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四 化学之父安东尼拉瓦锡（第2页）

「化学的目的是去分离组成物体的各种物质，分别去检验它们，去发现它们的性质及关系。如果可能去分解这些物质，然后再重新化合起来以得到原来的物质。甚至去发现一些从未不知的新物质。

但这些分析或分解总是有限的，因为我们无法超越某种极限。无论我们如何努力，我们总会遇到一些物质再无法使它改变，无法使它分解。对这些物质我们称为元素。」

这段文字已把化学的目的说得很好。即使两百年后的今天也正确无误。换句话说，在拉瓦锡时代，化学的方向已具有现代形式，而不再炼金炼丹。但是，紧接着这段文字下面是如此写道：「这些元素有土、水、气、火。虽然有理由相信，它们并非最简单，最终的物质，但我们由经验、感官实无法再分解出它们由什么组成。似乎把它们当成最初的、均匀的物质，其它的皆由此组成是合理的。这样我们可以避免一些无谓地对物质基本组成作过多的猜测。」

当时，对元素的了解仍停留在亚里士多德的四元素说（见图二），完全不是现代所了解的元素。亚氏的四元素说是以土、水、气、火代表物质性质的原型（form）是抽象的观念而非有具体原子的元素。这种元素观流行西洋长达两千年。在十七世纪首先受到博伊尔（R。Boyle）强烈的质疑。

博伊尔以为化学变化是其组成粒子的空间排列及运动状态的改变，而不是那些捉摸不定的元素名词的排列组合。其中，开始受到广泛注重的是有关燃烧及金属烧的化学变化。在博伊尔挑战之下，斯塔尔（Stahl）在原有四元素之后又加了一种新元素「燃素」──phlogiston，使得原来的理论再继续活了一百年，一直到拉瓦锡，在那段时间燃素说是最进步的学说。

燃素说与化学革命

燃素说和古老的亚里士多德的「火」元素关系密切。当人们以火烧金属得到烧渣（calx），或以碳和烧渣共热又得金属时，显然是有什么共同的东西进出于金属和烧渣之间，于是他们就把这东西叫做「燃素」。如果把燃素加到烧渣上就会得金属，把燃素从金属中移去又可得烧渣，我们可以用下列方程式写出十八世纪化学家的观念：

烧渣＋燃素（从碳得来的燃素）→金属

在空气中把金属加热→烧渣＋燃素（放到空气中）

含大量燃素的物质很易着火，故炭是含燃素很高的物质。如图三的燃烧则是这样说的：

当一个钟罩盖住点燃的蜡烛以后，蜡烛很快熄灭。这是因为燃素在空气中饱和了，因此燃素无法再散到空气中而熄灭了。当然，照现代的说法，这是因为罩内的氧用完之故。但是在拉瓦锡之前，人们只能区分含燃素的空气及去燃素的空气，二氧化碳是含燃素的空气而后来所谓的氧气，普利斯里（Priestly，1733～1804年）发现它时是叫它「去燃素的空气」呢！

想想看，如果你不认为质量必须守恒的话，这燃素说真可以把燃烧及还原解释得天衣无缝。因为，燃素说只有一个简单的漏洞，就是前面说的当金属烧以后，烧渣比较重，那么前面（2）式的说法就产生问题，燃素的质量是正？是负？当时许多化学家的反应很简单，那就是忽略这事实。因为还没人能完全相信质量守恒定律！这一步，要等到拉瓦锡出世。

质量守恒

拉瓦锡研究金属的　烧有很清晰的过程，我们在这儿可以把他的新观念发展过程逐步简述一下。在他的步骤中，第一个大胆的想法，是当金属烧时，从空气吸收了一些东西。第二步是找出被吸收的一些东西是什么。到了第三步，由于同一时代普里斯利的工作已知道把氧化汞加热可以得到一种新的气体，它不是空气，于是拉瓦锡立刻就想到普利斯里发现的气体可能就是他正在找的东西──氧（注）。

接下来第四步就是找到一个实验方法来证实他的想法。这些实验是很简单的，如图四所示，他在密闭容器中把水银加热产生一种红色物质（现称氧化汞），同时约有五分之一体积的空气消失，这些红色物质比原来的汞重，一定有东西从空气中跑去和汞结合了。接着，他把这红色物质移到如图五的装置以强光来加热，可以产生一种气体，而烧渣又变回原来同质量的汞。更重要的是，这次产生的气体和原来消失的气体同体积，这种新气体（氧）和第一次实验时剩下的残余气体混合，所得的混合气体和普通空气是完全相同的。

于是拉瓦锡把类似的方法应用到其它金属的烧，更进一步研究碳还原烧渣成金属的反应。他最后归纳出整个过程如下：

金属＋氧（空气中的）→烧渣（氧化物）

碳＋金属氧化物→金属＋二氧化碳

拉瓦锡的研究方法主要是不断使用天平去秤反应前和反应后的总质量。他是第一个化学家真正了解质量守恒定律，而且很成功的运用这定律发现新的元素。拉瓦锡是个理财专家，后世许多人认为他之所以能发现质量守恒与此专长有关，因为账面上总要收支相抵的啊！

无论如何，拉瓦锡的燃烧论提出来以后，燃素说经过一阵短暂的挣扎后就遭科学家遗弃了，因为有了氧以后，燃素这东西就显得非常多余。

化学命名

在大约同一时代，英人卡文迪西（dish）发现了氢气，氢气和氧气反应生成水。而空气中燃烧后剩余那部分气体（氮气），与氧一起电击后产生硝酸。而氨是氢气与氮气的化合物。由于这些知识的增进，拉瓦锡陆续地认识到氧、氢、氮及碳、硫、金属等都是元素，它们合乎前面1771年百科全书中有关元素的条件。他提出新的元素说法，认为化合物是以上这些具体元素之间的化合，而化学变化是化合物中元素的重新排列。为了推展这套新的理论，拉瓦锡重新改变化学的语言。他提出一套新的命名法，化合物的名称不再用产地名或俗名，而是理性地以其组成元素来取名。例如三仙丹改称氧化汞，石膏改称硫酸钙，食盐称为氯化钠。如此，则化合物之间的可能反应就一目了然。

他的命名工作深受当时百科全书派康迪雷克（dillec）提倡语言分析的影响。基本上，这套化学命名法一直流传至今。

他的「化学原本」基本上就是用这套新的元素理论及命名法所写出的第一本现代的化学书，它在1789年出版。它并非一本教科书（见图五），而是拉瓦锡个人化学研究的总结。此书之出版宣告了燃素说时代的结束。「化学原本」清晰的逻辑，广受欢迎，立刻译成多种语言，使此书影响力大增，成为十九世纪化学教科书的典范。

晚期工作

「化学原本」之后，拉瓦锡的科学兴趣转移到生理化学，他研究呼吸及新陈代谢。他发现鸟与鼠可在氢取代氮的空气中存活，甚至在纯氧中生存。而代谢的过程是消耗氧而生成水、二氧化碳及热。他观察监牢、医院中不通风下的空气组成，发现氧减少而二氧化碳增加。他以定量的方式测试影响新陈代谢的因素──室温、工作量及食物。最后他也探讨这项工作在医药保健上的应用。他是第一个以严谨的定量方法研究生理现象的人。

综观拉瓦锡的科学研究，不得不令人佩服他的工作效率。短短的20多年中，在他所从事的研究领域中，都有了重大的贡献。尤其是化学方面可以说几乎是独力地完成新化学的系统，科学上没有领域的革命是如此快速而完全地达成的。

在他之后，道耳吞的原子论，大维（Dervy）对碱金属、卤素的发现及白细里斯（Berzeninus）的工作，都很快地完成，这不能不说是建立在拉瓦锡的基础上。

法国大革命

然而在政治上，拉瓦锡最后却不能战胜他的敌人。他比当代任何人理应更能看到革命风暴的来临。作为法王的税务代理人，他最后的几年致力于税制改革，写了很多有关税政、刑政、医院的改革方案。

大革命来临后，人民对税官怀着很大的敌意。恐怖时期，拉瓦锡在科学院的同事，不是因恐惧而不愿出面维护他，就是因嫉妒他而落井下石。

在1793年十二月，他终于以反革命分子名义遭革命委员会拘捕。经过草率的审判后，他在1794年五月八日上了断头台。

据说，判刑时法官说：「共和国不需要一个科学家。」事后，法国大数学家拉格朗日（Lagrange）叹道：「切掉那头颅只要一剎那工夫，但几百年恐怕再也出现不了那样的头脑了。」