理论教育 西方化学史:炼金术士与化学之父玻意耳的贡献

西方化学史:炼金术士与化学之父玻意耳的贡献

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:于是,慢慢地,炼金术士成了最早的化学家。“化学之父”玻意耳到17世纪,在英国出现了西方历史上第一位伟大的化学家玻意耳。玻意耳的第三个贡献是指出了空气对于燃烧的必要性。燃素说是第一个系统化的化学理论,它也诞生于17世纪,这种理论认为,一切可燃物之所以能够燃烧,是因为在它的内部有一种“燃素”。一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体的吸收与释放燃素。这是因为酸将金属中的燃素夺走了的缘故。

西方化学史:炼金术士与化学之父玻意耳的贡献

化学是以古老的炼金术为始的,或者说,古老的炼金术乃是最早的化学。

炼金术是一门十分有趣的学问,几乎整个古代文明世界,从古代中国、埃及、希腊、阿拉伯文明中都有炼金术,就是想用不那么宝贵的东西,例如铅、铜之类炼出宝贵的黄金。

这种炼金术在西方从古希腊一直延续到文艺复兴,在中世纪的欧洲尤其盛行,当然到最后谁也没有炼成黄金。后来,许多炼金术慢慢地将目光从单纯的炼金中脱身出来,开始关注物质本身,特别是当他们看到自己的炼制虽然没有得到黄金,有时却能炼制出一些从来没有看到过的新物质时,他们的眼睛便不由自主地转向了这些新物质,努力研究它们,想要了解它们。

这时候,炼金术士们的“丹房”里有了大量的器皿以及文献资料和书籍等,已经颇像现在的化学实验室了。于是,慢慢地,炼金术士成了最早的化学家。他们研究的目的不再是为了炼出金子,而是试图从已有的自然物质中提炼出具有新用途的新物质。

“化学之父”玻意耳 到17世纪,在英国出现了西方历史上第一位伟大的化学家玻意耳。

玻意耳的主要贡献有三个:一是发现了玻意耳定律,指出在一定的温度条件下,定量气体的压强与体积成反比;二是提出了新的元素说。他反对亚里士多德的水火土气四元素论,认为存在着一种基本的元素,它不能再分解,它们是一些微粒,正是这些微粒数目、位置与运动等不同方式的结合产生了不同的物质。

玻意耳的第三个贡献是指出了空气对于燃烧的必要性。他想法制造出了真空环境,并且发现在真空环境里,即使再易燃的东西也不会燃烧。从这个理论出发本来可以产生许多伟大的发现,例如发现燃烧所必需的氧气。但他的发现却没有被正确地推广,反而被一种新的不那么正确的理论所解释与代替,这就燃素说

燃素说是第一个系统化的化学理论,它也诞生于17世纪,这种理论认为,一切可燃物之所以能够燃烧,是因为在它的内部有一种“燃素”。一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体的吸收与释放燃素。物体之内含燃素越多,燃烧起来就会越猛烈,反之则否。例如硫黄、磷、油脂木炭等都是富含燃素的物质,而石头、炉灰、泥土等则不含有燃素,因此它们是不会燃烧的。当物体燃烧时,它里面的燃素就逸出去了。例如,当酒精燃烧后,它的燃素跑了,可燃的酒精就变成了不可燃的水。但燃素在某种条件下又可以回来,例如当我们煅烧金属时,由于它里面的燃素逸出,因此金属就会变成锻灰。如果锻灰与富含燃素的木炭放在一起燃烧时,它可以从木炭中吸收燃素,于是又会重新变成金属。至于为什么即使富含燃素的东西在燃烧时也一定需要空气,燃素说也能提供一个很好的解释:这是因为燃烧时燃素并不会自动从物质中出来,需要一个条件,那就是空气,是空气将燃素从可燃物中“吸”出来而发生燃烧的。

燃素说不仅能解释燃烧现象,还能解释许多非燃烧现象,例如为什么酸能腐蚀金属呢?这是因为酸将金属中的燃素夺走了的缘故。为什么天空中有闪电呢?这是因为大气中含有燃素。

如此等等,燃素说几乎能够解释当时发现的全部化学现象,由于它有这样大的本事,因此被许多人接受,成为统治几乎整个17和18世纪的权威化学理论。

大约在燃素说被广泛接受的同时,化学家们又从空气中发现了好几种新物质,如二氧化碳、氢气、氮气、氯气等。

拉瓦锡之死 这些新气体发现之后,尽管发现者大都以老的燃素说去解释它们,而且也似乎解释得通。但有一个人却不这么看,它就是伟大的化学家拉瓦锡。

拉瓦锡1743年生于文化之都巴黎,是一个富有的律师的儿子,23岁时他发表了一篇关于大城市中最佳照明方法的论文,赢得好评,并被授予巴黎科学院的金质奖章,25岁时就因为一篇有关水样分析的出色论文成为法国科学院院士。

但就在这时他进入了一家包税公司。这些包税公司先向王家承包定额的征税任务,然后大肆向民众敲诈勒索,他们的劣行遭到了法国民众的普遍痛恨。后来的事实证明,拉瓦锡这一步真是走错了。(www.daowen.com)

进入包税公司后,拉瓦锡又进入许多政府部门,例如他是国家火药研究所的研究员,政府农业委员会的秘书、也是国家度量衡调查委员会的委员,后来还当上了议员。1775年他被任命为政府的火药总监。

1789年,法国大革命爆发后,由于这时候从事科学研究基本上是出于个人爱好,不但没报酬,还得自己贴钱,因此往往只有上层富有人士才为之,因此大革命后不久科学便成了革命之敌,到1793年时连崇高的法国科学院都被革命政府取缔了。

拉瓦锡作为当时最有影响的科学家之一,他却并没有退缩,在革命爆发的日子里,他还在为科学事业而奔走呼号。这样的结果是,1793年11月,他被抓入大牢,罪名是他加入了包税公司。

这消息震动了科学界,许多人立即行动起来,设法营救拉瓦锡。他们称拉瓦锡是法国科学界的光荣,他为科学做出了多少多少贡献,这样的话语只是招来了革命者们的哄堂大笑。他们的心理,就如同革命法庭的一个副庭长所言:“革命不需要科学。”

拉瓦锡于1794年5月7日被处以死刑,第二天就在巴黎革命广场被送上了断头台,他泰然受死。这是科学史上从来也没有过的耻辱,也是法国大革命主要的污点之一。

拉瓦锡在化学方面的成就主要是解开了燃烧的秘密,驳倒了当时流行的燃素说。

1774年,拉瓦锡做了著名的煅烧实验,他将锡密封在一个曲颈瓶中,加热煅烧,使瓶中的金属变成煅灰,再称量瓶子的总质量,发现并未减少。当他打开瓶子后,发现立即有空气冲进瓶子里,这时再一称就发现瓶子和煅灰的总质量增加了。而且空气进入瓶子里增加的质量,与金属经煅烧后增加的质量正好相等。这说明是瓶子里的一部分空气进入了金属,与之化合,才形成了煅灰。

经过更加仔细的试验,特别是通过普里斯特利的氧化汞试验,拉瓦锡发现空气中只有一部分气体与瓶子中的金属产生了反应,而另一部分气体则没有参加反应。起作用的这部分空气就是普里斯特利所说的“去燃素气体”,拉瓦锡称之为“氧”,意即“成酸的元素”,因为他认为所有酸里都含有这种气体。还有,在这种气体里鸟儿们活得很舒服,格外活跃。另一部分气体他称之为“氮”,意即“无活力的空气”,因为拉瓦锡发现它不但不参加反应,而且鸟儿在它里面也活不下去。他还发现氧可以与碳化合,产生早已发现的“固定的空气”,其实就是空气中的二氧化碳。

到1777年9月,拉瓦锡向科学院递交了论文《燃烧概论》,正式对燃素说提出了批判,并提出了新的燃烧学说。他指出:1.燃烧时放出光和热。2.物体只有氧存在时才能燃烧。3.空气由两种成分组成。物质在空气中燃烧时,吸收了其中的氧,因而加重;所增加的质量恰好等于其所吸收的氧的质量。4.非金属燃烧后通常变为酸,氧是酸的本质,一切酸中都含有氧元素。金属燃烧后变成锻灰,它们是金属的氧化物。总之,燃烧不是什么燃素释放的结果,而是燃烧物质与氧化合的结果。

1787年时,拉瓦锡出版了名著《化学命名法》,对许多已知的元素与化合物进行了重新地分类与命名。由于这种命名法更加科学合理,也更容易理解,迅速产生了广泛的影响。

1789年,拉瓦锡又出版了经典之作《化学纲要》。书中以大量的实验为根据,系统全面地批判了燃素说,创立了氧化学说。拉瓦锡指出:元素“是化学分析所能达到的真正终点”,其他化合物都来自这些元素之间的化学反应

书中拉瓦锡还庄严地宣告:没有东西可以真正创造或者毁灭,只有形式的更换与变化,并且变化前后的质量必定相等。——这就是我们这个物质世界的基本定律之一,质量守恒定律。

经过这些努力,旧的燃素说终于被人忘却了,化学也步入了一个崭新的时代。

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