化學的實踐古已有之，煉丹、火藥都是，但化學形成科學理論，搭起構架，是18世紀的事情。其中，法國科學家拉瓦錫（1743-1794）扮演了極為重要的角色。正是他，推翻了統治化學達百年之久的燃素學說，正確解釋了燃燒現象。他使化學從定性轉為定量，闡明了品質守恆定律及其在化學中的運用。他總結出世界第一張真正的化學元素表，與他人合作制定出化學物種命名原則。他撰寫了第一部真正的近代化學教科書《化學概要》，將過去和當時的許多零散實驗結果，加以綜合使之成為完整的學說。他所提出的新觀念、新理論、新思想,為近代化學的發展奠定了重要的基礎，因而後人稱拉瓦錫為近代化學之父。   傑出科學家，命終絞刑架 安托萬·拉瓦錫（Antoine Lavoisier）1743年8月26日出生於巴黎的一個律師家庭。5歲時母親過世，拉瓦錫繼承了一大筆財產。他在家庭教師的輔導下，受到了良好的教育。11歲進入馬紮然學院（Collège Mazarin，馬紮然又譯馬薩林，為路易十四的宰相）讀書，學過化學、生物、礦物、地質等學科。家人想要他成為一名律師，從1761年起他在巴黎大學法學院攻讀，兩年後他獲得法學學士學位，取得律師資格。但是他本人卻對自然科學，特別是化學更感興趣，最終走上了科學家的道路。 1766年拉瓦錫因出色地撰寫了巴黎街道照明的設計文章而獲得法國科學院的金質獎章。 1764年至1767年，他作為一位地理學家的助手，進行採集法國礦產、繪製第一份法國地圖的工作。在考察礦產過程中，他研究了生石膏與熟石膏之間的轉變，1768年在《法國科學院院報》發表第一篇化學論文，就是對石膏的研究。 1769年，年僅26歲的拉瓦錫成為法蘭西學院院士。法蘭西學院（Institut de France）設在拉丁區，與盧浮宮隔塞納河相望。法蘭西學院是與英國皇家學會齊名的科學學會，包括法語、文學、自然科學、藝術和社會科學五個學部，其中自然科學學部就是法國科學院。在法國，學者、科學家若能當選為法蘭西學院的院士，是很高的榮譽。該院評選院士特別注重水準而不是資歷，由此可見拉瓦錫絕非等閒之輩。 1771年底拉瓦錫與同事的女兒，不到14歲的瑪麗（1758-1836）結婚。女孩這麼早結婚是怎麼回事呢？原來瑪麗父親是議會的律師，家境殷實。這年，一位伯爵來向瑪麗求婚，可是這個求婚者已50歲，瑪麗父親拒絕了，但他不能得罪伯爵，需要為女兒找一條擺脫困窘的出路，於是他同事的兒子，28歲的拉瓦錫，就被選為乘龍快婿。瑪麗通曉多種語言，多才多藝，冰雪聰明。她成了拉瓦錫的學生，替拉瓦錫翻譯英文文獻，保存拉瓦錫實驗記錄，協助丈夫進行科學研究。真是一對神雕俠侶。正是夫婦二人的共同協作，氧化學說才徹底推翻了燃素說，化學蓬勃發展起來。拉瓦錫春風得意，成為教授，並擔任皇家火藥局局長。 拉瓦錫在法國大革命時期也為新政府做了大量有益的工作，如設計城市照明、制定農業改革方案、貢獻出火藥製造和礦物探尋的資料。 作為改革委員會委員，拉瓦錫還參加了新政府推行的“改革舊度量衡制，創造新的國際通用單位”的工作。他起草了報告，主張採取地球極點到赤道的距離的一千萬分之一為標準，定為一米（千米即一公里），建立米制系統。接著他又提出品質標準採用千克，定一立方分米水的品質為一千克（公斤）。這種系統儘管當時受到了很大阻力，但是今天已經被世界通用。也就是人們所說的國際公制。 除了搞科學之外，拉瓦錫還有一個身份，1768年拉瓦錫當上包稅官。當時的法律規定，如果包稅官收的稅除去交給國王的還有剩餘，那麼就由他自己支配，因此很多包稅官不用工作也有大筆的收入。這使得很多納稅人特別是農民對包稅官印象極差。拉瓦錫本人收入頗豐，他將大部分收入用於購買和製造儀器。他倡議鹽稅改革，甚至在自己的農場進行農業化學實驗，希望可以通過提高產量來抵消高稅收的影響。但是他最終受累於包稅官這一身份。 在法國大革命高潮中，1794年的“恐怖統治”期間拉瓦錫被捕，罪名就是因為拉瓦錫當過包稅官。說到這裏，就不得不提拉瓦錫和革命領袖馬拉的私人恩怨——這也加速了他的死亡。兩人的矛盾正始於科學研究。馬拉早年著書《火焰論》欲躋身科學界，時任科學院秘書長的拉瓦錫評其無科學價值而否定，兩人結下私怨。馬拉公開叫囂“埋葬這個人民公敵的偽學者”。許多科學家聯合求情都沒有用。據說法官宣佈：“共和國不需要天才。”1794年5月8日早晨，拉瓦錫被送上斷頭臺，他泰然受刑而死，年僅51歲。著名的法籍義大利數學家拉格朗日痛心地說：“砍下他的頭顱只需要一眨眼工夫，但生出他那樣的大腦一百年也不夠。” 不錯，這是一顆不平凡的大腦。正是它的精細運作，引發了化學史上第一次真正的革命，其影響可以用這樣一句話來概括：拉瓦錫之於化學，猶如牛頓之於物理學。就在拉瓦錫撒手人寰不久，革命政府即改口說，拉瓦錫其實被冤枉了。人們為他舉行了隆重的追思大會，並在巴黎市政廳給他豎立了塑像。   化學方面的四大成就 前面介紹了一下拉瓦錫的人生簡歷，現在盤點一下他在化學方面的突出貢獻。 1.推翻燃素理論，建立氧化學說，從而科學地闡明了燃燒原理。這是拉瓦錫對化學研究的第一大貢獻，堪稱一場“化學革命”。 “燃燒”是一常見的化學現象，怎麼解釋這一現象呢？歐洲曾經流傳著燃素說，認為物質在空氣中燃燒是物質失去燃素（助燃的物質），空氣得到燃素的過程。燃素說可以解釋一些現象，因此很多化學家包括英國科學家普裏斯特利（Joseph Priestley，1733-1804）和瑞典科學家舍勒（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786）等人都擁護這一說法。他們兩人分別在1774年前後用不同方法制取了氧氣，但未能對“燃燒”現象做出正確解釋。普裏斯特利更是將自己發現的氧氣稱為“脫燃素氣”，意思是“能帶走燃素的空氣”，因為物質在其中燃燒比在普通空氣中更劇烈。但是燃素說始終難以解釋金屬燃燒之後變重這個事實。 早在1772年秋天，拉瓦錫就開始對金屬在空氣中煆燒的現象進行研究。他將錫在真空密封容器中加熱，發現品質不變，加熱後打開容器，發現品質迅速增加。拉瓦錫於是提出了另一種解釋，即認為物質的燃燒是可燃物與空氣中某種物質結合的結果，這樣可以同時解釋燃燒需要空氣和金屬煆燒後品質變重（成為金屬氧化物）的問題。但是此時他仍然無法確定是那一種空氣成分與可燃物結合，只知道大約1/5的空氣可以助燃。 1774年10月，普裏斯特利訪問歐洲大陸，在宴會上向拉瓦錫介紹了自己的實驗：氧化汞加熱時，可得到脫燃素氣，這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮，還能幫助呼吸。拉瓦錫重複了普裏斯特利的實驗，得到了相同的結果。但拉瓦錫並不相信燃素說，所以他認為這種氣體是一種元素，把這種氣體命名為oxygen（中譯名氧），含義是酸的元素。他確定，燃燒是物質同氧氣的一種結合。 1777年，拉瓦錫向法國科學院提交了劃時代的論文《燃燒概論》，系統地闡述了燃燒作用的氧化學說，要點為：①燃燒時放出光和熱。②只有在氧存在時，物質才會燃燒。③空氣是由兩種成分組成的，物質在空氣中燃燒時，吸收了空氣中的氧，因此重量增加，物質所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。④一般的可燃物質（非金屬）燃燒後通常變為酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧（這一條不確切，今天知道也有不含氧的酸，如鹽酸）。金屬煆燒後變為煆灰，它們是金屬的氧化物。拉瓦錫的氧化學說徹底地推翻了燃素說，使化學開始蓬勃地發展起來。 《燃燒概論》後來被翻譯成多國語言，掃清了燃素說的影響。化學自此切斷與古代煉丹術的聯繫，揭去了神秘和臆測的面紗，取而代之的是科學實驗和定量研究。化學由此也進入定量化學（即近代化學）時期。 拉瓦錫其實並沒有發現重要的化學物質和化學反應，但他的成就在於對別人的實驗結果在一個全新的理論框架內進行了合理的解釋。拉瓦錫強調精確測量在化學研究的重要性，並用定量的實驗結果驗證他的理論。拉瓦錫推翻了以燃素學說為代表的舊化學體系，明確了氧氣在燃燒中的作用，發起了現代化學革命。 拉瓦錫還研究過生命的過程，認為氧氣在呼吸過程中同樣至關重要。他認為，從化學的觀點看，物質燃燒和動物的呼吸同屬於空氣中氧所參與的氧化作用。後者是一種緩慢的燃燒過程，並且是所有動物賴以生存的基礎。也就是說，人類和動物利用吸入的氧氣，從體內有機物緩慢燃燒中獲得能量。這項發現的重要性或許可與哈維發現血液迴圈的重要性相比。 2. 拉瓦錫對化學的另一大貢獻是從實驗的角度驗證並總結了品質守恆定律（或稱物質守恆定律）。 早在拉瓦錫少年之時，多才多藝的俄國科學家羅蒙諾索夫（1711-1765）就在1756年就提出了“物質不滅”的觀點，但缺乏豐富的實驗依據。當時俄羅斯的科學還很落後，西歐對沙俄的科學成果並不重視，“物質不滅定律”沒有得到廣泛的傳播。 拉瓦錫在化學實驗中，宣導並改進了定量分析方法，養成了經常使用天平的習慣。他在進行了大量的定量試驗後，1777年公佈結論，證明了品質守恆定律。在化學反應中，它表現為反應前各物質的品質總和等於反應後生成物各物質的品質總和。品質守恆定律成為他進行實驗、思維和計算的基礎。這種作法使化學成為一種精密的科學，為後來化學的大多數進步鋪平了道路。 拉瓦錫曾作過“燒幹水不會變土”的著名實驗，歷時100多天，推翻了“水能變成土”的錯誤觀點，揭示出水中出現的沉澱物並非“土”，而是水溶解了當時製作還比較粗糙的玻璃容器的部分物質而沉澱下來的，從而有力支持了“物質不會憑空產生”的科學原理。而且推翻了煉金術士們所主張的“水變土，土變鐵，鐵變黃金”之類的無稽之談。 為了表明守恆的思想，拉瓦錫用“=”而不用箭頭表示物質變化的過程。如糖轉變為酒精的發酵過程表示為下麵的等式： 葡萄糖(C6H12O6)=二氧化碳（CO2）+酒精(C2H5OH) 而這正是現代化學反應方程式的雛形。只是還沒有配平。拉瓦錫的貢獻促使18世紀的化學更加物理及數學化。 3.拉瓦錫建立了在科學實驗基礎上的化學元素概念：“凡是簡單的不能分離的物質，才可以稱為元素”。這個定義今天看來並不十分精確，但在二三百年前提出，還是有一定意義的。它推翻了古希臘四元素說和其他煉金術時期的元素理論。古希臘哲學家相信，組成我們周遭世界的物質都可以由四種基本物質概括，即土、火、氣、水。我國古代也有金木水火土的說法。 拉瓦錫識別了氧、氮和氫，雖然他並非首次發現，但他弄清了他們的性質，並給出了氧與氫的命名，由此確定氣並非一種元素，而是多種氣體元素的混合物。 拉瓦錫將水滴在加熱的炮筒上，識別出了氫氣（1783年），命名為hydrogen，意思是“成水的元素”。由此確證水也不是一種元素，而是氫與氧的化合物。 1789年拉瓦錫發表第一個現代化學元素表，對當時常見的化學物質進行了分類，總結出33種元素，使得當時零碎的化學知識逐漸清晰化，初步打開了物質世界的秩序大門。儘管他的表中還有少量錯誤，有些元素實際上是化合物，但這張表被公認是世界上第一張真正的化學元素表。今天的元素週期表包括118種元素，基本上就是拉瓦錫元素表的擴大而已。 針對當時化學物質的命名混亂不堪的狀況，拉瓦錫與他人合作制定出化學物質，特別是化合物的命名原則，設計了一套簡潔規範的命名法，創立了化學物質分類的新體系。他在《化學命名法》（Méthode de nomenclature chimique）中正式提出這一命名系統。目的是使不同語言背景的化學家可以彼此交流，其中的很多原則加上後來瑞典化學家貝采利烏斯（Jöns Jakob Berzelius，1779-1848）的符號系統，形成了至今沿用的化學命名體系。 4.拉瓦錫撰寫了第一部真正現代化學教科書《化學概要》（Traité Élémentaire de Chimie）。這部劃時代著作系統論述了氧化說的科學理論，重新解釋了各種化學現象，並且指明了化學研究的方向和任務，從而建立起從元素概念到反應理論的全面的近代化學體系。這標誌著近代化學的誕生。由此，化學作為一門科學才得以最後確立。拉瓦錫自豪地說：“我的理論已經像革命風暴，掃向世界的知識階層。” 後來的科學史家評價這部著作：“它就像牛頓的《自然哲學之數學原理》在一個世紀前奠定了現代物理學的基礎一樣，奠定了化學的基礎。” 當拉瓦錫出生時，化學遠遠落後於物理、數學和天文學，當時化學家們已經發現了大量零零碎碎的化學現象，但還沒有一個適當的理論框架來綜合這些零碎資訊。在他去世時，化學已步入正軌，系統化、理論化，成為建立在科學基礎上的學科。