化学基础论.pdf

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书籍描述

内容简介
这套丛书中收入的著作,是自文艺复兴时期现代科学诞生以来,经过足够长的历史检验的科学经典。为了区别于时下被广泛使用的“经典”一词,我们称之为“科学元典”。 我们这里所说的“经典”,不同于歌迷们所说的“经典”,也不同于表演艺术家们朗诵的“科学经典名篇”。受歌迷欢迎的流行歌曲属于“当代经典”,实际上是时尚的东西,其含义与我们所说的代表传统的经典恰恰相反。表演艺术家们朗诵的“科学经典名篇”多是表现科学家们的情感和生活态度的散文,甚至反映科学家生活的话剧台词,它们可能脸炙人口,是否属于人文领域里的经典姑且不论,但基本上没有科学内容。并非著名科学大师的一切言论或者是广为流传的作品都是科学经典。

编辑推荐
彩色插图、超级珍藏。
  “共和国不需要学者!”200多年前的一天,近代化学之父拉瓦锡就这样被他的法国同胞送上了断头台。大科学家拉格朗日悲愤地说,“吹掉他的脑袋只需一瞬,但再长出一颗这样的头颅也许要等一百年!”
  拉瓦锡的《化学基础论》成为产学史上的绝唱。
  科学元典是科学史和人类文明史上划时代的丰碑。是历经时间考验的不朽之作,让我们一起仰望先贤,回眸历史,体悟原汁原味的科学发现。

作者简介
安托万-洛朗·拉瓦锡,生于巴黎,拉瓦锡与他人合作制定出化学物种命名原则,创立了化学物种分类新体系。拉瓦锡根据化学实验的经验,用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。这些工作,特别是他所提出的新观念、新理论、新思想,为近代化学的发展奠定了重要的基础,因而后人称拉瓦锡为近代化学之父。

目录
序言
《化学基础论》导读
汉译者前言
英译者告白

第一部分 论气态流体的形成与分解,论简单物体的燃烧以及酸的形成
 第一章 论热素的化合以及弹性气态流体或气体的形成
 第二章 与我们大气的形成和组成有关的一般看法
 第三章 大气的分析,将其分为两种弹性流体:一种适宜于呼吸,而另一种则不能被呼吸
 第四章 大气的几个组成部分的命名
 第五章 论用硫、磷与炭分解氧气,酸形成通论
第六章 论酸的普通命名,尤其是从硝石和海盐中提取的酸的命名
 第七章 论用金属分解氧气以及金属氧化物的形成
 第九章 论从不同种类的燃烧离析出的热素的量
  磷的燃烧
  炭的燃烧
  氢气的燃烧
  硝酸的形成
  蜡的燃烧
  橄榄油的燃烧
 第十章 论可燃物质的相互化合
 第十一章 关于具有几种基的氧化物和酸的观察,关于动物物质和植物物质组成的观察
 第十二章 论依靠火的作用对植物物质和动物物质的分解
 第十三章 论酒发酵对植物氧化物的分解
 第十四章 论致腐发酵
 第十五章 论亚醋发酵
 第十六章 论中性盐及其不同基的形成
  论草碱
  论苏打
  论氨
  论石灰、苦土、重晶石与黏土
  论金属物体
 第十七章 对于成盐基及中性盐形成的继续观察
第二部分 论酸与成盐基的化合,论中性盐的形成
第三部分 化学仪器与操作说明
 第一章 论确定固体和液体的绝对重量与比重所必需的仪器
 第二章 论气量法,即气态物质的重量与体积之测量
 第三章 量热计即测量热素装置的说明
 第四章 论分离物体的机械操作
 第五章 论不经分解使物体粒子彼此分离以及使其再次结合的化学手段
 第六章 论气体学蒸馏,金属溶解以及需要极复杂仪器的其他某些操作
 第七章 论封泥的组成与用法
 第八章 论燃烧与爆燃操作
 第九章 论爆燃
 第十章 论在极高温度中处理物体所必需的仪器
附录
 附录一 吩即十二分之一时及吩的小数向时的十进小数的变换表
附录二用时和十进小数表示的在气体化学装置的广口瓶中观察到的水的高度向相应的汞的高度的变换表
附录三 普里斯特利博士采用的盎司制向法制和英制立方时的变换表
附录四 列氏温度计度数(R.)向与其相应的华氏温标度数(F.)的折合表
附录五 法制衡量和度量向相应的英制单位的变换规则
附录六 用英制度量和英制金衡表示的不同气体在28法时即29.84英时气压计压力和10度(54.5度)温度的重量
附录七 不同物体的比重表
 附录八 计算英制度量一立方Ⅱ尺和一立方时的任何已知比重的物质的英制金衡绝对重量的规则
 附录九 金衡盎司、打兰和格令向12盎司的金衡磅的十进小数以及金衡磅向盎司等的变换表
 附录十 根据埃弗拉德的实验计算的与一定金衡重量的55度温度的蒸馏水相应的英制立方时和十进小数表
图版
 人名译名对照表

文摘
第一章 论热素的化合以及弹性气态流体或气体的形成
一切物体,无论是固体还是流体,由于其显热的增加而使整个体积增大,这在很久以前已被著名的波尔哈夫(Boerhaave)完全确立为一条物理公理或全称命题。曾经被人们用来反驳这个原理的普遍性的各种论据,所提供的只是些靠不住的结果,至少,这些论据由于无关的情况而被弄得非常复杂,以至于使判断误入歧途。不过,当我们分别考虑这些结果,以根据它们分别所属的原因演绎出各个结果时,就容易看出,热引起粒子的分离,乃是一条恒定而普遍的自然规律。
如果我们已经把某个固态物体加热到一定程度,使其粒子彼此分离,然后再让该物体冷却,其粒子就会按与升高温度使它们彼此分离相同的比例而彼此靠近;该物体以它原先扩展时相同的膨胀程度恢复原状;而且,如果温度恢复到我们在实验开始时所测定的相同温度,它就会完全恢复到它以前所拥有的体积。但是,由于我们仍然远远不能达到绝对零度或者排除一切热,而且不知道我们难以推测的能够进一步增大的冷却程度,因此,我们仍然不能使物体的终极粒子尽可能地彼此靠近,所以,一切物体的粒子不会在迄今尚不知道的任何状态下彼此接触,尽管这是一个奇特的结论,但却是不可否认的。
假定由于物体的粒子就这样不断地受热推动而彼此分离,它们就会失去彼此之间的联系,那么自然界就不会有固体了,除非有某种另外的力使它们结合起来,或者说是把它们束缚起来;这种力,无论其作用的原因或方式是什么,我们均将其称为吸引。
因此,可以认为一切物体的粒子皆受两种相反力的作用,一种是排斥力,另一种是吸引力,它们在这二者之间处于平衡。只要吸引力较强,物体必定仍然处于固态;但若反之,热使这些粒子彼此远远脱离,置其于吸引范围之外,它们失去了原先所具有的彼此黏附力,该物体也就不再是固体了。
水给我们提供了这类事实的一个普通、常见的例子;当温度在法式温度计零下或华氏32度以下时,它是固体,称为冰。在该温度以上,其粒子不再相互吸引而结合在一起,它就成为液体;当我们将其温度升高到80度(212度)以上时,热引起的排斥便会起作用,水就变成气态流体。
可以肯定地说,自然界的一切物体都与此相同:随其粒子内在的吸引力与作用于粒子的热斥力之间的比例不同,它们不是固体,液体,就是处于弹性气态蒸气状态;或者说,与它们所受之热度相比,其结果仍然一样。
不承认这些现象是巧妙地潜入物体粒子之间使其彼此分离的某种真实有形的物质,或极为细微的流体的结果,就难以理解这些现象;即使承认这种流体的存在是假说性质的,我们在后面也将看到,它也以一种极为令人满意的方式解释了这类自然现象。
无论这种物质是什么,它总是热的原因,或者换言之,我们称之为暖和的感觉就是由这种物质的积聚引起的,所以按照严格的语言,我们不能用热这个术语来表示它,因为这同一个名称既表示原因又表示结果不太合适。因此之故,我在1771年发表的学术论文中,把它命名为火流体(igneous fluid)和热质(matter of heat):自那以后,在德·莫维先生、贝托莱先生、德·佛克罗伊先生和我本人发表的论述化学命名法的改革的著作中,我们认为,必须排除一切转弯抹角的表达方式,这种表达方式既拖长了自然语言,又使自然语言更加使人厌烦、更加不清楚,甚至常常不能充分转达人们对于所考虑的问题的恰当想法。因此,我们已经用热素(caloric)这个术语来表示热的原因,或者使热得以产生的极富弹性的流体。这种表达方式除了在我们采纳的体系中达到了我们的目的之外,还具有另一个优点,即它与每一种看法都一致,因为严格地讲,我们不必假定这是一种真实的物质;这种表达方式是充分的,因为不管这种东西是什么,都可以把它看做是排斥的原因,这样我们就仍然可以自由地用一种抽象的和数学的方式去探查其结果,在本书的后一部分还将更清楚地看到这一点。
就我们目前的知识状态,我们还不能确定光是热素的变体,还是相反,热素是光的变体。然而无可争辩的是,在只可能接受明确的事实,并且尽可能地避免设想有什么我们并不真正知道其是否存在的东西的体系之中,我们应当暂时用独特的术语来区别那些已知是引起不同结果的东西。因此,我们把热素与光区别开来;尽管我们并不因此而否认它们具有某些共同的质,不否认它们在某些情况下几乎以同样的方式与其他物体化合,而且在某种程度上还引起同样的结果。
我所讲过的这些话,也许足以确定赋予热素一词的观念;但是,要给出一个恰当的概念,说明热素借以作用于其他物体的方式,仍须做出更艰难的努力。由于这种细微的物质渗透了所有已知物质的微孔;由于没有什么器皿它不能够穿透逃逸,因此也就没有什么东西盛留住它,所以,我们只能通过稍纵即逝、难以弄清的结果去获得有关其性质的知识。对于那些看不见摸不着的东西,特别需要防止过度的想象,过度的想象总是跨越真理的范围,极难以限制在狭小的事实限度之内。
我们已经明白,同一种物体呈固体、流体还是气态,取决于其渗入的热素的数量;或者严格地讲,取决于热素所施加的推斥力是等于,强于还是弱于受热素作用的物体粒子的吸引力。
不过,假若只存在这两种力,物体成为液体的温度区间就会十分微小,而且几乎在一瞬之间就由固体聚集态转化为气体弹性状态。例如,水在它不再是冰的那一瞬间就会开始沸腾,转变成为气态流体,通过周围空间使其粒子无限地扩散开来。这种现象没有发生,就意味着必定有某种另外的力在起作用。大气压阻止这种分离,使水在温度升至法式温度计零上80度(212度)之前一直处于液态,它所得到的热素的量不足以克服大气压。
由此看来,没有这种大气压,我们就不会有任何永久液体,只能在熔化的瞬间见到各种物体处于这种存在状态,因为增加的极少热素会很快使它们的粒子分离开来,并通过周围的介质使其消散。而且,没有这种大气压,我们甚至不会有任何气态流体,因为严格地讲,在热素的排斥力超过吸引力的瞬间,粒子就会无限地自相分离,没有任何东西限制它们的扩展,除非它们自身的重力能够使它们聚集起来,形成气体。
对于最普通的实验的简单思考,足以表明这些看法的真实性。这些看法尤为我发表于1777年《法国科学院文集》第426页的以下实验所证实。
盛满硫醚的一个小而严密的玻璃瓶A(图版Ⅶ,图17),瓶脚P立地,玻璃瓶直径为十二至十五吩(Line),瓶子要用一张潮湿的膀胱盖住,用结实的线在瓶颈处绕几圈扎住;为了更加保险,在第一张膀胱上再蒙一张膀胱。瓶子要盛满硫醚,在这种液体与膀胱之间不应留有极少量的空气。现在将玻璃瓶置于带有气泵的容器BCD之下,容器的上部B应当配有一个皮质盖子,穿透盖子的是金属丝EF,金属丝的F端非常尖利;而且,在这同一个容器中应当装一个气压计GH。整个装置这样安排好后,把容器抽空,然后把金属丝EF往下按,在膀胱上穿一个孔。硫醚立刻开始激烈沸腾,变成弹性气态流体,充满容器。如果硫醚的量足够多,在蒸发结束之后小瓶里还剩那么几滴,那么产生的弹性流体就将使与气泵相连的气压计里的汞冬天维持八或十时,夏天维持二十至二十五时。为了使这个实验更完善,我们可以把一个小温度计插入盛有硫醚的瓶A,蒸发时温度将会明显下降。
这个实验的唯一作用,就是消除大气的影响,而大气在通常情况下会对硫醚表面施加压力;而且,消除大气影响的结果,显然证明在地球上的通常温度下,如果没有大气的压力,醚总是会以气态方式存在,还证明醚由液态向气态的转化,伴随着热相当大的减少;因为一部分热素在蒸发前处于游离状态,或者起码在周围物体中处于平衡状态,而在蒸发时则与醚化合,使其呈气态。
用各种挥发性流体,譬如酒精、水甚至汞,做这个实验也是成功的,所不同的只是酒精形成的气氛仅仅使附加的气压计在冬天大约维持一时,夏天大约维持四或五时;水形成的气氛在相同情况下只会使汞上升几吩,而水银形成的气氛则使汞上升不到一吩。因此,由酒精气化的流体比由硫醚气化的流体少,由水气化的比由酒精气化的少,而由汞气化的则比由酒精和水气化的更少;所以,花费的热素较少,产生的冷也较少,这就使这些实验的结果完全一致起来。
另一种实验非常明显地证明,气态是物体靠温度以及物体所受压力而引起的物体形变。在德·拉普拉斯先生和我于1777年在科学院宣读,迄今尚未刊行的一篇学术论文中,我们已经阐明,当醚受到与气压计二十八时相等的压力或普通大气压时,它就会在约32°(104°)或33°(106.25°)的温度沸腾。德·吕克(de Luc)先生用酒精做了一个类似的实验,发现酒精在67°(182.75°)沸腾。而且举世皆知,水在80°(212°)沸腾。由于沸腾只是液体的气化,或者是它由这种流体向气态转化的瞬间,那么很明显,如果我们使醚持续地处于33°(106.25°)的温度和普通大气压下,我们就会使其一直处于弹性气体状态;酒精在67°(182.75°)以上,水在80°(212°)以上,也会发生同样的事情;这一切都与下述实验完全一致。
我把一个大容器ABCD(图版Ⅶ,图15)盛满35°(110.75°)或36°(113°)的水;假定该容器是透明的,我们可以看见实验中所发生的事;而且在这个温度的水中可以毫不费力地手握着手而没有什么不便。我将两个小颈瓶F和G放入容器中,灌满水,然后将其翻转以使瓶口置于容器底部。接下来往瓶颈abc有两个弯曲部分的一个很小的长颈卵形瓶放进水中,使瓶颈插入其中一个小颈瓶F的瓶口内:一接触到容器ABCD中的水传给它的热,它就开始沸腾;而且热素开始与其化合,使其变成弹性气态流体,我用这种流体连续装满了F、G等等好几个瓶子。
这里不是着手研究这种极易燃烧的气态流体的本质和属性的地方;不过,由于现在所考虑的目的,并不是期望研究那些我料想读者尚不知道的细节,我将讨论的只是,根据这个实验,醚在我们这个世界上几乎只能以气态存在;因为,假若大气的重量只相当于气压计的20至24时而不是28时的话,我们绝不可能得到液态的醚,起码夏天如此;而且在中等高度的山上也就不可能形成醚了,因为它一旦产生就会迅速转变成为气体,除非我们所采用的容器强度特别大,再加上进行冷冻和压缩。最后,由于血液的温度差不多就是醚由液体转变成气态的温度,它必定在第一管(the primae viae)中蒸发,因此这种流体的医疗性能很可能主要取决于其机械作用。
用亚硝醚做这些实验更为成功,因为它的蒸发温度比硫醚的蒸发温度低。要得到气态的酒精则较为困难,因为使其变成蒸气需要67°(182.75°),浴器中的水差不多就沸腾了,因此不可能把手伸进这个温度的水中。
显然,假若在上述实验中用的是水,那么它在经受比它沸腾的温度更高的温度时,就会变成气体。尽管确信这一点,但德·拉普拉斯先生以及我本人仍然认为有必要通过下述直接实验来加以确证。我们将一个玻璃广口瓶A(图版Ⅶ,图5)盛满汞,使其口朝下放在一个盘子B中,同样盛满汞,并往广口瓶中加进大约两格罗斯的水,其升至汞的顶部CD处,然后我们将整个装置放入铁质蒸煮器EFGH中,蒸煮器中盛满温度为85°(223.25°)的沸腾海水,并置于炉子GHIK上。汞上面的水一达到80°(212°)的温度,就开始沸腾;它转变成气态流体充满整个广口瓶而不仅仅是ACD这个小空间;汞甚至下降到盘子B中汞的表面以下;如果广口瓶不是很厚、很重并且被铁丝固定在盘子上,那么它必定会翻倒。把装置从蒸煮器上移开以后,广口瓶中的蒸汽立即开始凝结,汞又回升到它原来的位置;但将装置置于蒸煮器内几秒钟之后,它就再次变成气态。
因此,我们有一定数量的物质可以在不比大气温度高很多的温度作用下变成弹性气态流体。后面我们还将发现另外的几种物质,譬如盐酸或海酸、氨或挥发性碱、碳酸或固定空气以及亚硫酸等等,在类似条件下也发生同样的变化。这些物质在通常的大气温度和大气压力下总是弹性的。
如有必要,增加这类事实倒也容易,不过以上所有这些事实赋予我充分的权力设想有这样一条基本原理,即几乎自然界的每一种物体都可以有三种不同的存在状态,也就是固态、液态和气态,而且这三种存在状态均取决于与物体化合的热素的量。以后,我将用气体(gas)这个一般性术语表示这些弹性气态流体;而且我将把每一种气体中的热素与实物加以区分,热素部分地起溶剂作用,实物则与热素化合构成气体的基。
对于这些已知极少的不同气体的基,我们已经不得已给它们指定了名称;我说明了物体的加热和冷却所伴随的现象,并且确立了与我们大气的组成有关的精确观念之后,将在本书第四章指出这些基。
我们已经指出,自然界每种物质的粒子,都处于有助于使这些粒子结合起来并保持在一起的吸引,与使它们分离的热素的作用之间的某种平衡状态。因此,热素不仅到处都包围着一切物体的粒子,而且填满了物体粒子彼此之间留下的一切空隙。我们可以这样设想,即假定有一个装满小铅丸的器皿,倒进一些细沙,细沙慢慢渗入铅丸之间,将会填满每个空隙。铅丸之相对于包围它们的沙粒所处的情况,与物体粒子之相对于热素的情况,恰恰相同;不同之处仅仅在于铅丸被设想为处于彼此接触状态,而物体的粒子由于热素使它们彼此之间隔开一点距离,因此并不处于接触状态。
如果我们用六面体、八面体或者其他任何形状规则的固体代替铅丸,那么它们之间空隙的容量就将减小,因此也就不再容纳等量的沙。就自然物体而论,情况亦相同;由于物体粒子的形状和大小不同,由于粒子保持的距离随其内在吸引力与热素对其施加的排斥力之间实际比例的不同而不同,粒子之间剩下的空隙并不具有相等的容量,而是有所不同。
按这种方式,我们必定会理解英国哲学家们所提出的下列措辞,他们使我们对这个问题有了极为确切的了解:物体容纳热质的容量(the capacity of bodies for containingthe matter of heat)。由于与可感觉到的客体的比较在帮助我们形成对于抽象观念的清晰见解方面极为有用,我们将把被水浸湿和渗透的物体与水之间所发生的现象作为例子,加上一些见解,尽力对此进行说明。
如果我们把不同种类但大小相同的木块,譬如每块一叹大小,浸入水里,那么这种流体就会逐渐渗入其微孔之中,木块在重量和大小上都会增加:不过每块木头吸收的水量则不相同;较轻和多孔的木头吸收的量较大;木纹致密和紧实的则吸收的较少;因为被木块吸收的相应的水量取决于木头的组成粒子的本质以及粒子与水之间亲和力的大小。譬如,富树脂性木头尽管它同时是多孔的,也吸收不了多少水。因此我们可以说,不同种类的木头容纳水的容量不同;我们甚至可以通过其重量的增加来确定它们实际上所吸收的水量;不过,由于我们不知道它们在浸透前含有多少水,我们就不能确定从水中取出之后它们所含的绝对水量。
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