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早年生活與研究

拉瓦錫肖像

安托萬·拉瓦錫出生在法國巴黎一個(gè)律師家庭，并在5歲時(shí)因母親過世而繼承了一大筆財(cái)產(chǎn) 。他在1754年到1761年間于馬薩林學(xué)院學(xué)習(xí)。家人想要他成為一名律師，但是他本人卻對(duì)自然科學(xué)更感興趣。1761年他進(jìn)入巴黎大學(xué)法學(xué)院學(xué)習(xí)，獲得律師資格。課余時(shí)間他繼續(xù)學(xué)習(xí)自然科學(xué)，從魯埃爾那里接受了系統(tǒng)的化學(xué)教育和對(duì)燃素說的懷疑。1764年至1767年他作為地理學(xué)家蓋塔的助手，進(jìn)行采集法國礦產(chǎn)、繪制第一份法國地圖的工作 。在考察礦產(chǎn)過程中，他研究了生石膏與熟石膏之間的轉(zhuǎn)變，同年參加法國科學(xué)院關(guān)于城市照明問題的征文活動(dòng)獲獎(jiǎng)。1767年他和蓋塔共同組織了對(duì)阿爾薩斯-洛林地區(qū)的礦產(chǎn)考察1768年，年僅25歲的拉瓦錫成為法蘭西科學(xué)院院士。

1770年有一派學(xué)者堅(jiān)持波義耳已經(jīng)否定的四元素說，認(rèn)為水長時(shí)間加熱會(huì)生成土類物質(zhì)。為了搞清這個(gè)問題，拉瓦錫將蒸餾水密封加熱了101天，發(fā)現(xiàn)的確有微量固體出現(xiàn)。他使用天平進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)容器質(zhì)量的減少正等于產(chǎn)生固體物的質(zhì)量，而水質(zhì)量沒有變化，從而駁斥了這一觀點(diǎn)。1771年拉瓦錫與同事的女兒，13歲瑪麗-安娜·皮埃爾萊特結(jié)婚。皮埃爾萊特通曉多種語言，多才多藝，她替拉瓦錫翻譯英文文獻(xiàn)，并為他的書籍繪制插圖并保存拉瓦錫實(shí)驗(yàn)記錄，協(xié)助丈夫進(jìn)行科學(xué)研究 。

氧化學(xué)說

“拉瓦錫伉儷”，由大衛(wèi)所繪

為了解釋“燃燒”這一常見的化學(xué)現(xiàn)象，德國醫(yī)生斯塔爾提出燃素說，認(rèn)為物質(zhì)在空氣中燃燒是物質(zhì)失去燃素，空氣得到燃素的過程。燃素說可以解釋一些現(xiàn)象，因此很多化學(xué)家包括普利斯特里和舍勒等人都擁護(hù)這一說法。普利斯特里更是將自己發(fā)現(xiàn)的氧氣稱為“脫燃素空氣”，用來解釋物質(zhì)在氧氣中燃燒比空氣中劇烈。但是燃素說始終難以解釋金屬燃燒之后變重這個(gè)問題。一派人索性認(rèn)為這是因?yàn)闇y量的誤差導(dǎo)致，另一派比較極端的燃素說維護(hù)者甚至認(rèn)為在金屬燃燒反應(yīng)中燃素帶有負(fù)質(zhì)量。

面對(duì)如此的局面，1772年秋天開始拉瓦錫對(duì)硫、錫和鉛在空氣中燃燒的現(xiàn)象進(jìn)行研究。為了確定空氣是否參加反應(yīng)，他設(shè)計(jì)了著名的鐘罩實(shí)驗(yàn)。通過這一實(shí)驗(yàn)，可以測量反應(yīng)前后氣體體積的變化，得到參與反應(yīng)的氣體體積。他還將鉛在真空密封容器中加熱，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不變，加熱后打開容器，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量迅速增加。盡管實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與燃素說支持者相同，但是拉瓦錫提出了另一種解釋，即認(rèn)為物質(zhì)的燃燒是可燃物與空氣中某種物質(zhì)結(jié)合的結(jié)果，這樣可以同時(shí)解釋燃燒需要空氣和金屬燃燒后質(zhì)量變重的問題。但是此時(shí)他仍然無法確定是那一種組分與可燃物結(jié)合。1774年10月普利斯特里訪問巴黎，和拉瓦錫進(jìn)行討論。這次討論和拉瓦錫后來的成果的關(guān)系至今仍有爭論，普利斯特里在后來文章中說并將自己加熱汞灰（氧化汞）生成氣體（氧氣）這一結(jié)果告訴拉瓦錫。而有些人則認(rèn)為并非如此。

1775年路易十六宣布將火藥工業(yè)國有化，拉瓦錫被派往巴黎軍火庫進(jìn)行國有化工作，同時(shí)設(shè)計(jì)新的硝石制備方法來提高黑火藥的質(zhì)量。在他的努力下，法國的槍械的火力迅速提高。工作之余他建立了自己的實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)進(jìn)行燃燒研究。他直接加熱氧化汞，發(fā)現(xiàn)一種性質(zhì)類似于平常的空氣的氣體產(chǎn)生。這種氣體可以支持燃燒與呼吸，并且與一氧化氮混合后體積減小。最開始他將這種氣體和空氣混為一談。普利斯特里讀到拉瓦錫文章之后指出，拉瓦錫所提到的這種氣體就是他所發(fā)現(xiàn)的“脫燃素空氣”，并且指明這種氣體的反應(yīng)效果比空氣強(qiáng)很多。拉瓦錫接受了普利斯特里的批評(píng)，同時(shí)確認(rèn)了這就是他一直尋找的那種在空氣中的支持燃燒的氣體。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，他正式闡釋了自己的氧化說。認(rèn)為燃燒是物質(zhì)和空氣中約占五分之一的氧氣反應(yīng)的結(jié)果。同時(shí)基于很多燃燒產(chǎn)物的水溶液具有酸性，他得出任何酸中都含有氧的錯(cuò)誤結(jié)論，所以1779年他將空氣中支持燃燒的一部分命名為氧氣（oxygen、希臘語：形成酸的），另一部分命名為氮?dú)猓╝zote、希臘語：無生命的）。

拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)室，收藏于法國工藝博物館

隨后，拉瓦錫開始關(guān)注普利斯特里關(guān)于血液在氧氣保持紅色而在二氧化碳中變黑的描述，認(rèn)為動(dòng)物的呼吸作用可能也是一種氧化過程。他和拉普拉斯共同進(jìn)行研究，他們使用豚鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過測量冰盒中冰塊的融化得出呼吸放出的熱量，同時(shí)測量幾內(nèi)亞鼠呼出的二氧化碳。另一方面他們?nèi)紵梢陨赏瑯佣趸嫉哪咎?，測量其放出的熱量。發(fā)現(xiàn)兩者有一定類似關(guān)系，從而初步得出了動(dòng)物的呼吸作用實(shí)質(zhì)上是緩慢的氧化過程的結(jié)論。

1783年亨利·卡文迪什發(fā)現(xiàn)了“可燃?xì)怏w”即氫氣，發(fā)現(xiàn)它可以與氧氣生成水，但是卡文迪許仍然將這一反應(yīng)視為燃素轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的結(jié)果。此時(shí)卡文迪許的助手訪問巴黎，將這一成果告訴拉瓦錫。拉瓦錫馬上意識(shí)到這一反應(yīng)正是氧化說的有力佐證，并且自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)將水蒸氣通過熱槍筒，發(fā)現(xiàn)水被分解了。他發(fā)表文章提出水實(shí)質(zhì)上是一種化合物，并用自己的學(xué)說對(duì)其生成和分解進(jìn)行了簡潔而圓滿的解釋，但是拉瓦錫很少在論文中寫明借助了他人的工作，這是他的一個(gè)缺陷。拉瓦錫從氫氣燃燒生成水這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)感覺到以前的實(shí)驗(yàn)忽略了對(duì)呼出氣體中的水的測定。于是他請(qǐng)了一個(gè)助手來進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)，希望可以搞清人類呼吸的實(shí)質(zhì)。但是這一實(shí)驗(yàn)被法國大革命所中斷，后來他的助手完成了實(shí)驗(yàn)，初步證明了人的呼吸中有碳和氫的氧化過程。

新理論的傳播與統(tǒng)一度量衡

拉瓦錫正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

1787年之后拉瓦錫社會(huì)職務(wù)漸重，用于科學(xué)研究時(shí)間較少。主要進(jìn)行化學(xué)命名法改革，自己研究成果的總結(jié)和新理論的傳播工作。他先與貝托萊等人合作，設(shè)計(jì)了一套簡潔的化學(xué)命名法。1787年他在《化學(xué)命名法》（ Méthode de nomenclature chimique ）中正式提出這一命名系統(tǒng)，目的是使不同語言背景的化學(xué)家可以彼此交流，其中的很多原則加上后來柏濟(jì)力阿斯的符號(hào)系統(tǒng)，形成了至今沿用的化學(xué)命名體系。接下來，他總結(jié)了自己的大量的定量試驗(yàn)，證實(shí)了質(zhì)量守恒定律 。這個(gè)定律的想法并非他獨(dú)創(chuàng)，在拉瓦錫之前很多自然哲學(xué)家與化學(xué)家都有過類似觀點(diǎn)，但是由于對(duì)實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量測試的不準(zhǔn)確，有些人開始懷疑這一觀點(diǎn)。1748年，俄羅斯化學(xué)家米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫曾精確的進(jìn)行了測定，并且提出了這一定律的描述，但是由于莫斯科大學(xué)處于歐洲科學(xué)研究的中心之外，所以他的觀點(diǎn)沒有被人注意到。

基于氧化說和質(zhì)量守恒定律，1789年拉瓦錫發(fā)表了《化學(xué)基礎(chǔ)論》（ Traité élémentaire de Chimie ）這部集他的觀點(diǎn)之大成的教科書，在這部書里拉瓦錫定義了元素的概念，并對(duì)當(dāng)時(shí)常見的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了分類，總結(jié)出三十三種元素（盡管一些實(shí)際上是化合物）和常見化合物，使得當(dāng)時(shí)零碎的化學(xué)知識(shí)逐漸清晰化。在該書中的實(shí)驗(yàn)部分中拉瓦錫強(qiáng)調(diào)了定量分析的重要性。最重要的是拉瓦錫在這部書中成功的將很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過他自己的氧化說和質(zhì)量守恒定律的理論系統(tǒng)進(jìn)行了圓滿的解釋。這種簡潔、自然而又可以解釋很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理論系統(tǒng)完全有別于燃素說的繁復(fù)解釋和各種充滿煉金術(shù)術(shù)語的化學(xué)著作，很快產(chǎn)生了轟動(dòng)效應(yīng)。堅(jiān)持燃素說的化學(xué)家如普利斯特里對(duì)其堅(jiān)決抵制，但是年輕的化學(xué)家非常歡迎，這部書也因此與波以耳的《懷疑派的化學(xué)家》一樣，被列入化學(xué)史上劃時(shí)代的作品。到1795年左右，歐洲大陸已經(jīng)基本全部接受拉瓦錫的理論。

法蘭西科學(xué)院常會(huì)由政府資助，給予科學(xué)家薪水同時(shí)要求完成某些任務(wù)。由于拉瓦錫的很強(qiáng)的工作能力，他參與了很多這種任務(wù)并負(fù)責(zé)起草報(bào)告。其中影響很大是統(tǒng)一法國的度量衡。1790年法蘭西科學(xué)院組織委員會(huì)負(fù)責(zé)制定新度量衡系統(tǒng)，人員有拉瓦錫、孔多塞、拉格朗日和蒙日等。1791年拉瓦錫起草了報(bào)告，主張采取地球極點(diǎn)到赤道的距離的一千萬分之一為標(biāo)準(zhǔn)（約等于1米）建立米制系統(tǒng)。接著科學(xué)院指定拉瓦錫負(fù)責(zé)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定。經(jīng)過測定，拉瓦錫提出質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用千克，定密度最大時(shí)的一立方分米水的質(zhì)量為一千克。這種系統(tǒng)盡管當(dāng)時(shí)受到了很大阻力，但是今天已經(jīng)被世界通用。

社會(huì)活動(dòng)及處死

拉瓦錫的雕像，位于巴黎市政廳

1768年拉瓦錫加入法國由國王直接管轄的稅務(wù)機(jī)關(guān)（Fermi）。當(dāng)時(shí)的法律規(guī)定，如果稅務(wù)官收的稅除去交給國王的還有剩余，那么就由他自己支配，因此很多稅務(wù)官不用工作也有大筆的收入。這使得很多納稅人特別是農(nóng)民對(duì)稅務(wù)官印象極差。拉瓦錫本人也收入頗豐，他將大部分收入用于購買和制造儀器。他倡議鹽稅改革，修筑城墻以打擊走私。甚至在自己的農(nóng)場進(jìn)行農(nóng)業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，希望可以通過提高產(chǎn)量來抵消高稅收的影響。但是他最終受累于稅務(wù)官這一身份。

1780年青年科學(xué)家馬拉向法蘭西科學(xué)院提交了一篇關(guān)于新燃燒理論的論文，希望可以加入學(xué)院，拉瓦錫作為學(xué)院里最有影響力的人物之一，對(duì)這篇論文評(píng)價(jià)很低。法國大革命爆發(fā)后，雅克賓派掌權(quán)，已經(jīng)成為雅克賓派領(lǐng)導(dǎo)人的馬拉寫小冊(cè)子抨擊原來的稅務(wù)官，其中指責(zé)拉瓦錫為了防止走私所修筑的城墻污染巴黎空氣，向煙草上灑水增加重量，盤剝百姓。而實(shí)際上拉瓦錫是為了防止煙草干燥才要求灑水，并且在灑水之前要稱重，所有交易以干重為標(biāo)準(zhǔn)。這部小冊(cè)子的攻擊使得民眾對(duì)稅務(wù)官的仇恨達(dá)到了頂峰。

1794年拉瓦錫被捕，5月8日被定罪，而且在當(dāng)天與其他27個(gè)稅務(wù)官一起遭到斷頭臺(tái)處死。法國大革命結(jié)束后他被重新認(rèn)定為無罪。

拉瓦錫死后，拉格朗日惋惜道：“他們只一瞬間就砍下了這顆頭，但再過一百年也找不到像他那樣杰出的腦袋了?！保?Il ne leur a fallu qu"un moment pour faire tomber cette tête, et cent années, peut-être, ne suffiront pas pour en reproduire une semblable. ） 所幸拿破侖當(dāng)政后非常注重科學(xué)的研究，尊重科學(xué)家，建立了巴黎綜合理工學(xué)院，拉普拉斯、拉格朗日、克勞德·貝托萊等人都得到了很好的研究條件，法國的科學(xué)研究才并未停滯。

著作

化學(xué)史

氧化說

燃素說

Opuscules physiques et chimiques (Paris: Chez Durand, Didot, Esprit, 1774). (Second edition, 1801)

L"art de fabriquer le salin et la potasse, publié par ordre du Roi, par les régisseurs-généraux des Poudres & Salpêtres (Paris, 1779).

Instruction sur les moyens de suppléer à la disette des fourrages, et d’augmenter la subsistence des bestiaux, Supplément à l’instruction sur les moyens de pourvoir à la disette des fourrages, publiée par ordre du Roi le 31 mai 1785 (Instruction on the means of compensating for the food shortage with fodder, and of increasing the subsistence of cattle, Supplement to the instruction on the means of providing for the food shortage with fodder, published by order of King on 31 May 1785).

(with Guyton de Morveau, Claude-Louis Berthollet, Antoine Fourcroy) Méthode de nomenclature chimique (Paris: Chez Cuchet, 1787)

(with Fourcroy, Morveau, Cadet, Baumé, d"Arcet, and Sage) Nomenclature chimique, ou synonymie ancienne et moderne, pour servir à l"intelligence des auteurs. (Paris: Chez Cuchet, 1789)

Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d"après les découvertes modernes (Paris: Chez Cuchet, 1789; Bruxelles: Cultures et Civilisations, 1965) (lit. Elementary Treatise on Chemistry, presented in a new order and alongside modern discoveries) alsohere

(with Pierre-Simon Laplace) "Mémoire sur la chaleur," Mémoires de l’Académie des sciences (1780), pp. 355–408.

Mémoire contenant les expériences faites sur la chaleur, pendant l"hiver de 1783 à 1784, par P.S. de Laplace & A. K. Lavoisier (1792)

Mémoires de physique et de chimie (1805: posthumous)

參考文獻(xiàn)

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科學(xué)小芽子 - 科學(xué)名人堂20 - 拉瓦節(jié) （繁體中文）

相關(guān)文獻(xiàn)

Location of Lavoisier"s laboratory in Paris

Radio 4 program on the discovery of oxygenby theBBC

Who was the first to classify materials as "compounds"?– Fred Senese

Cornell University"s Lavoisier collection

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