Антуан-Лоран де Лавуазье ( фр . Antoine - Laurent de Lavoisier ; 26 августа 1743 — 8 мая 1794), [4] также Антуан Лавуазье после Французской революции, французский дворянин и химик , сыгравший центральную роль в химической революции XVIII века и оказавший большое влияние как на историю химии , так и на историю биологии . [ 5 ]
Принято считать, что великие достижения Лавуазье в химии в значительной степени обусловлены тем, что он изменил науку с качественной на количественную . Лавуазье наиболее известен своим открытием роли кислорода в горении . Он назвал кислород (1778), признав его элементом, а также признал водород элементом (1783), выступив против теории флогистона . Лавуазье помог построить метрическую систему , составил первый обширный список элементов и помог реформировать химическую номенклатуру . Он предсказал существование кремния (1787) [6] и обнаружил, что, хотя материя может изменять свою форму или очертания, ее масса всегда остается прежней . Его жена и лаборантка Мари-Анн Польз Лавуазье стала известным химиком сама по себе.
Лавуазье был влиятельным членом ряда аристократических советов и администратором Ferme générale . Ferme générale была одним из самых ненавистных компонентов Ancien Régime из-за прибылей, которые она получала за счет государства, секретности условий своих контрактов и насилия со стороны ее вооруженных агентов. [7] Вся эта политическая и экономическая деятельность позволяла ему финансировать свои научные исследования. В разгар Французской революции его обвинили в налоговом мошенничестве и продаже фальсифицированного табака , и он был гильотинирован, несмотря на призывы сохранить ему жизнь в знак признания его вклада в науку. Полтора года спустя он был оправдан французским правительством.
Антуан-Лоран Лавуазье родился в богатой дворянской семье в Париже 26 августа 1743 года. Сын адвоката Парижского парламента , он унаследовал большое состояние в возрасте пяти лет после смерти своей матери. [8] Лавуазье начал свое обучение в Коллеже Четырех Наций Парижского университета ( также известном как Коллеж Мазарини) в Париже в 1754 году в возрасте 11 лет. В последние два года (1760–1761) в школе его научные интересы пробудились, и он изучал химию , ботанику , астрономию и математику . На философском курсе он попал под опеку аббата Николя Луи де Лакайля , выдающегося математика и наблюдательного астронома, который привил молодому Лавуазье интерес к метеорологическим наблюдениям, энтузиазм, который никогда не покидал его. Лавуазье поступил в юридическую школу, где получил степень бакалавра в 1763 году и лиценциата в 1764 году. Лавуазье получил юридическое образование и был принят в коллегию адвокатов , но никогда не занимался юридической практикой. Однако он продолжал свое научное образование в свободное время.
Образование Лавуазье было наполнено идеалами французского Просвещения того времени, и он был очарован химическим словарем Пьера Макера . Он посещал лекции по естественным наукам. Преданность и страсть Лавуазье к химии во многом были сформированы под влиянием Этьена Кондильяка , выдающегося французского ученого 18 века. Его первая химическая публикация появилась в 1764 году. С 1763 по 1767 год он изучал геологию у Жана-Этьена Геттара . В июне 1767 года Лавуазье совместно с Геттаром работал над геологическим исследованием Эльзаса и Лотарингии . В 1764 году он прочитал свою первую работу Французской академии наук , самому элитному научному обществу Франции, о химических и физических свойствах гипса (гидратированного сульфата кальция ), а в 1766 году был награжден королем золотой медалью за эссе о проблемах городского уличного освещения . [9] В 1768 году Лавуазье получил временное назначение в Академию наук. [10] В 1769 году он работал над первой геологической картой Франции.
Хотя Лавуазье широко известен своим вкладом в науку, он также посвятил значительную часть своего состояния и работы на благо общества. [11] [12] [13] [14] Лавуазье был гуманистом — он глубоко заботился о людях в своей стране и часто занимался улучшением условий жизни населения с помощью сельского хозяйства, промышленности и науки. [12] Первый случай этого произошел в 1765 году, когда он представил Французской академии наук эссе об улучшении городского уличного освещения. [12] [13] [14]
Три года спустя, в 1768 году, он сосредоточился на новом проекте по проектированию акведука. Целью было доставить воду из реки Иветт в Париж, чтобы граждане могли иметь чистую питьевую воду. Но поскольку строительство так и не началось, он вместо этого сосредоточился на очистке воды из Сены. Это был проект, который заинтересовал Лавуазье в химии воды и общественных санитарных обязанностях. [14]
Кроме того, он интересовался качеством воздуха и провел некоторое время, изучая риски для здоровья, связанные с воздействием пороха на воздух. [13] В 1772 году он провел исследование о том, как реконструировать больницу Отель-Дьё, после того как она пострадала от пожара, таким образом, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию и чистый воздух во всем здании. [14]
В то время тюрьмы в Париже были известны своей непригодностью для жизни, а обращение с заключенными — бесчеловечным. [11] Лавуазье принимал участие в исследованиях в 1780 году (и снова в 1791 году) по гигиене в тюрьмах и внес предложения по улучшению условий жизни, которые были в значительной степени проигнорированы. [11] [14]
Став членом академии, Лавуазье также проводил собственные конкурсы, чтобы направить исследования в сторону улучшения общественного мнения и своей собственной работы. [13]
Лавуазье считал, что государственное образование должно основываться на «научной коммуникабельности» и филантропии. [13]
Лавуазье получил большую часть своего дохода, покупая акции General Farm , что позволило ему работать над наукой полный рабочий день, жить в комфорте и вносить финансовый вклад в улучшение общества. [14] (Это также способствовало его кончине во время правления террора много лет спустя. [15] )
В то время было очень трудно обеспечить государственное финансирование науки, и, кроме того, это было не очень выгодно в финансовом отношении для среднего ученого, поэтому Лавуазье использовал свое богатство, чтобы открыть очень дорогую и сложную лабораторию во Франции, чтобы начинающие ученые могли заниматься, не сталкиваясь с препятствиями, связанными с получением финансирования для своих исследований. [11] [14]
Он также продвигал идею общественного образования в области наук. Он основал две организации, Lycée [fr] и Musée des Arts et Métiers , которые были созданы, чтобы служить образовательными инструментами для общественности. Финансируемый богатыми и знатными людьми, Lycée регулярно преподавал курсы для общественности, начиная с 1793 года. [13]
В возрасте 26 лет, примерно в то время, когда он был избран в Академию наук, Лавуазье купил долю в Ferme générale , финансовой компании по откупу налогов , которая авансировала предполагаемые налоговые поступления королевскому правительству в обмен на право собирать налоги. От имени Ferme générale Лавуазье поручил построить стену вокруг Парижа, чтобы можно было взимать таможенные пошлины с тех, кто перевозил товары в город и из него. [16] Его участие в сборе налогов не помогло его репутации, когда во Франции началось царство террора , поскольку налоги и плохая правительственная реформа были основными мотиваторами во время Французской революции.
Лавуазье укрепил свое социальное и экономическое положение, когда в 1771 году в возрасте 28 лет женился на Мари-Анне Пьеретте Пользе , 13-летней дочери старшего члена Ferme générale . [4] Она сыграла важную роль в научной карьере Лавуазье — в частности, она переводила для него английские документы, включая «Эссе о флогистоне » Ричарда Кирвана и исследования Джозефа Пристли . Кроме того, она помогала ему в лаборатории и создала множество эскизов и резных гравюр лабораторных приборов, которые использовались Лавуазье и его коллегами для их научных работ. Мадам Лавуазье редактировала и публиковала мемуары Антуана (сохранились ли какие-либо английские переводы этих мемуаров, на сегодняшний день неизвестно) и устраивала вечеринки, на которых выдающиеся ученые обсуждали идеи и проблемы, связанные с химией. [17]
Портрет Антуана и Мари-Анны Лавуазье был написан знаменитым художником Жаком-Луи Давидом . Завершенная в 1788 году накануне Революции, картина была лишена обычного публичного показа в Парижском Салоне из-за опасений, что она может разжечь антиаристократические страсти. [18]
В течение трех лет после вступления в Ferme générale научная деятельность Лавуазье несколько снизилась, поскольку большую часть времени он был занят официальными делами Ferme générale . Однако в этот период он представил в Академию наук один важный мемуар о предполагаемом превращении воды в землю путем испарения. С помощью очень точного количественного эксперимента Лавуазье показал, что «землистый» осадок, образовавшийся после длительного нагревания воды в стеклянном сосуде с обратным холодильником, был вызван не превращением воды в землю, а скорее постепенным разрушением внутренней части стеклянного сосуда, вызванным кипящей водой. Он также пытался провести реформы во французской денежной и налоговой системе, чтобы помочь крестьянам.
Генеральные фермеры владели монополией на производство, импорт и продажу табака во Франции, а налоги, которые они взимали с табака, приносили доход в размере 30 миллионов ливров в год. Этот доход начал падать из-за растущего черного рынка табака, который ввозился контрабандой и фальсифицировался, чаще всего пеплом и водой. Лавуазье разработал метод проверки того, был ли пепел смешан с табаком: «Когда на пепел выливают спирт из купороса , aqua fortis или какой-либо другой кислотный раствор, происходит немедленная очень интенсивная шипучая реакция, сопровождаемая легко различимым шумом».
Лавуазье также заметил, что добавление небольшого количества золы улучшает вкус табака. Об одном торговце, продающем фальсифицированные товары, он написал: «Его табак пользуется очень хорошей репутацией в провинции... очень небольшая доля добавляемого золы придает ему особенно резкий вкус, который ищут потребители. Возможно, ферма могла бы получить некоторое преимущество, добавив немного этой жидкой смеси при изготовлении табака». Лавуазье также обнаружил, что, хотя добавление большого количества воды для набухания табака приведет к его ферментации и неприятному запаху, добавление очень небольшого количества улучшит продукт.
После этого фабрики Farmers General добавляли, как он рекомендовал, постоянные 6,3% воды по объему в перерабатываемый ими табак. [19] Чтобы учесть это добавление, Farmers General поставляла розничным торговцам семнадцать унций табака, взимая плату только за шестнадцать. [20] Чтобы гарантировать, что добавлялись только эти разрешенные количества, и исключить черный рынок, Лавуазье позаботился о том, чтобы герметичная система проверок, счетов, надзора и испытаний существенно затруднила для розничных торговцев поиск контрабандного табака или увеличение прибыли за счет его увеличения.
Он был энергичен и строг в реализации этого, и введенные им системы были крайне непопулярны среди табачных ритейлеров по всей стране. Эта непопулярность имела для него последствия во время Французской революции. [21]
Лавуазье настаивал на создании Королевской комиссии по сельскому хозяйству. Затем он был ее секретарем и тратил значительные суммы собственных денег, чтобы улучшить урожайность в сельском хозяйстве в Солонье , районе, где сельскохозяйственные угодья были низкого качества. Влажность региона часто приводила к гибели урожая ржи, вызывая вспышки спорыньи среди населения. В 1788 году Лавуазье представил Комиссии отчет, в котором подробно описывались десять лет усилий на его экспериментальной ферме по внедрению новых культур и видов скота. Его вывод заключался в том, что, несмотря на возможности сельскохозяйственных реформ, налоговая система оставляла фермерам-арендаторам так мало, что было нереалистично ожидать, что они изменят свои традиционные методы. [22]
Исследования Лавуазье по горению проводились в разгар очень плотного графика государственных и частных обязанностей, особенно в связи с Ferme Générale . Также были бесчисленные отчеты для и комитетов Академии наук для исследования конкретных проблем по заказу королевского правительства. Лавуазье, чьи организаторские способности были выдающимися, часто получал задание по написанию таких официальных отчетов. В 1775 году он был назначен одним из четырех комиссаров по пороху, назначенных на замену частной компании, похожей на Ferme Générale, которая оказалась неудовлетворительной в снабжении Франции ее боеприпасами. В результате его усилий и количество, и качество французского пороха значительно улучшились, и он стал источником дохода для правительства. Его назначение в Комиссию по пороху также принесло большую пользу научной карьере Лавуазье. Как комиссар, он пользовался как домом, так и лабораторией в Королевском арсенале. Здесь он жил и работал с 1775 по 1792 год.
Лавуазье оказал решающее влияние на формирование порохового бизнеса Дюпонов , поскольку он обучил Элетера Ирене Дюпона , его основателя, изготовлению пороха во Франции; последний сказал, что пороховые заводы Дюпонов «никогда бы не были запущены, если бы не его доброта ко мне». [23] : 40
В июне 1791 года Лавуазье дал ссуду в размере 71 000 ливров Пьеру Самюэлю Дюпону де Немуру на покупку типографии, чтобы Дюпон мог издавать газету La Correspondance Patriotique . Планировалось, что она будет включать как отчеты о дебатах в Национальном учредительном собрании, так и документы из Академии наук. [24] Революция быстро разрушила первую газету старшего Дюпона, но его сын Элиас Дюпон вскоре основал Le Republicain и опубликовал последние тексты Лавуазье по химии. [23] : 15
Лавуазье также возглавлял комиссию, созданную для установления единой системы мер и весов [25] [26] , которая в марте 1791 года рекомендовала принять метрическую систему . [27] Новая система мер и весов была принята Конвентом 1 августа 1793 года. [28] Лавуазье был одним из 27 генеральных фермеров , которые по приказу Конвента должны были быть арестованы. Хотя он временно скрывался, 30 ноября 1793 года он сам сдался в монастырь Порт-Рояль для допроса. Он утверждал, что не работал в этой комиссии в течение многих лет, вместо этого посвятив себя науке. [29]
Сам Лавуазье был исключен из комиссии по мерам и весам 23 декабря 1793 года вместе с математиком Пьером-Симоном Лапласом и несколькими другими членами по политическим причинам. [26]
Одной из его последних крупных работ было предложение Национальному конвенту о реформе французского образования. Он также вмешался в защиту ряда иностранных ученых, включая математика Жозефа Луи Лагранжа , помогая освободить их от мандата, лишавшего всех иностранцев имущества и свободы. [30]
По мере того, как Французская революция набирала обороты, усиливались нападки на крайне непопулярную Ferme générale , и в конечном итоге она была упразднена в марте 1791 года. [31] В 1792 году Лавуазье был вынужден уйти в отставку со своего поста в Пороховой комиссии и переехать из своего дома и лаборатории в Королевском арсенале. 8 августа 1793 года все ученые общества, включая Академию наук, были закрыты по требованию аббата Грегуара . [28]
24 ноября 1793 года был отдан приказ об аресте всех бывших откупщиков. Лавуазье и другие генеральные фермеры столкнулись с девятью обвинениями в мошенничестве с деньгами, причитающимися государству, и в добавлении воды в табак перед продажей. Лавуазье составил свою защиту, опровергая финансовые обвинения, напомнив суду о том, как они поддерживали неизменно высокое качество табака. Однако суд был склонен полагать, что, осудив их и конфисковав товары генеральных фермеров, он вернет огромные суммы для государства. [20] Лавуазье был осужден и гильотинирован 8 мая 1794 года в Париже в возрасте 50 лет вместе со своими 27 соответчиками. [32]
Согласно популярной легенде, просьба сохранить ему жизнь, чтобы он мог продолжить свои эксперименты, была прервана судьей Коффиналем : «La République n'a pas besoin de savants ni de chimistes; le cours de la justice ne peut être suspendu». («Республика не нуждается ни в учёных, ни в химиках; отправление правосудия не может быть отложено»). [33] Сам судья Коффиналь был казнён менее чем через три месяца, в результате термидорианской реакции .
Важность Лавуазье для науки выразил Лагранж, который оплакивал обезглавливание, говоря: «Il ne leur a Fallu qu'un moment pour faire tomber cette tête, et cent années peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable». («Им понадобилось всего одно мгновение, чтобы отрубить эту голову, а для того, чтобы воспроизвести подобную, может не хватить и ста лет».) [34] [35]
Через полтора года после казни Лавуазье был полностью оправдан французским правительством. Во время Белого террора его вещи были переданы его вдове. Была приложена краткая записка: «Вдове Лавуазье, который был ложно осужден». [36]
Существует апокрифическая [37] история о казни Лавуазье, в которой ученый моргнул глазами, чтобы продемонстрировать, что голова сохранила некоторое сознание после того, как ее отрубили. [ 38] Некоторые варианты истории включают Жозефа-Луи Лагранжа как ученого, который наблюдал и записывал моргание Лавуазье. Эта история не была записана в современных отчетах о смерти Лавуазье, а место казни было слишком удалено от публики, чтобы Лагранж мог увидеть предполагаемый эксперимент Лавуазье. История, вероятно, возникла в документальном фильме Discovery Channel 1990-х годов о гильотинах, а затем впоследствии распространилась в Интернете, став тем, что один источник описывает как городскую легенду . [38] [37]
Вопреки господствовавшему в то время мнению, Лавуазье выдвинул теорию о том, что обычный воздух или один из его компонентов соединяется с веществами при их сжигании. [39] Он продемонстрировал это экспериментально. [39]
В конце 1772 года Лавуазье обратил внимание на явление горения , тему, в которой он должен был сделать свой самый значительный вклад в науку. Он сообщил о результатах своих первых экспериментов по горению в записке в Академию 20 октября, в которой он сообщил, что когда фосфор горит, он соединяется с большим количеством воздуха, образуя кислотный спирт фосфора , и что фосфор увеличивается в весе при горении. Во второй запечатанной записке, переданной в Академию несколько недель спустя (1 ноября), Лавуазье распространил свои наблюдения и выводы на горение серы и продолжил, добавив, что «то, что наблюдается при горении серы и фосфора, вполне может иметь место в случае всех веществ, которые увеличиваются в весе при горении и прокаливании: и я убежден, что увеличение веса металлических извести происходит по той же причине». [ необходима цитата ]
В 1773 году Лавуазье решил тщательно изучить литературу о воздухе, особенно о «связанном воздухе», и повторить многие эксперименты других исследователей в этой области. Он опубликовал отчет об этом обзоре в 1774 году в книге под названием Opuscules physiques et chimiques (Физико-химические очерки). В ходе этого обзора он провел свое первое полное исследование работы Джозефа Блэка , шотландского химика, который провел серию классических количественных экспериментов с мягкими и едкими щелочами. Блэк показал, что разница между мягкой щелочью, например, мелом ( CaCO3 ), и едкой формой, например, негашеной известью ( CaO ), заключается в том, что первая содержит «связанный воздух», не обычный воздух, связанный в меле, а особый химический вид, который теперь понимается как диоксид углерода (CO2 ) , который является составной частью атмосферы. Лавуазье признал, что связанный воздух Блэка идентичен воздуху, выделяющемуся при восстановлении металлических извести древесным углем, и даже предположил, что воздух, который соединялся с металлами при прокаливании и увеличивал вес, мог быть связанным воздухом Блэка, то есть CO2 . [ необходима цитата ]
Весной 1774 года Лавуазье провел эксперименты по прокаливанию олова и свинца в герметичных сосудах, результаты которых окончательно подтвердили, что увеличение веса металлов при сгорании было вызвано соединением с воздухом. Но оставался вопрос о том, было ли это в сочетании с обычным атмосферным воздухом или только с частью атмосферного воздуха. В октябре английский химик Джозеф Пристли посетил Париж, где встретился с Лавуазье и рассказал ему о воздухе, который он получил, нагревая красную окалину ртути с помощью зажигательного стекла, и который поддерживал горение с чрезвычайной энергией. Пристли в то время не был уверен в природе этого газа, но он чувствовал, что это была особенно чистая форма обычного воздуха. Лавуазье провел собственные исследования этого своеобразного вещества. Результатом стал его мемуар « О природе принципа, который соединяется с металлами во время их прокаливания и увеличивает их вес» , прочитанный в Академии 26 апреля 1775 года (обычно называемый «Пасхальными мемуарами»). В оригинальных мемуарах Лавуазье показал, что ртутная окалина была настоящей металлической окалиной, поскольку ее можно было восстановить с помощью древесного угля , выделяя в процессе фиксированный воздух Блэка. [40] При восстановлении без древесного угля она выделяла воздух, который поддерживал дыхание и горение в усиленном виде. Он пришел к выводу, что это была просто чистая форма обычного воздуха и что это был сам воздух «неразделенный, без изменений, без разложения», который соединялся с металлами при прокаливании. [ необходима цитата ]
Вернувшись из Парижа, Пристли снова занялся исследованием воздуха из ртутной окалины. Теперь его результаты показали, что этот воздух был не просто особенно чистой формой обычного воздуха, но был «в пять или шесть раз лучше обычного воздуха для целей дыхания, воспаления и... любого другого использования обычного воздуха». Он назвал воздух дефлогистированным воздухом, так как считал, что это обычный воздух, лишенный своего флогистона . Поскольку он был в состоянии поглощать гораздо большее количество флогистона, выделяемого горящими телами и дышащими животными, были объяснены значительно улучшенное сгорание веществ и большая легкость дыхания в этом воздухе. [ необходима цитата ]
Исследования Лавуазье включали некоторые из первых по-настоящему количественных химических экспериментов . Он тщательно взвешивал реагенты и продукты химической реакции в герметичном стеклянном сосуде, чтобы никакие газы не могли выходить, что было решающим шагом в развитии химии. [41] В 1774 году он показал, что, хотя материя может изменять свое состояние в химической реакции, общая масса материи остается той же в конце, что и в начале каждого химического изменения. Так, например, если кусок дерева сжечь дотла, общая масса останется неизменной, если включены газообразные реагенты и продукты. Эксперименты Лавуазье подтвердили закон сохранения массы . Во Франции его преподают как закон Лавуазье и перефразируют из утверждения в его Traité Élémentaire de Chimie : «Ничто не теряется, ничто не создается, все преобразуется». Михаил Ломоносов (1711–1765) ранее высказывал похожие идеи в 1748 году и доказал их в экспериментах; Другие, чьи идеи предшествовали работам Лавуазье, включают Жана Рея (1583–1645), Джозефа Блэка (1728–1799) и Генри Кавендиша (1731–1810). [42]
Лавуазье, вместе с Луи-Бернаром Гайтоном де Морво , Клодом-Луи Бертолле и Антуаном Франсуа де Фуркруа , представили в академию в 1787 году новую программу реформ химической номенклатуры , поскольку в то время фактически не существовало рациональной системы химической номенклатуры. Эта работа, озаглавленная Méthode de nomenclature chimique ( Метод химической номенклатуры , 1787), представила новую систему, которая была неразрывно связана с новой кислородной теорией химии Лавуазье. [43]
Классические элементы земли, воздуха, огня и воды были отброшены, и вместо них около 33 веществ, которые не могли быть разложены на более простые вещества любым известным химическим способом, были временно перечислены в качестве элементов. [44] [45] Элементы включали свет; теплород (материю тепла); принципы кислорода, водорода и азота ( азота ); углерод; серу; фосфор; пока неизвестные «радикалы» соляной кислоты ( соляной кислоты ), борной кислоты и «плавиковой» кислоты; 17 металлов; 5 земель (в основном оксиды пока неизвестных металлов, таких как магнезия , барий и стронций ); три щелочи ( поташ , сода и аммиак ); и «радикалы» 19 органических кислот.
Кислотам, рассматриваемым в новой системе как соединения различных элементов с кислородом, были даны названия, которые указывали на участвующий элемент вместе со степенью оксигенации этого элемента, например, серная и сернистая кислоты, фосфорная и фосфористая кислоты, азотная и азотистая кислоты, причем окончание «ic» указывает на кислоты с более высокой долей кислорода, чем с окончанием «ous».
Аналогично соли «ic» кислот имели конечные буквы «ate», как в слове «med copper copper», тогда как соли «ous» кислот имели окончание «ite», как в слове «med copper sulfite».
Общий эффект новой номенклатуры можно оценить, сравнив новое название « медный купорос » со старым термином «купорос Венеры». Новая номенклатура Лавуазье распространилась по всей Европе и в США и стала общепринятой в области химии. Это ознаменовало начало антифлогистонного подхода к этой области. [ необходима цитата ]
Лавуазье обычно упоминается как центральный участник химической революции . Его точные измерения и тщательное ведение балансов на протяжении всего эксперимента были жизненно важны для широкого принятия закона сохранения массы. Введение им новой терминологии, биномиальной системы, смоделированной по образцу Линнея , также помогает отметить драматические изменения в этой области, которые обычно называют химической революцией. Лавуазье столкнулся с большим сопротивлением, пытаясь изменить область, особенно со стороны британских ученых-флогистонистов. Джозеф Пристли, Ричард Кирван , Джеймс Кейр и Уильям Николсон , среди прочих, утверждали, что количественное определение веществ не подразумевает сохранения массы. [46] Вместо того, чтобы сообщать фактические доказательства, оппозиция утверждала, что Лавуазье неверно истолковывал последствия своих исследований. Один из союзников Лавуазье, Жан Батист Био , писал о методологии Лавуазье: «чувствовалась необходимость связать точность экспериментов со строгостью рассуждений». [46] Его оппоненты утверждали, что точность эксперимента не подразумевает точности выводов и рассуждений. Несмотря на оппозицию, Лавуазье продолжал использовать точные приборы, чтобы убедить других химиков в своих выводах, часто приводя к пяти-восьми знакам после запятой. Николсон, который подсчитал, что только три из этих знаков после запятой имели смысл, заявил:
Если отрицать, что эти результаты выдаются за истину в последних числах, я должен позволить себе заметить, что эти длинные ряды чисел, которые в некоторых случаях в тысячу раз превышают точность эксперимента, служат лишь для демонстрации парада, в котором истинная наука не нуждается: и, более того, когда реальная степень точности экспериментов таким образом скрыта от нашего созерцания, мы несколько склонны сомневаться в том, что точность экспериментов действительно такова, что позволяет считать доказательства de l'ordre demonstratif . [47]
«Официальная» версия «Пасхальных мемуаров» Лавуазье появилась в 1778 году. За это время у Лавуазье было достаточно времени, чтобы повторить некоторые из последних экспериментов Пристли и провести несколько новых собственных. Помимо изучения дефлогистированного воздуха Пристли, он более тщательно изучил остаточный воздух после прокаливания металлов. Он показал, что этот остаточный воздух не поддерживает ни горения, ни дыхания, и что примерно пять объемов этого воздуха, добавленных к одному объему дефлогистированного воздуха, дают обычный атмосферный воздух. Тогда обычный воздух представлял собой смесь двух различных химических видов с совершенно разными свойствами. Таким образом, когда в 1778 году была опубликована пересмотренная версия «Пасхальных мемуаров», Лавуазье больше не утверждал, что принцип, который сочетается с металлами при прокаливании, — это просто обычный воздух, а «ничего иного, как самая здоровая и чистая часть воздуха» или «в высшей степени пригодная для дыхания часть воздуха». В том же году он придумал название кислород для этого компонента воздуха, от греческих слов, означающих «образующий кислоту». [40] [48] Он был поражен тем фактом, что продукты сгорания таких неметаллов, как сера, фосфор, уголь и азот, были кислотными. Он считал, что все кислоты содержат кислород и что кислород, следовательно, является окисляющим началом.
Химические исследования Лавуазье между 1772 и 1778 годами были в основном связаны с разработкой его собственной новой теории горения. В 1783 году он прочитал в академии свой доклад под названием Réflexions sur le phlogistique (Размышления о флогистоне), полномасштабную атаку на текущую теорию горения флогистона. В том же году Лавуазье также начал серию экспериментов по составу воды, которые должны были оказаться важным краеугольным камнем его теории горения и привлечь к ней многих новообращенных. Многие исследователи экспериментировали с сочетанием горючего воздуха Генри Кавендиша, теперь известного как водород , с «дефлогистированным воздухом» (воздухом в процессе горения, теперь известным как кислород) путем электрического искрообразования смесей газов. Все исследователи отметили получение Кавендишем чистой воды путем сжигания водорода в кислороде, но они интерпретировали реакцию по-разному в рамках теории флогистона. Лавуазье узнал об эксперименте Кавендиша в июне 1783 года от Чарльза Благдена (до того , как результаты были опубликованы в 1784 году) и сразу же распознал воду как оксид гидроэлектрического газа. [49]
В сотрудничестве с Лапласом Лавуазье синтезировал воду, сжигая струи водорода и кислорода в колпаке над ртутью. Количественные результаты были достаточно хороши, чтобы поддержать утверждение, что вода не является элементом, как считалось более 2000 лет, а представляет собой соединение двух газов, водорода и кислорода. Интерпретация воды как соединения объясняла горючий воздух, образующийся при растворении металлов в кислотах (водород, образующийся при разложении воды), и восстановление извести горючим воздухом (сочетание газа из извести с кислородом для образования воды). [46]
Несмотря на эти эксперименты, антифлогистонный подход Лавуазье остался непринятым многими другими химиками. Лавуазье трудился, чтобы предоставить окончательное доказательство состава воды, пытаясь использовать это в поддержку своей теории. Работая с Жаном-Батистом Мёнье , Лавуазье пропускал воду через раскаленный железный ствол пушки, позволяя кислороду образовывать оксид с железом, а водороду выходить из конца трубы. Он представил свои выводы о составе воды в Академию наук в апреле 1784 года, сообщив свои цифры с точностью до восьми знаков после запятой. [46] Оппозиция отреагировала на эти дальнейшие эксперименты, заявив, что Лавуазье продолжал делать неверные выводы и что его эксперимент продемонстрировал вытеснение флогистона из железа путем соединения воды с металлом. Лавуазье разработал новый аппарат, который использовал пневматический желоб, набор весов, термометр и барометр, все тщательно откалиброванные. Тридцать ученых были приглашены стать свидетелями разложения и синтеза воды с использованием этого аппарата, что убедило многих присутствующих в правильности теорий Лавуазье. Эта демонстрация с большой уверенностью установила, что вода является соединением кислорода и водорода для тех, кто ее наблюдал. Однако распространение эксперимента оказалось не на должном уровне, поскольку в нем не хватало деталей, чтобы должным образом отобразить уровень точности, достигнутый при измерениях. Статья заканчивалась поспешным заявлением о том, что эксперимент был «более чем достаточным, чтобы ухватиться за уверенность в предположении» о составе воды, и утверждалось, что методы, используемые в эксперименте, объединят химию с другими физическими науками и продвинут открытия. [50]
Лавуазье использовал новую номенклатуру в своем Traité élémentaire de chimie ( Элементарный трактат по химии ), опубликованном в 1789 году. Эта работа представляет собой синтез вклада Лавуазье в химию и может считаться первым современным учебником по этому предмету. Ядром работы была теория кислорода, и работа стала наиболее эффективным средством для передачи новых доктрин. Она представила единый взгляд на новые теории химии, содержала четкое изложение закона сохранения массы и отрицала существование флогистона. Этот текст прояснял концепцию элемента как вещества, которое не может быть разбито ни одним известным методом химического анализа, и представлял теорию Лавуазье об образовании химических соединений из элементов. Она остается классикой в истории науки. Хотя многие ведущие химики того времени отказались принять новые идеи Лавуазье, спрос на Traité élémentaire как на учебник в Эдинбурге был достаточным, чтобы обеспечить перевод на английский язык примерно через год после его французской публикации. [51] В любом случае, Traité élémentaire был достаточно обоснованным, чтобы убедить следующее поколение.
Связь между горением и дыханием давно была признана из-за существенной роли, которую воздух играл в обоих процессах. Поэтому Лавуазье был почти обязан расширить свою новую теорию горения, включив в нее область физиологии дыхания . Его первые мемуары на эту тему были прочитаны в Академии наук в 1777 году, но его самый значительный вклад в эту область был сделан зимой 1782–1783 годов совместно с Лапласом. Результат этой работы был опубликован в мемуарах «О тепле». Лавуазье и Лаплас сконструировали ледяной калориметр для измерения количества тепла, выделяемого при горении или дыхании. Внешняя оболочка калориметра была заполнена снегом, который таял, поддерживая постоянную температуру 0 °C вокруг внутренней оболочки, заполненной льдом. Измеряя количество углекислого газа и тепла, выделяемого при заключении живой морской свинки в этом аппарате, и сравнивая количество тепла, выделяемого при сжигании достаточного количества углерода в ледяном калориметре для получения того же количества углекислого газа, которое выделяла морская свинка, они пришли к выводу, что дыхание на самом деле является медленным процессом горения. Лавуазье утверждал: «la respiration est donc une burn», то есть дыхательный газообмен представляет собой горение, подобное горению свечи. [52]
Это непрерывное медленное горение, которое, как они предполагали, происходило в легких, позволяло живому животному поддерживать температуру своего тела выше температуры окружающей среды, тем самым объясняя загадочное явление животного тепла. Лавуазье продолжил эти эксперименты с дыханием в 1789–1790 годах в сотрудничестве с Арманом Сегеном . Они разработали амбициозный набор экспериментов для изучения всего процесса метаболизма и дыхания тела, используя Сегена в качестве подопытного кролика в экспериментах. Их работа была завершена и опубликована лишь частично из-за срыва Революции, но новаторская работа Лавуазье в этой области вдохновила аналогичные исследования физиологических процессов на протяжении поколений.
Фундаментальный вклад Лавуазье в химию был результатом осознанных усилий по подгонке всех экспериментов под рамки единой теории. Он установил последовательное использование химического равновесия , использовал кислород для опровержения теории флогистона и разработал новую систему химической номенклатуры, которая утверждала, что кислород является неотъемлемой составляющей всех кислот (что позже оказалось ошибочным).
Лавуазье также провел ранние исследования в области физической химии и термодинамики в совместных экспериментах с Лапласом. Они использовали калориметр для оценки тепла, выделяемого на единицу произведенного диоксида углерода, в конечном итоге обнаружив то же самое соотношение для пламени и животных, что указывает на то, что животные вырабатывают энергию посредством реакции горения.
Лавуазье также внес вклад в ранние идеи о составе и химических изменениях, сформулировав радикальную теорию, полагая, что радикалы , которые функционируют как единая группа в химическом процессе, соединяются с кислородом в реакциях. Он также ввел возможность аллотропии в химических элементах, когда обнаружил, что алмаз является кристаллической формой углерода .
Он также отвечал за создание газометра, дорогостоящего инструмента, который он использовал на своих демонстрациях. Хотя он использовал свой газометр исключительно для этих целей, он также создал меньшие, более дешевые и более практичные газометры, которые работали с достаточной степенью точности, которую могли воссоздать больше химиков. [53]
В целом его вклад считается наиболее важным в развитии химии до уровня, достигнутого в физике и математике в XVIII веке. [54]
После его смерти его родственники собрали коллекцию, включающую большую часть его научных рукописей и инструментов, в замке Каньер в Пюи-де-Дом. [55]
В 1970 году Департамент научных и промышленных исследований назвал в его честь гору Лавуазье в хребте Папароа в Новой Зеландии . [56]
При жизни Лавуазье был награждён золотой медалью короля Франции за работу по городскому уличному освещению (1766) и был назначен во Французскую академию наук (1768). [10] Он был избран членом Американского философского общества в 1775 году. [57]
Работа Лавуазье была признана международным историческим памятником химии Американским химическим обществом , Академией наук Института Франции и Химическим обществом Франции в 1999 году . вместе с коллегами Луи-Бернаром Гайтоном де Морво , Клодом Луи Бертолле и Антуаном Франсуа, графом де Фуркруа , [59] был удостоен награды «Цитата за химический прорыв» от Отдела истории химии Американского химического общества, врученной в Академии. des Sciences (Париж) в 2015 году. [60] [61]
Несколько медалей Лавуазье были названы и вручены в честь Лавуазье такими организациями, как Société chimique de France , Международное общество биологической калориметрии и компания DuPont [62] [63] [64] Он также отмечен премией Франклина-Лавуазье, отмечающей дружбу Антуана-Лорана Лавуазье и Бенджамина Франклина . Премия, которая включает в себя медаль, вручается совместно Fondation de la Maison de la Chimie в Париже, Франция, и Институтом истории науки в Филадельфии, штат Пенсильвания, США. [65] [66]
сентябре 1793 г. был принят закон, предписывающий арест всех иностранцев, родившихся во вражеских странах, и конфискацию всего их имущества. Лавуазье вмешался в защиту Лагранжа, который, безусловно, подпадал под действие закона. 8 мая 1794 г., после суда, который длился меньше дня, революционный трибунал приговорил Лавуазье и 27 других к смертной казни. Лагранж сказал о смерти Лавуазье, который был гильотинирован во второй половине дня в день суда
