拉瓦锡与化学革命

论拉瓦锡与化学革命摘要：本文记述了拉瓦锡在化学上的主要贡献，阐明了化学革命发生的历史背景和对化学发展的巨大促进作用，较全面的分析了拉瓦锡的思想方法和研究方法，并在对拉瓦锡的评价问题上，提出自己的看法。关键词：化学革命燃烧学说燃素说安托万·洛朗·拉瓦锡(A.L.Lavoisier，1743.8.26-1794.5.8)（1743-1794）的名字同18世纪发生的化学革命紧紧联系在一起，这是举世公认的。作为近代化学的奠基者，拉瓦锡以他同代人所没有的大智大勇、独特的研究方法，在化学的各个领域都做出了开创性的贡献。他用著名的鹈鹕蒸馏实验，彻底否定了水可变成土质的陈旧错误观念；在别人实验的基础上，从合成与分解两个方面证明了水的组成，从而确立了科学的元素学说，割断了化学与自亚里士多德以来的“四元素说”的联系；他用精确定量分析的方法确立了化学上一条最基本的定律——质量守恒定律；第一个建立了经典有机元素分析方法；他还和其他法国化学家一起，根据自己确立的新理论，创立了新的化学术语体系，奠定了现代化学术语体系的基础，在拉瓦锡诸多划时代的贡献中，其最大成就莫过于创立了科学的燃烧学说，彻底改变了整个化学的面貌，导致了化学史上一次深刻的伟大变革——化学革命。《化学纲要》一书的出版则成为这场革命的总结，成为化学这门学科的奠基性著作。一、拉瓦锡与化学革命爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》一书中谈及科学发展的规律时说：“我们只提到科学上的开辟工作，包括寻找新的和未预见到的科学发展道路，以及创造一个永远变化着的宇宙图景的科学思想的奇迹，最初的和最基本的步骤总是带有革命性的。科学的想象力，发现旧的概念太狭窄了，于是用新的概念代替它。沿着已经开辟了的所有思想路线而继续进行发展在达到下一个需要去征服的新的领域的转折点之前，是带有进化性的。”就科学发展的内部机制而言，爱因斯坦在这里提出了科学发展的两种型式：进化性的积累型式和飞跃性的变革型式。正是这两种型式不断交替转化，驱动着自然科学由低级向高级的发展。库恩继承和发展了爱因斯坦的思想，对于自然科学发展的内部逻辑提出了自己独创性的见解。他认为，在科学发展的过程中，除了逐渐积累的常规科学时期外，还会有科学革命的激烈变革阶段，即包含一系列非积累的发展事件，在其中一套较陈旧的规范全都或局部被另一套新的不相容的规范所代替。因此，每一次科学革命都迫使科学界推翻一种盛极一时的科学理论，而代之另一种崭新的科学理论；每一次科学革命都必然改变科学研究的方向，开辟新的研究领域，同时导致研究方法的改变；每一次科学革命都会大大改变科学本身形象，引起人们自然观的重大转变，给科学带来高度繁荣。这就是科学革命不同于常规发展或一般突破的基本特点和重要标志。由拉瓦锡发动的这场史无前例的化学革命，正是具备了上述特征。众所周知，从17世纪中叶到18世纪中叶，在几乎，整整一个世纪里，错误的燃素说统治着整个化学界。这种靠观察和臆测得来的关于燃烧现象的定性解释，被当成认识一切化学现象的万能理论，形成了一种科学规范，束缚了当时化学家们的头脑。人们的研究工作再也不需要从起码的原则开始，而是在燃素说的大旗下聚集了一大批拥护者，他们用传统的理论来指导自己的一切科研活动，把一切发现都理所当然地纳入燃素说所构成的理论框架之中。在气体化学时期，不少化学家，如卡文迪什、普利斯特里、舍勒等成绩斐然；但由于笃信燃素说而无法挣脱旧规范的禁锢，在本来应该有所发现的地方却视而不见。而天才的法国化学家拉瓦锡则独具慧眼，早就看出了燃素说面临的困境，并决心清理这堆乱麻，为推翻燃素说而奋斗。经过多年的苦心研究，终于提出了科学的氧学说，一扫长期笼罩在化学界的迷雾。从此以后，化学研究的范围迅速扩大，人们不再局限于对燃烧和矿物分析的研究，而开始涉及更广泛的化学领域，并努力寻找化学反应的各种规律性。化学家们不再满足于不可靠的定性观察，而是广泛接受物理学家的思想，把定量分析的方法引入化学，使化学成为一门有数学的名副其实的科学。唯物主义的自然观代替了形而上学的自然观，以至化学家们感到自己是在一个完全崭新的世界里工作。拉瓦锡在普利斯特里看到“脱燃素空气”的地方看到了氧气，他在学会看到氧气的过程中，同时也改变了对其他许多事物的看法。例如，在当时许多人看到“土”的地方，拉瓦锡看到了氧化物，在别人以为水是吸收了燃素的脱燃素空气的地方，他看到了水不是单质，而是化合物。因此化学革命以后，拉瓦锡及其拥护者是用与燃素论者完全不同的眼光看待自然界的。由此看来，这场革命不仅是新的理论体系代替了旧的理论体系，而且是化学基本观念和方法的变革，是自然观的重大转变。从此以后，原来倒立的化学被正立过来了，以崭新的面貌呈现在人们面前，并获得了迅猛的发展。在以后不到二十年的时间里，化学的一些基本定律，如定比定律、当量定律、倍比定律等很快被发现。而这些基本经验定律的确立，又为道尔顿创立科学原子论提供了极为必要和丰富的实验依据。总之，化学发展到今天如此繁荣昌盛的局面，我们不应该忘记18世纪化学革命的巨大威力，也不应该忘记化学革命的伟大旗手安托万·洛朗·拉瓦锡的丰功伟绩，以及他卓越的科研方法。二、拉瓦锡的思想方法和研究方法我们在称颂拉瓦锡的重大成就的时侯，不能不思考这样一个问题：在18世纪众多有才华的化学家当中，为什么只有拉瓦锡剥开了笼罩在燃烧现象上的迷雾，提出了革命性学说，建立了一套完整的化学理论呢?这主要应该归功于拉瓦锡杰出的思想方法和研究方法。1、拉瓦锡具有科学的批判精神和创新意识。拉瓦锡生活在法国启蒙运动和大革命时期，启蒙运动高举科学和民主两面大旗，是一次比文艺复兴更加彻底的思想解放运动。伏尔泰、狄德罗、卢梭等著名思想家的先进的民主和革命思想孕育了许多革命家，当然也给自然科学家以启迪。法国大革命则是启蒙运动的必然产物，它是比100年前的英国资产阶级革命更为彻底的革命。社会制度和经济体制的重大变革必然在意识形态领域内给人们带来革命性变化。恩格斯曾经这样评论到：“在法国行将到来的革命启发人们头脑的那些伟大人物，本身都是非常革命的。他们不承认任何外界的权威，不管这种权威是什么样的。宗教、自然观、社会、国家制度，一切都受到了最无情的批判，一切都必须在理性的法庭面前为自己的存在作辩护或放弃存在的权利……以往的一切社会形式和一切国家形式、一切传统观念，都被当作不合理的东西扔到垃圾堆里去了；到现在为止，世界上所遵循的只是一些成见；过去的一切只值得怜悯和鄙视”。这种彻底革命和勇于同旧传统旧观念决裂的精神，必然会给生活在那个时代的拉瓦锡巨大影响。化学革命正好在时间上与法国大革命同时发生，这决非偶然。社会的剧烈变革必然对自然科学的发展产生重大而深远的影响。这当然不是说，社会革命必然导致科学革命，因为科学革命发生除了与社会经济生产发展密切相关外，更重要的还决定于自然科学本身的矛盾运动，即科学革命发生的内部条件是否成熟。拉瓦锡正是接受了革命思想的熏陶，思想解放，不迷信任何权威，不受任何旧的传统观念的束缚，富有可贵的科学批判精神。早在普利斯特里析出氧之前，拉瓦锡就注意到了燃素说自身的弱点。在他1772年的一篇日记中这样写道：“当我研究所有从物质中析出或与物质结合的空气的全部历史时，一些不同的解释全部呈现。由于这项研究结果的重要性促使我担任这项工作。我认为过去所做的实验仅供参考……”。拉瓦锡对旧理论的怀疑，促使他决心解决这个难题，并萌发了重复前人实验以判断其真伪的强烈欲望，为建立反燃素论进行了大量的实验准备工作。由此看来，拉瓦锡不仅具有批判精神，而且具有战略家的气魄和实干精神。相反，他的同代人却墨守成规，围于旧规范的束缚而不能自拔。卡文迪什把制得的氢气当成是梦寐以求的纯燃素；舍勒把用黑锰矿与浓盐酸作用制得的氧气称为“脱燃素盐酸”，把制得的氧气称为“火空气”；普利斯特里则把加热氧化汞得到的氧气称为“脱燃素空气”。对于其助燃作用，则解释为“脱燃素空气”拼命吸收可燃物中燃素的结果。总之，他们不是把自己的重大发现作为产生新思想的起点，而是几乎无例外地都贴上了燃素说的标签。“这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化学发生革命的元素，在他们手里却没有结出果实。”他们从歪曲的、片面的、错误的前提出发，沿着错误的不可靠的途径行进，往往当真理碰到鼻子尖上的时候，还是没有发现真理。可见，当一种旧的观念束缚着人们头脑的时候，’对事物的认识起到了多么大的阻碍作用！他们变成旧规范的忠实奴仆，几乎到了视而不见、充耳不闻的程度。舍勒和普利斯特里坐失良机的历史教训，正好从反面说明：“偏见比无知离真理更远”。科学发展的历史表明，只有充分认识到规范转换是科学发展的必然规律，自觉克服对传统理论在思维上和心理上的片面性和保守性，树立科学的批判精神，才有可能成为新规范的开拓者。2、拉瓦锡十分重视理论思维在科研活动中的重要作用，善于对大量的材进行分析、综合、归纳，并运用合乎逻辑的推理形成假说。他在进行任何一项实验时，都事先对实验目的和步骤做了周密的思考和安排。他头脑敏锐，有一种通过复杂现象直接领悟到事物本质的直觉能力。如在燃烧锡铅的实验中，拉瓦锡领悟到煅灰增重是由于金属与空气化合的结果，根本不是什么燃素的负重量。于是他沿着这条思路进一步设想，如果从灰中再释放出这种空气，即可证实自己的推理。他加热铁的煅灰，但没有成功。1774年10月，普利斯特里访问巴黎，告诉拉瓦锡用聚光镜加热汞煅灰得到一种“脱燃素空气”时，他马上意识到这一实验结果的重大意义，并立即重复实验，果然得到了这种气体。于是通过一番理论思维和一系列实验，他终于揭开了燃烧的秘密，提出了科学的燃烧理论。长于理论思维，是一个卓越科学家必须具备的基本素质，这也是拉瓦锡先于他人获得成功的重要因素。而普利斯特里等人就缺乏这种良好的素质，他自己曾经说过，“我有慎重地全面地对待事实这个良好习惯，但从中得出结论往往不是非常靠得住。”他虽然析出了氧，但却不知道自己发现的是什么。这除了由于普利斯特里是旧规范的维护者，思想保守僵化、坚持形而上学的自然观外，另一个重要原因恐怕就是他不善于正确运用理论思维，缺乏透过大量现象洞察事物本质的能力。英国化学史家柏廷顿评论道：“他（拉瓦锡）本质上是一个理论家，他的伟大功绩在于，他能够把别人完成的实验承受下来，并用自己的定量实验加以补充、加强，通过严格的合乎逻辑的步骤，阐明了所得结果的正确解释”。拉瓦锡的天才就是表现在他能以敏锐的目光，洞察旧理论的缺点，并善于把有用的实验事实和新理论融合成一个有机的整体。实验和理论构成了整个自然科学的大厦。实验是一切化学理论的基础，而理论则是感性知识的升华。实验材料积累得再多，仍不能称为科学理论，还必须通过科学家的抽象思维，对事实加以整理概括、综合推理，才能发现其中的规律性。由此看来，坚持正确的唯物主义立场，掌握正确的思维方法，对于揭示新理论是何等至关重要！3.拉瓦锡十分重视科学史上的经验教训，善于吸收和继承别人的研究成果。他在进行任何一项实验前，都要仔细查阅有关文献，用批判的眼光加以严格审查，再重新制定自己的实验方案。例如，拉瓦锡认真考查了波义耳关于金属煅烧的实验，并加以改进。他在打开瓶子之前对整个密闭体系进行了精确的称量，发现加热前后其总重量并未改变，但在打开瓶塞时却有空气冲进瓶内，总重量增加了。这样拉瓦锡就否定了波义耳的“火微粒说”，认为煅烧后金属重量增加是由于金属与空气化合的结果。又如，在关于水的组成的研究中，拉瓦锡不仅重复了卡文迪什用可燃空气（氢气）在空气中燃烧生成水的实验，而且让水蒸汽通过炽热的铁管使水分解，成功地得到了氧气和氢气。这样从合成与分解两个方面证明了水确是氢氧两种元素组成的化合物，从而提出了科学的元素说，完善了新的化学理论体系。如前所述，氧学说的提出也是建筑在他人实验成果的基础上。总之，拉瓦锡十分熟悉前人的研究成果。对于这种卓越的研究方法，柏延顿这样评论道：“在科学方面，拉瓦锡虽然是一个伟大的建筑师，但他在采石场上的劳动却是很少的，他的材料大都是别人整理而他不劳而获的。”这种说法显然不符合历史事实，因此也是不公允的。首先，善于吸收他人的科学成果，作为自己新理论的依据，本