“化學之父”安東-尼羅朗·拉瓦錫（Antoine-Laurent Lavoisier）在18世紀推行的“化學革命”是科學發展史上最輝煌的成就之一。他通過實驗事實為依據，推翻了統治了化學界長達百年之久的燃素學說，提出質量守恒定律，并建立了以氧為中心的氧化燃燒學說。他還制定出了化學物質的命名原則，改變了當時化學物質命名混亂不堪的狀況，創建了化學物質分類的新體系，為現代化學的發展奠定了基礎。

1761年，17歲的拉瓦錫從巴黎的馬薩林學院畢業時，化學還談不上是一門真正的科學。當時的物理在一個世紀前牛頓的引導下已經走上了正軌，而化學還沿用著古希臘傳下來的那一套接近哲學的古老理論。從亞里士多德開始，人們就相信物質是由四種元素組成的：土、空氣、火和水。這套根深蒂固的陳腐理論嚴重阻礙著化學的發展。18世紀初，德國科學家斯塔爾（Georg Ernst Stahl）提出燃素的概念來解釋燃燒的機制，他認為所有能夠燃燒的物體內部都含有燃素，當物體例如木頭被燃燒殆盡后，它所喪失的重量就是“燃素”的重量。這套燃素理論是當時化學界的主流思想，被奉為真理。

斯塔爾（維基百科）

17歲的拉瓦錫在父母的意愿下升學進入了法政大學。他的父親是一位富裕的律師，希望兒子能夠子承父業，但是拉瓦錫在大學里卻對自然科學產生了濃厚的興趣，并主動地學習數學、天文、化學等科學。從20歲開始，他堅持每天觀察氣象，并在假期隨著著名的地質學家蓋塔（Jean-étienne Guettard）到各地去做地質考察旅行。或許就是在這個時候，拉瓦錫就已經建立起以考察結果、實驗結果為研究標準的思考體系。1765年，法國科學院以重金征集一種能使路燈既明亮又經濟的設計方案，22歲的拉瓦錫雖未獲得頭等獎金，但他的設計被評為優秀方案，榮獲國王頒發的金質獎章，這項榮譽給了拉瓦錫很大鼓舞，并正式將他引薦進了科學界。拉瓦錫具有極高的天才，同時又有無需擔憂生計的富裕家庭做后盾，大學畢業后他便正式拋棄了自己的法律前程，全身心投入到化學研究中去了。1768年，他進入了法國皇家科學院。

1772年9月，拉瓦錫發現，磷和硫在燃燒過后不僅沒有損失重量，反而還增重了。這與斯塔爾的燃素學說有著尖銳的沖突，拉瓦錫思前想后，決心要解決這一矛盾。在各種燃燒實驗中，拉瓦錫發現，燃燒金屬后增加的重量來自于空氣。但是空氣中的什么成分和金屬結合了呢？當時的人們還沒能了解空氣的構成，拉瓦錫也無從推斷答案。

拉瓦錫的天平（巴黎工藝博物館）

1774年10月，英國化學家普利斯特列（Joseph Priestley）到巴黎訪問，拉瓦錫作為歡迎宴會的主辦人，和他有了一番圍繞燃燒的討論。現在普遍認為，普利斯特列是世界上第一個發現氧氣的人，他在那場宴會上告訴拉瓦錫，3個月前，他在加熱水銀灰（即氧化汞）的時候收集到了一種具有助燃作用的氣體，他還詳細地描述了這種氣體的性質：蠟燭能夠在這種氣體里極快地燃燒，而老鼠在裝滿這種氣體的瓶子里存活的時間是其他瓶子的兩倍。這給予了拉瓦錫啟示，他重復了加熱水銀灰的實驗，并發現這種氣體能夠與許多非金屬物質結合生成各種酸，于是他把這種氣體命名為“酸素”。現在氧元素的化學符號O就是來源于希臘文的“酸素”：Oxygene。可惜的是，普利斯特列是燃素論的忠實教徒，一直頑固地不肯接受拉瓦錫的理論。

拉瓦錫燃燒實驗的器材（網絡圖）

在對氧氣進行了系統的研究之后，拉瓦錫明確地指出，空氣不是一種獨立的元素，它其實是一種混合物，主要由氧氣和氮氣構成。1778年，他提出，所有燃燒，都是可燃物質與氧的結合，可燃物的重量之所以會增加，是因為在燃燒過程中吸收了氧。這就是大名鼎鼎的氧化學說。

描述1770年代拉瓦錫實驗場景的畫（維基百科）

在那個時代，人們無法認清物質的構成，只能粗略地把所有“不可再分”的物質當成是一種獨立的元素。空氣如此，水也是如此。在氧元素被確定之后的1781年，英國化學家卡文迪許（Henry Cavendish）發現，如果往氫氣與氧氣的混合物中通電，在火花產生過后，燒瓶壁內會出現水珠。卡文迪許在這時仍然信仰亞里士多德的四種元素理論，認為水是一種獨立的元素，所以他不能解釋這一實驗結果。卡文迪許的助手布拉格登于1783年訪問巴黎時將這個古怪的實驗結果告訴了拉瓦錫。拉瓦錫立即又重復了實驗，最后他不僅合成了水，甚至還能成功地把水分解成氫氣和氧氣。他利用氧化學說確定了水的組成：這是由氫和氧組成的化合物。

天才拉瓦錫后來又根據酒精這類有機化合物在燃燒后生成碳酸氣（也就是二氧化碳）和水的事實，建立了有機化合物的分析法：他將有機物放在一定體積的氧氣中燃燒，之后用堿液收集吸收到的碳酸氣，再從殘余物中計算出生成的水量，由此確定有機物中碳、氫、氧三種元素的比例。這巧妙的實驗現在已經是我們高中化學必修的內容。

卡文迪許的實驗裝置（維基百科）

拉瓦錫的工作是對過去幾千年人類陳舊認知的顛覆。為了與氧化學說相適應，1785年，拉瓦錫和他的幾個同行一起合作編寫了《化學命名法》。這本偉大的專著指出，每種物質都需要有一種固定的名稱，單質（也即元素）的命名應該盡可能地表達它的特性，化合物的命名則應該盡可能表現它的組成。據此，他們建議，將過去被稱為“金屬灰”的物質命名為金屬氧化物。舉個例子，普利斯特列做實驗用的水銀灰，就被改名成了氧化汞。這一次命名的改革其實相當不受歡迎：大家那么多年來習慣了的名稱說改就改，讓很多人都覺得不滿。拉瓦錫和他的同伴們頂著壓力繼續著這一看似大動干戈的革命，給后代的化學家們掃清了許多障礙：這套命名法清晰而科學，奠定了近代化學術語的基礎，現在我們使用的常見化學術語大部分都是根據它而來的。

拉瓦錫沒有發現新的物質，也沒有做新的實驗，他只是吸收、重復別人的實驗，通過嚴格的、合乎邏輯的步驟，對所有“奇怪”的現象做出了正確的解釋，并勇敢地打破權威，成就了自己不朽的功績。他的座右銘是“不靠猜想，而要根據事實”。他總將“質量不變”的規律作為思考問題的前提，將實驗結果作為理論的依據，而不是一味遵循前人留下的教條定律。拉瓦錫時刻保持清醒的頭腦，相信在自然世界中，無論物質如何變化，質量總是守恒的，這是他給近代化學發展做出的又一個突出的貢獻。

 

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拉瓦錫的化學革命

圖文簡介

“化學之父”安東-尼羅朗·拉瓦錫（Antoine-Laurent Lavoisier）在18世紀推行的“化學革命”是科學發展史上最輝煌的成就之一。