拉瓦锡的化学革命

科普中国 2016-04-19

　　“化学之父”安东-尼罗朗·拉瓦锡（Antoine-Laurent Lavoisier）在18世纪推行的“化学革命”是科学发展史上最辉煌的成就之一。他通过实验事实为依据，推翻了统治了化学界长达百年之久的燃素学说，提出质量守恒定律，并建立了以氧为中心的氧化燃烧学说。他还制定出了化学物质的命名原则，改变了当时化学物质命名混乱不堪的状况，创建了化学物质分类的新体系，为现代化学的发展奠定了基础。

　　1761年，17岁的拉瓦锡从巴黎的马萨林学院毕业时，化学还谈不上是一门真正的科学。当时的物理在一个世纪前牛顿的引导下已经走上了正轨，而化学还沿用着古希腊传下来的那一套接近哲学的古老理论。从亚里士多德开始，人们就相信物质是由四种元素组成的：土、空气、火和水。这套根深蒂固的陈腐理论严重阻碍着化学的发展。18世纪初，德国科学家斯塔尔（Georg Ernst Stahl）提出燃素的概念来解释燃烧的机制，他认为所有能够燃烧的物体内部都含有燃素，当物体例如木头被燃烧殆尽后，它所丧失的重量就是“燃素”的重量。这套燃素理论是当时化学界的主流思想，被奉为真理。

　　斯塔尔（维基百科）

　　17岁的拉瓦锡在父母的意愿下升学进入了法政大学。他的父亲是一位富裕的律师，希望儿子能够子承父业，但是拉瓦锡在大学里却对自然科学产生了浓厚的兴趣，并主动地学习数学、天文、化学等科学。从20岁开始，他坚持每天观察气象，并在假期随着著名的地质学家盖塔（Jean-Étienne Guettard）到各地去做地质考察旅行。或许就是在这个时候，拉瓦锡就已经建立起以考察结果、实验结果为研究标准的思考体系。1765年，法国科学院以重金征集一种能使路灯既明亮又经济的设计方案，22岁的拉瓦锡虽未获得头等奖金，但他的设计被评为优秀方案，荣获国王颁发的金质奖章，这项荣誉给了拉瓦锡很大鼓舞，并正式将他引荐进了科学界。拉瓦锡具有极高的天才，同时又有无需担忧生计的富裕家庭做后盾，大学毕业后他便正式抛弃了自己的法律前程，全身心投入到化学研究中去了。1768年，他进入了法国皇家科学院。

　　1772年9月，拉瓦锡发现，磷和硫在燃烧过后不仅没有损失重量，反而还增重了。这与斯塔尔的燃素学说有着尖锐的冲突，拉瓦锡思前想后，决心要解决这一矛盾。在各种燃烧实验中，拉瓦锡发现，燃烧金属后增加的重量来自于空气。但是空气中的什么成分和金属结合了呢？当时的人们还没能了解空气的构成，拉瓦锡也无从推断答案。

　　拉瓦锡的天平（巴黎工艺博物馆）

　　1774年10月，英国化学家普利斯特列（Joseph Priestley）到巴黎访问，拉瓦锡作为欢迎宴会的主办人，和他有了一番围绕燃烧的讨论。现在普遍认为，普利斯特列是世界上第一个发现氧气的人，他在那场宴会上告诉拉瓦锡，3个月前，他在加热水银灰（即氧化汞）的时候收集到了一种具有助燃作用的气体，他还详细地描述了这种气体的性质：蜡烛能够在这种气体里极快地燃烧，而老鼠在装满这种气体的瓶子里存活的时间是其他瓶子的两倍。这给予了拉瓦锡启示，他重复了加热水银灰的实验，并发现这种气体能够与许多非金属物质结合生成各种酸，于是他把这种气体命名为“酸素”。现在氧元素的化学符号O就是来源于希腊文的“酸素”：Oxygene。可惜的是，普利斯特列是燃素论的忠实教徒，一直顽固地不肯接受拉瓦锡的理论。