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拉瓦節與質量守恆定律-煉金術走入盡頭

Posted in: Chemknowledge 化學知識- 二月 21, 2011 No Comments
http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Antoine_lavoisier.jpg

化學之父拉瓦節

無論是東方或是西方,煉丹術與煉金術都在歷史上有過一段輝煌而燦爛的歷史,人們深信,透過精神意識與物質的互動,最終人們可以從較為廉價的金屬中逐次提煉出珍貴的黃金,達到富裕。但隨著歷史不斷的演進,也終於出現反對與辯證煉金術的聲音。

那就是法國的拉瓦節。拉瓦節是18世紀時法國的一位科學家,同時也是稅政官。他本身是一位優秀的律師,擅長法律上的訴訟與稅務的管理,但另一方面由於自身的興趣,他對自然科學有更高度的理想,也因此1768年年僅25歲的拉瓦節成為法蘭西科學院院士。

當時一派學者堅持已經被波義耳否定的四元素說,認為水長時間加熱會生成土類物質。為了搞清這個問題,拉瓦節將蒸餾水密封加熱了101天,發現的確有微量固體出現。他使用天平進行測量,發現容器質量的減少正等於產生固體物的質量,而水質量沒有變化,從而駁斥了這一觀點。1772年時,他更進一步對硫、錫和鉛在空氣中燃燒的現象進行研究。為了確定空氣是否參加反應,他設計了著名的鐘罩實驗。通過這一實驗,可以測量反應前後氣體體積的變化,得到參與反應的氣體體積。他還將鉛在真空密封容器中加熱,發現質量不變,加熱後打開容器,發現質量迅速增加。儘管實驗現象與燃素說支持者相同,但是拉瓦節提出了另一種解釋,即認為物質的燃燒是可燃物與空氣中某種物質結合的結果,這樣可以同時解釋燃燒需要空氣和金屬燃燒後質量變重的問題。

而後為了驗證自己的實驗,他在1775年創造了自己的實驗室,繼續進行燃燒研究。他直接加熱氧化汞,發現一種性質類似於平常的空氣的氣體產生。這種氣體可以支持燃燒與呼吸,並且與一氧化氮混合後體積減小。隨著一連串的實驗,他正式闡釋了自己的氧化說。認為燃燒是物質和空氣中約佔五分之一的氧氣反應的結果。同時基於很多燃燒產物的水溶液具有酸性,他得出任何酸中都含有氧的錯誤結論,所以1779年他將空氣中支持燃燒的一部分命名為oxygen(希臘語:形成酸的)即氧氣,另一部分名為azote(希臘語:無生命的)即氮氣。隨著研究的增加與結果的證明,他在1787年提出了所謂的質量守恆定律。

質量守恆定律:任何一種化學反應,其反應前後的質量總是不會變的。物質質量既不會增加也不會減少,只會由一種形式轉化為另一種形式。但是,一個物體在作用時需要在密閉的環境下,質量才會相同,若是在大氣中,質量會變重,是因為與空氣結合。   

1物質不會憑空消失,若反應前後質量減少,代表產生物質散失在空氣中。   

2物質不會無中生有,若反應後質量增加,代表外界物質參與反應。

隨著質量守恆定律的確立,鍊金術被人們認為是非科學的魔法,拉瓦節也因此一成就而被稱為化學之父。煉金術的過往風光不再,但煉金術過往曾經帶給人們的夢想與魔幻的氛圍依舊使得許多追求神秘力量的人著迷不已,而拉瓦節這樣一位偉大的天才,儘管發現了此一曠古傲今的科學定理,卻因為身分的矛盾與社會的衝突,最終在法國大革命時被送上斷頭台處死。即使荒謬如煉金術,仍舊擁有一群狂熱信奉的人們,而探索真理的科學家卻可能因為其他的原因而枉死。這世界的真實究竟是由何判斷呢?或許也只有創世的神才能解說。

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