安托萬-洛朗·德·拉瓦錫

安托萬-洛朗·德·拉瓦錫

安托萬-洛朗·德·拉瓦錫(法語:Antoine-Laurent de Lavoisier,1743年8月26日-1794年5月8日),法國貴族,著名化學家、生物學家,被後世尊稱為"近代化學之父"。他使化學從定性轉為定量,給出了與氫的命名,並且預測了的存在。他幫助建立了公製。拉瓦錫提出了"元素"的定義,按照這定義,于1789年發表第一個現代化學元素列表,列出33種元素,其中包括光與熱和一些當時被認為是元素的化合物。拉瓦錫的貢獻促使18世紀的化學更加物理及數學化。他提出規範的化學命名法,撰寫了第一部真正現代化學教科書《化學基本論述》(Traité Élémentaire de Chimie)。他倡導並改進定量分析方法並用其驗證了質量守恆定律。他創立氧化說以解釋燃燒等實驗現象,指出動物的呼吸實質上是緩慢氧化。這些劃時代貢獻使得他成為歷史上最偉大的化學家之一。

拉瓦錫曾任稅務官,因此他有充足的資金進行科學研究。不幸在法國大革命中被送上斷頭台而死。

  • 中文名
    安托萬-洛朗·德·拉瓦錫
  • 外文名
    Antoine-Laurent de Lavoisier
  • 國籍
    法國
  • 出生地
  • 出生日期
    1743年8月26日
  • 逝世日期
    1794年(甲寅年)5月8日
  • 職業
    化學家
  • 畢業院校
    巴黎大學
  • 人物地位
    近代化學奠基人之一

人物簡介

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日生于巴黎,因其包稅官的身份在法國大革命時的1794年5月8日于巴黎被處死。拉瓦錫與他人合作製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。拉瓦錫之于化學,猶如牛頓之于物理學。

早年生活

拉瓦錫出生在一個律師家庭。1754年到1761年在馬薩林學院學習。家人欲要他當律師,但他本人卻對自然科學更感興趣。1761年他進入巴黎大學法學院學習,獲得律師資格。課餘時間他繼續學習自然科學,從魯埃爾那裏接受了系統的化學教育和對燃素說的懷疑。1764年至1767年他作為地理學家蓋塔(Jean-EtienneGuettard)的助手,進行採集法國礦產、繪製法國地圖的工作。在考察礦產過程中,他研究了生石膏與熟石膏之間的轉變,同年參加法國科學院關于城市照明問題的征文活動獲獎。1767年他和蓋塔共同組織了對阿爾薩斯-洛林地區的礦產考察。1768年年僅25歲的拉瓦錫成為法蘭西科學院院士。

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1770年一派學者堅持已經被波義耳否定的四元素說,認為水長時間加熱會生成土類物質。為了搞清這個問題,拉瓦錫將蒸餾水密封加熱了101天,發現的確有微量固體出現。他使用天平進行測量,發現容器質量的減少正等于產生固體物的質量,而水質量沒有變化,從而駁斥了這一觀點。1771年拉瓦錫與同事的女兒,13歲瑪麗·安娜·皮埃爾萊特結婚,皮埃爾萊特通曉多種語言,多才多藝,她將英文文獻翻譯給拉瓦錫,為他的書作插圖並儲存拉瓦錫實驗記錄,協助丈夫進行科學研究。​

氧化學說

為了解釋“燃燒”這一常見的化學現象,德國醫生斯塔爾提出燃素說,認為物質在空氣中燃燒是物質失去燃素,空氣得到燃素的過程。燃素說可以解釋一些現象,因此很多化學家包括普利斯特裏和舍勒等人都擁護這一說法。普利斯特裏更是將自己發現的氧氣稱為“脫燃素空氣”,用來解釋物質在氧氣中燃燒比空氣中劇烈。但是燃素說始終難以解釋金屬燃燒之後變重這個問題。一派人索性認為這是因為測量的誤差導致,另一派比較極端的燃素說維護者甚至認為在金屬燃燒反應中燃素帶有負質量。

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面對如此的局面,1772年秋天開始拉瓦錫對硫、錫和鉛在空氣中燃燒的現象進行研究。為了確定空氣是否參加反應,他設計了著名的鍾罩實驗。通過這一實驗,可以測量反應前後氣體體積的變化,得到參與反應的氣體體積。他還將鉛在真空密封容器中加熱,發現質量不變,加熱後開啟容器,發現質量迅速增加。盡管實驗現象與燃素說支持者相同,但是拉瓦錫提出了另一種解釋,即認為物質的燃燒是可燃物與空氣中某種物質結合的結果,這樣可以同時解釋燃燒需要空氣和金屬燃燒後質量變重的問題。但是此時他仍然無法確定是那一種組分與可燃物結合。1774年10月普利斯特裏訪問巴黎,和拉瓦錫進行討論。這次討論和拉瓦錫後來的成果的關系至今仍有爭論,普利斯特裏在後來文章中說並將自己加熱汞灰(氧化汞)生成氣體(氧氣)這一結果告訴拉瓦錫。而有些人則認為並非如此。

1775年路易十六宣布將火葯工業國有化,拉瓦錫被派往巴黎軍火庫進行國有化工作,同時設計新的硝石製備方法來提高黑火葯的質量。在他的努力下,法國的槍械的火力迅速提高。工作之餘他建立了自己的實驗室,繼續進行燃燒研究。他直接加熱氧化汞,發現一種性質類似于平常的空氣的氣體產生。這種氣體可以支持燃燒與呼吸,並且與一氧化氮混合後體積減小。最開始他將這種氣體和空氣混為一談。普利斯特裏讀到拉瓦錫文章之後指出,拉瓦錫所提到的這種氣體就是他所發現的“脫燃素空氣”,並且指明這種氣體的反應效果比空氣強很多。拉瓦錫接受了普利斯特裏的批評,同時確認了這就是他一直尋找的那種在空氣中的支持燃燒的氣體。在1777年的《燃燒概論》(Surlacombustionengénéral)和1778年的《酸性概論》(Considérationsgénéralessurlanaturedesacides)中,他正式闡釋了自己的氧化說。認為燃燒是物質和空氣中約佔五分之一的氧氣反應的結果。同時基于很多燃燒產物的水溶液具有酸性,他得出任何酸中都含有氧的錯誤結論,所以1779年他將空氣中支持燃燒的一部分命名為oxygen(希臘語:形成酸的)即氧氣,另一部分命名為azote(希臘語:無生命的)即氮氣。

隨後,拉瓦錫開始關註普利斯特裏關于血液在氧氣保持紅色而在二氧化碳中變黑的描述,認為動物的呼吸作用可能也是一種氧化過程。他和拉普拉斯共同進行研究,他們使用幾內亞鼠進行實驗,通過測量冰盒中冰塊的融化得出呼吸放出的熱量,同時測量幾內亞鼠呼出的二氧化碳。另一方面他們燃燒可以生成同樣二氧化碳的木炭,測量其放出的熱量。發現兩者有一定類似關系,從而初步得出了動物的呼吸作用實質上是緩慢的氧化過程的結論。

1783年亨利·卡文迪什(HenryCavendish)發現了“可燃氣體”即氫氣,發現它可以與氧氣生成水。但是由于卡文迪許仍然將這一反應解釋為燃素的轉移。此時卡文迪許的助手訪問巴黎,將這一成果告訴拉瓦錫。拉瓦錫馬上意識到這一反應正是氧化說的有力佐證,並且自己進行實驗將水蒸汽通過熱槍筒,發現水被分解了。他發表文章認為水實質上是化合物,並用自己的學說對其生成和分解進行了簡潔而圓滿的解釋,但是拉瓦錫很少在論文中寫明借助了他人的工作,這是他的一個缺陷。拉瓦錫從氫氣燃燒生成水這一實驗事實感覺到以前的實驗忽略了對呼出氣體中的水的測定。于是他請了一個助手來進行人體實驗,希望可以搞清人類呼吸的實質。但是這一實驗被法國大革命所中斷,後來他的助手完成了實驗,初步證明了人的呼吸中有碳和氫的氧化過程。

理論傳播

1787年之後拉瓦錫社會職務漸重,用于科學研究時間較少。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(ClaudeLouisBerthollet)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》(Méthodedenomenclaturechimique)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,但是由于對實驗前後質量測試的不準確,有些人開始懷疑這一觀點。1740年俄羅斯化學家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,但是由于莫斯科大學處于歐洲科學研究的中心之外,所以他的觀點沒有被人註意到。

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基于氧化說和質量守恆定律,1789年拉瓦錫發表了《化學基礎》(TraitéÉlémentairedeChimie)這部集他的觀點之大成的教科書,在這部書裏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(盡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于燃素說的繁復解釋和各種充滿煉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裏對其堅決抵製,但是年輕的化學家非常歡迎,這部書也因此與波義耳的《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,給予科學家薪資同時要求完成某些任務。由于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製定新度量衡系統,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(約等于1米)建立米製系統。接著科學院指定拉瓦錫負責質量標準的製定。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。這種系統盡管當時受到了很大阻力,但是今天已經被世界通用。

人物逝世

1768年拉瓦錫加入法國由國王直接管轄的稅務機關(Fermi)。當時的法律規定,如果稅務官收的稅除去交給國王的還有剩餘,那麽就由他自己支配,于是很多稅務官不用工作也有大筆的收入。這使得很多納稅人特別是農民對稅務官印象極差。拉瓦錫本人也有一些額外收入,盡管他將其中大部分都用作購買和製造儀器,並進行了鹽稅的改革,修築了城牆以打擊走私。甚至在自己的農場進行農業化學實驗,希望可以通過提高產量來抵消高稅收的影響。但是他最終受累于稅務官這一身份。

1780年馬拉(法國大革命中雅各賓派領導人之一)發表了一篇證明火是元素的論文。希望借此可以入選法蘭西科學院,拉瓦錫對此論文給予很低的評價。1791年馬拉寫了一本小冊子抨擊稅務官,其中指責拉瓦錫為了防止走私所修築的城牆污染巴黎空氣,向煙草上灑水增加重量,盤剝百姓。而實際上拉瓦錫是為了防止煙草幹燥才要求灑水,並且在灑水之前要稱重,所有交易以幹重為標準。這部小冊子的攻擊使得民眾對稅務官的仇恨達到了頂峰。

1794年拉瓦錫被捕。他以前的研究伙伴雖然有的已經在政府裏謀職,卻人人自危,不敢發一言以救之。5月8日拉瓦錫被定罪,當天與其他27個稅務官一起上了斷頭台,後來被平反。流傳甚廣的說法是當時他的朋友希望法官看在拉瓦錫的科學貢獻上饒他一命,法官回答“共和國不需要科學家,司法程式不容延誤”,這一說法已經被確定為子虛烏有。還有另外一種傳說,拉瓦錫和劊子手約定頭被砍下後盡可能多眨眼,以此來確定頭砍下後是否還有感覺,拉瓦錫一共眨了十五次,這是他最後的研究。這一傳說同樣不見于正史。

拉瓦錫死後,拉格朗日惋惜道:“僅僅一瞬間,我們就砍下了他的頭,但是再過一個世紀也未必再有如此的頭腦出現。”(Ilneleurafalluqu'unmomentpourfairetombercettetête,etcentannées,peut-être,nesuffirontpaspourenreproduireunesemblable.)所幸拿破崙當政後非常註重科學的研究,尊重科學家,建立了巴黎綜合理工學院,拉普拉斯、拉格朗日、貝托萊等人都得到了很好的研究條件,法國的科學研究才並未停滯。

大事年表

1743年8月26日生于巴黎。

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于飲用水的質量。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。狹隘的礦泉水研究隻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,而且關註的人主要是為國家提供勞動力、創造財富的勞動人民。”

1775年任皇家火葯局局長,火葯局裏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裏完成的。

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日于巴黎被處死。

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