拉瓦锡对科学有什么贡献?
拉瓦锡在上学的时候就显示出了他的天才潜力。20岁时,他因在巴黎街道照明设计方面的出色写作获得了法国科学院的奖励。1768年入选法国科学院“荣誉院士”。
《化学概要》是拉瓦锡留下的一部杰作,它标志着现代化学的诞生。
在这篇论文中,拉瓦锡正确地描述了燃烧和吸收,并在化学史上第一次准确地列出了化学元素的名称。名字的建立是基于物质是由化学元素构成的。在此之前,这些元素有不同的名称。在书中,拉瓦锡有条不紊地整理了所有与化学有关的发明。
拉瓦锡的父亲是当时著名的律师,家境优越。因此,拉瓦锡并没有马上成为一名律师,而是对植物学产生了兴趣,在山上收集植物标本期间对气象学产生了兴趣。在地质学家格特鲁德的推荐下,拉瓦锡在著名的巴黎化学教授鲁勒尔的门下学习和研究化学。从此,拉瓦锡与化学结下了不解之缘。
拉瓦锡对化学的第一个贡献是通过实验证明和总结质量守恒定律。其实早在拉瓦锡出生的时候,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,当时他称之为“物质不灭定律”,其中包含了更多的哲学意蕴。但由于缺乏一定的实验基础,尤其是在当时俄国科学落后的背景下,欧洲根本无视俄国的一些科研成果,所以物质不死定律并没有得到广泛传播。
燃烧原理是拉瓦锡对化学研究的第二大贡献,也是他最重要的发现。伟大的科学家描述了最重要的气体:氧气、氮气和氢气的功能。他之所以能做出这个发现,是因为他第一次准确地确定了氧的作用。事实上,科学家证实燃烧是氧化的化学反应,即燃烧是物质和某种气体的结合。拉瓦锡为这种气体命名,即氧气,实际上是“成酸元素”的意思。拉瓦锡最终推翻了错误的燃素说,这在当时非常流行。根据这种说法,在燃烧过程中,任何被燃烧的物质都会从一种叫做燃素的物质中分离出来。“燃素”曾被认为在燃烧过程中起主导作用。
拉瓦锡还正确地命名了氮。其实氮气早在1772就被发现了,只是因为被认为是不可燃气体,意思是“用过的气体”,所以被称为“废气”,所以不会再用于燃烧。拉瓦锡发现,这种“气体”实际上是由一种叫做氮气的气体组成的,因为它“没有生命”。后来他认出了氢,意思是“成水元素”,因为他是构成水的重要元素之一。他认为,从化学的角度来看,物质的燃烧和动物的呼吸都属于空气中的氧气参与的氧化反应。
1772年秋,拉瓦锡称了一定量的红磷,燃烧冷却后,又叫测灰即五氧化二磷的质量,发现质量居然有所增加!他也烧过硫磺,也发现灰烬的质量大于硫磺。他认为这一定是一些被白磷和硫磺吸收的气体。于是他改进了实验方法:把白磷放进一个钟罩里,钟罩里还留有一些空气。钟罩中的空气通过一根管子与水银柱相连,以测量气压。加热到40℃时,白磷迅速燃烧,水银柱上升。拉瓦锡还发现“1盎司的白磷可以得到大约2.7盎司的白灰。增加的重量基本接近消耗的空气重量1/5体积。”
拉瓦锡的发现与当时的燃素说相悖。燃素说认为燃烧是一个分解过程,燃烧产物应该比可燃物质轻。他把实验结果写成论文,提交给法国科学院。从那以后,他做了许多实验来证明燃素是错误的。1773年2月,他在实验记录本上写道:“我做的实验从根本上改变了物理和化学。”他将新化学命名为“燃素化学”。
1775年,拉瓦锡研究氧气。他发现燃烧过程中增加的质量恰好是减少的氧气质量。以前认为可燃物质燃烧时吸收了一部分空气,但实际上吸收了氧气并与氧气结合,这彻底推翻了燃素的燃烧理论。
1777年,拉瓦锡批评燃素说:“化学家只能从燃素说中得到模糊的元素,这种元素是很不确定的,所以可以用来随意解释各种事物。这个元素有时候有重量,有时候没有重量;有时是自由之火,有时又说是和土元素结合成火;有时说能穿过容器壁上的微孔,有时又说不能穿透;可以用来同时解释碱性和非碱性,透明和不透明,有色和无色。它真的是一只变色龙,无时无刻不在变脸。”
1777年9月5日,拉瓦锡向法国科学院递交了划时代的《燃烧导论》,系统阐述了燃烧的氧化理论,把燃素化学颠倒了过来。这本书后来被翻译成多种语言,逐渐清除了燃素说的影响。从此,化学切断了与古代炼金术的联系,揭开了神秘和猜测的面纱,取而代之的是科学实验和定量研究。化学由此进入了定量化学时期,即现代化学。
拉瓦锡对化学的第三个贡献是不是根据古希腊哲学家的四元素论和三元素论定义了化学元素的概念:“如果元素代表物质最简单的成分,那么目前我们可能很难判断元素是什么;如果相反,我们把元素与目前化学分析所达到的终极概念联系起来,那么所有我们现在用任何方法都无法分解的物质对我们来说都是元素。”
在1789出版的历时四年的《化学概要》中,拉瓦锡列出了第一张表,元素分为四类:(1)简单物质、光、热、氧、氮、氢和其他物质元素。(2)简单非金属物质,如硫、磷、碳、盐酸、氟酸、硼酸等。其氧化物是酸。(3)简单金属物质,如锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌等。被氧化成盐基,可以中和酸。(4)简单材料,石灰、氧化镁、钡、铝矾土、硅石等。