燃烧过程的本质是什么.doc

09化学 卢雅彬 091001022 燃烧过程的本质是什么？这个长期未解的化学奥秘，终于为杰出的法国化学家拉瓦锡所揭示。1772年他开始研究燃烧问题。他发现金刚石燃烧后竟变得无影无踪，由此想到燃烧可能是物质同空气的结合。他又全面考察了十八世纪以来的气体化学成果，特别是布拉克”固定空气”的发现，使他深感定量方法的重要。为此，他在磷、硫等非金属燃烧实验中也精确进行了测量，发现它们同锡、铅等金属一样，燃烧产物的重量亦有增加，认识到燃烧增重是一个较为普遍的现象。至于增重的原因，他查遍了各种著作和文献也未找到令人满意的解释。而其中，对于“燃素具有负重量”的说法，显然是违背物理规律的，可不加考虑。然而对于百年前波义耳关于“火粒子”进入的说法呢?他认为也不可轻易置信，而需要自己动手重新检验。1774年拉瓦锡重做了1674年波义耳煅烧金属的实验。但他防止了波义耳的疏漏，把锡放在一个密封的容器里加热燎烧，以避免外界空气的干扰。结果发现，虽然锡煅烧后的重量有所增加；而盛有锡的密封容器的总重量却在反应前后未有改变。既末增加也末减少。这就表明，并没有波义耳所说的“火粒子”从外界进入容器同金属结合，从而否定了传统的”火粒子”增重的解释。他又发现，当容器启封后则有空气进入，并使总重量有所增加。这就使他得出个结论：锡的加重不是来自火中物质而是来自 “空气。他还进一步在量上证明，“锡所增加之重，几乎恰等于补入的空气之重”。至此，拉瓦锡已经明确树立了燃烧是可燃物同空气相结合的观念。但是，拉瓦锡尚未能断定这部分空气的性质是布拉克的“固定空气”，还是普通空气，或普通空气中的一部分。开始时，他曾设想是”固定空气”。因为铅在空气中加热后成密陀僧(一氧化铅)，而密陀僧和木炭共热后又可还原为铅，并放出了“固定空气”，从而以为铅原来就是同”固定空气”相结合的。后来发现磷并不能在”固定空气”中燃烧才放弃了这一设想。那么，同可燃物结合的究竟是一种什么气体?他企图从直接加热金属灰渣中得到这种气体，然而未获成功。1774年10月，正当拉瓦锡的实验遇到困难的时候，恰好刚刚发现了氧气一个多月的普利斯特列在漫游欧洲大陆旅途中来到巴黎同拉瓦锡会晤，并详细介绍了刚刚发现氧气的过程。这使拉瓦锡恍然大悟。他觉得普利斯特列所说的“脱燃素空气”，可能正是自己要分离而尚未分离出的气体。他很快重复了普利斯特列的实验，并从化合和分解两个方面反复做了精确测定。由此他得出结论：“金属燃烧是吸收了空气中能够助燃的部分；剩下了不能够助燃的部分，可见空气是由性质相反的两种气体所组成”。前者称为“上等可呼吸空气”，不久又称为“成酸的元素”(oxygen)，即氧气；后者称为“不能维持生命”的空气，即氮气。1777年，拉瓦锡综合了1772年至1777年五年间的研究成果，撰写成一篇题为燃烧理论的报告，全面、系统地阐述了新理论即：“燃烧的氧化学说”。其要点是：(1)物质燃烧时放出光和热；(2)物质在氧存在时才能燃烧；(3)物质在空气中燃烧时吸收其中的氧，燃烧后增加之重恰等于吸收的氧之重；(4)一般可燃物(非金属)燃烧后变为酸；金属煅烧后变为灰渣即金属氧化物。但是，科学的燃烧理论并未立即为人们普遍接受，象普利斯特列和凯文迪旭等一些著名化学家仍在相信燃素说。这主要是因为还存在一个”易燃空气”(氢气)及其燃烧产物的问题。燃素论者认为“易燃空气”就是燃素本身，从而也是燃素存在的“证据”。但是依照新的理论，“易燃空气”只是一种元素，并在燃烧后亦应增重。然而拉瓦锡却始终未能找到这一产物而无法证实。所以，拉瓦锡的理论要走向完备，则最后一步就必须解决水的组成问题。 1781年，普利斯特列在一次氢气和氧气混合爆炸的实验中发现了化合产物水，随后凯文迪旭又精确测出了氢气和氧气化合成水的体积比例。这就用科学的方法第一次证明了水并非象古希腊哲学家泰勒斯所说的是万物的“本原”或“元素”，而是化合物。然而遗憾的是，发现者本人却对此视而不见，仍坚持认为水是“元素”，并以其倒置的理论加以解释：在两种气体中原来都含有水，氧气是“脱除燃素的水”，氢气是“含有更多燃素的水”，两种气体的化合只是水的重新分配，而不是水的生成，等等。为此，凯文迪旭就更加相信燃素说，认为是“被普遍接受的燃素的原理，至少同拉瓦锡先生的学说一样，能够解释所有的现象”。这样，燃素论者就又错过了一次重要的发现机会，而这一机会却又落到了拉瓦锡的身上。 1783年，正当拉瓦锡对氢的燃烧产物困惑不解时，凯文迪旭的助手布莱格登来到巴黎拜访了拉瓦锡，并介绍了凯文迪旭合成水的实验，使拉瓦锡顿有所悟。他认为这正是自己要找而尚未找到的”易燃空气”的燃烧产物。他又象过去重复普利斯特列发现氧的实验一样，立即重复了凯文迪旭合成水的实验，并得出结论：水并非元素，而是”易燃空气”和氧气的化合物；”易燃空气”的燃烧是氧化并增重的过程，产物为水，”易燃空气”并非燃素而是元素，应命名为“生成水的元素”，即氢气。同年，他撰写了对于燃素的回顾一文发表了研究成果，否定了燃素说赖以存在的最后一个“依据”。这是一次历史画面的重演：过去，普利斯特列发现了氧，而拉瓦锡才真正揭示了氧的本质和意义，现在，凯文迪旭合成了水，而又由拉瓦锡真正揭示了水的本质及其合成意义，再一次显示了科学思维在化学研究中的重要作用。此后，氧化学说日益得到了更为广泛的承认。我一直觉得真正的科学是理论与实际的互相结合，外加一定的机缘。我们要善于运用先人的经验，更要大胆质疑，以自己的实践，证明真理的存在，就像上面材料所阐述的，拉瓦锡虽然没有发现氧，然而却成了真正认识氧及其革命意义的第一个化学家。拉瓦锡善于学习，善于进行分析综合、判断推理，提出新的学术思想。对于前人的有关研究，他的学习是很认真的。他能把前人对于同一实验所作的不同解释加以分析比较，从中发现矛盾和问题，为此他选择了一些关键的跟踪实验作为自己研究的突破点，并在实验中，保持清醒头脑。在实验中他除了细致地观察外，还善于捕捉那些化学反应中各种物质变化的相互联系，不被表面现象所迷惑，透过现象深入到本质，从整体上去认识反应的本质，因而显得比别人站得高、看得准。拉瓦锡的伟大在于提出了燃烧的氧化学说，更在于他与空气的默契，在于他对细节的执着。对于一件事情，机遇是偶然的，而成功的必然是你会不会抓住他，并坚持下去。曾经看过一个故事：有人问美国一知名的演说家，一个俩小时的演讲要准备多少时间，他说，不需要准备，随时都可以上台。那么30分钟的演讲呢？他说准备一天。15分钟的演讲呢？他说，准备几天。3分钟的演讲呢?他说，的准备好几个星期。我在想，是不是可以这样推理，一句简单的“演讲”是不是要经过细心的推敲，慢慢的斟酌，和反复的实验才能让它的寓意更为精彩，更为它人所接受呢？我认为答案是肯定的，拉瓦锡的成功也不是一朝一夕的，也许有的会觉得他的成功有一定的运气，他的友人功不可没。是的，总是在他遇到瓶颈时，朋友的话语总会刚好的给他带来启示，但是，我们设想一下，如果拉瓦锡没有经过反反复复的思考、实践，如果他没有对与着手研究的执着，那么，即使有人告诉真理他也不会发现什么的。而且，最难能可贵的是，他能从别人发现不出来的结论上得出事实，我觉得，他的“美”不在于他