法國化學家

安托萬-洛朗·拉瓦錫(A.L.Lavoisier,1743.8.26-1794.5.8)法國著名化學家,近代化學的奠基人之一,「燃燒的氧學說」的提出者。1743年8月26日生於巴黎,因其包稅官的身份在法國大革命時的1794年5月8日於巴黎被處死。拉瓦錫與他人合作制定出化學物種命名原則,創立了化學物種分類新體系。拉瓦錫根據化學實驗的經驗,用清晰的語言闡明了質量守恆定律和它在化學中的運用。這些工作,特別是他所提出的新觀念、新理論、新思想,為近代化學的發展奠定了重要的基礎,因而後人稱拉瓦錫為近代化學之父。拉瓦錫之於化學,猶如牛頓之於物理學。

1人物生平

1774年10月,普里斯特里向拉瓦錫介紹了自己的實驗:氧化汞加熱時,可得到脫燃素氣,這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮,還能幫助呼吸。拉瓦錫重複了普里斯特利的實驗,得到了相同的結果。但拉瓦錫並不相信燃素說,所以他認為這種氣體是一種元素,1777年正式把這種氣體命名為oxygen(中譯名氧),含義是酸的元素。拉瓦錫通過金屬煅燒實驗,於1777年向巴黎科學院提出了一篇報告《燃燒概論》,闡明了燃燒作用的氧化學說,要點為:①燃燒時放出光和熱。②只有在氧存在時,物質才會燃燒。③空氣是由兩種成分組成的,物質在空氣中燃燒時,吸收了空氣中的氧,因此重量增加,物質所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。④一般的可燃物質(非金屬)燃燒后通常變為酸,氧是酸的本原,一切酸中都含有氧。金屬煅燒后變為煅灰,它們是金屬的氧化物。他還通過精確的定量實驗,證明物質雖然在一系列化學反應中改變了狀態,但參與反應的物質的總量在反應前後都是相同的。於是拉瓦錫用實驗證明了化學反應中的質量守恆定律。拉瓦錫的氧化學說徹底地推翻了燃素說,使化學開始蓬勃地發展起來。
1787年之後拉瓦錫社會職務漸重,用於科學研究時間較少。主要進行化學命名法改革,自己研究成果的總結和新理論的傳播工作。他先與貝托萊等人合作,設計了一套簡潔的化學命名法。1787年他在《化學命名法》(Méthode de nomenclature chimique)中正式提出這一命名系統,目的是使不同語言背景的化學家可以彼此交流,其中的很多原則加上後來柏濟力阿斯的符號系統,形成了至今沿用的化學命名體系。接下來,他總結了自己的大量的定量試驗,證實了質量守恆定律 。這個定律的想法並非他獨創,在拉瓦錫之前很多自然哲學家與化學家都有過類似觀點,但是由於對實驗前後質量測試的不準確,有些人開始懷疑這一觀點。1748年,俄羅斯化學家米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫曾精確的進行了測定,並且提出了這一定律的描述,但是由於莫斯科大學處於歐洲科學研究的中心之外,所以他的觀點沒有被人注意到。
基於氧化說和質量守恆定律,1789年拉瓦錫發表了《化學基本論述》(Traité Élémentaire de Chimie)這部集他的觀點之大成的教科書,在這部書里拉瓦錫定義了元素的概念,並對當時常見的化學物質進行了分類,總結出三十三種元素(儘管一些實際上是化合物)和常見化合物,使得當時零碎的化學知識逐漸清晰化。在該書中的實驗部分中拉瓦錫強調了定量分析的重要性。最重要的是拉瓦錫在這部書中成功的將很多實驗結果通過他自己的氧化說和質量守恆定律的理論系統進行了圓滿的解釋。這種簡潔、自然而又可以解釋很多實驗現象的理論系統完全有別於燃素說的繁複解釋和各種充滿鍊金術術語的化學著作,很快產生了轟動效應。堅持燃素說的化學家如普利斯特里對其堅決抵制,但是年輕的化學家非常歡迎,這部書也因此與波以耳的《懷疑派的化學家》一樣,被列入化學史上劃時代的作品。到1795年左右,歐洲大陸已經基本全部接受拉瓦錫的理論。
法蘭西科學院常會由政府資助,給予科學家薪水同時要求完成某些任務。由於拉瓦錫的很強的工作能力,他參與了很多這種任務並負責起草報告。其中影響很大是統一法國的度量衡。1790年法蘭西科學院組織委員會負責制定新度量衡系統,人員有拉瓦錫、孔多塞、拉格朗日和蒙日等。1791年拉瓦錫起草了報告,主張採取地球極點到赤道的距離的一千萬分之一為標準(約等於1米)建立米制系統。接著科學院指定拉瓦錫負責質量標準的制定。經過測定,拉瓦錫提出質量標準採用千克,定密度最大時的一立方分米水的質量為一千克。這種系統儘管當時受到了很大阻力,但是今天已經被世界通用。
拉瓦錫的雕像

  拉瓦錫的雕像

拉瓦錫還曾在政界被推選為眾議院議員。對此,他曾感到負擔過重,曾多次想退出社會活動,回到研究室做一個化學家。然而這個願望一直未能實現。當時,法國的國情日趨緊張,舉國上下有如旋風般的混亂,處於隨時都可能爆發危機的時刻。對於像拉瓦錫這樣大有作為和精明達識的科學家的才能也處於嚴重考驗的時刻。
這時,有些像百年前波義耳在英國的處境,現在又轉移到拉瓦錫所在的法國來了。國情是很相似的。但是這兩位科學家的命運卻正好相反。波義耳不聞窗外的世間風雲,只是一心關在實驗室里靜靜地進行研究。而在同樣處境下的拉瓦錫卻未能做到這一點。應當說是一種命運的不幸,而且這種不幸可以說已經達到了極點,以至最終奪去了他的生命。
拉瓦錫不論在何處都像是一棵招風的大樹,因而雷雨一到也就是最危險的。最初的一擊是來自革命的驍將馬拉(J.P.Marat)之手。馬拉最初也曾想作為科學家而取得榮譽,並寫出了《火焰論》一書,企圖作為一種燃燒學說而提交到了科學院。當時做為會長的拉瓦錫曾對此書進行了尖刻評論,認為並無科學價值而被否定。這樣可能就結下了私怨。馬拉首先叫喊要「埋葬這個人民公敵的偽學者!」到了1789年7月,革命的戰火終於燃燒起來,整個法國迅速捲入到動亂的旋渦之中。
在這塊天地里,科學似已無法容身了。一切學會、科學院、度量衡調查會等,實際上所有的法國學術界都面臨著存亡的危機。甚至還聽到了這種不正常的說法,認為「學者是人民的公敵,學會是反人民的集團」等。在此情況下,拉瓦錫表現得很勇敢。他做為科學院士和度量衡調查會的研究員,仍然恪守著自己的職責。他不僅努力於個人的研究工作,並為兩個學會的籌款而各處奔走,還有時捐獻私人財產做為同事們的研究資金。他的決心和氣魄,成了法國科學界的柱石和保護者。
但是,在想不到的地方卻潛伏著惡敵。他就是化學家佛克羅伊(Fourcroy, 1755~1809)。他本人也是科學院的院士,曾經是一位很早就同革命黨人的國會有著密切聯繫,並對科學院進行過迫害的神秘人物。他在危難之際,也曾在多方面受到過拉瓦錫的保護,但是卻反而施展詭計企圖解散科學院,直到最後動用了國會的暴力而達到了目的。這樣,在1793年4月,這個從笛卡兒、帕斯卡和海因斯以來具有百餘年光榮歷史的科學院終於遭到了破壞(直到1816年巴黎的科學院才又得到重建)。
這時,拉瓦錫做為最後的手段是通過教育委員會向國民發出呼籲。他指出,做為教育界的許多元老,曾經為法國的學術繁榮而貢獻了畢生精力,然而現在他們的研究機關被剝奪,衣食的來源被切斷,寶貴的晚年受到了貧困的威脅,學術處於毀滅的邊緣,法國的榮譽被玷污了。這樣,如果學術一旦遭到毀滅,恐怕就是再經過半個世紀也難以再得到恢復了。他雖然這樣提出了警告,結果是仍然無效。
1768年,在拉瓦錫成為法國科學院名譽院士的同時,他當上了一名包稅官,在向包稅局投資五十萬法郎后,承包了食鹽和煙草的徵稅大權,並先後兼任皇家火藥監督及財政委員。1771年,28歲的拉瓦錫與徵稅承包業主的女兒結了婚,更加鞏固了他包稅官的地位。在法國大革命中,拉瓦錫理所當然地成為革命的對象。
拉瓦錫雖很少參與波旁王朝的橫徵暴斂,但包稅官的身份還是激起了激進群眾的憤怒,他不懂得這在政治上意味著什麼;而在新的激進政府通令他們「清算帳目」予以交代之後,拉瓦錫和他的同僚們卻擔心被沒收財產而東躲西藏,從而激化了矛盾,也給佛克羅伊之流提供了中傷的機會。但是,拉瓦錫在大革命時期也為新政府做了大量有益的工作。如設計城市照明、制定農業改革方案、貢獻火藥製造和礦物探尋資料,並參加了新政府主張的「改革舊度量衡制,創造新的國際通用單位」工作,擔任改革委員會委員,他進行了蒸餾水比重和銅、鉑熱膨脹係數的精確測定,確定了質量單位「克」和長度單位「米」。
1793年11月28日,包稅組織的28名成員全部被捕入獄,拉瓦錫就是其中的一個,死神越來越逼近他了。
不久,度量衡調查會的6名研究員被開除了,其中也有拉瓦錫。
學術界震動了。各學會紛紛向國會提出了赦免拉瓦錫和准予他復職的請求,但是,已經為羅伯斯庇爾領導的激進黨所控制的國會,對這些請求不僅無動於衷,反而卻更加嚴厲了。1794年5月7日開庭審判,結果是把28名包稅組織的成員全部處以死刑,並預定在24小時內執行。
佛克羅伊所採取的陰險手段,對於事情發展到如此嚴重的程度是起了很大作用的。佛克羅伊是巴黎植物園化學研究室的教授,曾長期和拉瓦錫在一起,也為化學理論和化學教育的發展做出了貢獻,本是一位知名的學者。但是為什麼卻會進行這種惡劣的活動,是不是由於長期以來對拉瓦錫的嫉妒呢?後來,當羅伯斯庇爾失敗以後,在為拉瓦錫舉行的莊重和盛大的追悼會上,這個厚顏無恥的佛克羅伊卻又反過來對拉瓦錫表示悼念,還做了歌功頌德的演講。像這樣卑劣的人,在古今的科學家中很難找出第二個人了。
拉瓦錫的生命已經危在旦夕。人們雖然在儘力地挽救,請求赦免,但是遭到了革命法庭副長官考費那爾(J.B.Coffinhal)的拒絕,全部予以駁回。他還宣稱,「共和國不需要學者,而只需要為國家而採取的正義行動!」
第二天,1794年5月8日的早晨,就在波拉斯·德·拉·勒沃西奧執行了28個人的死刑。拉瓦錫是第四個登上斷頭台的。他泰然受刑而死……著名的法籍義大利數學家拉格朗日痛心地說:「他們可以一眨眼就把他的頭砍下來,但他那樣的頭腦一百年也再長不出一個來了。」
有一種傳說,拉瓦錫和劊子手約定頭被砍下后儘可能多眨眼,以此來確定頭砍下后是否還有感覺,拉瓦錫一共眨了十五次,這是他最後的研究。這一傳說不見於正史。
拉瓦錫出身名門,他繼承了父母和姨母的巨額遺產,即使不靠徵稅承包業的收入,也完全可以過上富庶的生活。僅為追求更多金錢使名譽受到玷污,甚至賠上性命,令人惋惜。然而,瑕不掩瑜,他的一生仍是充滿著光輝的一生。

2個人履歷

拉瓦錫歷史畫像

拉瓦錫歷史畫像
法國著名化學家。近代化學的奠基人之一。1743年8月26日生於巴黎,1794年5月8日卒於同地。
1743年8月26日生於巴黎。
1763年獲法學學士學位,並取得律師開業證書,後轉向研究自然科學。他最早的化學論文是對石膏的研究,發表在1768年《巴黎科學院院報》上。他指出,石膏是硫酸和石灰形成的化合物,加熱時會放出水蒸氣。1765年他當選為巴黎科學院候補院士。
1768年他研究成功浮沉計,可用來分析礦泉水。並提出保障巴黎飲用水質量的重要性。「實際上,公民身體的健康和活力取決於飲用水的質量。如果說醫療用水在關鍵時刻能挽救幾個國家重要人物的生命,飲用水卻是民生有序、平穩發展和廣大百姓身體健康的源泉。狹隘的礦泉水研究只會讓社會上極小部分的沒落貴族感興趣。公共用水卻是整個社會關心的主題,而且關注的人主要是為國家提供勞動力、創造財富的勞動人民。」
1775年任皇家火藥局局長,火藥局裡有一座相當好的實驗室,拉瓦錫的大量研究工作都是在這個實驗室里完成的。
1775年,拉瓦錫對氧氣進行研究。他發現燃燒時增加的質量恰好是氧氣減少的質量。以前認為可燃物燃燒時吸收了一部分空氣,實際上是吸收了氧氣,與氧氣化合,這就是徹底推翻了燃素說的燃燒學說。
1778年任皇家科學院教授。
1794年5月8日於巴黎被處死

3科學貢獻

拉瓦錫與妻子瑪麗亞(雅克-路易·大衛)

  拉瓦錫與妻子瑪麗亞(雅克-路易·大衛)

拉瓦錫在學校是一個天才男孩。20歲時因出色地撰寫了巴黎街道照明的設計文章而獲得法國科學院的嘉獎。幾年之後,即1768年,他被評選為法國科學院的「名譽院士」。
他為後人留下的傑作是《化學概要》,這篇論文標誌著現代化學的誕生。在這篇論文中,拉瓦錫除了正確地描述燃燒和吸收這兩種現象之外,在歷史上還第一次開列出化學元素的準確名稱。名稱的確立建立在物質是由化學元素組成的這個基礎之上。而在此之前,這些元素有著不同的稱謂。在書中,拉瓦錫將化學方面所有處於混亂狀態的發明創造整理得有條有理。
化學家拉瓦錫原來是學法律的。1763年,年僅20歲的拉瓦錫就取得了法律學士學位,並且獲律師從業證書。拉瓦錫的父親是一位頗有名氣的律師,家境富有。所以拉瓦錫沒有馬上去做律師,那時他對植物學發生了興趣,經常上山採集標本使他又對氣象學產生了興趣。在地質學家葛太德的建議下,拉瓦錫師從巴黎著名的化學魯教授伊勒教授。從此,拉瓦錫就和化學結下不解之緣。
拉瓦錫的對化學的第一個貢獻便是從實驗的角度驗證並總結了質量守恆定律。早在拉瓦錫出生之時,多才多藝的俄羅斯科學家羅蒙諾索夫就提出了質量守恆定律,他當時稱之為「物質不滅定律」,其中含有更多的哲學意蘊。但由於「物質不滅定律」缺乏豐富的實驗根據,特別是當時俄羅斯的科學還很落後,西歐對沙俄的科學成果不重視,「物質不滅定律」沒有得到廣泛的傳播。
拉瓦錫用硫酸和石灰合成了石膏,當他加熱石膏時放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細稱量了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質量。他的導師魯伊勒把失去水蒸氣稱為「結晶水」,從此就多了一個化學名詞——結晶水。這次意外的成功使拉瓦錫養成了經常使用天平的習慣。由此,他總結出質量守恆定律,並成為他進行實驗、思維和計算的基礎。為了表明守恆的思想,用等號而不用箭頭表示變化過程。如糖轉變為酒精的發酵過程表示為下面的等式:
葡萄糖(C6H12O6)=二氧化碳(CO2)+酒精(C2H5OH)
這正是現代化學方程式的雛形。為了進一步闡明這種表達方式的深刻含義,拉瓦錫又撰文寫到:
拉瓦錫的實驗室,收藏於法國工藝博物館

  拉瓦錫的實驗室,收藏於法國工藝博物館

「可以設想,參加發酵的物質和發酵后的生成物列成一個代數式,再假定方程式中的某一項是未知數,然後通過實驗,算出它們的值。這樣,就可以用計算來檢驗實驗,再用實驗來驗證計算。我就經常用這種方法修正實驗初步結果,使我能通過正確的途徑改進實驗,直到獲得成功。」
拉瓦錫最重要的發現:燃燒原理,是他對化學研究的第二大貢獻。偉大的科學家描述了最重要的氣體:氧、氮和氫的作用。拉瓦錫最重要的發現是關於燃燒的原理。之所以能夠有此發現,是因為他第一次準確地識別出了氧氣的作用。事實上,科學家確認燃燒是氧化的化學反應,即燃燒是物質同某種氣體的一種結合。拉瓦錫為這種氣體確立了名稱,即氧氣,事實上就是「成酸元素」的意思。
拉瓦錫最終排除了當時流行極廣的關於「燃素」的錯誤看法。按照那種理論,在燃燒期間,任何被燃燒的物質同一種被稱為「燃素」的物質相分離。「燃素」被認為是整個燃燒過程的主導者。
拉瓦錫還識別出了氮氣。這種氣體早在1772年就被發現了,但卻被命名了一個錯誤的名稱——「廢氣」(意思是「用過的氣」,也就是沒有燃素的氣,因此不會再被用作燃燒的氣)。拉瓦錫則發現這種「氣體」實際上是由一種被稱為氮的氣體構成的,因為它「無活力」(來源於希臘語azofe)。後來,他又識別出了氫氣,這個名稱的意思是「成水的元素」。拉瓦錫還研究過生命的過程。他認為,從化學的觀點看,物質燃燒和動物的呼吸同屬於空氣中氧所參與的氧化作用。
1772年秋天,拉瓦錫照習慣稱量了定量的紅磷,使之燃燒、冷卻后又稱量灰燼(五氧化二磷,P2O5)的質量,發現質量竟然增加了!他又燃燒硫磺,同樣發現灰燼的質量大於硫磺的質量。他想這一定是什麼氣體被白磷和硫磺吸收了。於是他又改進實驗的方法:將白磷放入一個鐘罩,鐘罩里留有一部分空氣,鐘罩里的空氣用管子連接一個水銀柱(註:測定空氣的壓力)。加熱到40℃時白磷就迅速燃燒,水銀柱上升。拉瓦錫還發現「1盎司的白磷大約可得到2.7盎司的白色灰燼(P2O5)。增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量基本接近」。
拉瓦錫的發現和當時的燃素學說是相悖的。燃素學說認為燃燒是分解過程,燃燒產物應該比可燃物質量輕。他把實驗結果寫成論文交給法國科學院。從此他做了很多實驗來證明燃素說的錯誤。在1773年2月,他在實驗記錄本上寫到:「我所做的實驗使物理和化學發生了根本的變化。」他將新化學命名為「反燃素化學」。
1775年,拉瓦錫對氧氣進行研究。他發現燃燒時增加的質量恰好是氧氣減少的質量。以前認為可燃物燃燒時吸收了一部分空氣,實際上是吸收了氧氣,與氧氣化合,這就是徹底推翻了燃素說的燃燒學說。
1777年,拉瓦錫批判燃素學說:「化學家從燃素說只能得出模糊的要素,它十分不確定,因此可以用來任意地解釋各種事物。有時這一要素是有重量的,有時又沒有重量;有時它是自由之火,有時又說它與土素相化合成火;有時說它能通過容器壁的微孔,有時又說它不能透過;它能同時用來解釋鹼性和非鹼性、透明性和非透明性、有顏色和無色。它真是只變色蟲,每時每刻都在改變它的面貌。」
1777年9月5日,拉瓦錫向法國科學院提交了劃時代的《燃燒概論》,系統地闡述了燃燒的氧化學說,將燃素說倒立的化學正立過來。這本書後來被翻譯成多國語言,逐漸掃清了燃素說的影響。化學自此切斷與古代煉丹術的聯繫,揭掉神秘和臆測的面紗,取而代之的是科學實驗和定量研究。化學由此也進入定量化學(即近代化學)時期。
拉瓦錫對化學的第三大貢獻是否定了古希臘哲學家的四元素說和三要素說,建立在科學實驗基礎上的化學元素的概念:「如果元素表示構成物質的最簡單組分,那麼目前我們可能難以判斷什麼是元素;如果相反,我們把元素與目前化學分析最後達到的極限概念聯繫起來,那麼我們現在用任何方法都不能再加以分解的一切物質,對我們來說,就算是元素了。」
在1789年出版的歷時四年寫就的《化學概要》里,拉瓦錫列出了第一張元素一覽表,元素被分為四大類:
1.簡單物質,光、熱、氧、氮、氫等物質元素。
2.簡單的非金屬物質,硫、磷、碳、鹽酸素、氟酸素、硼酸素等,其氧化物為酸。
3.簡單的金屬物質,銻、銀、鉍、鈷、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、鎳、金、鉑、鉛、鎢、鋅等,被氧化後生成可以中和酸的鹽基。
4.簡單物質,石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土等。
5、其他:以太
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