三、搞正经化学,从认清元素开始
上本书里我们唠过,在牛顿、伽利略等人的努力下,物理终于走上了科学化的道路。
如果说物理是人类看天扒出来的,那和物理一样被学生们视为老大难的化学是咋走到这条大道上的呢?一定是——
今天我们就来讲一讲:
化学诞生记
在此之前,我们得先明白:化学是研究什么的?
简单来说,化学就是通过研究贼小的粒子,比如分子、原子,来摸清所有物质的老底。
了解小东西,才能更了解龟哥。
也正是这些小东西构成了各种复杂的物质,也包括你,如果下次有人吐槽你胖,你就可以骄傲地告诉他:所以说,化学的诞生,其实是人类一步步认识物质的过程。下面我们就讲讲其中最重要的几步。
Step 1 肉眼看世界
人类一诞生,就对世界充满好奇。
比如古希腊人民就发挥想象力,提出物质是由土、水、火、气组成的。
这就是四元素说。
这一阶段,人类对物质的认识简单粗暴,见啥是啥!
时间哗的一声,到东晋时代,皇帝们偏爱长生不老,于是社会上流行炼丹药。有个炼丹发烧友叫葛洪,他在炼丹时发现,丹砂烧过后能提炼出水银。
这说明啥?说明组成物质的,除了金木水火土——
欧洲也有了类似的发现:欧洲人偏爱发家致富,15世纪开始流行炼金术。
炼金术就是把贱金属变成贵金属,比如把白银变成黄金。
顺带八卦一嘴,牛顿也是炼金发烧友。
大家玩炼金玩得正在兴头上,一个叫玻意耳的知识分子却跳出来发出怀疑的声音。他认为四元素说有问题。
读书人要讲道理,请问问题在哪里?
玻意耳还认为,世界上一定还有很多其他元素。
当时有人在做实验时发现了其他物质,提出了硫、汞、盐三元素说。
玻意耳不仅自己怀疑,还要把怀疑告诉全世界,于是写了一本书:《怀疑的化学家》。
玻意耳在怀疑的同时,还解决了一个很重要的问题——
大家三元素四元素的,但元素究竟是啥,当时没个明确的说法。
玻意耳给出一个定义:
某种原始的、简单的、一点也没掺杂的物质。
什么意思呢?简单举个例子:
比如一个包子,看起来又圆又大,如果往下切——
能切出这么多种东西,所以包子不是元素。如果换成金条——
像黄金这样的,切来切去还是黄金,切不出其他物质的,就叫元素。
玻意耳说的元素和我们今天说的元素不一样,别搞混了。
另外玻意耳觉得,世界上还有很多种元素,光用手指头数不过来,加上脚指头也不行,得用一张表才能列出来。
结果,还真有人就列出了一张表。
Step 2 拉瓦锡的实锤
列出这张表的是一位稀有型科学家:
拉瓦锡
他很有才,出身法国贵族老拉家,然后妈妈去世——
继承了大笔遗产!
他大学是法学专业,利用课余时间学化学,本事大了,就开始怀疑别人的理论,比如燃素说。
啥是燃素说呢?
比如有人研究燃烧的时候发现:
于是就觉得,一个东西能燃烧,是因为里面有燃素,燃素烧没了,东西就轻了。
这套理论就叫燃素说。
后来有人用它来解释金属燃烧,列了个公式:金属=燃素+灰烬。
看明白了吗?所谓燃素说,不就是——
但很多时候,科学只有被打脸才能发展。
一天,有人用铅做实验,结果发现燃烧后的铅更沉了。
说好的燃烧减肥,咋还增重了呢?
阿拉对此表示怀疑,他的解决方案是:
你以为继承遗产就是有钱?想象力太有限了。阿拉又另辟蹊径,他娶了个白富美,夫妻合体,这下成了有钱×2。
这夫妻俩虽然有钱,但不挥霍,而是掏钱买设备,研究燃烧。阿拉做了个实验,大概是这样:
把铅放入一个真空罩中,里面没有空气,然后进行加热。
结果呢?铅条并没有燃烧,重量也没啥变化。
然后他把真空罩打开,你猜怎么着?
燃起来了!
玩到这里,阿拉就明白了,哪有什么燃素——
燃烧靠的是空气!
可空气那么一大坨,又是啥成分呢?里面是什么货支持燃烧呢?
后来有个人告诉阿拉,空气中有种气体,能让燃烧变得更猛。
这个人叫普里斯特利,是发现氧气的第一人,但是他坚持燃素说,没把这当回事。
可阿拉认真了,又在实验室死磕,发现这种气体真的能助燃,并把它命名为—— 氧气
趁着喜悦劲儿,阿拉给空气哥定了个义:
到这里,燃素说就成了扯淡说,阿拉也重新定义燃烧的原理—— 氧化反应!
以前啥是元素全靠猜,那是玄学,在阿拉这儿,啥是元素靠实验,这才是科学。
阿拉还把当时常见的化学物质统一命名,分了分类,总结出33种元素,列了张表。
这才有做学问的样子嘛!
拉瓦锡起了个好头,让化学从炼金术走向科学,于是他被称为现代化学之父。
可惜阿拉在玩火的同时还玩税,他是当时政府的包税官,就是替政府收税的官员。
不久之后他发现,玩税就是玩命。因为后来法国闹革命,群众急眼了,仇恨旧政府的一切。
于是包税组织的人全部被抓,包括拉瓦锡,尽管有很多人请求赦免他,他还是被砍了头。
谁能想到,一代人生赢家、现代化学之父,竟以这种方式谢幕。上一个这样死于非命的科学家是阿基米德。
对此数学家拉格朗日特别心痛,发文表示:
聪明的脑袋的确罕见,但人类的求知欲也绵延不绝。于是有人接过他的接力棒,继续奔跑……
往哪儿跑呢?让我们期待下一章:《原子来了,元素周期表还会远吗》。