氧和化學革命（從開始至1789年）

講座十九

本講座以時間順序描述一系列有機化學的發展，始於近代化學之父拉瓦錫。重點在於瞭解近代理論、技術及命名法發展的邏輯，以便更有效地使用它們。化學開始於拉瓦錫之「化學革命」之前，包括古代技術和煉金術的實作，還有如瑞典藥劑師Scheele等人的發現，Scheele發現氧並製備出第一個有機酸純化樣本。拉瓦錫的《化學基本論述》著重於事實、觀念和名稱，開啟了近代化學的發展。拉瓦錫為氣體稱重並用量熱計測量熱量，亦闡...

講座十九： 氧和化學革命（從開始至1789年）

    第一章：化學家的始祖：煉金術士 教授：所以我們知道一些關於所有已發展出的強大工具的情形。事實上量子力學大約從1925、26年開始發展，然後是這些更現代的東西，包括掃描式探針顯微鏡，這是相當近期的事。但有機化學中最強大的工具，以日常實用性來說，當然，還有對任何非專業化學家及非研究量子力學之類學問的人來說，那就是鍵。鍵這個驚人的發明，以及人們在這些工具未發明之前如何得知分子的模樣，對嗎？因此，我們回頭看看這些在19世紀發明它的人，我們開始於所謂的－哎呦－我們開始於－抱歉，重來一次－好的，我們以化學革命開始，對嗎？這是科學歷史學家替這個時期取的名字，始於拉瓦錫，因此這是我們真正展開討論的地方。但他不是突然蹦出來的，在這之前有很長一段某種傳統的化學時期，我們會簡要地回顧一下，其中有古代藝術和知識背景，對嗎？因此，例如，這是一幅馬賽克鑲嵌畫，圖中是西西里島王室山的諾亞，對嗎？他釀了酒，然後喝得爛醉，由他的兒子為他遮掩裸體，對嗎？這是他的燒瓶，對嗎？ 學生：哦，不。 教授：這大約是三千年前的事。這幅馬賽克鑲嵌畫大約繪於一千年前，十二世紀，大約有八、九百年歷史了，對嗎？這是一個羅馬玻璃香水瓶，有兩千年歷史，因此顯然他們會製造香水，從花朵及具有相同作用之物中萃取其成分，對嗎？這是化學研究大樓剛落成五天時，對嗎？我們已經談過法蘭西斯．培根，他說，「所有現今接受的哲學觀念，要麼是希臘人的，不然就是煉金術士的哲學。」所以以某種意義來說，煉金術士是我們化學的始祖。他對他們的評價不是很高，他說，「一方的結論是由一些粗糙的觀察集結而成，」（指希臘哲學家）「另一方則來自於爐上的幾個實驗；一方總是高談闊論，另一方則追求大量的金子。」因此，即使在這個時候，當科學開始起步，現代科學，煉金術已是聲名狼藉，但它確實有某些貢獻。它對理論的貢獻不多，因為理論以希臘人，希臘的前輩和權威人士為宗，而非觀察；但他們確實一事無成。這是一幅1663年煉金術士的畫像。記住，牛頓在煉金術方面所做的研究比在物理方面還多，對嗎？他寫了大量關於這方面的論文，但從未發表過。現在有一個很棒的網站，來自印第安納大學，上面可以看到牛頓所有關於煉金術的研究。 但這是一件保密的事，這就是煉金術的概念，對嗎？它是神祕的、被隱藏起來的，對嗎？事實上，一月在Beinecke圖書館有一場關於煉金術的表演，關於前人煉金術中隱藏的祕密，這場演出的名稱是「秘密之書」，對嗎？就像哈利波特一樣，對嗎？（笑聲）所以這是他們要展示的其中一項。這是一卷相當長的書簡其中一部分，Arnold of Villanova的Visio Mystica。他是十三世紀研究醫學的煉金術士，被認為是當時最偉大的醫學權威，這卷特殊的書簡於1570年寫於英格蘭，所以很多是用英文寫的。它寫著，「紅色海洋；the red lune（紅色月亮）；the red sol（紅色太陽）。」對嗎？種種神秘的東西。然後你可以看到，這是人體，代表土；這是靈魂，代表油；這是精神或空氣、呼吸，代表水。因此這是－每樣事物都象徵著某種別的東西。或如果你看這張圖的四個角落，在右下角的是空氣，對嗎？它寫著「Eeyre」，熱而濕，對嗎？或左上方是土，冷而乾，跟空氣相反；下方是火，熱而乾；上方是水，冷而濕，對嗎？因此這應該是某種深刻而神秘的東西。 他們打算展示的另一樣東西是這本書，《關於賢者之石》。這本書寫於13世紀，這個特殊版本來自於1571年，但它看起來像某人的有機化學課本，在準備考試畫下重點之後的樣子，每個字畫了線，（笑聲），對嗎？邊緣上有這些指向重要內容的手指，對嗎？如果你看那裡，會看到重要的字眼，如煉金術，那裡，可以看到賢者之石，我記不得了，有很多關鍵字。但基本上一切都是無稽之談，這所有的理論；人們將它保密的原因，事實上是，我認為，不是為了不讓其他人發現，而是為了隱藏它是無稽之談的事實。這只是我自己的理論，所以也許並不正確。好，但16世紀初的Paracelsus是一位煉金術士，一位四處漂泊的醫生，他發展了在此之前很久就存在的慈悲學說。其中一個部份是，在大自然裡，毒藥的解毒劑會在疾病發源處被發現，對嗎？因此，例如，你們知道那是什麼嗎？ 學生：毒常春藤。 教授：毒常春藤，對嗎？但在毒常春藤附近你可能會發現鳳仙花，這是一種毒常春藤的解藥，對嗎？或－毒常春藤是屬於新世界的東西，不會引起煉金術士的興趣，但他們對這個一定感興趣：柳樹－Salix是柳樹的拉丁名，發現於有瘧疾病原體的沼澤。所以當你進入一個沼澤，得到瘧疾，但也可以在那裡找到柳樹。而柳樹皮，萃取柳樹皮可以得到水楊苷，一種配糖體，是圖上這個糖類連在一個芳香環上的東西，對嗎？如果你將它水解，讓糖解離，然後將這個氧化成一個羧酸，會得到這個。那是什麼？ 學生：水楊酸。 教授：沒錯，來自柳樹的水楊酸，對嗎？因此這對瘧疾的發燒等症狀很有用。好，所以這是一個理論。這是他們打算展示的另一樣東西，一本手冊－跟著我一起看一下。這是一本實驗手冊，由Caspar Harttung vom Hoff撰寫，於1557年，在奧地利。所以你們可以看見他繪製的各種－他是，他閱讀各種東西，將其摘錄，並自己做注解，就像你們實驗前的準備工作，對嗎？好，你們注意到，在這裡他引用了誰的東西？Arnold，十三世紀的人，做了我們最先談到的那些事，對嗎？Arnold of Villanova。好，但他畫出了蒸餾儀器，這些東西被稱為鵜鶘，是不是很有趣？這是一盞燈；這是某人，他用某種篩子或柵格過濾某些東西，對嗎？因此他們開發了工具，對嗎？一旦化學開始發展時，這對化學來說很有用。因此這裡有許多－即使這個理論是無稽之談－其中有很多製備各種靈藥等等的實作方法，因此這是相當重要的。 第二章：Scheele發現的酸及元素 現在，這是一間實驗室，很容易被誤認為是一間煉金術實驗室，但事實上它是一間早期的化學實驗室，我會在這裡顯示。這本書，這是一張1777年的圖片，來自於一本討論空氣與火的書。這本書裡發表了一個新元素的發現，它是由Carl Wilhelm Scheele撰寫，在烏普薩拉，瑞典的「烏普薩拉」。你認為他對光與火有什麼發現？抱歉，空氣與火，Luft und dem Feuer？ 學生：氧。 教授：啊哈，我們將會看到。所以這是他的實驗室，Scheele實驗室，或至少是一些藝術家眼中的模樣。這是他的－他是化學革命之前的事，但他是一個你們將會在化學革命中看到的重要先例。他事實上是一位藥劑師，但他將大部分時間花在做真正的化學研究。這是一張郵票上的圖片，瑞典郵票，印著Scheele，不過不能算是Scheele，事實上，他穿的服裝是在Scheele去世四十年後才發展出來的。好，但他純化有機化合物。它並不容易純化，特別是羧酸，因此他得到一種酸－他稱之為乳酸，現在我們已知它的結構是這樣，他從哪裡得來的？ （學生此起彼落發言） 教授：酸牛奶，對嗎？因此，這是他的相關論文，來自1780年的〈關於牛奶及其酸〉。所以他將這些酸純化成可形成結晶的鹽類，這就是純化的方法。因此，這是那個論文中的幾個報告，第7項：「鉍、鈷、銻、錫、汞、銀和金會受到乳酸的攻擊，無論是藉由燉浸」（就是放置在其下）「或煮沸。當錫燉浸在其中後，酸使溶液中形成一種像金和王水中形成的黑色沉澱。」對嗎？因此，這不是魔法咒語，對嗎？它以我們可以理解的語言撰寫，即使是從德文翻譯過來的。鐵和鋅溶解時產生一種易燃氣體，你們認為－他將酸與鋅反應得到易燃氣體，你們認為那是什麼？ 學生：氫氣。 教授：氫，對嗎？「鐵溶液是褐色的，不會形成結晶；但鋅溶液會形成結晶。」為什麼這一點很重要？ 學生：他可以將它純化。 教授：因為如果它形成結晶，他可以將它純化，並剛好得到那種鹽，對嗎？所以這就是他從酸中得到純粹樣本的方法，對嗎？「與銅反應，我們的溶液先變成藍色，然後是綠色，最後是深藍色，但並未形成結晶。」，很可惜。第10項：「經過幾天的燉浸後，鉛溶解了，這溶液有種甜、辣的味道。」（笑聲）「但並未形成結晶。」，對嗎？所以，當你沒有IR和NMR時，會怎麼做，對嗎？ 學生：吃。 學生：嚐。 教授：沒錯，所以他嚐了這所有的東西，氰化物也是。好，所以他得到了檸檬酸，他從哪裡得來的？ 學生：檸檬。 教授：檸檬，對嗎？他得到了尿酸，很顯然的；他得到了酒石酸，這有點－他發現的酒石酸，事實上是其中－或許是最重要的，也許是第二重要的，不，或許是十九世紀最重要的化合物，你們之後會看到，對嗎？它來自於酒石，就是酒發酵後酒桶裡形成的沉積物，對嗎？苯甲酸（安息香酸）來自於安息香樹膠，一種遠東的產物，對嗎？還有草酸（oxalic），你們認為它來自於哪裡？來自大黃。現在，為什麼要叫它oxalic，為什麼用oxy當開頭？Oxy是尖銳的意思。那麼，尖銳跟大黃有什麼關係？ 學生：它嚐起來有刺激性嗎？ 教授：是的，所以你知道，Oxy是個字源，意思是尖銳的。Oxymoron（矛盾修辭）不是指笨牛，它的意思是尖銳；moron是鈍的意思，所以這代表一個尖銳的鈍物，就是oxymoron，這是一個自相矛盾的字，對嗎？那麼，大黃的什麼是尖銳（刺激）的？ 學生：它的味道。 教授：它的味道，它嚐起來是酸的。事實上，acidic（酸）這個字來自拉丁語的acidus，它來自於acre，是酸的意思；它來自於，字源是ac，意思是尖銳，因此，acid和oxy是相同的意思，對嗎？因此，看這所有的東西，它們有什麼？羧基，這使它們呈酸性，對嗎？我們知道為什麼它會使分子呈酸性，這是上堂課的複習，對嗎？這個官能基，這不是羰基醇，它是羧酸，高HOMO在酸中被穩定，但當它是陰離子時甚至更穩定，因為有一個較高的HOMO，因此改變了它的酸性，即H^+易於解離的程度，大了10^11倍，對嗎？這取決於兩者之間的能量差異。所以如果你使陰離子產物穩定的程度大於起始物質，就會使反應向產物方向移動，這裡大了10^11倍，很大的改變，對嗎？但事實上造成這個結果的原因不僅是共振，不僅是HOMO/LUMO的交互作用，還有一個所謂的「誘導效應」，我們稍後會討論，但很大部分原因是在於這一點。 好，但你注意到，這裡有一個例外，尿酸不含羧基，因此這是它的結構。注意，它的氮上有一個未共享電子對，就像醯胺一樣，它被羰基穩定。事實上，它被兩個羰基穩定，兩個與它相鄰的LUMOs使它穩定。現在，如果它夠穩定，就沒有理由解離，失去一個質子；但如果失去具有較高能量HOMO的氮上質子，會得到這個陰離子，所以它甚至更加穩定；羧酸也有同樣的情形。但更甚於此的，如你們在這裡所見，這個化合物的pK_a是5.8，相當強的酸性，對嗎？但一般的胺基，例如氨失去一個質子，其pK_a是38，對嗎？因此其解離度大了10^32倍，因為它的氮上有如此高的HOMO，還有兩個羰基使它穩定。好，所以尿酸確實是一種酸，就像羧酸一樣。 好，Scheele發現的不僅是這些有機酸，他也發現，或共同發現了七種元素，它們被列在這裡，根據其在週期表上的位置排列。注意底部這裡，這是鎢（tungsten），對嗎？Tungsten來自瑞典，他是瑞典人，就是「tung」「sten」，代表沉重的石頭。它位於下方的位置，擁有大量質子和中子，密度非常大，對嗎？所以它很重－蘊藏它的石頭非常重，對嗎？但相對的，上方這些是氣體，事實上，這就是推動19世紀化學發展的東西，這就是化學革命開始之處，就是以氣體進行實驗的能力。因為以氣體來說，其中某些東西必定是小分子，因此它是簡單的，或至少相對來說是簡單的粒子，因此以理解來說，在得到複雜的分子，如水楊酸之前，必須從簡單的粒子開始。 現在，Scheele在1771年加熱碳酸銀，他發現從中可得到CO_2，他不知道那是CO_2，但有氣體產生，對嗎？如果將它繼續加熱到攝氏340度以上，會得到來自氧化銀的銀和氧。這個氣體，這個feuerluft，對嗎，fire air（助燃氣體），這就是這本書所討論的東西，對嗎？因此，他寫了這本書。但這本書開始於－如我在這裡顯示的，抱歉，在這裡－這本書開始於一個簡介，一個「vorbericht」，這是翻譯過來的，它以瑞典文撰寫，我們看看它寫了什麼。由Torbern Bergman撰寫於1777年，他這本書寫了兩年，等待這個前言完成，Bergman是個忙碌的傢伙，對嗎？當這本書已準備就緒，手稿已準備交付印刷期間，英國的Priestley發現了氧，所以這本書的出版是在Priestley之後。但毫無疑問地，Scheele較早發現氧，寫於他1771年的實驗手冊中。在這裡，1774年，這是他寫去法國的一封信的草稿，它開頭寫著－事實上開頭是前一頁中寫的幾句話－但上面寫著：「因為我沒有大型的凸透鏡，我請求你試著用你的…」因為他得用烤箱加熱才能做這個實驗，在一個相當高的溫度下，這很難做到，但如果可以將陽光聚焦來加熱，會容易實行得多，而在法國，他們有一個相當大的放大鏡，對嗎？可以進行這件事。但這封信雖然被寄出，卻從未得到回音。你們知道，據推測，信是寄給誰的？拉瓦錫，化學革命的始作俑者，對氧有另一些發現的人，對嗎？ 第三章：關於根、拉瓦錫及化學革命 好，所以現在我們要談關於拉瓦錫的事。他是－他不是完美的人，但他確實非常有才華。好，現在來談化學革命。你可以說，化學革命始於1789年，這不是1789年開始於法國唯一的革命，對嗎？你們知道這是什麼嗎？什麼？ 學生：網球場誓言。 教授：這是網球場誓言。當立法者，可以這麼說，齊聚一堂說，他們不會解散，直到國王授予他們一定的權利，你們知道這導致了什麼，在1789年。唯一不同意的傢伙在這裡，他是唯一一個沒有簽署的人。但無論如何，這是相當激進的。現在，這是一個印歐字，它是許多字的根源，就是Werad，它在許多語言中都形成了一些字。例如，它有根的意思，對嗎？而Wurzel，在德文中指的是根；還有wort（草），如聖約翰草（金絲桃），是一種根；甘草，glukos rhiza，這是希臘字，rhiza代表根，對嗎？它的意思是甜根，對嗎？race（種族），razza在義大利文中指的是你存在的根源，對嗎？Rutabaga（大頭菜），在拉丁語中是Radix；你知道，有很多字源於radix，像radish（蘿蔔），是一種根；或eradicate（根除），這是什麼意思？ （學生此起彼落發言） 教授：這意味著從根拔起，對嗎？或radical（根本）；某些東西是radical，就是指回到某些事物的根源，回到某些事物最初的起源。而這個字在這方面的用法，如果你查牛津英語詞典，它在16世紀創造了數學上的字詞；一個數的根源就是原來的數，對嗎？如果你取一個數的平方根，乘以它本身，會得到原來的數，所以這是數的根源，radical，對嗎？或在政治中，它被用於18世紀的英格蘭；在化學中，用於18世紀的法國；將radical（根）引申為事物根源的概念開始被使用，我們將會看到。 好，所以1787年，radical（激進份子）被引用為政治術語，根據牛津英語詞典所述，由J. Jebb提出，他大概是一位政治家；或在1787年，出現這篇激進的文件，「我們合眾國人民」，對嗎？但在同一年，1787年，radical（根）被引用為一個化學術語，由Louis Bernard Guyton de Morveau提出，這就是化學命名法發展的脈絡。因此，他與Berthollet及Fourcroy發展出一種化學命名的新方法；這是一本書，這不是法文原版，但這是第一個英文翻譯版本，你們可以看到，來自於耶魯大學圖書館當時的收藏，這是1788年的版本，對嗎？因此《化學命名法》這本書，作者是Guyton de Morveau、拉瓦錫、Berthollet和Fourcroy，所以這本關於化學命名新法的書，第四個作者就是拉瓦錫。因此，這是拉瓦錫和他的妻子，這是大都會博物館中一幅巨大畫作的一部份，這是拉瓦錫和他妻子聘請Jacques-Louis David繪製的，他們支付7000磅給那位藝術家畫這幅畫，相當於今天的三十萬美金。他們相當富有，他們每年的收入大約是一百萬美元，或相當於這個數目，當然，這取決於你如何換算這些數字，這並不容易。 所以在這幅畫中，他是45歲，1789年的時候，他正在寫草稿－所以這些傢伙，當他們要畫肖像畫時，總會將一些重要的東西放進去，所以他選擇了什麼？他選擇的是撰寫手稿的情形。他撰寫的就是這本書的手稿，來自1789年，書名叫《Traite Elementaire de Chimie》，《化學基本論述》。另一些放入畫中的東西是設備－他所使用的設備。所以你可以看到各種設備，來自這本書結尾其中一張圖片。你可以在圖中看到，這些器具，這是那個鐘形罩；這是那個裝置；這是那個十六品脫的大燒瓶，上面有黃銅蓋子；這是連接在燒瓶底部的閥門；這裡有一個卷宗夾，這個卷宗夾的角落寫著「Paulze Lavoisier作品」，這意味著這是由Paulze Lavoisier所繪，她是拉瓦錫的妻子，她是他的實驗室助理，保存所有的筆記，為他唸英語，因為他看不懂英語，所以，如果他得看Priestley寫的東西時，她會唸給他聽。但所有這些東西都是她畫的，她曾向David學畫，以便做這件事。好，她為他們的朋友畫這張肖像，這是誰？ 學生：班傑明．富蘭克林。 教授：是的，班傑明．富蘭克林，我之前給你們看過這張圖，說我們還會再提到他。因此，這是這本書中一張特別的插畫，它跟測量氣體重量有關，對嗎？事實上，這將成為對拉瓦錫還有整個19世紀來說最重要的事，這一切導致了關於鍵及其排列方式的發展。稱重是其中關鍵，但你如何為氣體稱重？所以你需要簡單的足以處理及純化的氣體，對嗎？但你必須稱它們的重量，所以，你如何稱氣體的重量？好，你可以收集一種氣體，如這張圖片所示，使氣體在這個曲頸瓶G中產生，氣體冒出後會變成氣泡上升，取代水或水銀，最常用的是水銀，來自於鐘形罩，你們做過這種實驗嗎？ 學生：是的。 教授：其中一些人做過。但你們可以看出它是如何運作的。當氣泡升起時水銀會下降。好的，所以現在你有了氣體。現在我們將注意力轉到右下角這裡，看看它是如何運作的。因此，我們有底部這個鐘形罩，頂端裝有閥門，其中灌滿了水銀，它放置在水銀池中，然後用其中一個泵將這個十六品脫的大燒瓶抽空。記住，在這之前100年，虎克－或在這之前130年，虎克為波以耳製造了偉大的真空泵。波以耳是大樓前所刻的人名當中，唯一年紀比拉瓦錫大的，對嗎？這是處理氣體及波以耳定律，壓力和體積之間的關聯性。好，總之，他可以用泵將它抽真空，然後密封，將閥門關閉，使那個鐘形罩裡充滿水銀。現在他把一個尖嘴放在它下面，產生氣體；氣泡上升，將這個容器填滿氣體，容器放置在水銀池中，因此空氣不會進入，除了因為壓力的關係，也因為水銀池的隔離。 好，所以現在他打開閥門，因此真空開始將水銀往上吸，也就是說，將空氣吸入到某個特定點，對嗎？然後水銀停止上升，對嗎？現在，在這一點上，你知道那個氣體的壓力就是大氣壓力減去水銀柱高度，對嗎？這就是氣壓計運作的原理。所以他知道有多少氣體，知道A中氣體的體積，他先將其裝滿水稱重，看看它的體積是多少。現在他知道體積，知道壓力，所以他知道在大氣壓力下，其中有多少氣體，對嗎？現在，當然，他只要將這些東西關閉，旋開頂端那個東西，將其稱重，看看它比被抽空時重多少，這就是氣體的重量。他知道體積多少，壓力多少，所以他知道所收集的氣體有多重，所以他可以將氣體稱重，相當聰明，對吧？好，這是他正用其中一個鐘形罩做實驗，現在這些鐘形罩填滿了水銀。我不知道你們是否－這裡，你可以幫我一下嗎，Wilson？將這個舉起讓班上同學看，但不要舉太高，抓住上面這個東西。這讓你感到驚訝嗎？ 學生：是的。 教授：他說這讓他大吃一驚。如果你們想要嚇自己一跳的話，稍後可以來這裡，舉起這個，但別讓它離開這個範圍。因為現今人們總是對水銀感到恐懼，我在前來上課的途中聽說，當我帶這個來的時候，我聽說歐盟有個新法律，將水銀運過國界將會是非法的，想想看吧！總之，這是拉瓦錫用一大缸水銀做實驗，對嗎？他一定是個強壯的人，對嗎？這是他在他的實驗室裡，拉瓦錫夫人寫下他口述的話，當他做實驗的時候。 第四章：《化學基本論述》：事實、觀念及名稱 好，所以這是《化學基本論述》。我要讓你們看－事實上這是複本，不是正本，但這是第一卷的標題頁。好的，如果你們想要的話可以看一下，在書末，我標記在這裡；第二卷的書末全是這些插圖頁，這是設備－像這裡，就是我們剛剛看過的那張，對嗎？所以如果你們想看的話，請隨意，但不要碰另外一本，它是原版的。 好，所以《化學基本論述》呈現一種新秩序－這是革命－根據當代發現，附有插圖，如我剛剛所展示的，日期是1789年，跟法國大革命同年。好，注意，他是許多不同學會的成員，包括費城科學院。為什麼他會是費城科學院的成員？他從未去過那裡。 學生：班傑明．富蘭克林是－ 教授：是的，他的好朋友。好，1789年，所以它有最精彩的引言，被稱為《序論》。他說：「當我開始這項工作時，唯一的目標；」或「當我開始進行以下工作時，沒有其他目標更甚於將我於1787年4月，在科學院公開會議中宣讀的研究報告延伸及解釋的更完整，」（記得當時他引用了根等術語）「並提出改革和完善化學命名法的必要性。」所以他試圖做的就是創造一個有用的適當命名法，相對於所有煉金術的無稽之談，對嗎？「我感覺從事這項工作比我之前所做過的那些更好，以下Abbe de Condillac的格言極有道理，來自於他的《邏輯系統》及一些其他作品。」因此這是Condillac所說的。 「只有透過文字的媒介，我們才得以思考；語言是真正的分析方法；代數的目的在於以最簡單、最準確、最佳的方式做每一種類型的表達；既是一種語言，也是一種分析方法；論證的藝術不外乎是語言妥善的安排。」 所以拉瓦錫接著說： 「因此，當我認為自己應僅致力於塑造命名法，當我建議自己僅專注於改善化學語言時，我的工作自然而然地逐漸轉變，我無法抗拒地寫出了這篇〈化學元素〉論文。」 因此，在革新這個語言的過程中，他也革新了對科學的整體理解。 「將一門科學的命名法與科學本身分離是不可能的，它歸屬於此。物理科學的每一個分支都必須包含三件事：科學的目標，就是一系列的事實；描述這些事實的觀念及表達這些觀念的文字，就像同一顆印章蓋出的三個圖案；這個字應該產生這個觀念，這個觀念就是這個事實的圖案。」 因此這所有的事都必須一致，對嗎？同一顆印章蓋出的三個圖案。 「而，觀念藉由文字保存及傳達，它必定遵循以下原則：如果不同時改善這門科學本身，我們就無法改善任何科學語言；另一方面，若不改善屬於這門科學的語言或命名法，我們就無法改善這門科學；無論任何科學的事實如何確定，無論我們從這些事實中可能形成什麼觀念，我們只會將假象傳達給他人，當我們希望藉由文字或許能將這些正確表達時。」 對嗎？因此，清楚闡明，而非模糊不清，這就是他的目標，跟牛頓或煉金術士相反，對嗎？事實、想法和文字，它們彼此緊緊相繫，就像同一顆印章的圖案，對嗎？因此，他使事物呈現，並以一種新秩序將其宣揚，相當不同於之前撰寫的任何化學著作。首先是學說－也就是理論，本書的第一個部分，這是一本兩卷的書，因此，幾乎第一卷所有的－不，我想，第一卷大約有三分之二是學說；然後是命名法，這是他著手進行的事；最後是操作，如何實際上自行重複這些實驗，你需要什麼設備。當然，他非常富有，可以聘人製造所有他需要的設備，不是每個人都可以做到這一點。但他明白顯示出如何進行，並提供了很棒的－很容易瞭解他實際的做法。現在，他注意力首先轉移到的其中一樣東西就是元素。他說： 「如果以元素這個名稱來說，我們指的是簡單、不可分割的分子，」（分子只是意味著很小的東西，對嗎？）「其可組成物質。我們或許不知道它們是什麼。」（它們太小了，對嗎？）「但如果相反的，我們將元素這個名稱或物質的原質，連結到能將其分析到最終階段這個概念，我們至今發現的所有無法再分解的物質，對我們來說就是元素。在我們的觀點中，它們表現出的性質就如同簡單的物質。」 所以這是操作上，而非哲學上的元素定義。如果無法將它分解，就將它視為一種元素，直到能使它分解。這裡有一些元素，化學元素，根據拉瓦錫的定義，它們是元素嗎？像這裡，我們看到，鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓，根據拉瓦錫的定義，它們是元素嗎？ 學生：不。 教授：為什麼不？ 學生：你可以將它們分解。 教授：你可以將它們分解成原子核和電子；你可以將原子核分解成質子和中子；你可以將這些東西分解成夸克等等。但對拉瓦錫或化學家來說，這些都是元素，因為你無法將它們分解，對嗎？ 第五章：新命名法：元素、熱質及根 所以這裡有一個簡單物質的列表，在《化學基本論述》第一個英文翻譯版本中。所以這是一個元素表：「簡單物質屬於自然界所有王國，它或許被視為肉體的元素。」那麼，前兩個元素是什麼，你無法分解的東西？ 學生：光。 教授：光與熱是前兩個元素－我們在門得列夫的週期表中見不到這些，對嗎？因為基本上它們不同於其他元素，它們沒有任何重量。你可以測量氣體的重量，但無法測量光的重量，也無法測量熱的重量，對嗎？因此，他給予這些東西新名稱－光和熱質，並列出了其舊時名稱。光之前也被稱為光，但在他的新系統中仍保持舊名稱；或「熱質」，他曾打算使用之前被稱為熱的東西，或「熱的原質或元素」，或「火」，或「火的流體」，或「火或熱的物質」，這些是人們之前用過的名稱，但他最後稱它們為「熱質」，對嗎？ 現在，如果存在熱質，你必須能測量它，如果你無法將它稱重，可以怎麼做？用「量熱計」測量。這是拉瓦錫製造和使用的量熱計；還有Laplace，他的年紀較輕，是拉瓦錫的同事，後來成為一位偉大的數學家，你們或許知道。因此，這就是這個東西。它很大，是由三隻腳支撐的，對嗎？所以這個東西高立於這張桌子上，對嗎？好，現在，這是它的構造；這是一盞燈，將會製造火，燈井中有油，你要測量燃燒這些油會得到多少熱，所以你把它放進這個桶中，將桶放在這個網狀籠子裡並蓋上蓋子，然後將這個籠子，還有它的蓋子放進這個容器中，對嗎？現在你點燃火焰，在那裡，你想測量它釋放多少熱量，要如何測量？你要做的就是，在它周圍放置融化的冰，所以熱會融化冰。現在有個問題；顯然，熱量越多，融化的冰越多，但這並不是唯一的熱量來源。熱還會從何處來，將冰融化？ 學生：外面。 教授：從外面來。因此，這就是這個東西的聰明之處。所以這是另一個容器。在那個容器之外，你將它填滿冰，這成了一個絕緣體，對裡面那個容器來說，所以沒有熱量來自於－任何來自外界的熱量會融化外面的冰，而不是裡面的冰，只有火焰會熔化裡面的冰。好，注意，蓋子也用冰覆蓋，所以它完全被冰包圍，然後被另一層冰覆蓋。所以火焰不斷地燃燒，然後你填－水會升高，當冰在其間融化時，然後你把那個東西放在下方，打開龍頭，看看有多少融化的水，僅由火焰造成，對嗎？這樣就可以測量有多少熱量，相當聰明，對吧？ 好，所以這是一個事實，測量這裡有多少熱量。但分析的一般定義，這是來自牛津英語詞典，耶魯大學有訂閱，所以你可以盡量查閱，這很有趣。今年是牛津英語詞典80週年，有一個研討會在山下舉行，由圖書館舉辦，參加者包括寫《瘋子．教授．大字典》的傢伙。有人讀過這本關於牛津英語詞典的書嗎？這是一本精彩的小說，書中的瘋子是耶魯大學畢業生，真的，這是一個有趣的故事。還有另一個傢伙，他在一年之內從頭到尾讀完20卷牛津英語詞典，去年他寫了一本跟這個有關的書，這是件有趣的事。但總之，這是－查閱牛津英語詞典是件有趣的事。這是分析。所以你們看，它來自於ana，我認為這唸成lisein，但我想有人能幫我。 學生：luein。 教授：luein，好的，總之，它意味著「鬆開」，根據牛津英語詞典，所以這表示鬆開；它的意思是將東西分解，一般的意義是，將任何複合物解體或分解成各種簡單元素；所以你可以分析文章的一個段落，對嗎？這是合成的相反，對嗎？「精確測定任何複合物的元素或成份，特別是在化學中，將一種化學化合物分解成它的近似，或最終元素。」現在，近似和最終，這是什麼意思？你們可以查閱其歷史用法，看看近似和最終代表什麼意思。1791年，同一時期－1789年，記得嗎，《化學基本論述》寫著，「木炭的含量是某種由分析所得到的產物量。」所以你可以知道其中含有多少木炭，這個字－我們現在稱之為碳，對嗎？所以這是元素分析，這是最終分析，將物質完全分解成化學元素，看看每種元素的含量。但還有一種叫近似分析的方法，可在這個1831年的引用句中看到：「糖、澱粉和樹脂是近似的原質，可藉由近似分析獲得。」所以你可以取一些食品，看看蛋白質所佔的百分比；糖所佔的百分比，或這個、那個和其他物質所佔的百分比。所以你在糖果棒或類似東西上看到的成份含量是指近似分析，而不是元素分析或最終分析，因此這兩種在拉瓦錫的工作中都很重要，我們將會看到。 好，所以我們來看光和熱質。現在，我們來看看其中一些元素，這裡的最終元素，他寫了關於這些元素的事實、理論和名稱。那麼，Azote呢？為什麼用這個字－這是法文名稱－法文中仍將氮稱為azote，在這個英文翻譯版本中，它使用這個名稱，在1790年或91年時。好，這個字從何而來？它的字首 a 代表什麼意思？ 學生：無。 教授：無，那zo呢？我們當中有人學希臘文是很棒的事。 學生：生命。 教授：無生命。以什麼意義來說，這算是一個適當的名稱，對氮來說有意義的名稱？Alex？ 學生：我認為他們以氮進行測試，它是－ 教授：什麼樣的測試？ 學生：他們會窒息，就像鳥在氮氣中一樣。 教授：是的，如果你把老鼠放在氮氣中，它會azote（這裡指無生命），對嗎？所以這就是這個名稱的意思。所以它曾被稱為減氧空氣，或天然氣、瘴氣、或瘴氣之基，對嗎？Azote是拉瓦錫決定使用的名稱。或hydro-gen（氫）；它跟什麼有關，幫我們一下吧？ 學生：Hdor有水的意思。 教授：請再說一次？ 學生：水。 教授：跟水有關的是什麼？Hydro是指水，那gen呢？ 學生：產生水。 教授：它會製造水，對嗎？所以，如果你燃燒氫，會產生水，對嗎？因此，氫，好的。那oxy-gen（氧）呢？它會產生什麼？ 學生：酸。 教授：酸，酸性。因此，氧是會產生酸性、產生酸的元素。這是拉瓦錫理論中的關鍵元素，氧的燃燒理論。好，所以氧加上一個基，或根，對嗎？所以這兩個字對拉瓦錫來說代表相同的東西；基本的根，某些物質的根源，對嗎？你使它與氧反應會使物質呈酸性。你們能想到一個例子嗎？一個元素與氧反應，變成一種酸？好，我們來看看他的列表。硫；你燃燒它，會變成硫酸或亞硫酸，對嗎？磷會變成磷酸，碳會變成碳酸，Muriatic（鹽酸化）根－這是我們不知道的，他們還沒發現鹽酸化的根，那種酸的基，但如果你將它燃燒，與氧結合，就會得到muriatic acid（鹽酸）。有人知道muriatic acid是什麼嗎？ 學生：鹽酸。 教授：鹽酸，其中含有多少氧？ 學生：沒有。 教授：沒有，對嗎？但這是他的理論，你取一個基，使它與氧反應，就會得到酸；因此必定有一個muriatic（鹽酸化）根，對嗎？不幸的是，這部分是錯的，fluoric（氟化）根也是同樣情形，對嗎？但也有化合物的根，只是近似的，不是最終的根，對嗎？包含其他幾個元素的根，對嗎？這是其中一些根的列表，它們的名稱是拉瓦錫決定使用的，其中有許多，所有用箭頭指著的，是Scheele已經發現的，對嗎？像酒石酸、檸檬酸、草酸、苯甲酸、乳酸，Lithic acid（尿酸）是另一個之前沒提過的名稱，來自於結石，看這裡，來自於尿結石。好，所以這些是化合物的根，今天的講座結束。 2008年10月17日