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氧化學說（1777年法國拉瓦錫提出的學說）

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氧化學說

1777年法國拉瓦錫提出的學說

1774年，法國化學家拉瓦錫（A.L.Lavoisier，1743－1794）正式提出了氧化學說：燃燒的本質是物體與氧的化合。

基本信息

中文名	氧化學說
外文名	Oxygen Theory of Combustion
提出者	安托萬-洛朗·拉瓦錫
提出時間	1777年10月20日
應用學科	化學
適用領域	化學

收起

簡介

1774年，法國化學家拉瓦錫（A.L.Lavoisier，1743－1794）在實驗中發(fā)現(xiàn)：密閉容器內錫和鉛經(jīng)加熱后表面形成了一層金屬灰，加熱后容器內物體的總重量未改變，但錫和鉛的重量增加了，而空氣減少了。他意識到這一現(xiàn)象的本質是金屬與空氣中某些成分發(fā)生了化合反應。此后，拉瓦錫得知并重復了普里斯特利的實驗，進而發(fā)現(xiàn)與金屬化合的空氣成分就是氧氣。1777年，拉瓦錫正式提出了氧化學說：燃燒的本質是物體與氧的化合。

背景燃素說

自施塔爾于1703年系統(tǒng)地提出燃素說之后，化學界在很長一段時間內為之統(tǒng)治，并無一人懷疑此學說的真?zhèn)巍＿@樣，燃素說大一統(tǒng)的局面維持了近百年之久，然而17世紀中葉之后，科學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新氣體，同時發(fā)現(xiàn)了一些學術上的新問題，這些問題如果用燃素說來解釋則不同程度上有附合之嫌。從此，燃素說的弊端漸漸顯示出來。

首先，布拉克在1775年的實驗中，發(fā)現(xiàn)了碳酸氣體并且首先應用一定量的方法對其進行研究。布拉克把石灰石煅燒前后分別稱了重量，發(fā)現(xiàn)石灰石在煅燒后重量減輕了44%，他斷定這是因為有氣體從中放出的緣故。布拉克又發(fā)現(xiàn)石灰石與酸作用放出一種氣體，用石灰來吸收這種氣體，發(fā)現(xiàn)其重量與煅燒時放出的相等，并且該氣體與石灰水作用生成了性質與石灰石相同的沉淀物。

布拉克稱這種氣體為“固定空氣”。在以后的實驗中，布拉克弄清了鎂石與鎂土的區(qū)別，即鎂石中含有“固定空氣”，失之則成為鎂土。布拉克的發(fā)現(xiàn)與燃素而成為石灰，這與布拉克在實驗中發(fā)現(xiàn)的燃燒失重并轉變成石灰，以及蘇打轉變?yōu)?/span>苛性堿，都是由于失去酸性的“固定空氣”所引起的，而與吸收不吸收燃素毫無關系，斷然否定了燃素說。

如果說布拉克發(fā)現(xiàn)碳酸氣是對燃素說的一次有力的批判，氫和氮的發(fā)現(xiàn)則更進一步動搖了燃素說的基礎。

發(fā)現(xiàn)氫氣

在化學史上，很難說究竟是誰第一個發(fā)現(xiàn)了氫氣，但第一個收集并研究其性質的化學家卡文迪許。他在實驗中用鐵和鋅等金屬作用于鹽酸及稀硫酸制得了氫氣，并用排水法收集了這種氣體。在研究中，卡文迪許發(fā)現(xiàn)了定量的某種金屬和足量的各種酸作用，所產(chǎn)生的氫氣的數(shù)量總是固定的，與所用酸的種類及酸的濃度并無關系，并發(fā)現(xiàn)氫氣是與空氣混合后點燃會發(fā)生爆炸，這與其他空氣不一樣。

但是，卡文迪許是燃素說的忠實信徒，他用燃素說的觀點對氫的生成及其性質進行解釋。卡文迪許認為金屬中含有燃素，金屬在酸中溶解的時候，它們的所含的燃素便釋放了出來，并形成了這種“易燃空氣”。他甚至說氫氣就是燃素，并說把氫氣充到氣球中，氣球會徐徐上升的現(xiàn)象恰恰證明了燃素有負重量。

當時許多燃素說的信徒們都為卡文迪許的說法吶喊助威，但是當卡文迪許自己弄清了浮力的問題后，通過精確研究證明氫氣是有重量的，只是它比空氣輕的多。為此，卡文迪許和其他的信徒們又說，氫并非純粹的燃素，而是燃素和水的化合物。其牽強附會的可見一斑，氫的發(fā)現(xiàn)以及有關它的爭論又一次動搖了燃素說。

1772年，布拉克的學生盧瑟福在實驗中發(fā)現(xiàn)了氮氣，發(fā)現(xiàn)這種氣體不能維持動物生命并能滅火的性質。同年，普利斯特里也發(fā)現(xiàn)了氮氣。但是，盧瑟福和普利斯特里都是燃素說的虔誠信徒，他們雖然而對著諸多難以理解的實驗現(xiàn)象，卻不去思考其真正原因，而是很輕率地套用了燃素說的觀點。他們認為氮氣是一種“被燃素飽合了的空氣”，因此失去了助燃的能力。顯然，他們也不承認氮氣是空氣中的成分之一，用以頑固地維護燃素說。

氧氣的發(fā)現(xiàn)

如果說碳酸氣、氫氣和氮氣的發(fā)現(xiàn)是推翻燃素說的導火索，那么，氧的發(fā)現(xiàn)則是這一事件的火藥。然而，這一火藥在最初發(fā)現(xiàn)氧的舍勒和普利斯特里的手中卻遲遲未能引爆，直到拉瓦錫對氧進行了深入的研究之后才摧毀了燃素說的老巢。這是什么原因呢？這不能說是陳舊觀念的一種垂死掙扎，同時也由于舍勒和普利斯特里兩人在研究工作中無法擺脫頑固的舊觀念也未能更全面地進行研究的結果。

1774年前后，舍勒和普利斯特里分別先后獨立地發(fā)現(xiàn)并制得了氧氣，然而由于兩人都是燃素說的信徒，受之困擾，對氧氣能使火燃燒的更好的現(xiàn)象，他們都用了燃素說的解釋。舍勒稱氧氣為“火氣”，他仍認為燃燒是空氣中的這種火氣成分與燃燒體中燃素結合的過程，火是火氣與燃素生成的化合物。普利斯特里則認為，空氣乃是單一的氣體，助燃能力之所以不同僅因為燃素含量的不同。他認為氧是一種“脫燃素空氣”，故而吸收燃素的能力很強，助燃能力也就格外大。

評論

正如恩格斯所說，舍勒和普利斯里“從歪曲的、片面的、錯誤的前提出發(fā)，循著錯誤的、彎曲的、不可靠的途徑前進，往往當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理。”這種本來可以推翻全部燃素說的觀點并使化學發(fā)生革命的元素，在他們手中沒能結出果實。

1756年，俄國科學家蒙諾索夫曾在密閉的玻璃器內煅燒金屬，發(fā)現(xiàn)金屬燃燒后重量增加，他認為這是由于金屬在煅燒時吸了空氣的緣故。1774年，法國人貝巖曾發(fā)表過一篇討論氧化汞的論文，他認為水銀被煅燒后，不但沒有失去燃素，而且和空氣化合，增加了重量地。但是，他們的研究是不全面的，也不是定量的，更沒有認識到氧是一種新元素，從而對其性質進行透徹的研究。

對燃燒現(xiàn)象作全面的研究，令人信服地徹底推翻燃素說并建立科學燃燒學說這一歷史輥由拉瓦錫完成的。

氧氣發(fā)現(xiàn)后不久，法國化學家拉瓦錫了解到普利斯特里制得氧的方法，在此之前，拉瓦錫已做過了煅燒金屬的實驗，他在工作中非常注重量的研究。1774年，他用錫和鉛做了著名的金屬煅燒實驗，他首先將實驗用的鉛和錫進行精確稱量，將它們放入曲勁瓶中，將瓶封閉后再準確稱量鉛、錫與瓶的總重量。準備就緒后，進行加熱，直到鉛、錫變?yōu)榛覡a。再稱量總重，與試驗前一樣。之后，當他把瓶子打開時發(fā)現(xiàn)空氣沖了進去，這時再對瓶及煅灰進行稱量，發(fā)現(xiàn)總重量增加了，另外，他發(fā)現(xiàn)金屬在煅燒后重量也增加了，所增重量恰恰是等于空氣沖進瓶后總增量。因此，拉瓦錫斷定，金屬所增加的重量，既不是來自水中，也不是來自瓶外任何物質，只能是金屬結合了瓶中部分空氣的結果。在這種鮮明的事實面前，拉瓦錫對燃素說產(chǎn)生了極大的懷疑。

金屬煅灰

金屬的煅灰會不會是金屬和空氣的化合物？這了驗證這一點，拉瓦錫又用煅灰做了許多實驗。他發(fā)現(xiàn)，把鉛煅灰與焦炭一起加熱時有大量“固定空氣”釋放出來，與此同時，煅灰還原成金屬鉛。這些“固定空氣”是從哪里來的呢？他感到這絕不僅僅是從焦炭里吸取一點燃素那樣簡單了。

聯(lián)系到焦炭在空氣中燃燒也生成“固定空氣”的事實，拉瓦錫更加確信煅灰是金屬和空氣相結合的產(chǎn)物，而煅灰在用焦炭還原時所放出來的“固定空氣”，一定是從煅灰中釋放出來的空氣與焦炭相結合的結果。要進一步證實這個結論，最最有說服力的當然是設法從金屬煅灰中直接分解出來空氣，然而實驗卻未能成功。

命名氧氣

恰在這時，普利斯特里會見了拉瓦錫，告訴了拉瓦錫制得氧氣的方法。拉瓦錫重復了普得斯特里垢實驗，果然從汞煅灰中分解出了比普通空氣更加助燃、助呼吸的氣體，拉瓦錫于1777年將這種氣體正式命名為Oxygene(氧）。意為“成酸元素”。上述實驗有力地證明了拉瓦錫否定燃素說的結論，說明可燃物質的燃燒或金屬變?yōu)殪鸦也⒉皇欠纸夥磻桥c氧化合的反應，用化學式表示為：

金屬+氧=煅灰

而絕非燃素說的所謂

金屬-燃素=煅灰

證明

此后，拉瓦錫又對金屬的氧化與還原的反應進行了很精確的定量研究，證明了化學反應中質量不滅的定律。同時，他又做了大量的燃燒實驗，對種種物質燃燒后的產(chǎn)物進行了一一試驗研究。在幾年的積累、歸納總結之后，拉瓦錫于1777年提出了科學的燃燒學說-氧化學說。此后不久，水的合成和分解試驗取得成功，氧化學說也隨之為舉世公認了。

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