拉瓦锡的化学革命科普中国 2016-04-19 |
在对氧气进行了系统的研究之后,拉瓦锡明确地指出,空气不是一种独立的元素,它其实是一种混合物,主要由氧气和氮气构成。1778年,他提出,所有燃烧,都是可燃物质与氧的结合,可燃物的重量之所以会增加,是因为在燃烧过程中吸收了氧。这就是大名鼎鼎的氧化学说。
描述1770年代拉瓦锡实验场景的画(维基百科)
在那个时代,人们无法认清物质的构成,只能粗略地把所有“不可再分”的物质当成是一种独立的元素。空气如此,水也是如此。在氧元素被确定之后的1781年,英国化学家卡文迪许(Henry Cavendish)发现,如果往氢气与氧气的混合物中通电,在火花产生过后,烧瓶壁内会出现水珠。卡文迪许在这时仍然信仰亚里士多德的四种元素理论,认为水是一种独立的元素,所以他不能解释这一实验结果。卡文迪许的助手布拉格登于1783年访问巴黎时将这个古怪的实验结果告诉了拉瓦锡。拉瓦锡立即又重复了实验,最后他不仅合成了水,甚至还能成功地把水分解成氢气和氧气。他利用氧化学说确定了水的组成:这是由氢和氧组成的化合物。
天才拉瓦锡后来又根据酒精这类有机化合物在燃烧后生成碳酸气(也就是二氧化碳)和水的事实,建立了有机化合物的分析法:他将有机物放在一定体积的氧气中燃烧,之后用碱液收集吸收到的碳酸气,再从残余物中计算出生成的水量,由此确定有机物中碳、氢、氧三种元素的比例。这巧妙的实验现在已经是我们高中化学必修的内容。
卡文迪许的实验装置(维基百科)
拉瓦锡的工作是对过去几千年人类陈旧认知的颠覆。为了与氧化学说相适应,1785年,拉瓦锡和他的几个同行一起合作编写了《化学命名法》。这本伟大的专著指出,每种物质都需要有一种固定的名称,单质(也即元素)的命名应该尽可能地表达它的特性,化合物的命名则应该尽可能表现它的组成。据此,他们建议,将过去被称为“金属灰”的物质命名为金属氧化物。举个例子,普利斯特列做实验用的水银灰,就被改名成了氧化汞。这一次命名的改革其实相当不受欢迎:大家那么多年来习惯了的名称说改就改,让很多人都觉得不满。拉瓦锡和他的同伴们顶着压力继续着这一看似大动干戈的革命,给后代的化学家们扫清了许多障碍:这套命名法清晰而科学,奠定了近代化学术语的基础,现在我们使用的常见化学术语大部分都是根据它而来的。
拉瓦锡没有发现新的物质,也没有做新的实验,他只是吸收、重复别人的实验,通过严格的、合乎逻辑的步骤,对所有“奇怪”的现象做出了正确的解释,并勇敢地打破权威,成就了自己不朽的功绩。他的座右铭是“不靠猜想,而要根据事实”。他总将“质量不变”的规律作为思考问题的前提,将实验结果作为理论的依据,而不是一味遵循前人留下的教条定律。拉瓦锡时刻保持清醒的头脑,相信在自然世界中,无论物质如何变化,质量总是守恒的,这是他给近代化学发展做出的又一个突出的贡献。
责任编辑:ttyy88121
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