拉瓦锡与近代化学革命

　　十八世纪的法国爆发了两种大革命，一种是政治大革命，一种是化学革命。两种革命，拉瓦锡都卷入其中。在政治大革命中，他被指控为罪人而丢了脑袋；但在化学革命中，他却成了旗手。他建立的燃烧氧化学说，被称为“史无前例的化学革命”。

　　1、化学革命的背景

　　任何一种革命，总有它的背景，化学革命也不例外。它的发生，首先取决于自身的矛盾运动。十八世纪中期，愈来愈多的物质被发现，日益复杂的实验现象相继出现，极大地丰富了人们对物质世界和化学变化的认识，也使原来试图解释一切的“燃素说”变得难圆其说了，为此，法国的拉瓦锡、施塔贝尔和贝岩、荷兰的伯尔哈费、俄国的罗蒙诺索夫等化学家纷纷向“燃素说”发出了质疑和批判。 施塔贝尔在他的《教义—实验化学》一书中指出“燃素说”的自相矛盾；更尖锐批判“燃素说”的是拉瓦锡，他说：“化学家从燃素说只能得出模糊的要素，它十分不确定，因此可以用来任意解释事物。有时这一要素是有重量的，有时又没有重量；有时它是自由之火，有时又说它与土素相化合成火；有时说它能穿过容器器壁的微孔，有时又不能；它能同时解释碱性和非碱性、透明性和不透明性、有色和无色。它真是个变色虫，每时每刻都在改变它的面貌。”

　　要真正认识燃烧的本质，必须首先弄清空气的组成和氧气在燃烧中的作用。1772年和1774年，瑞典的舍勒和英国的普里斯特列分别用不同的方法制取了氧气并研究了其性质，但他俩却笃信“燃素说”，把氧气称为“火空气”和“脱燃素气体”。虽然舍勒和普里斯特列没有真正认识到氧气在燃烧中的作用，但却为拉瓦锡的燃烧氧化学说理论提供了决定性的证据。恩格斯说：“在化学中，燃素说经过百年的实验工作提供了这样一些材料，借助于这些材料，拉瓦锡才能在普里斯特列制出的氧气中发现了幻想的燃素的对立物，因而推翻了全部的燃素说。”所以在客观上，“燃素说”论者关于氧气的发现，为埋葬“燃素说”自身奠定了一块最牢固的基石。虽然“燃素说”是一个错误的学说，而正是由于其形成和本身的矛盾性，才吸引了一大批拥护者和反对者去争论、去思索、去不断进行新的实验，从而加速了人们对燃烧现象本质的揭示。

　　燃烧氧化学说的建立，在一定程度上还依赖于十八世纪分析化学的发展及其成就。十八的世纪的欧洲出现了许多象德国的马格列夫、瑞典的贝格曼等优秀的分析化学家，他们在广泛地进行定性分析的基础上，将定量分析用于提纯、分离新物质和探索复杂物质的领域中，为揭示燃烧现象的本质提供了大量的实验依据和分析测试手段。

　　社会的需求是科学技术发展的根本动力，科学研究的课题离不开社会实践的需要。当时的冶金业特别是钢铁工业的发展十分迅速，出现了许多与燃烧有关的问题，如：炼钢为什么要鼓风？风速应多大？量为多少？温度多高？所以亟需建立一种正确的燃烧理论来指导生产。正如恩格斯所说：“社会一但有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”

　　拉瓦锡生活在法国启蒙运动和资产阶级大革命时期，在革命中，社会制度和经济体制的重大变革必然在意识形态领域给人们带来了革命性的变化，同时代的拉瓦锡正是由于接受了这种解放思想、冲破旧观念束缚的革命精神的熏陶，才在科学上有极可贵的创新意识，所以化学革命与法国革命同时发生，这决非偶然。

　　在化学革命的内部条件和外部条件均已成熟的情况下，革命的发生也就成为历史的必然。

　　2、燃烧氧化学说何以称之为化学革命

　　拉瓦锡的燃烧氧化学说之所以称之为化学革命，是因为它具备了以下重要标志。

　　2、（1）燃烧氧化学说的建立是一种巨大的创新，它推翻并取代了世人仰奉百年之久的“燃素说”。

　　从十七世纪中叶到十八世纪中叶，一种靠观察与臆测而得出的理论—“燃素说”，统治着整个化学界。“燃素说”认为：任何与燃烧有关的化学变化都是物质获得燃素或失去燃素的过程。这种对燃烧现象本末颠倒的解释，在近百年的时间里一直是指导人们进行科学研究的规范理论，大大地禁锢了人们的思想。

　　1774年11月，拉瓦锡用加热汞灰的方法制得了一种助燃能力极强、能维持呼吸的“纯粹空气”，将其命名为“氧气”，在反复实验和研究的基础上，拉瓦锡于1777年9月，向法国科学院提交了具有划时代意义的论文—《燃烧概论》，提出了燃烧氧化学说。1789年，拉瓦锡又出版了他最重要的著作—《化学纲要》，其伟大之处在于：第一，书中以大量的事实、全新的观点，对化学革命进行了全面系统地阐释和总结，彻底推翻了“燃素说”，并以燃烧理论取而代之，进一步明确了化学的任务：“化学以自然界的各种物体为实验对象，旨在分解它们，以便对构成这些物体的各种物质进行单独检验。”书中还阐述了当时各学说的原理，介绍了酸、气体的形成、大气和水的成分、新化合物的命名等，这是当时任何教科书中都没有全面介绍过的，是化学界的新突破和新变革。第二，《化学纲要》是继波义耳的《怀疑派化学家》后又一次对化学元素下定义的重要著作，他在书中把元素定义为“凡是简单的不能再分离的物质”，这种对元素含义的表达比波义耳更准确、更明白。为此他还设计了分解与合成的科学实验方法，为日后的化学元素的不断发现奠定了基础。第三，拉瓦锡在书中制成了酸和碱的图表、酸和碱作用产物的图表，并将当时已知的33种元素根据其性质、化学反应分为四类，从而产生了化学史上第一张元素表，对化学的发展和探寻新元素、新物质具有重大意义。所以，化学革命的发生及《化学概论》的问世是化学科学进入新纪元的重要标志。

　　2、（2）燃烧氧化学说的建立是一种崭新的开拓，它开辟了化学研究的新领域，并变革了研究方法。

　　氧化学说的建立使人们不再只局限对燃烧现象的探讨和对矿物的分析，而是将研究范围扩大到了整个化学领域，如：物质组成、结构、分类、新物质的合成等，并在研究物质变化的基础上积极探寻各种规律。在拉瓦锡质量守恒理论指导下，1791年，德国化学家里希特提出了酸碱当量定律；1799年，法国化学家普鲁斯特提出了定组成定律；1803年，道尔顿发现了倍比定律……

　　在研究方法上，也不只局限于对物质变化的定性观察，而是将数学、物理等知识与化学相融合，开展了定量分析，使化学发展成为一门可以用数字表示的真正的科学。

　　2、（3）燃烧氧化学说的建立是一种质的飞跃，它引发了人们形成唯物辩证的自然观，导致了后世化学的迅猛发展和高度繁荣。

　　氧化学说的建立，不仅是旧理论的替换和化学基本观念及研究方法的变革，更重要的是人们世界观的转变，是研究境界的质的飞跃，促使人们以唯物主义的世界观代替形而上学的世界观，这也必然使化学本身以全新的面貌呈现在人们面前，并逐步走向精细，在理论和实验两方面得以空前发展和高度繁荣。马克思主义哲学认为：正确的理论一旦确立，就会变成改造客观世界的巨大的物质力量。氧化学说建立后的50年里，诸多新的定律、新化合物被发现。如：1799年法国贝托雷发现了可逆反应，指出了化学反应进行的方向与参加反应的物质的量关系；1802年英国道尔顿提出了原子学说；1807年法国盖。吕萨克提出了气体反应体积定律；1811年意大利阿弗加德罗提出分子假说；1814年瑞典贝采里乌斯发表了第一张原子量表，提出化学符号和方程式书写规则；1818年德国米希尔里希提出了同晶体定律；1819年法国杜隆和培蒂提出原子热容定律；1824年英国波拉提出催化反应吸咐理论……大量的物质如铀、铈、硒、钍、硅、矾、钾、钠、锂、苯等也相继被发现。

　　燃烧氧化学说建立之前的化学家的研究与探讨，带有很大的盲目性，所获得的认识也仅仅停留在感性阶段，而拉瓦锡却成功地实现了从感性认识到理性认识的第一次飞跃，他同时代及后来的科学家们在这一正确理论指导下，通过他们的实验与实践，才又获得了更多、更大的收获。

　　3、拉瓦锡的科学思想与研究方法

　　十八世纪，与拉瓦锡同时代的众多的科学家都致力于燃烧现象的研究，为什么掀起这场“史无前例的化学革命”的是拉瓦锡而不是别人呢？甚至舍勒和普利斯特列“当真理碰到他们鼻尖的时候还是没有得到真理”？如果我们探究“革命”的过程，并联系拉瓦锡的一系列科学成就来思考，就会发现这决非偶然。

　　（1）拉瓦锡勇于质疑，具有特别强烈的创新意识

　　拉瓦锡对旧理论、旧观念和前人的实验结论敢问一个为什么？这正是创新意识的动力和实质。他从不机械地重复别人的实验，而是批判地继承，使之成为新思想、新理论的论据。如在氧气制取实验上，拉瓦锡不仅重复了普里斯特列加热氧化汞产生氧气的操作，还使产生的汞和氧气重新结合生成氧化汞，结果，原来消耗的氧气量与重新生成的氧气的量完全相等。在验证氧气性质时，他不仅做了蜡烛在氧气中燃烧的实验，还做了磷、硫、木炭、铁、锡、铅及有机物在氧气中的燃烧实验；做了氧化铅、硝酸钾的分解实验以及动物的呼吸实验等等。在此基础上他才提出了氧化学说。

　　在科学上，拉瓦锡勇于批判旧规范、探索未知领域的精神始终如一。如：他改进了波义耳关于金属锻烧的实验，指出波义耳错误的关键。在水的组成实验上，他不仅让氧气和氢气化合生成水，又使水蒸气通过炽热的铁管分解得到了氧气和氢气，在化合与分解两方面证明了水的组成，并由此提出了科学的元素观。他首次提出了物质不灭定律和质量守恒定律，首次给化合物以合理的命名，首次对早期元素进行了分类，列出了第一张元素表……纵观拉瓦锡一生的科学活动，始终寓伟大成就于不断的创新求索中，所以他才能石破天惊，宣布一个科学新时代的到来。

　　卡文迪许早在拉瓦锡之前就完成了合成水的实验，并确定了氢气和氧气的体积比为2：1，这个结果足以证明水不是元素，而是化合物，但卡文迪许却墨守成规，囿于“燃素说”的束缚，没有认识到水的真正组成和氢的元素性质，而与科学的元素观失之交臂。“舍勒和普利斯特列虽然析出了氧，但不知道自己得到的是什么……这种本来可以推翻全部“燃素说”并使化学发生革命的元素，在他们手中却没有结出果实。” 这些“从歪曲、片面、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠的途径前进” 的事例也反证了拉瓦锡质疑与创新意识的强烈。

　　（2）拉瓦锡敏于洞察、长于思辩，能够归纳提取理论的精髓

　　拉瓦锡十分重视理论思维在科研中的重要作用，他头脑敏锐，有透过现象看本质的科学洞察力。1774年 10月，普利斯特列来访巴黎，正值拉瓦锡为加热铁锻灰失败而苦恼之际，当普利斯特列谈及自己用聚光镜加热汞煅灰得到“脱燃素空气”时，拉瓦锡立即意识到这一实验的重大意义，他跟踪实验，制得了氧气，并经过思维—推理—概括，终于揭开了燃烧之谜。如果拉瓦锡没有敏锐的洞察力，他就有可能与科学的最新信息擦肩而过。拉瓦锡对新生事物善于分析、善于从思辩中提取理论之精髓。他的很多产生伟大理论的实验包括氧气的制取和水的合成都是受别人启发而完成的，瑞典和英国的实验种子之所以能在法国绽开理论之花，在很大程度上源于拉瓦锡有高度的思维概括能力这一特点，所以才有种种规律性的发现，否则，他只能与别人站在同一水平线上。

　　浓厚的知识功底、广博的知识层面、错纵的知识交汇是拉瓦锡成功的重要因由。拉瓦锡毕业于法政大学，但他兼学别样，曾系统学习过哲学、数学、物理学、天文学、植物学、化学、矿物学、地质学、文学等。他常跟随著名地质学家格塔尔去各地进行地质调查，20岁起每天坚持气象观测从未间断。1765年，曾因城市照明设计布获得国王颁发的金质奖章。我们不能否认，全方位、多学科的知识渗透与整合对拉瓦锡高度的综合概括能力、敏锐的科学洞察力和实践操作能力所产生的重要作用。

　　（3）拉瓦锡精于实验，将量作为衡量化学反应的尺度

　　拉瓦锡具有明确的物质不灭思想，他说：“……由于人工的或天然的的操作不能无中生有地创造东西，所以每一次操作中，操作前后存在的物质总量相等，且其要素的质与量保持不变，只是发生更换和变形，这可以看成为公理。做化学实验的全部技艺是基于这样一个原理： “我们必须假定被检定的物体的要素和其分解产物的要素精确相等”。而波义耳、舍普里斯特里、卡文迪许恰恰都缺少这种思想。

　　在拉瓦锡以前，化学基本上停留在定性的阶段，缺乏明显的科学性。拉瓦锡是第一个明确提出将重量作为衡量尺度对化学规律加以证明的化学家，他的全部实验都是在严格的定量基础上进行的。他说：“必须用天平进行精确测定来确定真理”，“天平是实验最可靠的手段，它不会欺骗化学家。在实验前后分别测定反应物和生成物的重量，这是化学中所能做出的一切可靠和准确的工作基础。”“由于化学反应开始趋于完善，不可避免地要求昂贵精密的仪器和设备……”现在巴黎国立工艺博物院仍收藏着拉瓦锡在其《化学概论》中提到的三台天平和曾实现了氧氢化合的气量计，其中两台天平是迄当时为止精确度最高的。较小的一台天平的敏感度达0.0001g，较大天平的敏感度为0.006g、最大称重量达600g，制造者为梅尼尔；另一台大天平可称重10kg，精度为25mg，制造者为方廷。

　　于尔班曾评论道：“对于拉瓦锡来说，称量不仅用来证明他的化学反应过程中质量不变的思想。他在实验中注意不使物质特别是气体物质受到损失，这是他实验方法的一大特点，而在当时也是十分新的事物。在化学史上令人难忘的是他的严格和有条理的科学方法。用这种方法使化学大大发展了”。 定量分析方法的广泛使用是古代化学走向近代化学的标志；是导致“燃素说”彻底破产和新的燃烧理论得以确立的重要武器；是化学与物理、与数学相互渗透的开端；为后世化学基本理论和基本概念的建立提供了有力工具；它对整个化学发展起着不可估量的作用。

　　拉瓦锡在科学上的壮剧和政治上的悲剧值得人们深思，也给所有的科学工作者极大的启示：一个为科学而奋斗的人，必须与人民同呼吸共命运，必须有坚定正确的政治方向；一个为科学而献身的人应有高尚的人格与操守，不应追逐过分的名和利。

　　虽然拉瓦锡的人生并不完美，但200多年来，人们一直没有忘记他的英名，拉瓦锡在化学发展史上树起的座座丰碑仍熠熠闪光；他的科学思想和治学精神永远值得后人学习和借鉴。