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法国大革命下的科学家群体 安托万·拉瓦锡 现代化学之父
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2022.06.19 广东

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法国贵族兼化学家安托万·洛朗·德·拉瓦锡法国著名化学家、生物学家,被后世尊称为"现代化学之父"。
“We must trust to nothing but facts: These are presented to us by Nature, and cannot deceive. We ought, in every instance, to submit our reasoning to the test of experiment, and never to search for truth but by the natural road of experiment and observation.”— Anointe de Lavoisier, Elements of Chemistry (1790)
“我们必须相信事实:这些是自然呈现给我们的,不能欺骗。在每一种情况下,我们都应该把我们的推理交给实验检验,而只能通过实验和观察的自然道路去寻找真理。”—拉瓦锡,《化学元素》(1790)

拉瓦锡(1743-1794),弗朗索瓦·塞拉芬·德尔佩克雕刻,根据贝亚特雅克·路易·大卫的画,科学史研究所
 
出生在一个富裕的家庭
1743年8月26日安托万-洛朗·拉瓦锡Antoine-Laurent Lavoisier1743-1794)出生在巴黎的一个富裕家庭,五岁时,随着母亲的去世,他继承了一大笔财产。当他在学习化学、植物学、天文学和数学时,他所接受的教育中充满了当时法国启蒙运动的理想。他被期望追随他父亲的脚步,甚至在1764年获得了律师执业执照,然后才开始从事科学生活

石膏分析
拉瓦锡建立了一个小型的研究实验室,并开始了他的第一次实验。22岁时,他出版了他的第一部作品,一篇关于石膏的论文《石膏分析》(1765年),这是计划中的一系列矿物分析研究的第一部。与他的前辈不同,正如在自然界中通过水的作用观察到的那样,他使用湿化学方法研究。在巴黎的人行道上发现的石膏是一种以硫酸和石灰为基础的中性盐,加热后会释放出水(鲁埃尔的结晶水)。

科学同事
1771年,28岁的拉瓦锡比他大13岁的玛丽-安妮·皮埃雷特·保利兹,她是费尔梅将军的共同所有人的女儿。随着时间的推移,她成为丈夫的科学同事,为他翻译英文文件,创作了许多拉瓦锡和他的同事使用的实验室仪器的草图和雕刻,后来还编辑和出版了拉瓦锡的回忆录

安托万·拉瓦锡与妻子的肖像,雅克·路易斯·大卫,帆布上的油画1788年

氧气和植物呼吸
拉瓦锡的成就之一是发现了氧在金属生锈中的作用,以及氧在动物和植物呼吸中的作用。拉瓦锡与皮埃拉尔-西蒙·拉普拉斯一起进行了实验,实验表明呼吸本质上是使用吸入氧气的有机物质的缓慢燃烧。拉瓦锡对燃烧的解释证明了燃素理论是错误的,该理论假设物质在燃烧时释放出一种叫做燃素的物质。

定量化学
拉瓦锡的研究第一个真正的定量化学实验1770年,一派学者坚持波义耳已经否定的四元素说,认为水长时间加热会生成土类物质。为了搞清这个问题,拉瓦锡将蒸馏水密封加热了101天,发现的确有微量固体出现。他使用天平进行测量,发现容器质量的减少正等于产生固体物的质量的增加,而水质量没有变化,从而驳斥了这一观点。他仔细地称量了化学反应中的反应物和产物,这是化学技术发展的关键一步。他指出,尽管物质可以在化学反应中改变其状态,但物质的总质量在每一次化学变化的开始时都是相同的。因此,例如,如果一块木头被烧成灰烬,其总质量就会保持不变。他认识并命名了氧气(1778年)和氢气(1783年)他还确定了水的成分是氧和氢气,而空气是气体的混合物,主要是氮气和氧。

拉瓦锡在18世纪70年代进行了一次呼吸实验
安托万-劳伦特·拉瓦锡做了一个关于人类呼吸的实验,在这幅由他的妻子画的她在最右边的桌子上描绘了她自己。埃德加·法赫斯·史密斯纪念收藏中心,基斯拉克特殊收藏中心,稀有书籍和手稿中心,宾夕法尼亚大学

科学实验方法
化学实验的三段论方法保存到今天,对后来的自然科学家也很有价值。他将测试描述分为:
实验准备经验,今天:实验描述、材料和方法
结果结果,今天:测试结果、结果
反思反思,今天:结论,讨论

合作与通信
安托万·拉瓦锡与欧洲各地的科学家保持着广泛的通信关系,并拥有一个拥有最重要的科学期刊的大型图书馆。他严格安排了他的时间,除了他的其他义务,每天实验6个小时,从早上6点到9点、晚上7点到晚上10点每周有一天(通常是周六)一整天,这是他特别期待和兴奋的客人们经常出席实验,拉瓦锡和他们谈论实验。外国客人中有本杰明·富兰克林、亚瑟·杨、马提尼斯·范·马鲁姆和詹姆斯·瓦特。他也喜欢和其他科学家一起工作。特别是,他在兵工厂的实验室是欧洲装备最好的实验室之一,而在法国,只有盖顿·德·莫尔沃的实验室几乎可以与之媲美。

科学院最年轻的成员
1768年,年仅25岁的安托万·拉瓦锡已经被法国科学院的科学家精选圈子录取,成为最年轻的正式成员。1784年,拉瓦锡被任命为法国科学院院长。在这个活动中,他还可以接触到国王,他的任务是把成员们介绍给国王。1788年,他被选为英国皇家学会的会员

化学哲学
1787年之后拉瓦锡社会职务渐重,用于科学研究时间较少。主要进行化学命名法改革,自己研究成果的总结和新理论的传播工作。他先与克劳德·贝托莱等人合作,设计了一套简洁的化学命名法1787年,他在《化学命名法》(Méthode de nomenclature chimique)中正式提出这一命名系统,目的是使不同语言背景的化学家可以彼此交流,其中的很多原则加上后来贝采利乌斯的符号系统,形成了至今沿用的化学命名体系。接下来,他总结了自己的大量的定量试验,证实了质量守恒定律。这个定律的想法并非他独创,在拉瓦锡之前很多自然哲学家与化学家都有过类似观点,但是由于对实验前后质量测试的不准确,有些人开始怀疑这一观点。1748年,俄罗斯化学家米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫曾精确的进行了测定,并且提出了这一定律的描述,但是由于莫斯科大学处于欧洲科学研究的中心之外,所以他的观点没有被人注意到。

元素定义
基于氧化说和质量守恒定律,1789年拉瓦锡发表了《化学基本论述》(Traité Élémentaire de Chimie)这部集他的观点之大成的教科书,在这部书里拉瓦锡定义了元素的概念,并对当时常见的化学物质进行了分类,总结出三十三种元素(尽管一些实际上是化合物)和常见化合物,使得当时零碎的化学知识逐渐清晰化。

《化学基本论述》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:
1.简单物质,光、热、氧、氮、氢等物质元素。
2.简单的非金属物质,硫、磷、碳、盐酸素、酸素、硼酸素等,其氧化物为酸。
3.简单的金属物质,、铋、钴、铜、、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、、锌等,被氧化后生成可以中和酸的盐基
4.简单物质,石灰、镁土、钡土、铝土、硅土等。
5.其他:以太


在该书中的实验部分中拉瓦锡强调了定量分析的重要性。最重要的是拉瓦锡在这部书中成功的将很多实验结果通过他自己的氧化说和质量守恒定律的理论系统进行了圆满的解释。这种简洁、自然而又可以解释很多实验现象的理论系统完全有别于燃素说的繁复解释和各种充满炼金术术语的化学著作,很快产生了轰动效应。坚持燃素说的化学家如普利斯特里对其坚决抵制,但是年轻的化学家非常欢迎,这部书也因此与波义耳的《怀疑派的化学家》一样,被列入化学史上划时代的作品。到1795年左右,欧洲大陆已经基本全部接受拉瓦锡的理论。

度量衡
法兰西科学院常会由政府资助,给予科学家薪水同时要求完成某些任务。由于拉瓦锡的很强的工作能力,他参与了很多这种任务并负责起草报告。其中影响很大是统一法国的度量衡1790年法兰西科学院组织委员会负责制定新度量衡系统,人员有拉瓦锡、孔多塞拉格朗日蒙日等。1791年拉瓦锡起草了报告,主张采取地球极点到赤道的距离的一千万分之一为标准(约等于1米)建立米制系统。接着科学院指定拉瓦锡负责质量标准的制定。经过测定,拉瓦锡提出质量标准采用千克,定密度最大时的一立方分米水的质量为一千克。这种系统尽管当时受到了很大阻力,但是今天已经被世界通用。

拉瓦锡制定度量衡标准的塑像

收税
与此同时,拉瓦锡也成为了不受欢迎的法国议会中一个非常强大的人物,也就是说,成为28名封建税吏之一,他们通过利用自己的地位而获得巨大的利润。在1794年法国大革命后的恐怖统治时期,他被贴上了罗伯斯庇尔手下的叛徒的标签。5月8日,50岁的拉瓦锡在巴黎被审判,定罪,并被送上断头台。拉格朗日表达了他对科学的重要性,说
“Cela leur a pris seulement un instant pour lui couper la tête, mais la France pourrait ne pas en produire une autre pareille en un siècle.” (“It took them only an instant to cut off his head, but France may not produce another such head in a century.”)
“他们只用了片刻就砍下了他的头,但法国可能再过100年也不会产生一个这样的头脑。

革命法庭的狂热首席法官让-巴蒂斯特·科芬哈尔(1762-1794)经常引用他的话说:共和国不需要学者和化学家,正义的进程决不能停止。
 
安托万-洛朗··拉瓦。由朱利安·利奥波德波·利设计由路易斯让·德西雷·德莱斯特雕刻,
布洛克尔医学史收藏,穆迪医学图书馆,德克萨斯大学医学分部,德克萨斯州

进一步阅读

https://www.sciencehistory.org/historical-profile/antoine-laurent-lavoisier

https://annales.org/edit/archives/x/lavoisier.html

https://www.biografiasyvidas.com/biografia/l/lavoisier.htm

http://scihi.org/antoine-lavoisier/

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