燃烧理论。科学发现的历史和本质

燃烧理论。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

XNUMX 世纪下半叶，化学正在兴起——新的发现层出不穷。这时，一批才华横溢的实验家脱颖而出——普里斯特利、布莱克、谢勒、卡文迪什等人。在布莱克、卡文迪什，尤其是普里斯特利的作品中，科学家们打开了一个新世界——迄今为止完全未知的气体领域。研究方法不断完善。布莱克、克朗斯泰特、伯格曼等人发展了定性分析。结果，有可能发现大量新元素和化合物。

1659世纪和1734世纪之交，德国化学家格奥尔格·恩斯特·斯塔尔（Georg Ernst Stahl，XNUMX-XNUMX）提出了所谓的燃素理论——本质上是第一个化学理论。尽管它被证明是错误的，但它使得将金属的燃烧和焙烧（锻烧）过程系统化成为可能，从统一的角度解释这些过程。斯蒂尔认为，各种物质和金属的成分中都含有一种特殊的“燃烧原理”——燃素。煅烧时，金属失去燃素，变成氧化物，即氧化过程在于氧化物质失去燃素。相反，在还原过程中，氧化物获得燃素，再次变成金属。对燃素学说的批评极大地促进了化学思想的发展。

然而，化学的主要现象——一般的燃烧和氧化过程、空气的组成、氧的作用、化合物主要基团的结构（氧化物、酸、盐等）——尚未被了解。已被解释。相反，事实不断积累，观念变得混乱。在斯塔尔的表述中，燃素学说相当合理，在他的追随者中，燃素学说变成了某种燃素：这不再是一种理论，而是数十种理论，令人困惑、相互矛盾，每个作者都在变化。

XNUMX世纪中叶，从化学角度研究气体的所谓气动化学脱颖而出。她的杰出成就之一是发现了氧气。了解其作为独立气态化学元素的性质使法国人安托万·拉瓦锡揭穿燃素的概念，制定燃烧的氧气理论。连同化学分析的重大成就，这一事件标志着第一次化学革命的开始。

安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier，1743-1794 年）于 28 年 1743 月 1763 日出生，父亲是一名律师。他在马扎林学院接受早期教育。安托万是一名优秀的学生。大学毕业后，他进入法学院。 XNUMX年，安托万获得了学士学位，次年获得了法律执照。

但法律科学并不能满足他无限的、无法满足的好奇心。在没有离开法律学业的情况下，他跟随拉卡耶（Lacaille）学习数学和天文学，拉卡耶是当时非常著名的天文学家，拉卡耶在马扎林学院拥有一个小型天文台。植物学 - 与伟大的伯纳德·朱西尔一起，他与他一起编写了植物标本；矿物学 - 来自 Guetard，他编制了法国第一张矿物学地图；化学 - 在 Ruel。

拉瓦锡的第一部作品是在他的老师和朋友盖塔尔的影响下创作的。盖塔进行了多次短途旅行。从 1763 年开始，拉瓦锡与他合作了三年。这次旅行的成果是他的第一部作品——《各类石膏的考察》。

After five years of collaboration with Guetard, in 1768, when Lavoisier was 25 years old, he was elected a member of the Academy of Sciences.

生活中，拉瓦锡遵守严格的秩序。他规定每天学习六小时科学：早上六点到九点，晚上七点到十点。余下的时间被分配在职业、学术事务、各种委员会的工作等等。

每周有一天专门研究科学。早上，拉瓦锡和他的合作者把自己锁在实验室里。他们在这里重复实验，讨论化学问题，争论新系统。在这里，人们可以看到当时最辉煌的科学家—— 拉普拉斯，蒙格，拉格朗日，吉顿莫尔沃，麦克尔。

拉瓦锡的实验室成为当代科学的中心。他花费巨资购买和安装乐器，在这方面与他的一些同时代人完全相反。

那时，化学的基本规律、化学研究的指导原则尚未找到；创造一种遵循这一基本规律的研究方法；解释化学现象的主要类别，最后揭穿现有的奇幻理论。

这项任务是由拉瓦锡承担和执行的。实验人才不足以实现它。需要在金色的手上附加一个金色的头。这样一个幸福的联盟代表了拉瓦锡。

在科学活动中，拉瓦锡被其严格的逻辑路线所震撼。首先，他开发了一种研究方法。然后科学家进行实验。

因此，他在封闭的设备中蒸馏了 101 天的水。水蒸发，冷却，返回接收器，再次蒸发，依此类推。结果是大量的沉积物。他是从哪里来的？

实验结束时装置的总重量没有变化：这意味着没有从外部添加任何物质。在这项工作的过程中，拉瓦锡坚信他的方法——定量研究方法的万能性。

掌握了完美的方法后，拉瓦锡开始了他的主要任务。他的作品创造了现代化学，涵盖了从 1772 年到 1789 年的时期。他研究的出发点是燃烧过程中物体重量增加的事实。 1772 年，他向学院提交了一份简短的说明，报告了他的实验结果，表明当硫和磷燃烧时，它们会因空气而增加重量，换句话说，它们与部分空气。

这一事实是该现象的主要发现，也是解释所有其他现象的关键。没有人理解这一点，乍一看，现代读者可能会觉得我们正在谈论一个单一的、不重要的现象……但事实并非如此。解释燃烧的事实意味着解释在空气、地球、生物体中随时随地发生的氧化现象的整个世界——在所有死的和活的自然界中，以无数的变化和不同的形式。

大约有六十本回忆录致力于阐明与这一出发点相关的各种问题。在他们身上，新科学像球一样发展。燃烧现象自然导致拉瓦锡一方面研究空气的成分，另一方面研究其他形式的氧化。各种氧化物和酸的形成及其成分的理解；呼吸过程，进而有机体的研究和有机分析的发现等。

拉瓦锡的直接任务是燃烧理论和空气成分的相关问题。 1774年，他向学院提交了一本关于锻锡的回忆录，其中阐述并证明了他对燃烧的看法。锡在密闭的蒸馏罐中被煅烧并变成“土”（氧化物）。总重量保持不变 - 因此，由于添加了“火热物质”，因此不会发生锡重量的增加，正如人们所相信的那样博伊尔穿过容器壁。金属的重量增加了。这种增加等于煅烧过程中消失的那部分空气的重量。事实证明，金属与空气结合，变成了土。这是氧化过程的结束：这里不涉及燃素、“火质物质”。在给定体积的空气中，只有一定量的金属可以燃烧，一定量的空气会消失。由此得出了其复杂性的想法：“正如你所看到的，一部分空气与金属结合时能够形成地球，而另一部分则不能；这种情况让我假设空气不是一种简单物质，正如之前所认为的，但由非常不同的物质组成。”

次年，即 1775 年，拉瓦锡向学院提交了回忆录，其中首次准确阐明了空气的成分。空气由两种气体组成，“纯空气”能够增强燃烧和呼吸作用，氧化金属，而“甲基空气”则不具备这些特性。后来给出了氧和氮的名称。

让我们深入研究一下拉瓦锡的推理过程。金属的重量增加——这意味着有某种物质加入了它。它从哪里来的？我们确定参与反应的其他物体的重量，我们发现空气的重量减少了与金属的重量增加相同的量；因此，所需的物质从空气中释放出来。这是一种重量测定方法。然而，为了理解其含义，必须认识到所有化学体都有重量，有重量的物体不可能变得失重，最后，没有一个物质粒子可以消失或从无到有。

在同一篇回忆录中，拉瓦锡阐明了“永久空气”的结构，当时二氧化碳被称为二氧化碳。如果在存在煤的情况下加热氧化汞，释放的氧气会与煤结合，形成“永久空气”。

在《一般燃烧》一文（1777 年）中，他详细发展了他的理论。所有的燃烧都是物体与氧气的结合；其结果是一种复杂的物体，即“金属土”（氧化物）或酸（现代术语中的酸酐）。

燃烧理论解释了各种化合物的组成。氧化物、酸和盐早已被区分，但它们的结构仍然是个谜。他们的总体结果可以表述如下：拉瓦锡提出了第一个化合物的科学系统，建立了三个主要组 - 氧化物（金属与氧的化合物）、酸（非金属体与氧的化合物）和盐（氧化物的化合物）和酸）。

拉瓦锡的第一部著作已经过去十年了，他几乎没有触及燃素理论。没有她，他就成功了。燃烧、呼吸、氧化的过程，空气、二氧化碳和许多其他化合物的组成，都可以通过真实重量体的连接和分离而非常简单明了地解释，没有任何神秘的原理。但旧理论仍然存在并影响着科学家。

1783年，拉瓦锡出版了《燃素沉思录》。根据他的发现，他证明了燃素理论完全没有用处。没有它，事实就可以清楚简单地解释；有了它，无尽的混乱就开始了。 “化学家们把燃素变成了一个模糊的原理，它根本没有精确的定义，因此适合各种解释，有时它是一个有重量的原理，有时是失重的，有时是自由火，有时是与地球相连的火；有时它是一个有重量的原理。穿过血管的毛孔”，有时它们对他来说是无法穿透的；他立即解释了碱性和非碱性、透明和暗淡、颜色和无颜色。这是真正的变形虫，每分钟都在改变形状”。

《对燃素的反思》是对旧理论的一种葬礼进行曲，因为它早就被认为是被埋葬了。

最后，氢及其氧化产物的知识使拉瓦锡为有机化学奠定了基础。他确定了有机体的组成，并通过在一定量的氧气中燃烧碳和氢来进行有机分析。根据 N. Menshutkin 的说法：“因此，有机化学的历史，就像无机化学的历史一样，必须从拉瓦锡开始。”

作者：萨明 D.K.

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