造就了近代化學、與化學之父

追求何物可燃的答案,造就了近代化學、與化學之父樂旺熾(Antoine-Laurent de Lavoisier,1743-1794),下圖為他與夫人--也是他最重要的助手,與其實驗測量工具:鐘罩。

化學之父樂旺熾

燃素理論

17世紀1660年代末,歐洲對何物可燃,興起了燃素理論(Phlogiston theory),認為任何物質在燃燒時,都會釋放出一種名叫燃素(Phlogiston)的成份,亦即引燃是源自物質內在「分解反應」的因素。這種觀點,支配了當時的科學思想100餘年。

樂旺熾逆向思考的氧化理論

直到法國學者樂旺熾勇於逆向思考,於1770年代提出了「氧化理論」,完全顛倒了當時的認定,燃燒不是「分解反應」,而是與空氣中氧的「化合反應」。由於燃素是一種不可捉摸的神秘物,而氧則是具有確定性質、可量度、可採集的氣體物質。氧化說最終取代了燃素說,這在科學史上被稱為「化學革命」。

Lavoisier 的中文名,一般譯為拉瓦節、或拉瓦錫,統雄老師鑑於他對於燃燒旺熾的積極樂學與研究,故將其中文名譯為「樂旺熾」,應屬實至名歸。

樂旺熾使化學從定性轉為定量,發現了氧氣,驗證了「質量守恆定律」,提出了「元素」的定義,發表第一個現代化學元素列表,列出33種元素(雖然其中有一些,後來證明並不正確),撰寫了第一部真正現代化學教科書《化學基本論述》(Traité Élémentaire de Chimie)。他的氧化說除了解釋燃燒等現象,也指出動物的呼吸實質上是緩慢氧化。此外,他還幫助建立了公制。這些畫時代貢獻,使得他被尊為近代化學之父。

他在1777年的《燃燒概論》(Sur la combustion en général)和1778年的《酸性概論》(Considérations générales sur la nature des acides)中,闡釋燃燒是物質和空氣中約占五分之一的氧氣反應的結果。不過,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。所以他將空氣中助燃的氣體命名為氧氣(oxygen、希臘語:形成酸的)。 

金屬煆燒 Calcination

後代的研究,發現除了氧化燃燒外,另外還有金屬煆燒(Calcination),亦即金屬礦物或其它固體材料在加熱過程中,材料內的某些成份產生熱解離、相轉移或藉此脫去其中揮發性的成份,也能夠引燃。

在法國大革命期間,雅各賓黨掌權,其中之一領導人、爭議性十足的馬拉(Jean-Paul Marat),曾被樂旺熾批評,而無法加入法蘭西科學院。他就以樂旺熾曾經擔任過稅務官為由,將樂旺熾送上斷頭台處死,時年僅51歲。直到大革命結束後,才被重新認定為無罪。

政治不斷干涉人類的各種科學、藝術文明進步!

樂旺熾被視為不世天才,但有一點也被垢病,就是他的研究,有不少也是受到他人的啟發,但他在著作中,並沒有給予先行者應有的尊重與適當引用。


樂旺熾的鐘罩實驗

樂旺熾的研究發現,有高比例都來自鐘罩實驗。

「鐘罩」就是他的「收集資料、測量資料」的工具。

樂旺熾的 2 大實驗,都是將汞(水銀)放在密閉的「鐘罩」容器里,連續加熱、最多達20天,然後再測量、觀察新生成的固體--紅色粉末(現已證明是氧化汞)、與氣體。從而發現了氧、氮的存在,以及物質(汞)會和氧化合的證明。

後來,他又成功使氧化汞還原成氧、和汞,而重量和化合前一樣,證明了重要的「質量守恆定律」。

樂旺熾的鐘罩實驗

上圖為法國保存的樂旺熾鐘罩實驗室。

非常弔詭的史實是:開拓性的實驗,經常是需要大筆經費的。

樂旺熾於1768年加入國王直接管轄的稅務機關(Fermi),當時如果稅務官收的稅除去交給國王的還有剩餘,那麼就由他自己支配,因此樂旺熾也收入頗豐,可有經費用於購買和製造儀器。

但也因為樂旺熾曾任稅官,而造成他被送上斷頭台。

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