【文章內容簡介】 無止境的，物質是由元素構成的，那么，元素又是由什么構成的呢？1803年，英國化學家道爾頓創(chuàng)立的原子學說進一步解答了這個問題。原子學說的主要內容有三點：1．一切元素都是由不能再分割和不能毀滅的微粒所組成，這種微粒稱為原子；2．同一種元素的原子的性質和質量都相同，不同元素的原子的性質和質量不同；3．一定數(shù)目的兩種不同元素化合以后，便形成化合物。原子學說成功地解釋了不少化學現(xiàn)象。隨后意大利化學家阿佛加德羅又于1811年提出了分子學說，進一步補充和發(fā)展了道爾頓的原子學說。他認為，許多物質往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧氣是以兩個氧原子組成的氧分子，而化合物實際上都是分子。從此以后，化學由宏觀進入到微觀的層次，使化學研究建立在原子和分子水平的基礎上。資料三：舍勒和普里斯特里發(fā)現(xiàn)氧氣的制法。令后人尊敬的瑞典化學家舍勒的職業(yè)是藥劑師——chemist，他長期在小鎮(zhèn)徹平的藥房工作，生活貧困。白天，他在藥房為病人配制各種藥劑。一有時間，他就鉆進他的實驗室忙碌起來。有一次，后院傳來一聲爆鳴，店主和顧客還在驚詫之中，舍勒滿臉是灰地跑來，興奮地拉著店主去看他新合成的化合物，忘記了一切。對這樣的店員，店主是又愛又氣，但從來不想辭退他，因為舍勒是這個城市最好的藥劑師。到了晚上，舍勒可以自由支配時間，他更加專心致志地投入到他的實驗研究中。對于當時能見到的化學書籍里的實驗，他都重做一遍。他所做的大量艱苦的實驗，使他合成了許多新化合物，他研究了不少物質的性質和成分，發(fā)現(xiàn)了白鎢礦等。至今還在使用的綠色顏料舍勒綠（Scheele’s green）,就是舍勒發(fā)明的亞砷酸氫銅（CuHAsO3）。如此之多的研究成果在十八世紀是絕無僅有的，但舍勒只發(fā)表了其中的一小部分。直到1942年舍勒誕生二百周年的時候，他的全部實驗記錄、日記和書信才經(jīng)過整理正式出版，共有八卷之多。其中舍勒與當時不少化學家的通信引人注目。通信中有十分寶貴的想法和實驗過程，起到了互相交流和啟發(fā)的作用。法國化學家拉瓦錫對舍勒十分推崇，使得舍勒在法國的聲譽比在瑞典國內還高。1775年2月4日，33歲的舍勒當選為瑞典科學院院士。這時店主人已經(jīng)去世，舍勒繼承了藥店，在他簡陋的實驗室里繼續(xù)科學實驗。由于經(jīng)常徹夜工作，加上寒冷和有害氣體的侵蝕，舍勒得了哮喘病。他依然不顧危險經(jīng)常品嘗各種物質的味道——他要掌握物質各方面的性質。他品嘗氫氰酸的時候，還不知道氫氰酸有劇毒。1786年5月21日，為化學的進步辛勞了一生的舍勒不幸去世，終年只有44歲。舍勒發(fā)現(xiàn)氧氣的兩種制法是在1773年。第一種方法是分別將KNOMg（NO3）Ag2COHgCOHgO加熱分解放出氧氣：2KNO3==2KNO2+O2↑2Mg（NO3）2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑2HgO==2Hg+O2↑第二種方法是將軟錳礦（MnO2）與濃硫酸共熱產(chǎn)生氧氣：2MnO2+2H2SO4（濃）== 2MnSO4+2H2O+O2↑舍勒研究了氧氣的性質，他發(fā)現(xiàn)可燃物在這種氣體中燃燒更為劇烈，燃燒后這種氣體便消失了，因而他把氧氣叫做“火氣”。舍勒是燃素說的信奉者，他認為燃燒是空氣中的“火氣”與可燃物中的燃素結合的過程，火焰是“火氣”與燃素相結合形成的化合物。他將他的發(fā)現(xiàn)和觀點寫成《論空氣和火的化學》。這篇論文拖延了4年直到1777年才發(fā)表。而英國化學家普里斯特里在1774年發(fā)現(xiàn)氧氣后，很快就發(fā)表了論文。普里斯特里始終堅信燃素說，甚至在拉瓦錫用他們發(fā)現(xiàn)的氧氣做實驗，推翻了燃素說之后依然故我。他將氧氣叫做“脫燃素氣”。 1773年普里斯特里結識了著名的美國科學家兼政治家富蘭克林，他們后來成了經(jīng)常書信往來的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的啟發(fā)和鼓勵。他在化學、電學、自然哲學、神學四個方面都有很多著述。1774年普里斯特里到歐洲大陸參觀旅行。在巴黎，他與拉瓦錫交換了好多化學方面的看法。正直的普里斯特里同情法國大革命，曾在英國公開做了幾次演講。英國一批反對法國大革命的人燒毀了他的住宅和實驗室。普里斯特里于1794年他六十一歲的時候不得已移居美國，在賓夕法尼亞大學任化學教授。美國化學會認為他是美國最早研究化學的學者之一。他住過的房子現(xiàn)在已建成紀念館，以他的名字命名的普里斯特里獎章已成為美國化學界的最高榮譽。 拉瓦錫和他的天平。燃素說的推翻者，法國化學家拉瓦錫原來是學法律的。1763年，他20歲的時候就取得了法律學士學位，并且獲得律師開業(yè)證書。他的父親是一位律師，家里很富有。所以拉瓦錫不急于當律師，而是對植物學發(fā)生了興趣。經(jīng)常上山采集標本使他對氣象學也產(chǎn)生了興趣。后來，拉瓦錫在他的老師，地質學家葛太德的建議下，師從巴黎有名的魯伊勒教授學習化學。拉瓦錫的第一篇化學論文是關于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。當他加熱石膏時放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細測定了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質量。從此，他的老師魯伊勒就開始使用“結晶水”這個名詞了。這次成功使拉瓦錫開始經(jīng)常使用天平，并總結出了質量守恒定律。質量守恒定律成為他的信念，成為他進行定量實驗、思維和計算的基礎。例如他曾經(jīng)應用這一思想，把糖轉變?yōu)榫凭陌l(fā)酵過程表示為下面的等式：葡萄糖 == 碳酸（CO2）+ 酒精這正是現(xiàn)代化學方程式的雛形。用等號而不用箭頭表示變化過程，表明了他守恒的思想。拉瓦錫為了進一步闡明這種表達方式的深刻含義，又具體地寫到：“我可以設想，把參加發(fā)酵的物質和發(fā)酵后的生成物列成一個代數(shù)式。再逐個假定方程式中的某一項是未知數(shù)，然后分別通過實驗，逐個算出它們的值。這樣以來，就可以用計算來檢驗我們的實驗，再用實驗來驗證我們的計算。我經(jīng)常卓有成效地用這種方法修正實驗的初步結果，使我能通過正確的途徑重新進行實驗，直到獲得成功。”早在拉瓦錫出生之時，多才多藝的俄羅斯科學家羅蒙諾索夫就提出了質量守恒定律，他當時稱之為“物質不滅定律”，其中含有更多的哲學意蘊。但由于“物質不滅定律”缺乏豐富的實驗根據(jù)，特別是當時俄羅斯的科學還很落后，西歐對沙俄的科學成果不重視，“物質不滅定律”沒有得到廣泛的傳播。1772年秋天，拉瓦錫照習慣稱量了一定質量的白磷使之燃燒，冷卻后又稱量了燃燒產(chǎn)物P2O5的質量，發(fā)現(xiàn)質量增加了！他又燃燒硫磺，同樣發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的質量大于硫磺的質量。他想這一定是什么氣體被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更細致的實驗：將白磷放在水銀面上，扣上一個鐘罩，鐘罩里留有一部分空氣。加熱水銀到40℃時白磷就迅速燃燒，之后水銀面上升。拉瓦錫描述道：“這表明部分空氣被消耗，剩下的空氣不能使白磷燃燒，并可使燃燒著的蠟燭熄滅；（P2O5，）。增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量接近相同?！比妓卣f認為燃燒是分解過程，燃燒產(chǎn)物應該比可燃物質量輕。而拉瓦錫實驗的結果卻是截然相反。他把實驗結果寫成論文交給法國科學院。從此他做了很多實驗來證明燃素說的錯誤。在1773年2月，他在實驗記錄本上寫到：“我所做的實驗使物理和化學發(fā)生了根本的變化?！彼麑ⅰ靶禄瘜W”命名為“反燃素化學”。1774年，拉瓦錫做了焙燒錫和鉛的實驗。他將稱量后的金屬分別放入大小不等的曲頸瓶中，密封后再稱量金屬和瓶的質量，然后充分加熱。冷卻后再次稱量金屬和瓶的質量，發(fā)現(xiàn)沒有變化。打開瓶口，有空氣進入，這一次質量增加了，顯然增加量是進入的空氣的質量（設為A）。他再次打開瓶口取出金屬鍛灰（在容積小的瓶中還有剩余的金屬）稱量，發(fā)現(xiàn)增加的質量正和進入瓶中的空氣的質量相同（即也為A）。這表明鍛灰是金屬與空氣的化合物。拉瓦錫進一步想，如果設法從金屬鍛灰中直接分離出空氣來，就更能說明問題。他曾經(jīng)試圖分解鐵鍛灰（即鐵銹），但實驗沒有成功。拉瓦錫制得氧氣之后 到了這年的10月，普里斯特里訪問巴黎。在歡迎宴會上他談到“從紅色沉淀（HgO）和鉛丹（Pb3O4）可得到‘脫燃素氣’”。對于正在無奈中的拉瓦錫來說，這條信息是很直接的啟發(fā)。11月，拉瓦錫加熱紅色的汞灰制得了氧氣。在舍勒的啟發(fā)下，拉瓦錫甚至制造了火車頭大小的加熱裝置，其中心是聚光鏡。平臺下面是六個大輪子，以便跟著太陽隨時轉動。1775年，拉瓦錫的實驗中心已從分解金屬鍛灰轉移到了對氧氣的研究。他發(fā)現(xiàn)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，其實是吸收了氧氣，與氧氣化合，即氧化。這就是推翻了燃素說的燃燒的氧化理論。與此同時，拉瓦錫還用動物實驗，研究了呼吸作用，認為“是氧氣在動物體內與碳化合，生成二氧化碳的同時放出熱來。這和在實驗室中燃燒有機物的情況完全一樣?！边@就解答了體溫的來源問題。空氣中既然含有1/4的氧氣(數(shù)據(jù)來自原文），就應該含有其余的氣體，拉瓦錫將它稱為“碳氣”。研究了空氣的組成后，拉瓦錫總結道：“大氣中不是全部空氣都是可以呼吸的；金屬焙燒時，與金屬化合的那部分空氣是合乎衛(wèi)生的，最適宜呼吸的；剩下的部分是一種‘碳氣’，不能維持動物的呼吸，也不能助燃?！彼讶紵c呼吸統(tǒng)一了起來，也結束了空氣是一種純凈物質的錯誤見解。1777年，拉瓦錫明確地譏諷和批判了燃素說：“化學家從燃素說只能得出模糊的要素，它十分不確定，因此可以用來任意地解釋各種事物。有時這一要素是有重量的，有時又沒有重量；有時它是自由之火，有時又說它與土素相化合成火；有時說它能通過容器壁的微孔，有時又說它不能透過；它能同時用來解釋堿性和非堿性、透明性和非透明性、有顏色和無色。它真是只變色蟲，每時每刻都在改變它的面貌。”　　　　這年的9月5日，拉瓦錫向法國科學院提交了劃時代的《燃燒概論》，系統(tǒng)地闡述了燃燒的氧化學說，將燃素說倒立的化學正立過來。這本書后來被翻譯成多國語言，逐漸掃清了燃素說的影響。化學自此切斷了與古代煉丹術的聯(lián)系，揭掉了神秘和臆測的面紗，代之以科學的實驗和定量的研究?；瘜W進入了定量化學（即近代化學）時期。所以我們說拉瓦錫是近代化學的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣，但由于他們思維不夠廣闊，更多地只是關心具體物質的性質，沒有能沖破燃素說的束縛。與真理擦肩而過是很遺憾的。拉瓦錫對化學的另一大貢獻是否定了古希臘哲學家的四元素說和三要素說，辨證地闡述了建立在科學實驗基礎上的化學元素的概念：“如果元素表示構成物質的最簡單組分，那么目前我們可能難以判斷什么是元素；如果相反，我們把元素與目前化學分析最后達到的極限概念聯(lián)系起來，那么，我們現(xiàn)在用任何方法都不能再加以分解的一切物質，對我們來說，就算是元素了?！崩咤a對燃素說和其它陳腐觀點的譏諷和批判是無情和激烈的。這使他在創(chuàng)建科學勛績的同時得罪了一大批同時代和老一輩的科學家。在《影響世界歷史的一百位人物》中，在許多有關歷史、科學史、化學史的書籍中，作者都對拉瓦錫總是突出自己的人格特點進行低調的描述和評價，指責他在《化學概要》里沒有提起舍勒和普里斯特里對他的啟示和幫助。但我們得看到，拉瓦錫確實具有非凡的科學洞察力和勇往直前的無畏精神。雖然不是他最先發(fā)現(xiàn)氧氣的制法，但他通過制取氧氣分析了空氣的組成，建立了燃燒的氧化學說。氧氣因此不同于其它氣體，被賦予非凡的科學意義。拉瓦錫十分勤奮，每天六點起床，從六點到八點進行實驗研究，八點到下午七點從事火藥局長或法國科學院院士的工作，七點到晚上十點，又專心從事他的科學研究。星期天不休息，專門進行一整天的實驗工作。拉瓦錫28歲結婚時，他的妻子只有14歲。他們一生沒有孩子，但生活非常愉快。她幫助拉瓦錫實驗，經(jīng)常陪伴在他身邊。在拉瓦錫的著作里，有很多插圖都是他的妻子畫的。1789年法國大革命爆發(fā)，三年后拉瓦錫被解除了火藥局長的職務。1793年11月，國民議會下令逮捕舊王朝的包稅官。拉瓦錫由于曾經(jīng)擔任過包稅官而自首入獄。極左派馬拉曾與拉瓦錫有過激烈的科學爭論，心存嫉恨，便誣陷拉瓦錫與法國的敵人有來往，犯有叛國罪，于1794年5月8日把他送上了斷頭臺。對此，當時科學界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利數(shù)學家拉格朗日痛心地說：“他們可以一瞬間把他的頭割下，而他那樣的頭腦一百年也許長不出一個來?！边@時，拉瓦錫正當壯年，是51歲。偉大的化學家拉瓦錫。法國化學家拉瓦錫開創(chuàng)了化學發(fā)展新紀元，被稱為近代化學之父。他進行的化學革命被公推為18世紀科學發(fā)展史上最輝煌的成就之一。在這場革命中，他以雄辯的實驗事實為依據(jù)，推翻了統(tǒng)治化學理論達百年之久的燃素說，建立了以氧為中心的燃燒理論。針對當時化學物質的命名呈現(xiàn)一派混亂不堪的狀況，拉瓦錫與他人合作制定出化學物質命名原則，創(chuàng)立了化學物質分類的新體系。根據(jù)化學實驗的經(jīng)驗，拉瓦錫用清晰的語言闡明了質量守恒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(fā)展奠定了重要的基礎。拉瓦錫的家庭經(jīng)濟狀況足以維持其從事科研的生活，但是拉瓦錫妄圖發(fā)財，幾乎在他投身科學研究的同時，于1768年加入了包稅商集團（所謂征稅承包業(yè)指由一批商人組成的集團，把法國國王的部分征稅承包下來，由商人雇用人員到各地強行征收鹽、酒、煙草及其它商品的關稅。包稅商除了上繳給國王一定稅款外。還要從中獲得一定的利潤。這種征稅承包業(yè)顯然加重了對平民百姓的盤剝）。從此賺錢的買賣花費了他不少精力。他萬萬沒有想到，這一問題為他招來了滅頂之災。1793年，革命政權逮捕了包括拉瓦錫在內的包稅商，第二年以超過法定數(shù)4％的收入，謀取6一10％的利潤的罪行而被處死，一位杰出的科學家正當他事業(yè)興旺時，落得這樣一個可悲的結局，當時和后來的許多人都對此深感惋借。拉瓦錫雖然死了，他對發(fā)展近代科學的突出貢獻，后人并沒有抹煞他的科學思想、科學方法長期以來一直成為人們學習和研究的內容，人們從中獲得了不少啟迪和教益。綜觀拉瓦錫的實驗研究和理論建樹，正如有人評論說：拉瓦錫既沒有發(fā)現(xiàn)新物質，也沒有提出新的實驗項目，甚至沒有創(chuàng)新或改進實驗手段或方法，然而他卻在重復前人的實驗中，通過嚴格的合乎邏輯的步驟，闡明了所得結果的正確解釋，作出了化學發(fā)展上的不朽功績。成功的原因是多方面的，首先他強調了實驗是認識的基礎，他的治學座右銘是：不