书城科普读物与科学家相约(科学知识大课堂)
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第5章 与化学家相约(4)

根据燃烧氧化理论,拉瓦锡发表论文指出,动物的呼吸也属于一种燃烧氧化现象,即:吸入氧气,呼出碳酸气。

值得指出的是,在拉瓦锡之前也有不少化学家做过金属燃烧的实验,但他们都没能从中得到科学的结论。拉瓦锡的成功之处就在于他始终注重称量和对实验现象的缜密分析。他以准确、无可挑剔的实验结果还清楚地证明了又一个科学结论:在化学反应中,反应前物质的总质量与反应后物质的总质量总是相等的。这就是我们熟知的化学反应中的“质量守恒定律”或称“物质不灭定律”。这种质量守恒的思想在他1789年出版的《化学纲要》中,作了系统清晰的阐述,这是他对近代化学发展的突出贡献之一。从此,化学便由对物质的定性研究,进入到了定量研究的新阶段。正如一位法国著名化学家评价拉瓦锡时所说:“他使化学发生了全面的革命。”

1778年,拉瓦锡成为法国皇家科学院有表决权的18名核心院士之一。1785年,他被推选为科学院的秘书,成为科学院的实际负责人。

永无止境

面对辉煌的成就和荣誉,拉瓦锡没有满足,更不会枕誉不前,他那双科学家的慧眼总是盯着科学领域中那些有待解决的课题。

当时,科学家们对“元素”这个概念没有统一的认识,虽然波义耳当时已经提出了比较科学的元素概念,但并没有被大多数化学家认可。拉瓦锡在总结自己多年科学研究实践经验的基础上,系统地发展了波义耳的元素概念,做了更具体、更科学的阐述。据此,拉瓦锡研究分析了大量的物质,确认了33种元素,并将它们分成四类排列成表。1789年,在他的名著《化学概论》一书出版发行时,这张化学元素表就与世人见面了。现在看来,这张表显得过于简单,也存在错误和不妥之处,但它却是世界公认的化学史上第一张化学元素表,对于当时化学的发展,起了很好的推动作用。

拉瓦锡的另一大贡献是对化学物质的科学命名法。由于长达千年之久的炼金术时代的影响,当时许多化学物质的名称混乱不堪,缺乏系统性和规律性,常常与物质本身的组成和性质毫不相干。随着化学的发展,科学家们觉得越来越不方便。拉瓦锡联合了几位著名化学家,组成了“巴黎科学物质命名委员会”。经反复研究讨论,一致同意做出如下规定:每种物质必须有一个固定的、通用的名称,不得各自任意命名;单质的命名应尽可能表达出它的特征;化合物的命名要反映出其组织;对碱、酸、盐各类物质的命名,还做了具体的规定。他们建议对过去被称为金属灰的物质依照它们的组成命名为金属氧化物;酸类和碱类物质要使用它们所含的元素来命名;盐类则用构成它们的酸碱来命名。例如,“汞灰”应称为“氧化汞”,“矾油”应叫做“硫酸”等等。拉瓦锡和命名委员会的专家们合作编写了《化学命名法》一书,该书出版后,很快被译成多种文字,在世界各地迅速传播开来,得到了各国化学家的好评和赞誉,在实际工作中广泛采用这个新的命名法。拉瓦锡及其同事们的这项开创性的工作奠定了现代化学术语命名的基础,给化学带来了前所未有的系统性和条理性。从此结束了化学物质命名长期混乱的局面。就是二百多年后的今天,许多化学物质的命名,还是按照当时的规则确定的。

科学的悲剧

拉瓦锡在科学研究领域取得一个又一个辉煌的成就,事业如日中天。然而,他万万没有想到,一场灭顶之灾正悄悄向他袭来。

1768年,在拉瓦锡当选为科学院院士的同时,他还谋到了一个临时包税官的职务。在三年之后,28岁的拉瓦锡与征税承包业主的女儿,14岁的少女玛丽·安娜结了婚。在岳父的支持和帮助下,拉瓦锡不久就成了正式的包税官,每年收入大约10万法郎。所谓征税承包业,就是把国家的部分征税承包下来,先向政府交出一笔巨额款项作税金,再向百姓征收税款,超出税金的款项归为己有,从中谋取一定的利润。所以,包税官们无不横征暴敛,人民对他们都非常痛恨。虽然拉瓦锡从未直接从事过征税活动,只是负责编制收支表,但他毕竟挂上了包税官头衔。

1775年,32岁的拉瓦锡又就任了皇家火药监督这一官职。从此他移居到火药局兵工厂内,用当包税官赚来的钱建造了一座规模宏大的实验室,这座著名的实验室建成后,法国许多著名科学家,常常定期在这里聚会。拉瓦锡不但精力充沛,而且工作非常勤奋。他每天天不亮就起床,六点到八点做研究工作,八点以后是他从事官职和去科学院工作的时间,晚上和星期日他都专门用于实验研究工作,每天工作长达十五六个小时。在这座他非常喜爱的实验室里,拉瓦锡在化学领域,完成了大量具有划时代意义的研究工作。

拉瓦锡以为他所选择的既做科学家又当官的路,一定是一条前程似锦的坦途,但事情的发展恰恰相反。1789年,正当拉瓦锡的重要著作《化学概论》在巴黎正式出版时,法国爆发了资产阶级大革命,改君主制为共和国。不久,包括拉瓦锡在内的60人组成的征税承包商集团成了革命的对象。拉瓦锡失去了包税公司的工作,又离开了火药局和他心爱的实验室,携妻子搬到了一个很小的住所中,化学研究工作也被迫停止了。到了1793年11月24日,新政府又下令逮捕所有的包税官。拉瓦锡在被捕时高声抗辩:“我做包税官所得的收入,已经全部用于科学研究。我是科学家,应该给予我不受审讯的权利!”然而前来逮捕他的人竟粗暴地回答:“共和国不需要科学家!”

在狱中的日子无疑是艰难和痛苦的,但拉瓦锡还是充分利用时间,撰写了八卷化学著作。他的妻子四处奔走,希望能使丈夫免于审讯。然而,让她绝望的是到处都是礼貌的拒绝。

最后的审讯到来了,法庭仅用15分钟的时间就做出了判决:包括拉瓦锡在内的28名包税官被判处死刑。拉瓦锡没有再为自己做任何辩护,只要求法庭能再给他两个星期的时间,让他把中断的一项重要研究完成,作为对祖国的最后奉献。然而,他的要求遭到了严词拒绝。

1794年5月8日,断头台的屠刀无情地让这位天才的科学家身首异处了。当时的拉瓦锡年仅50岁零8个月。人类失去了一位最杰出的、贡献卓著的伟大化学家!

多么悲惨的结局!全世界的科学家都在为之叹惜。著名数学家拉格朗日悲叹道:“他们砍下拉瓦锡的头,只是一瞬间的事;而他那样的头脑,一百年也长不出一个来!”

拉瓦锡死后不久,人们为了纪念这位伟大的科学家,在法兰西的土地上为他塑了像,他生前用过的大部分实验设备和仪器,至今陈列在巴黎国家科学博物馆中。

道尔顿创立科学原子论

约翰·道尔顿(John Dalton,1766~1844)是英国近代杰出的化学家。一个多世纪以来,英国人民和全世界热爱科学、从事化学研究的人们,一直怀念这位伟人。

道尔顿对人类科学的突出贡献是他创立了原子论,由此化学走出了杂乱无章、反映不出内在联系的阶段,进入了现代化学新时代。更重要的是科学的原子论为整个自然科学的发展提供了一个基础,使后人对物质结构的认识有了突飞猛进的发展。道尔顿的伟大功绩赢得了人们的崇敬。

身处逆境不放弃

约翰·道尔顿生活在英国资产阶级工业革命时期。当时社会生产力有了巨大进步,而在这场革命中受益最大的是社会上层,是贵族和资本家。社会仍是富人的天堂,穷人的地狱,穷苦人仍然充满着失望和痛苦。金钱和黄金流向富人的腰包,穷人要获得微薄的收入,需要付出巨大的艰辛,穷人的日子不好过。在1766年9月6日,英格兰北部的一个叫伊格尔斯菲尔德的穷乡僻壤,降生了一个瘦弱的男婴,他就是道尔顿。生儿育女本是件欢庆的喜事,但道尔顿贫穷的家又多了一张吃饭的嘴,哪里庆贺得起来。

道尔顿的父亲是个贫苦的农民,以耕地为生,又兼作织毛呢的手工活。那时毛呢生产遍及英国各个城市及农村。上层富裕的作坊主通过残酷的手段压榨下层小作坊工人而致富,广大下层劳动者艰辛地劳作,挣不了几个钱。道尔顿的母亲整天奔忙于家务活中,还要抽空帮丈夫种田。

道尔顿家经济相当拮据,本来已经有了五个孩子,这时又增加一个,老道尔顿夫妇肩上的担子更重了。尽管如此,他们还是下定决心,就是忍受再大的苦难也要把孩子抚养成人。他们多么希望自己的孩子能出人头地,改变命运,能生活得好些啊。

童年的道尔顿就是在这样的困难家庭挣扎着,生长着。尽管如此,当道尔顿长到六岁时,他父亲还是想方设法让他上了当地的农村小学。在学校里,道尔顿的成绩平平,没有引起人们的关注。但他深思好学,有股韧劲,解不出的难题决不罢休,不轻易问老师,也不请别人帮忙,而是自己独坐一边,苦思冥想。直到自己独立解答出来,因此他的老师大加赞赏,认为他今后一定会有出息。

后来,道尔顿因家庭经济困难,交不起学费,被迫中途辍学。12岁的道尔顿居然办起了教育,开办私塾教书,同时又帮助别人干些农活,过早地担起生活重担。艰辛的童年生活使道尔顿身处逆境,但他仍坚持自学,不懈地努力。

良师益友

在道尔顿成才的路上,有两位重要的良师益友,影响了他的一生。一位是启蒙良师伊莱村·鲁宾逊,一位是盲友约翰·格夫。

鲁宾逊是道尔顿家乡的一位教会纟甲士,他非常有学问,是一位自然科学爱好者。当时道尔顿孜孜好学的精神影响了方圆百里的父老乡亲。鲁宾逊很快看中了道尔顿,他欣赏道尔顿的谦逊和勤奋,宁愿放弃晚上休息时间,给道尔顿讲数学、物理等方面的知识。

鲁宾逊平生酷爱观测气象,自己动手制作了各种精巧的仪器,他开始指导道尔顿进行气象观测。少年道尔顿的心被大自然的美妙景象深深拨动了。他细致地观测自然中的大气压力、温度、空气湿度、风力、降水量等,并努力探究出它们之间的微妙关系。这一切活动不仅引人入胜,而且对人们的生活有着现实意义。少年道尔顿面对各种气象仪器,细致地观察,常常陷入沉思。他想,如果能发现支配自己现象的复杂规律,不就可以预报气象了吗?这对于农民种田,海员航海以及各行各业人们的生活,会带来多大便利啊。少年道尔顿那时并没意识到观测气象就是他科学研究的开始,以及会为他今后建立科学原子论奠定了坚实的基础。

后来为生活所迫,道尔顿从15岁开始走上了外出谋生的道路。他不得不告别家乡,告别他的启蒙良师鲁宾逊,来到肯代尔镇,在他表兄办的寄宿学校当助理教员。从1781年~1793年,整整12年,他一边工作一边读书,从自然科学到社会科学,他都广泛涉猎,特别是前人对原子论的见解,他都作了详细的研究。这12年里他读的书比他后50年读的书都要多。

他在知识的海洋里,拼命地吸取营养,同时不放弃气象观测,在校园里安装上鲁宾逊临别时赠送给他的雨量计,在办公室的桌上摆满了各种各样的观测仪器。面对眼前的一切,他思绪万千,自然科学之谜是那么深不可测,要进行下一步的科学实验,该从何入手呢?如果有位高师指导或有志同道合的朋友相助,该有多好啊。他希望有导师的指点,自己能更上一层楼。

道尔顿的第二位益友、导师约翰·格夫是他在肯代尔镇遇到的。

约翰·格夫是位盲人,他管理的学校实验室井然有序、干干净净,使道尔顿惊叹不已。

格夫曾在两岁时因患天花而失明。正是这位盲友创造了把天才与毅力结合起来的典范。格夫懂得好几个国家的语言文字,精通天文、化学和医学。不仅如此,他还能依靠自己的头脑,解决生活中的种种困难。

在盲师的辅导下,道尔顿学习了数学、哲学、自然科学,又学习了拉丁文、希腊文和法文。在学习中,希腊的自然哲学、有关元素和原子论的种种学说对他启发很大。此外,格夫还指导他记气象观测日记,开始对自然界进行系统观察。从1787年起,道尔顿一直坚持气象观测57年,从未间断,写下了记录二十多万条。他从第一篇观测日记便开始了对大气的观测与思考。

1794年,在他27岁时,出版了第一部学术著作,这部著作的出版引起了学术界对道尔顿的关注。这一年,道尔顿在曼彻斯特学院申请到讲师职位,但由于大部分时间用于教学活动,他的气象研究活动受到限制。于是,他毅然辞去讲师职务,一心投入到他热爱的气象科研中去。他做实验,参加讲演,宣读他的论文。他以强烈的事业心和拼搏进取精神,迎来了他事业的光辉时期。

创立科学原子论

道尔顿在科学的道路上锲而不舍地追求着。他从观测气象开始,进而研究空气的组成、混合气体的扩散与分压,总结出气体分压定律。接着他又敏锐地发现,原子间的化学结合存在着某种量的关系,这就是倍比定律。这一重要的化学定律,只有用原子论的观点才能解释。道尔顿发现并解释了倍比定律,这为他创立原子论奠定了基础。

新发现令道尔顿振奋,他像着了迷一样进行他的研究实验。经过数月鏖战,他又探索了原子相以质量问题,测算出各种不同元素原子的相对质量,并考察了其他化学家的大量实验数据,完成了第一张原子相对质量表。