阅读材料:关于质量守恒定律的历史
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关于质量守恒的化学史
俄罗斯科学家罗蒙诺索夫通过在密闭容器中焙烧金属的实验,在1784年7月5日写给数学家艾列尔的信中和1760年发表的文章中都谈到:“自然界所发生的一切变化都是这样一种情形,从一个物体中夺取了多少东西,在另一个物体中就加进了多少东西。
”所以假如什么地方减少了若干物质,在另一地方就增加了若干物质。
罗蒙诺索夫认为,化学变化中物质的质量是守恒的。
法国化学家拉瓦锡在进行葡萄汁添加酵母发酵产生酒精和二氧化碳的实验时,进行了分析测量,得出葡萄汁和酵母中所含氢、氧、氮、碳元素的质量和生成的酒精和二氧化碳中所含的元素的质量相等。
于是得出结论:“无论是人工的或自然的作用都没有创造出什么东西,物质在每一反应前的数量等于反应后的数量,这可认为是一个公理”。
高中历史论述题范文
阅读材料,完成下列要求。
材料,中国人很早就发明了火药及火药武暴,但是,16、17世纪欧洲造出来的火炮和燧发枪从工艺和爆炸性上远远高于中国。
17
世纪英国的波义耳提出了化学概念,1789年,法国化学家拉瓦锡清晰闻述了质量守恒定律,同年他的《初等化学概论》书出版,列出了33种元素以及化学方程式。
1825年,歇夫列里提出了黑色火药的化,学反应式:2KN03+3C+8-K28+N2t+3C02t,据此配制火药的最佳比例为:硝74.84%、硫11.84%、炭11.32%:英国按照这个方程式配制的炮用火药比例为78%、硫8%、炭14%:枪用火药比例为硝75%、硫10%、炭15%,无论哪种配方,爆炸力都大于中国清朝仍在使用的传统配方:硝80%、硫10%、炭10%。
提取材料所直含的历史信息,联系时代背景,自拟论题,并结合所学知识进行闻述。
(要求:明确写出论题,闻述须有史实依据)答案:举例:科技发展受制于社会环境。
(2分)
16-19世纪,科技的不同发展状况是中西方社会发展状况的缩影。
明中期以后至清前期,中国专制集权政治的空前强化,经济发展水平特别是生产方式的落后,重人伦、轻自然的文化传统制约着中国科技的发展,使中国科技难以实现向,近代科技的过渡。
16世纪以来,欧洲思想解放运动不断推进,民主政治逐步确立,资本主义经济迅速发展,尤其是工业革命的开展,都刺激了科学技术的进步。
因此,社会各领域的落后制约了科技发展,导致了中国的落伍,
成为近代中国灾难的根源。
(10分)。
质量守恒定律的发现1789 年,跟着法国财产阶级大革命迸发,拉瓦锡的历史名著——《化学概论》也第一版了。
在《化学概论》中,拉瓦锡第一次用清楚的语言把质量守恒定律表达出来,用实验进行了考证,并说了然它在化学中的应用。
拉瓦锡的发现很快被各国科学家所接受,在科学界广为流传,并产生了深远的影响。
在《化学概论》中他写到:“不论是人工的或是自然的作用都没有创建出什么东西。
物质在每一化学反响前的数目等于反响后的数目,这能够算是一个公义。
”依据这样的指导思想,拉瓦锡第一次写出了糖变酒精发酵过程的表达式:明显,这是现代化学反响方程式的雏形。
拉瓦锡已深深意识到这类表述方式的重要性,因此又写道:“我们能够假想,把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式,再逐一假设方程式中的某一项为哪一项未知数,经过求解方程,便可算出某项的值来。
这样一来,既能够用计算来查验我们的实验,也能够用实验来考证我们的计算。
我常常卓有收效地用这类方法修正实验的初步结果,使我能经过正确的门路从头进行实验,直至获取成功。
”在拉瓦锡眼里,化学反响前后质量关系好像账目的进出同样,应该是均衡的。
经过化学方程的成立,使化学定量化、计量化,成为象数学、物理同样的精细科学。
也为唯心主义哲学对于物质不灭的原理第一次公然地提出了科学的证明,促使了哲学的发展。
但是,人们认识质量守恒定律的过程经过了一个漫长的阶段。
在18 世纪 50年月从前,人们对化学变化前后的质量关系其实不清楚,主假如因为自然界中的化学变化很复杂,人们的察看能力和方法很有限,特别是对于生成气体的物质和与气体联合的物质常常察觉不到,心中存有很多疑团,没法获取回答。
比如:木柴焚烧后,除了少部分灰烬外,大多数都“消逝”了。
蜡烛点到尾“一点也不剩”,好象它们都销声匿迹地“消逝”了。
又如,一颗小小的种子,在花盆里会长成很大的花卉,而花盆里的泥土重量并无变,花卉却“无”中生出来了。
上述问题摆在了科学家眼前,希望做出明确的回答:物质能不可以“从无到有,从有到无”?也就是说物质能否会被毁坏?这是个宇宙间的大问题。
质量守恒定律质量不灭只转变质量守恒定律:质量不灭,只转变质量守恒定律是物理学中的一个重要原理,它指出在任何封闭系统中,质量不会凭空消失或产生,只会发生转变。
这个定律是自然界中质量守恒的基础,对于科学研究和工程应用都具有重要意义。
质量守恒定律的提出可以追溯到17世纪初,由法国科学家拉瓦锡最早提出并阐述。
他的实验和研究表明,无论是实物还是化学反应,物质的质量总是守恒的。
这个发现在当时引起了轰动,并为后来物理学的发展奠定了坚实的基础。
根据质量守恒定律,质量不能凭空增加或减少,只能进行转变。
这意味着在封闭系统中,物质的总质量始终保持不变。
无论是物理变化还是化学反应,所有涉及物质的过程都必须遵循这个基本规律。
质量守恒定律可以通过一些实际的例子来说明。
假设我们在一个封闭的容器中放入100克水,然后加热使其汽化变成水蒸气。
尽管水在变成水蒸气的过程中消失了,但经过测量,我们会发现容器中的质量仍然是100克。
事实上,水蒸气的质量正是由原始水的质量来提供的,只是在状态上发生了转变。
同样的道理也适用于化学反应。
例如,当我们将氢气和氧气混合并点燃时,生成水分子。
化学方程式可以表示为2H₂ + O₂ → 2H₂O。
在这个反应中,氢气和氧气的质量完全转变为水分子的质量,但总质量仍保持不变。
质量守恒定律为科学研究提供了基础,也为工程设计和制造过程提供了指导。
在工程领域,尤其是在物料处理和能源转换方面,质量守恒定律帮助工程师确定处理过程中物质的输入和输出,确保设计过程符合质量平衡的要求。
此外,质量守恒定律还扩展到生物学和生态学等领域。
在生物体内,无论是植物还是动物,食物的消化、新陈代谢和废物排出过程都需要遵循质量守恒定律。
生态系统中的物质循环也依赖于质量守恒定律,确保能量和营养物质的平衡。
总之,质量守恒定律指出在封闭系统中质量不会凭空消失或产生,只会进行转变。
这个定律是自然界中质量守恒的基础,对于科学研究和工程应用都具有重要意义。
质量守恒定律发现简史1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧,锡发生变化生成了氧化锡,但容器和物质的总质量在反应前后并没有改变。
经过反复的实验,都得到同样的结果。
于是罗蒙诺索夫认为在化学变化中物质的质量是守恒的。
但他的这一发现并没有引起科学家们的注意,直到1777年法国化学家拉瓦锡做了同样的实验,也得到同样的结论,这一结论才获得公认。
但要确切证明或否定这一结论,都需要极精确的实验结果,而拉瓦锡时代的工具和技术都不能满足严格的要求。
直到1908年德国化学家郎道耳特及1912年英国化学家曼莱做了精确度极高的实验来验证这个结论,科学家们才一致承认了这一定律。
质量守恒定律的发展爱因斯坦的质能关系公式E = mc2(E表示能量;m表示质量;c表示光的速度,大小为3×108m/s)说明物质可以转化为辐射能,辐射能也可以转化为物质。
这个结论与质量守恒定律有何联系呢?实验结果证明1000g硝化甘油爆炸以后,放出的能量为8×106J。
根据质能公式计算,产生这些能量的质量是0.89×10-7g。
从实用角度讲,其中的误差是可以忽略的,即可以认为在化学反应中质量守恒定律是完全成立的。
20世纪以来,人们对质量守恒定律有了新的认识,承认两个独立的定律——质量守恒定律和能量守恒定律。
现在科学家将这两种定律合二为一,称为质能守恒定律。
质量守恒定律的发现【发现的过程】化学反应必然引起物质性质的变化,那么,反应物和生成物之间量的关系是怎样的呢?近代化学家通过大量的实验研究总结出著名的质量守恒定律,当时叫做重量守恒定律或物质不灭定律。
俄国著名科学家罗蒙诺索夫早期研究微粒学说,经过了多年的实验研究和理论研究,在1748年给数学家欧拉的一封信中叙述道:“自然界所发生的一切变化都是这样的:一种东西失去多少,另一种东西就获得多少,因此,如果某个物体增加了若干物质,则另一物体必有若干物质消失。
这是自然界一条具有普遍意义的规律。
九年级化学质量守恒定律的发现史17世纪初,法国一位药剂师发现,金属锡在坩埚中经过煅烧后,得到的白色灰烬比原来重量增加了。
法国医生莱伊(Jean Rey)对此解释说,这增加的重量可能是由于空气凝结在锡烬中所致。
1673年,英国化学家波义耳重新做了金属煅烧的定量实验研究,他将铜片放在玻璃瓶里,称重后,将其放在炉子上加热、煅烧。
发现原来紫红色光泽的铜片渐渐蒙上一层暗灰色的东西,最后变成了黑色的渣滓。
烧完后称重,铜片变重了。
波义耳又拿铅、锡、铁和银进行同样的实验,发现它们燃烧后也变重了。
根据上述实验事实,波义耳得出结论:金属煅烧后重量会增加。
“也许是因为瓶子没有盖紧,让炉子里的脏东西落了进去,才变重的!”于是,他找了一个有着长长的弯头颈的玻璃瓶——曲颈瓶,把金属放进去封闭起来进行煅烧。
煅烧后,他小心地从炉膛里拿出滚烫的瓶子,打开瓶口,再称金属的重量,结果仍是一样。
1674年,波义耳在《关于火和火焰的新实验》论文中,提出了自己的见解:金属在加热后,重量之所以增加,是由于有一种特殊的、极其微小的、肉眼看不见的“火素”穿过了玻璃瓶的瓶壁,跑到金属里去,跟金属化合成了灰烬。
“火素”是有重量的。
因此,加热后,金属的重量增加了。
1740年,著名的俄国化学家罗蒙诺索夫在密闭的玻璃瓶内煅烧金属后,不开启玻璃瓶进行称量,发现尽管金属经过煅烧已经变成了灰烬,但是质量并没有变化。
到了1760年,罗蒙诺索夫进一步指出,在自然界中发生的一切变化,是处在如下的状态:若某一物体的某种东西消耗若干,便有若干这种东西加到另一物体上。
这就是说,若某处有某量的物质减少,则在其他地方就有等量的物质增加。
1776年,他从大量的实验中概括出质量守恒定律:即参加反应的全部物质的质量,等于全部反应产物的质量。
可惜,罗蒙诺索夫的这些精辟的见解传播不够广泛,对当时西方科学思想的进步没有产生什么影响。
1777年法国的拉瓦锡也做了类似的实验,也得到同样的结论。
质量守恒定律的历史发展从古代至今的质量守恒理论演变质量守恒定律的历史发展——从古代至今的质量守恒理论演变质量守恒定律是自然科学中最基本的定律之一,它指出在任何物理、化学以及许多其他科学过程中,物体的质量在系统内是不变的。
这个定律在古代就被观察到和应用,而随着时间的推移,它得到了进一步的解释和发展。
一、古代观察和应用质量守恒定律人类对质量守恒定律的观察可以追溯到古代。
在古希腊时期,文献中就有关于质量守恒的描述。
例如,亚里士多德提出了物体运动和变化需要某种因素的观点,从而间接地暗示了质量守恒的存在。
在中国,古代的冶金技术员工也注意到,矿石在冶炼过程中质量几乎没有损失,这对质量守恒定律的观察提供了直接证据。
与古代观察不同的是,古人并没有对质量守恒定律进行深入的科学解释。
然而,这并不妨碍他们在工程和冶金等实践中应用质量守恒的原则。
他们通过记录和对比各种物质的质量,实现了许多技术上的突破。
二、质量守恒理论的进一步解释——达尔顿的原子理论在17世纪末,英国化学家约翰·道尔顿提出了原子理论,为质量守恒定律提供了更深入的科学解释。
道尔顿认为,物质是由不可分割的小颗粒构成的,这些小颗粒被称为原子。
在化学反应中,原子可以重新组合,但总质量不变。
达尔顿的原子理论成功地解释了通过实验证据支持的质量守恒定律。
通过研究元素的化学反应,他发现各种原子的相对质量比例是固定的。
这一发现极大地推动了化学领域的发展,并奠定了化学作为独立科学的基础。
三、质量守恒定律的现代解释和应用随着科学研究的深入,质量守恒定律在物理学和化学领域得到了现代解释和应用。
在相对论的框架下,爱因斯坦进一步拓展了质量守恒定律。
相对论认为质能是等价的,质量的转化可以通过能量的变化来解释。
这一概念被广泛应用于核能反应、粒子物理学和宇宙学等领域。
质量守恒定律不仅在理论上起着重要作用,它也被广泛应用于各种实际情况。
在工程领域,质量守恒定律被用于设计和优化流体系统、传热设备等。
质量守恒定律的历史发展与重要实验质量守恒定律被认为是自然科学中最基本的定律之一。
它阐述了一个基本的观点,即在一个封闭系统中,质量是不会被创造或者消失的,只会被转化成其他形式。
本文将介绍质量守恒定律的历史发展,并探讨一些重要实验验证了这一定律的有效性。
1. 古代质量守恒定律的雏形在古代,质量守恒定律的概念并没有得以明确定义,但是一些早期的思想家已经有了关于质量守恒的启示。
比如,古希腊的哲学家泰勒斯曾提出“万物皆由水而来,万物又都归于水”的观点,暗示了一种质量的转化过程。
2. 质量守恒定律的确立与拉瓦锡质量守恒定律的确立主要归功于安托万·拉瓦锡,他是17世纪末18世纪初的法国化学家。
拉瓦锡通过一系列实验,总结出了质量在化学反应中的守恒规律。
他发现,在化学反应中,反应物质与产物之间的总质量保持不变。
这些实验结果为质量守恒定律的确立奠定了基础。
3. 重要实验:拉瓦锡的燃烧和腐蚀实验拉瓦锡进行的一些著名实验,直接验证了质量守恒定律的有效性。
其燃烧实验是其中之一。
拉瓦锡观察到燃烧物质在燃烧过程中质量的变化很小,燃烧所释放的气体往往具有较大的质量,这使得他得出了质量守恒定律的结论。
此外,拉瓦锡还进行了腐蚀实验。
他发现,在金属与酸反应的过程中,金属会失去质量,而生成的气体也会增加相应的质量。
通过对不同金属及酸的组合进行实验,拉瓦锡确认了质量守恒定律在腐蚀反应中的适用性。
4. 实验验证质量守恒定律的两个重要案例质量守恒定律的验证不仅仅只发生在拉瓦锡的实验中,还有一些其他重要的实验也为其提供了支持。
(1)丹尼尔透明气泡实验:丹尼尔是法国物理学家,他发现,当将一种气泡加热至其内部压力与外部压力相等时,气泡内质量将不再随温度的改变而改变。
这一实验可视为质量守恒定律的延伸,验证了质量守恒定律在气体状态下的适用性。
(2)查尔斯定律实验:法国物理学家查尔斯通过实验证明,当把一定质量的气体保持在等温的条件下,其体积与压强成反比。
《质量守恒定律》讲义一、质量守恒定律的发现历程在化学发展的历史长河中,质量守恒定律的发现是一个重要的里程碑。
早在 17 世纪,英国化学家波义耳在一个敞口容器中加热金属时,发现金属的质量增加了。
然而,由于实验条件的限制,他未能正确地解释这一现象。
到了 18 世纪,法国化学家拉瓦锡通过精确的定量实验,对化学反应进行了深入的研究。
他将汞放在密闭的容器中加热,发现反应前后物质的总质量不变。
拉瓦锡用实验推翻了当时流行的“燃素说”,并确立了质量守恒定律。
二、质量守恒定律的内容质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。
这个定律可以从微观角度来理解。
在化学反应中,原子的种类、数目和质量都没有发生改变。
只是原子重新组合,生成了新的分子,从而形成了新的物质。
例如,氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水。
氢分子(H₂)和氧分子(O₂)破裂成氢原子(H)和氧原子(O),氢原子和氧原子重新组合形成水分子(H₂O)。
反应前后,氢原子和氧原子的种类、数目和质量都没有改变,所以参加反应的氢气和氧气的质量总和等于生成的水的质量。
三、质量守恒定律的适用范围质量守恒定律适用于所有的化学反应。
但需要注意的是,它只适用于化学变化,不适用于物理变化。
例如,将一块铁铸成铁锅,虽然形状发生了改变,但物质的质量并没有发生变化,这是因为这一过程没有新物质生成,属于物理变化。
同时,质量守恒定律强调的是“参加化学反应”的各物质的质量总和。
如果有某些物质没有参与反应,那么这些物质的质量就不能计算在内。
四、质量守恒定律的实验验证为了验证质量守恒定律,我们可以进行一些简单的实验。
实验一:红磷燃烧前后质量的测定在锥形瓶中放入红磷,用带气球的玻璃管塞紧瓶口。
在托盘天平上称量整个装置的质量。
然后点燃红磷,待冷却后再次称量。
实验现象:红磷燃烧产生大量白烟,气球先膨胀后缩小。
实验结论:反应前后装置的质量不变,验证了质量守恒定律。
实验二:铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定将铁钉放入硫酸铜溶液中,观察反应现象。
质量守恒定律的名词解释在自然界中,质量守恒定律是一个基本的物理定律。
简而言之,质量守恒定律是指在一个封闭系统中,质量不会被创造或者毁灭,它总是保持不变的。
这个定律可以通过日常生活中的一些例子来理解。
比如,当我们在厨房里加热一杯水时,水会被加热并蒸发成水蒸气。
然而,尽管水看起来消失了,事实上,它只是发生了物态变化。
当水蒸气冷却后,又会变回水的形态。
在整个过程中,水的质量总是保持不变的。
这就是质量守恒定律的一个例子。
质量守恒定律的背后是一个重要的观念,即物质在各种形态之间可以相互转化,但总体质量不会改变。
这是因为物质在转化过程中,并没有丢失或获取额外的物质。
这个定律在科学研究和工程实践中都非常重要。
首先,它可以帮助我们解释自然界中各种物质和现象。
例如,化学反应中物质的组合和分解都可以通过质量守恒定律来解释。
其次,质量守恒定律对于质量的测量和分析也非常有用。
无论是化学实验室中的定量分析,还是工业生产中的质量控制,都需要依赖这个定律来确保准确性。
这个定律的历史可以追溯到古希腊时期的哲学家们。
亚里士多德提出了物质不可被创造或被毁灭的观点,这可以说是质量守恒定律的最初形式。
然而,直到17世纪才可以通过实验来验证这个定律。
安托万·拉瓦锡是第一个通过实验证明质量守恒定律的科学家。
他通过对燃烧和化学反应的研究,发现质量在反应前后保持不变。
自那时起,质量守恒定律成为自然科学中不可或缺的基本原理之一。
它为理解和解释各种现象提供了坚实的基础。
此外,质量守恒定律还与其他物理定律相互关联,例如能量守恒定律和动量守恒定律。
总结一下,质量守恒定律是一个基本的物理定律,它指出在一个封闭系统中,质量不会增加或减少,只会发生形态的转化。
这个定律对于科学研究和工程实践都具有重要意义。
它帮助我们解释自然界中的各种物质和现象,为质量的测量和分析提供了基础。
质量守恒定律的历史可以追溯到古希腊时期,它在17世纪得到了实验证实,成为自然科学中不可或缺的基本原理之一。
范文:质量守恒定律说课稿范文大家好,今天我给大家讲解的课题是“质量守恒定律”。
质量守恒定律是自然界中一条非常重要的基本定律,它对于我们理解和应用物质变化过程具有极高的指导意义。
首先,让我们来了解一下什么是质量守恒定律。
质量守恒定律是指在一个系统内,物质的总质量在任何变化过程中都保持不变。
简单地说,物质既不会凭空消失,也不会凭空产生。
实际上,这个定律还可以从守恒性的角度进行解释,即物质虽然会发生化学反应、物理变化等,但是其原子、分子等基本单位并没有发生改变。
接下来,我们来看一些具体的例子来说明质量守恒定律。
例如,在化学实验中,我们经常进行一些化学反应,一方面观察反应物的消失和生成物的出现,另一方面可以通过称量来验证质量守恒定律。
无论是反应容器内有多少种物质,无论是液体、固体还是气体,最后称量的总质量始终是不变的。
又如,在生活中,当我们用火烧一本书时,书被烧毁了,但是烧后的灰烬的质量与烧之前的书的质量是相同的。
这些例子都充分说明了质量守恒定律的正确性。
质量守恒定律的应用可以贯穿于物理学、化学、生物学等多个领域。
在化学反应中,我们可以通过质量守恒定律来进行反应物和生成物的计算,帮助我们理解反应过程和调控反应条件。
在生物学中,质量守恒定律也有着重要的作用,例如在营养物质的摄取与代谢过程中,质量守恒定律告诉我们食物摄入的质量应该等于代谢产生的质量加上身体质量的增长或减少量。
总之,质量守恒定律是自然界中一条基本的定律,其正确性通过大量的实验证明。
这个定律不仅帮助我们理解物质变化过程,还在实际生活与科学研究中发挥着重要的作用。
我们应该在学习和应用过程中深刻理解并掌握质量守恒定律,从而更好地认识和探索自然界的奥秘。
谢谢大家!质量守恒定律是物质科学中的基本原理,对我们理解和应用物质变化过程具有重要的指导作用。
它不仅是化学学科的基础,也是生物学、地球科学等其他学科的基石。
首先,我们来看一下质量守恒定律的由来和历史背景。
关于质量守恒定律的历史质量守恒定律又称物质不灭定律,是自然界最重要的基础定律,该定律几乎构成了大部分物理科学和化学科学的基础,它对化学教学是极端重要的。
本文阐述它的发展和形成的历史。
一、守恒定律的序幕关于物质不灭一般被公认为是古希腊原子论者的思想。
留基帕和德模克利特(两人大约生活在公元前450年)认为一切物质都是由最小的、不可分的微粒──原子组成的。
德模克利特写道:“宇宙的要素是原子和虚空,其他一切都只是意见。
原子不受任何能使之发生改变的外力的影响,……而虚空则是一些空的地方,使原子不断在其中上下运动”。
如此说来,他们已经具备物质不灭的思想了。
可惜他们的著作除了一些残篇外均已散失。
关于原子是否有重量还有争论。
我们只能从亚里士多德的著作转引的残篇断句中知道原子或许有重量,但是对这一点有争论,伊壁鸠鲁(公元前约300年)承认原子学说,并肯定地认为原子有重量。
既然原子是不灭的,而原子又是有重量的,至此,我们可以认为他们已经有了质量守恒的思想了。
但是这只能是我们的推论,并没有见诸于文字的记载,一直到公元前57年左右,与凯撒和西塞罗同时代的罗马诗人路克莱修在他的伟大著作《物性论》中,记载并赞颂了古希腊原子论者们的哲学。
他重申:“无物能由无中生,无物能归于无。
”这可看作是最早暗示出一个深刻的普遍科学原理,现在的每一事物必定在过去,现在或将来持续存在,虽则它们的形状、面貌和外表确实可以改变。
然而,从路克莱修的颂辞到现代的质量守恒定律之间有着相当大的一段距离。
质量守恒定律昭示我们:无论位置、外形、状态和化学组成等如何变化,在一给定的封闭区域内的物质总量永远保持不变。
企图从古希腊人的思想中去寻觅现代物理学和化学的科学原理(也许某些天文学的原理除外)是徒劳之举,例如,路克莱修当时所关心的是哲学而不是科学问题。
这在《物性论》的第一页中讲得十分清楚:“这个教导我们的定律开始于:没有任何事物按神意从无中生。
恐惧所以能统治亿万众生,只是因为人们看见大地环宇,有无数他们不懂其原因的事件,因此以为有神灵操纵其间。
而当我们一朝知道,无中不能生有,我们就会更清楚地猜到我们所寻求的:万物由之造成的那些元素,以及万物之造成如何未借神助”。
二、逐步完善的一种表述在质量守恒定律出世并以对现代科学有意义的方式出现以前,发生过三次独立的进展,每次进展都体现了当时最伟大的物理学家或化学家的工作。
首先出现的是理想孤立系统的概念。
古希腊人和经院哲学家占统治地位的传统,是把宇宙看成是统一的、不可分割的整体。
在这样的体系中,某一单一物体的行为决定于它同宇宙其它物体的关系和它在整个事件中所必定要起的作用。
所以,孤立地考虑一些事件,例如,在解释单一物体的行为时,只用一条适用于该特定区域的物理定律,认为该物体不受这一区域周围宇宙中同时发生的其他事件的影响,这是没有意义的。
根据英国数学家兼哲学家怀特黑德(1861─1947)的见解,则可以在某种程度上把孤立系统的概念视为伽利略对物体运动研究的一个结果。
伽利略对于惯性定律的预见,谈到任何物体在无外力作用的水平面上将作连续均匀的非加速运动;从而使我们在头脑中描绘出一个区域,其中只有处于平衡状态的物体,在区域的边界上,一切与外界现象的因果联系都被割断了。
否则无外力作用的情况是不存在的。
然后,假定已有了某一孤立或封闭系统的概念以限定我们注意的领域,其次,就需要在守恒定律得以表述之前有一个测定物质的量的标准。
这一标准是牛顿在他的《自然哲学的数学原理》的第一段中提供的,他在谈到“物质的量”一词时写道,“我在以后称之为物体或质量的,就是指这个量而言”。
要想定量地得知某一系统中物质的数量,我们仅需知道它的惯性(或它的重量,“因为如我从……实验发现,它是同重量成正比的”)。
只要记住这个定义,必然会认识到:任何给定客体具有某种持久恒定的东西,这东西肯定不是它的颜色或表现大小,不是它的位置或运动状态,也不是体积或形状,更不是它的整体性,而是它在各处的质量,因而也是它在某给定地点的重量。
第三个贡献显然是必不可少的,这是指证明了在化学转变过程中某给定系统中的物质的量──从实际上讲,即是置于某密闭容器之内的某种物质的重量──并不改变。
科学史家C·辛格认为,牛顿对于物体在同一个地点重量保持恒定的清晰证明揭示了一个简单而有效的检查数量变化的标准,从而“给化学的合理性一种特殊的动力”。
我们要对长期被人怀疑的质量守恒定律得出直接证据,看来颇为简单:把一些空气和一块木头密封在一个瓶子里,然后使太阳光聚焦于瓶中的木块以引起燃烧。
在木头发生变化之后,灰烬和残余的气体加在一起的重量与变化前各成分(木头和空气)的重量完全一样。
然而,从牛顿的《原理》(1687年)到拉瓦锡(1743─1794)发表关于焙烧实验的回忆录和教科书《化学概要》(1789年)相距恰好约100年。
三、拉瓦锡的实验证明在牛顿和拉瓦锡之间的这个时期,那些必须克服的障碍现在说来几乎无关紧要。
拉瓦锡是最先确证下述事实的化学家之一:物质的燃烧是人们最熟悉的化学变化,通常是氧化作用,亦即物质与周围空气中由他命名为氧的那部分气体化合;因此,在全部计算中必须计入取自大气的气体。
在拉瓦锡以前的时代,人们对于气体和燃烧过程本身的性质都不够清楚;所以几乎没有什么根据或条件去测定气体的数量,而且甚至无法在那些与周围化学世界隔绝的密闭容器内进行这些化学反应。
映入科学家头脑的,首先并不是所有参与化学反应的物质遵从一个普遍的守恒定律,而是下述明显、顽固而且令人困惑的事实:处于空气中的某些物质如木材在燃烧后将会减少重量(我们现在会说,因为在氧化过程中失散的气体比得到的气体多);另一些物质如磷却会显著地增加重量(按现代的说法,这是因为固定下来的氧要多于挥发的蒸气)。
在逆过程即现在所谓还原即失去氧的反应中,也会发生类似的不同类型的变化。
由于科学理论往往具有一种首先从各种现象最显著的方面推演出概念的天然倾向,所以在18世纪形成了一种概念体系,企图研究大量关于燃烧的各种观察结果,其中包括燃烧物的物理结构和化学性质的变化、热和火焰的存在、周围空气性质的变化,乃至各种重量的改变。
为了解释这些观察结果,人们设想有一种燃素存在,并可用这些物质或“要素”在参与化学变化的出入来说明所有观察结果。
燃素说在拉瓦锡对它发动攻击十年左右便销声匿迹了,这不仅是因为人们企图用燃素概念解释的各种现象过于广泛,以至于达到定量的说明并且自相矛盾,而且因为拉瓦锡证明了这个概念根本不必要,他通过称量得出的不可反驳的证据表明:把注意力转移到参加某一化学反应的物质(包括气体和蒸气)总量上去,就会得出一条严格的物质守恒定律。
译自1789年出版的拉瓦锡的《化学概要》的一段文字可说明他在这方面使用的方法,而且暗示出这个定量论证的相对新颖性:“英根霍茨先生完成的巧妙的铁的燃烧实验是大家熟知的。
[接下去对这个实验作了描述,即铁在一个装有富含氧的空气的密封容器内的燃烧。
]但是英根霍茨没有检查这一操作在铁和空气造成的[重量]的变化,因此我在不同的环境中,即根据我的特殊看法在下述的装置中,重做了这个实验……[现在经过改进这个实验能够精密地确定重量。
]如果实验进行得十分顺利,那么,从重量为100谷[5.3g]的铁可得到135或136谷的[铁的氧化物],这表明它的质量或重量增加了35%。
如果把全部注意力都集中在这个值得注意的实验上,就会发现空气减少的重量恰好等于铁增加的重量。
所以,燃烧l00谷的铁──这需要增加35谷的重量,将要消耗70立方英寸的空气;结果将发现,由于养气[氧气]的比重近似于每立方英寸1/2谷;以致实际上在一方面增加的重量恰好符合另一方面损失的重量。
”拉瓦锡描述的这类实验有十几个,包括当时已知的所有类型的反应,而且总是反复申明这个教训:在一个封闭系统中进行的化学反应,该系统任何一部分增加的重量恰好补偿其余部分损失的重量,也就是说,该系统中物质的总重量保持不变。
拉瓦锡关于燃烧和还原的概念体系,在形式上、可靠性上,以及数值预言的精确性上均比燃素说高出一筹,因此更有利于科学发展,尽管当时仍有许多观察结果(例如,火焰的存在或物质外观的变化)超出了这个简捷体系的范围。
一些类似事件的变化标志某些概念的革命,例如热质说的兴衰,我们不能在此加以讨论。
不消说,空气组成和燃烧这两个问题一经解决,在表明守恒定律是一个普遍而基本的命题的那些反应中,氧化过程就成为一个特殊情况,尽管有时异常惊人。
拉瓦锡于1789年写道:“我们必须将下述看法确定为一个无可争辩的公理:在所有人为和天然过程中,无中不能生有;物质在实验前和实验后,其数量保持不变……所能发生的情况只是那些元素在化合反应中的改变和更替。
根据这个原理,完成化学实验的全部技术取决于:我们必须[援引一个应用这个原理的例子]永远假定参加反应的物体的元素和反应后生成物的元素二者具有的质量完全相等。
”四、质量果真守恒吗尽管拉瓦锡对守恒定律作了有力的陈述,它仍有许多令人怀疑之处。
在检验拉瓦锡的实验报告并了解到拉瓦锡用他的装置所能达到的精确度时,一位现代实验化学家可能多少会对“重量在一方面的增加严格等于它在另一方面的减少”这一断言产生怀疑。
尽管如此,这条定律是可信的,因而19世纪的大多数化学家愿意追随拉瓦锡并把上述断言作为一个公理来接受,直到有某些确定的理由猜疑质量并不守恒时为止。
只要认为质量守恒定律符合对于物质性质的其他已被接受的观点,只要没有观察到明显的违反,就不会诱导人们进一步进行实验检验。
1872年,德国化学家迈尔(1830─1895)[曾独立于门捷列夫发现元素周期律]提出,原子在化学反应中的重新排列可能伴随有“以太”粒子的吸收或发射。
这种粒子甚至能出入于一般物质无法进入或逸出的封闭系统。
当时,关于这种以太粒子实际上是否存在,尚是一个未决的问题。
假如它们确实存在,那么该系统的质量就要发生微小的改变,究竟改变多大程度,则取决于这些粒子的质量和它们进入或逸出该系统的数目。
即使大多数化学家认为拉瓦锡等人的实验业已确证质量守恒定律对于化学反应的正确性,但是设法以当时最高实验的精确度从实验上证明它,依然是人们的兴趣所在。
像迈尔表示过的那样的怀疑,未经适当考虑是不会轻易消除的,因为迈尔已获得第一流化学家的声誉。
另一位叫兰道特的化学家断定,需要进行进一步的实验验证。
他在1890年起20年间进行了广泛的研究,非常精确地测量了其中正在发生化学反应的诸系统的质量。
他在1909年陈述了他的结论:“实验研究的最后结果是:在任何化学反应中未能发现总重量有何变化……对质量守恒定律的实验验证可被认为已经完成。
倘若存在任何偏差,这些偏差也必小于千分之一毫克。
”兰道特的结果代表了物理和化学学科中的实验数据特征:人们绝不可要求证明差值恰好为零或其它测量结果恰好等于其它某一数字。