质量守恒定律

2019-12-03 18:37:15

  一场工业革命从英国开始,工业技术和生产力的发展引起了人们对生产 原料产生更深刻的认识。而纺织工业的发展又促使人们去研究染料,研究酸 碱,因而向化学领域提出了新的要求,而在这方面领头的,却是一个法国人, 他叫拉瓦锡(1743~1794 年)。 1743 年 8 月 26 日,拉瓦 于巴黎。父亲是一个非常有钱的律师,拉 瓦锡从小就不愁吃穿,上了中学又上大学,从法律系毕业后很顺利地也当上 了律师。然而不知是什么缘由让拉瓦锡对矿物特别感兴 在他办公桌的抽 屉里,常常放着一些石头、硫磺、石膏等等,就连卷宗里也时常可抖出一些 红绿颜色的矿粉来。出乎意外地他的一篇论文在一 赛中竟获得法国科学 院一枚金质奖章,这便让他下决心辞掉了律师职务,而献身于自己酷爱的化学事业。

  然而个人研究化学,需要建实验室,买仪器,是需要一笔不小的资金的,钱从何来?拉瓦锡凭借他律师的阅历,用特有的眼光在财政界一扫,便发现了一个生财之道。原来 18 世纪中叶,法国新兴的资产阶级已聚成了一股 强大的势力。但封建王朝却不甘退位,更加紧了对人民钱财的搜刮。其中的一个妙法就是收重税。但政府并不出面,而是承包给“包税人”。包税人预 先向国家交一笔巨款,然后再去收税。包税人只要保证向国家缴钱,至于再向老百姓收多少,国家便不管了。为了研究化学,拉瓦锡便从父亲那里借来 钱作抵押金,违心地当上了一名包税人。这样,很快拉瓦锡便拥有了自己的 化学实验室,而且还认识了一位金发碧眼的姑娘玛丽,玛丽是包税公司经理 的女儿,才 14 岁。但他们感情笃深,很快结为夫妻。玛丽性情温柔,又写得 一手好字,并擅长绘画,为丈夫抄论文,绘图表,天赐一个贤内助。一年后, 拉瓦锡当选为科学院院士。在这以后,他大部分时间是在实验室里渡过的。

  1789 年一个冬夜,寒气笼罩着巴黎,拉瓦锡和娇妻玛丽正围炉闲聊,玛 丽手中拿着一篇刚收到的文章正在朗读,拉瓦锡听完以后便再也坐不住了。 他一把抢过文章连续看了两遍。文章中说到将一块金刚石用高温灼烧以后, 便会消失得无影无踪。他认为这是不可能的,任何东西烧完后总要留下一点 灰烬。拉瓦锡立即钻进实验室,照着做了一次实验,果然如文章所说,金刚 石不翼而飞了。整整一夜,拉瓦锡无法入眠。天刚亮时,他翻身坐起:“玛 丽,我们赶快进实验室去,办法有了,也许问题就出在这里。” 拉瓦锡只穿一件睡 在实验台旁,他用不怕火的石墨软膏厚厚地将一 块金刚石裹起来,然后放在火上进行高温灼烧。他考虑过去人们研究燃烧都 是在空气里进行的,谁敢保证这种看不见的空气里会不会有什么物质在燃烧 时参加进去,或是带走什么呢?现在将这金刚石裹得严严实实不与空气接 触,看它会出现什么现象。他就这样睡 鞋、蓬头黑手地在实验台旁忙着。 这时在高温火焰下,那裹着厚厚一层石墨的金刚石已被烧得通红,就像炉子 里的红煤球一样。拉瓦锡小心地熄灭火,等它慢慢冷却后再剥开一看,发现 金刚石竟完好无损! “看来燃烧和空气有很大的关系。”他一边洗脸,一边说。 “燃烧不是物质内的燃素在起作用吗?”玛丽一边收拾仪器,一边问道。 “大家都这么说,我看未必就是这样。” 拉瓦锡早就对燃素说产生了怀疑。今天这个实验更加明确地证明了,燃 烧现象根本不在燃素,而在于空气。 然而在燃烧过程中空气发生了什么样的变化呢?最好的办法就是检测一 下它的重量。拉瓦锡立即又设计出新的实验方案。
他在密闭的容器里烧炼金属,在燃烧前后他都仔细地用天平称过重量, 发现重量没有一点变化,他再称金属灰的重量,增加了,又称烧过后的空气 的重量,却减少了,而减少的空气和增加了的金属灰 重量相等。于是拉 瓦锡便推断出化学上一条极重要的定律即:重量(质量)定恒定律。物质既 不能创造也不能消灭,化学反应只不过是物质由这种形式转换成另一种形式 的形式转换。 当拉瓦锡由燃烧金属发现燃素说并不可靠后,他便放下了其他研究课题 而专攻各种燃烧现象。他又投资添置了一些设备,带了几个助手,将自己的 实验室重新布置一番,实验室真成了一个燃烧展览馆。他这个豪华的实验室 曾接待过许多科学名人,瓦特、都曾到这里作客。一天英国学者普 里斯特利又来这里访问,拉瓦锡陪他在实验室边漫步边讨论问题。当来到几 个玻璃罩前时,普里斯特利问:“这是在干什么?” “我将 软木漂在水面上罩着燃烧,烧后水面就上升,占去罩内空间 的五分之一,你再看这个罩内是烧硫 ,水面也是上升了五分之一。这个 现象说明燃烧时总有五分之一的空气参加了反应。” “对。我也曾发现空气中有一种‘活空气’, 遇见它时会更亮,而 小老鼠没有它很快就会死亡。拉瓦锡先生,你知道舍勒在 1772 年就曾找见过 这种空气,他叫它为‘火焰空气’,我想,这和你找到的那五分之一的空气 很可能是一回事。但是,我觉得物质燃烧是因为有燃素,恐怕和这种空气没 有关系。” “不, 有没有它大不一样。 你看这玻璃罩里剩下的五分之四的 ‘死空气’ , 你若再放进什么含有‘燃素’的东西,无论 还是硫磺,它也不会燃烧了。 尊敬的普里斯特利先生,你的发现对我太有启发了,看来空气里一定包含有 两种以上的元素,起码这‘活空气’就是一种,空气并不是一种元素。” “这么说,水也不应该是一种元素了。因为我已经发现在水里也包含有 这种活空气,而且用一种活空气和另外一种空气(氢气)在密封容器里加热, 就又能生成水。” “真的吗?”拉瓦锡突然停下脚步,眼睛直盯着普里斯特利。 “真的。你这里的实验条件太好了,让我们重新做一次。” 普里斯特利熟练地制成了两种气体,然后将它们混合到一个密封容器 里,便开始加热,一会儿容器壁上果然出现了一层小水珠。拉瓦锡等实验一 完就拉着普里斯特利到客厅里,连叫玛丽。 “玛丽,你知道吗,我们今天不但进一步发现了燃烧的秘密,还找到了 新的元素,它既存在于水中,又存在于空气中,这可就打破了水和空气是一 种元素的说法,说明了它们都是可分的。这种东西能和非金属结合生成酸, 又能使生命活下去,就叫元氧吧。” “拉瓦锡先生,你真是一个很大胆的科学家,我曾经做过不知多少次实 验,你就是不敢放弃燃素说,总也没有找到问题的关键。今天这个发现真是 我们化学界的一件大喜事。” 氧气本是舍勒和普里斯特利最先发现的,然而他们为什么看不到它与物 质燃烧之间的关系呢?原来是受了旧燃素说的束缚,使他们不敢有任何非分 之想。本来做学问首先靠观察积累,第二要靠思考比较。观察积累基本上还 是在旧理论指导下的收集、整理,需要非常细心且能吃苦;而思考比较却是 在新事实的基础上进行归纳与突破,要的是大胆与勇敢。

  一个旧理论的推翻也就是一个新理论的建立。只有少数既聪明又勇敢的人才会去不断的观察新问题,收集新材料,不断的打破旧的理论框框,摈弃旧假设,胜利便是属于 他们这些人的。 段时间后,拉瓦锡的处境便开始困难起来,不久他正式被控贪污,又过 了不久他的实验室也被查封了。拉瓦锡并不觉得会有什么大事发生。 他想, 作为一个科学家,总要为社会办一点事,于是他便加紧编书。过去他曾出过 一本《化学教程》,这本书总结了他多年来所做的实验,并提出了氧化学说, 将统治化学界近百年的燃素说完全推翻。书刚一出版即被抢购一空。

  现在拉瓦锡又将这本书补充修订准备再版。并且他又将这几年新发现的元素整理成 一张表,共 33 种,分作四类: 1.气体单质:光、热、氧、氢、氮。 2.非金属单质:硫、 碳、盐酸根、硫酸根、硼酸根。 3.金属单质:锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、 铂、铅、钨、锌。 4.土类单质:石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。 这是化学史上的第一份科学的元素表。那些世界由水、土、气、火构成 的四元素说到此也就彻底破产了。化学在拉瓦锡面前是彻底敞开了大门。

  许多新奇的现象,有 问题,接踵而至。但是他有一种预感,感觉有什么祸 事就要临头了,手头的工作可能干不完了。这种莫名的念头又不敢对妻子说, 因此他整天埋头写作,妻子也加紧帮他画插图。 果然,一天上午,拉瓦锡刚在桌旁坐定就有两人进来,说法庭传他去一 趟。他知道 预感今天可能要变成现实了。他冷静地站起来说:“幸好我 的书已经全部完成了。”返身取了一顶帽子便随来人而去。在法庭上,审判 也极为草率,他本是律师出身,但也未能够张 自己辩护几句。一位好心 的律师提醒法官说:“拉瓦锡先生可是一位全欧洲闻名的科学家啊!”法官却说:“革命不需要科学家,只需要正义。”当即判了他的死刑。 1794 年 5 月 8 日,拉锡被反绑着双手,押向广场中心的断头台。这时广场上已人山人海,将要断头的几个人一字排开的站在台上。拉瓦锡被判死刑 的消息,惊动了巴黎的许多科学家,真是太荒唐了,什么时候听说过一个科 学院的院士被抓来砍头呢?曾与他一起研究过化学命名法的柏托雷连忙赶 来。妻子玛丽也来了,她一夜之间老了许多,这时正抱住拉瓦头失声痛哭。拉瓦锡多么想用手为她拭去泪水,去拥抱一下这个从 14 岁起就开始追 随他的妻子,可是由于手被反绑着而无能为力。他让玛丽抬起头来,说要再仔细的看看她。拉瓦锡平静地说:“玛丽,你不要为我悲伤,感谢上帝,我 已完成了自己的工作。我今年 51 岁,可以说已经度过了非常愉快的一生,而 且可以免去一个将会有诸多不便的晚年。我能够为后人留下了一点知识,可 能还留下了一点荣誉,应该说我是幸运的。”玛丽瞪着两只泪眼,只是呆呆 地望着他,喉咙里像被什么东西噎住发不出一点 来。 这时,只听身后那面大铡刀由空而降,嗖地落下,卷起一阵凉风,扫得 人心里发慌,接着就听“嚓”的一声,一颗人头像被菜刀剁下的一节黄瓜液 在台上。刚杀掉的是一个僧 接着,那面铡刀又嘎吱吱地升了起来,就听 监斩官吼道:“下一下,拉瓦锡!”玛丽听到这吼 便昏倒在拉瓦脚 下,柏托雷还抱着一线希望,冲到监斩官面前,高 道:“不能杀他啊, 法国不能杀掉自己的儿子。你们一瞬间就砍下他的头,可再过 100 年也不会长出一颗这样的头了啊!”但是,这位现代化学的创始者倾刻间便人头落地了。