拉瓦錫與他的天平

1、.拉瓦錫與他的天平天平與石膏的成分燃素說(shuō)的推翻者，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫原來(lái)是學(xué)法律的。1763年，他20歲的時(shí)候就獲得了法律學(xué)士學(xué)位，并且獲得律師開(kāi)業(yè)證書(shū)。他的父親是一位律師，家里很富有。所以拉瓦錫不急于當(dāng)律師，而是對(duì)植物學(xué)發(fā)生了興趣。經(jīng)常上山采集標(biāo)本使他對(duì)氣象學(xué)也產(chǎn)生了興趣。后來(lái)，拉瓦錫在他的老師，地質(zhì)學(xué)家葛太德的建議下，師從巴黎有名的魯伊勒教授學(xué)習(xí)化學(xué)。拉瓦錫的第一篇化學(xué)論文是關(guān)于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。當(dāng)他加熱石膏時(shí)放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細(xì)測(cè)定了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質(zhì)量。從此，他的老師魯伊勒就開(kāi)場(chǎng)使用“結(jié)晶水這個(gè)名詞了。天平與質(zhì)量守衡定律這次成功使拉瓦錫開(kāi)場(chǎng)經(jīng)常

2、使用天平，并總結(jié)出了質(zhì)量守恒定律。質(zhì)量守恒定律成為他的信念，成為他進(jìn)展定量實(shí)驗(yàn)、思維和計(jì)算的根底。例如他曾經(jīng)應(yīng)用這一思想，把糖轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭陌l(fā)酵過(guò)程表示為下面的等式：葡萄糖 = 碳酸CO2+ 酒精這正是現(xiàn)代化學(xué)方程式的雛形。用等號(hào)而不用箭頭表示變化過(guò)程，說(shuō)明了他守恒的思想。拉瓦錫為了進(jìn)一步說(shuō)明這種表達(dá)方式的深化含義，又詳細(xì)地寫(xiě)到：“我可以設(shè)想，把參加發(fā)酵的物質(zhì)和發(fā)酵后的生成物列成一個(gè)代數(shù)式。再逐個(gè)假定方程式中的某一項(xiàng)為哪一項(xiàng)未知數(shù)，然后分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)，逐個(gè)算出它們的值。這樣以來(lái)，就可以用計(jì)算來(lái)檢驗(yàn)我們的實(shí)驗(yàn)，再用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的計(jì)算。我經(jīng)常卓有成效地用這種方法修正實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果，使我能通過(guò)正確的途

3、徑重新進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，直到獲得成功。早在拉瓦錫出生之時(shí)，多才多藝的俄羅斯科學(xué)家羅蒙諾索夫就提出了質(zhì)量守恒定律，他當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為“物質(zhì)不滅定律，其中含有更多的哲學(xué)意蘊(yùn)。但由于“物質(zhì)不滅定律缺乏豐富的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，特別是當(dāng)時(shí)俄羅斯的科學(xué)還很落后，西歐對(duì)沙俄的科學(xué)成果不重視，“物質(zhì)不滅定律沒(méi)有得到廣泛的傳播。天平與“反燃素化學(xué)1772年秋天，拉瓦錫照習(xí)慣稱(chēng)量了一定質(zhì)量的白磷使之燃燒，冷卻后又稱(chēng)量了燃燒產(chǎn)物P2O5的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量增加了！他又燃燒硫磺，同樣發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量大于硫磺的質(zhì)量。他想，這一定是什么氣體被白磷和硫磺吸收了。中/華/化/學(xué)/競(jìng)/賽/網(wǎng)他于是又做了更細(xì)致的實(shí)驗(yàn)：將白磷放在水銀面上，扣上一個(gè)鐘罩，

4、鐘罩里留有一部分空氣。加熱水銀到40時(shí)白磷就迅速燃燒，之后水銀面上升。拉瓦錫描繪道：“這說(shuō)明部分空氣被消耗，剩下的空氣不能使白磷燃燒，并可使燃燒著的蠟燭熄滅；1盎司的白磷大約可得到2.7盎司的白色粉末P2O5，應(yīng)該是2.3盎司。增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量接近一樣。燃素說(shuō)認(rèn)為燃燒是分解過(guò)程，燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量應(yīng)該比可燃物的輕，而拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是截然相反。他把實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫(xiě)成論文交給法國(guó)科學(xué)院。從此，他做了很多實(shí)驗(yàn)來(lái)證明燃素說(shuō)的錯(cuò)誤。在1773年2月，他在實(shí)驗(yàn)記錄本上寫(xiě)到：“我所做的實(shí)驗(yàn)使物理和化學(xué)發(fā)生了根本的變化。他將“新化學(xué)命名為“反燃素化學(xué)。天平與煅灰1774年，拉瓦錫做了焙燒錫和

5、鉛的實(shí)驗(yàn)。他將稱(chēng)量后的金屬分別放入大小不等的曲頸瓶中，密封后再稱(chēng)量金屬和瓶的質(zhì)量，然后充分加熱。冷卻后再次稱(chēng)量金屬和瓶的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有變化。翻開(kāi)瓶口，有空氣進(jìn)入，這一次質(zhì)量增加了，顯然增加量是進(jìn)入的空氣的質(zhì)量設(shè)為A。他再次翻開(kāi)瓶口取出金屬鍛灰在容積小的瓶中還有剩余的金屬稱(chēng)量，發(fā)現(xiàn)增加的質(zhì)量正和進(jìn)入瓶中的空氣的質(zhì)量一樣即也為A。這說(shuō)明，鍛灰是金屬與空氣的化合物。拉瓦錫進(jìn)一步想，假如設(shè)法從金屬鍛灰中直接別離出空氣來(lái)，就更能說(shuō)明問(wèn)題。他曾經(jīng)試圖分解鐵鍛灰即鐵銹，但實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功。到了這年的10月，普里斯特里訪問(wèn)巴黎。在歡送宴會(huì)上他談到“從紅色沉淀HgO和鉛丹Pb3O4可得到脫燃素氣。對(duì)于正在無(wú)奈中的拉

6、瓦錫來(lái)說(shuō)，這條信息是很直接的啟發(fā)。11月，拉瓦錫加熱紅色的汞灰制得了氧氣。在舍勒的啟發(fā)下，拉瓦錫甚至制造了火車(chē)頭大小的加熱裝置，其中心是聚光鏡，平臺(tái)下面是六個(gè)大輪子，以便跟著太陽(yáng)隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。燃燒的氧化理論的誕生1775年，拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)中心已從分解金屬鍛灰轉(zhuǎn)移到了對(duì)氧氣的研究。他發(fā)現(xiàn)燃燒時(shí)增加的質(zhì)量恰好是氧氣減少的質(zhì)量。以前認(rèn)為可燃物燃燒時(shí)吸收了一部分空氣，其實(shí)是吸收了氧氣，與氧氣化合，即氧化。這就是推翻了燃素說(shuō)的燃燒的氧化理論。與此同時(shí)，拉瓦錫還用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，研究了呼吸作用，認(rèn)為“是氧氣在動(dòng)物體內(nèi)與碳化合，生成二氧化碳的同時(shí)放出熱來(lái)。這和在實(shí)驗(yàn)室中燃燒有機(jī)物的情況完全一樣。這就解答了體溫的來(lái)源問(wèn)題

7、?？諝庵屑热缓?/4的氧氣數(shù)據(jù)來(lái)自原文，就應(yīng)該含有其余的氣體，拉瓦錫將它稱(chēng)為“碳?xì)?。研究了空氣的組成后，拉瓦錫總結(jié)道：“大氣中不是全部空氣都是可以呼吸的；金屬焙燒時(shí)，與金屬化合的那部分空氣是符合衛(wèi)生的，最適宜呼吸的；剩下的部分是一種碳?xì)?，不能維持動(dòng)物的呼吸，也不能助燃。他把燃燒與呼吸統(tǒng)一了起來(lái)，也完畢了空氣是一種純潔物質(zhì)的錯(cuò)誤見(jiàn)解。近代化學(xué)的奠基者1777年，拉瓦錫明確地譏諷和批判了燃素說(shuō)：“化學(xué)家從燃素說(shuō)只能得出模糊的要素，它非常不確定，因此可以用來(lái)任意地解釋各種事物。有時(shí)這一要素是有重量的，有時(shí)又沒(méi)有重量；有時(shí)它是自由之火，有時(shí)又說(shuō)它與土素相化合成火；有時(shí)說(shuō)它能通過(guò)容器壁的微孔，有時(shí)又說(shuō)它不能透過(guò)；它能同時(shí)用來(lái)解釋堿性和非堿性、透明性和非透明性、有顏色和無(wú)色。它真是只變色蟲(chóng)，每時(shí)每刻都在改變它的相貌。這年的9月5日，拉瓦錫向法國(guó)科學(xué)院提交了劃時(shí)代的?燃燒概論?，系統(tǒng)地闡述了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)，將燃素說(shuō)倒立的化學(xué)正立過(guò)來(lái)。這本書(shū)后來(lái)被翻譯成多國(guó)語(yǔ)言，逐漸掃清了燃素說(shuō)的影響。從此，化學(xué)切斷了與古代煉丹術(shù)的聯(lián)絡(luò)，揭掉了神秘和臆測(cè)的面紗，代之以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和定量的研究?；瘜W(xué)