Tartu Ülikool

ANTOINE LAVOISIER

referaat

Koostaja: Täheke 100 , Keemia II Juhendaja: dotsent Lembi Tamm

Tartu 2013

SISUKORD

SISSEJUHATUS

Antoine Lavoisier on 18. saj üks silmapaistvamaid keemikuid. Ta oli juhtiv figuur 18. saj keemia revolutsioonis, kes töötas välja eksperimentaalsetel andmetel põhineva põlemise hapniku teooria. Lavoisier'i loetakse teadlaseks, kes muutis keemia kvalitatiivsest kvantitatiivseks. Ta koostas esimese nimekirja elementidest, aitas reformida keemilist nomenklatuuri, tõestas korrektselt massi jäävuse seaduse ja tänu põlemisteooriale selgitas lõpuks, mis on element.

Referaat annab ülevaate Lavoisier elust ning saavutustest, avastustest keemikuna. Peamiste uurimismaterjalidena kasutasin Encyclopedia Britannicat, Hergi Kariku raamatuid, ingliskeelset Vikipeediat jm internetist leitud materjale.

ELULUGU

1.1. Haridus ja nooruspõlv

Antoine Lavoisier sündis 26. augustil 1743 Pariisis rikka advokaadi perekonnas. Parlamendiliikme pojana õppis Lavoisier Pariisi kõige esinduslikumas koolis (Collège des Quatre-Nations), kus omandas teadmisi botaanikas, astronoomias, matemaatikas ja keemias. Kõrghariduse sai Lavoisier Pariisi ülikoolis õigusteaduse erialalal. Juuraõpingute kõrvalt kuulas ta huvi pärast ka keemia ja mineraloogia loenguid. Advokaadina Lavoisier töötama ei hakanud, sest teadus pakkus talle rohkem huvi. Kolm aastat pärast õigusteaduse bakalaureusekraadi omandamist autasustas Teaduste Akadeemia teda Pariisi tänavavalgustuse projekti koostamise eest kuldrahaga. Selle töö ja ka mõningate põllumajandust arendavate uurimuste eest valiti ta 1768. aastal, 25-aastasena Prantsuse Teaduste Akadeemia liikmeks.

Peagi pärast seda ostis ta endale ametikoha rikkas korporatsioonis Ferme Générale, mis kogus kuningale makse tubaka, soola ja importkaupade müügist. (Karik 2009)

1.2. Abielu, Madame Lavoisier

1771. aastal, 28-aastasena abiellus Lavoisier 14-aastase Marie-Ann Pirette Paulze'ga (Pilt 1), Fermé Générale juhi tütrega. Vaatamata suurele vanusevahele oli nende kooselu õnnelik. Naine oli mehele sekretäriks, assisteeris eksperimentide korraldamisel, tõlkis talle Priestley jt inglise teadlaste artikleid. Madam Lavoisier võttis joonistustunde kunstniku Louis Davidi juures, et osata joonistada keemia aparatuuri ja illustreerida abikaasa artikleid. Naise eestvõttel hakati sõpradele nädalalõppudel koosviibimisi korraldama, kus diskuteeriti teadus-ja päevaprobleemidest. (Karik 2009)

Pilt 1: Portree Antoine-Laurent Lavoisier'ist ja ta naisest; Jacques-Louis David (ca 1788)

1.3. Töökoht, ühiskondlik tegevus

1775. aastal määrati Lavoisier Püssirohu ja salpeetri komiteesse ning ta tööpaigaks sai arsenal. Seal sisustas ta omale tolleaegsel tipptasemel laboratooriumi, mille kalli sisustuse ja kallite eksperimentide eest tasus ta põhiliselt päritud varandusega. (Karik 2009)

Lavoisier oli poliitiliselt aktiivne, uuendusmeelne ja oli veendunud Prantsuse riigikorra muutmise vajaduses. Selletõttu osales ta aktiivselt Prantsuse revolutsioonile eelnenud sündmustes. Ta lõi kaasa Prantsuse sotsiaalse olukorraga tegelevates toimkondades, pakkus välja viise maksusüsteemi reformimiseks ja majanduse parandamiseks. (Gardner Larson 2013)

1.4. Prantsuse revolutsioon ja surm

Varsti pärast Prantsuse revolutsiooni algust hakati Lavoisier'ile ette heitma Ferme Générale'is töötamist. Sõbrad soovitasid tal emigreeruda. Lavoisier seevastu andis end võimude kätte arvates, et konvendis arvestatakse tema teadussaavutusi, riigikaitselisi töid püssirohu ja lõhkeainete alal ning meetrimõõdustiku loomist ja kehtestamist. Ta arvas ka, et nimekad teadlastest sõbrad C. Berthollet, P. C Laplace ja A. F. Fourcray, revolutsionäärid ja Jakobiinide Klubi liikmed toetavad teda tribunali ees. Ent sõbrad ütlesid temast lahti. (Karik 2009) Vähem kui päev kestnud kohtuprotsessi käigus määrati kõigile arreteeritud Ferme Générale endistele töötajatele surmanuhtlus. (Gardner Larson 2013)

Ühe levinud jutu järgi küsis Lavoiser kohtunikult elamisaega pooleliolevate eksperimentide lõpetamiseks, mille peale talle vastati „La République n'a pas besoin de savants ni de chimistes; le cours de la justice ne peut être suspendu.“ (Vabariigil pole vaja ei teadlasi ega ka keemikuid; õigluse kulgu ei saa pikendada.) Lavoisier'i tähtsust teadusele väljendas matemaatik Lagrange öeldes pärast hukkamist: „Cela leur a pris seulement un instant lui couper la tête, mais la France pourrait ne pas en produire une autre pareille en un siècle.“ (Pea maha võtmine võttis neil aega mõne hetke, kuid Prantsusmaal ei pruugi sündida taolist pead enam terve sajandi jooksul.) (Wikipedia 2013) Ta surnukeha heideti ühishauda.

Lavoisier rehabiliteeriti paari aasta pärast ja tunnistati süütult hukatuks. (Karik 2009)

1.5. Isiksus

Erinevalt Priestley'st polnud Lavoisier selline, kes tagasihoidlikule, tavalisele inimesele sümpaatne tunduks. Jõukas, kõrgelennuline, väga ambitsioonikas- Lavoisier oli ratsionaalsuse ja sihipärasuse kehastus. Ta tõestas oma väärtust teadlasena juba varases nooruses ja tema autoriteedis ei kaheldud. Lavoisier'i kaaslased, kolleegid austasid ja võib-olla isegi kadestasid teda. Samas need, kes ei jaganud Lavoisier'i arusaamu keemiast, arvasid teadlase käitumisviisi olevat ülbe ja ta argumendid mitteveenvad. (Britannica 2013)

2. PANUS KEEMIASSE

Lavoisier muutis keemia kvalitatiivsest kvantitatiivseks teaduseks. Keemia, mida Lavoisiser ülikoolis õppis polnud ühtne- eri teadlased olid eri arvamusel elementide koostises ja keemilisel reaktsioonil toimuvate muutuste põhjustes. Tol ajal leidus natuurfilosoofe, kes endiselt arvasid, et mateeria koosneb tulest, õhust, maast ja veest. Teada oli palju empiirilist informatsiooni, aga vähe leidus teooriaid, üldistusi. Piisavalt palju teati happeid, leeliseid, sooli, metalle ja neid osati eristada. Samas erinevate gaaside olemasolu alles avastati. Lavoisier'i sarnased teadlased üritasid just eksperimenti kasutades luua keemias paikapanevaid teooraid ja saada aru protsesside olemusest. (Britannica 2013)

2.1. Massi jäävuse seadus

Lavoisier pidas tähtsaks kvantitatiivseid mõõtmisi. Ta oli omal ajal üks väheseid keemikuid, kes kaalus suure täpsusega (0,0005 g) ning suletud klaaskolbis reagente ja produkte. Oma kaalumiste tulemuste põhjal järeldas, et produktide mass peab võrduma reageerivate ainete massiga. (Gardner Larson 1997) Mikhail Lomonossov oli varem väljendanud sarnaseid ideid, kuid Lavoisier tõestas massi jäävuse korrektselt eksperimentaalselt. (Wikipedia 2013)

2.2 Aine agregaatolekud

Kooliajal õpetati Lavoisieri, et vedelik aurustub kas õhuks transmutatsiooni käigus või õhus lahustumise kaudu (kujutati ette, et vedelikud lahustuvad õhus nagu soolad vees). Lavoisier avastas, et kõik ained võivad esined kolmes olekus: tahke, vedel, gaas. Ta uskus, et need muutused tekivad tule kombineerumisel ainega. See tuliaine või „calorique“ oli kaalutu ja kombineerus tahke ainega moodustamaks vedelikku ja kombineerus vedelikuga moodustamaks gaasi. (Gardner Larson 1997)

2.3. Keemiline nomenklatuur

Antoine Lavoisier, Claude-Louis Berthollet, Antoine Fourcroy ja Guyton de Marveau lõid alguse süstemaatilisele keemilisele nomenklatuurile. See süsteem lihtsustes erinevate taustadega keemikute vahelist suhtlust ja on suuresti tänapäevani kasutusel (nimed nagu sulfaadid, sulfitid). (Gardner Larson 1997)

2.4. Hingamise uurimine

1783. aastal hakkas ta koostöös Pierre-Simon Laplace'ga viima läbi katseid, kus mõõdeti soojuse eraldumist põlemisel ja hingamisel kvantitatiivselt kalorimeetriga (Pilt 2).

Pilt 2: rekonstruktsioon tolleaegsest kalorimeetrist; uuritav nõu oli ümbritsetud kahe kihi jääga, mõõdeti sisemises kihis sulanud jää hulka st kaaluti sulavett (Science Museum 2013)

Tulemustest järeldas Lavoisiser, et hingamine sarnaneb põlemisega, kuid toimub aeglasemalt . Eraldatud soojust kasutatakse organismis püsiva kehatemperatuuri säilitamiseks. Lavoisier kasutas kalorimeetrit ka erinevate ainete erisoojuste leidmiseks ning reaktsioonil vabaneva soojuse leidmiseks. (Gardner Larson 1997)

2.5. Põlemise teooria

Põlemise hapniku teooria koostati pikaajalise, põhjaliku ja sihipärase eksperimentaalse uurimustöö põhjal. See teooria, mis seletab põlemist, hingamist ja lupjade moodustumust (oksüdeerumist), on justkui flogistoniteooria peegelpilt. Nimelt Lavoisier'i järgi on põlemine ühinemisreaktsioon, flogistoniteooria järgi lagunemisrektsioon.

Lavoisier'i uurimustöö 1770'te alguses keskendus massi kasvule ja kahanemisele „lupjade“ moodustumisel. Oli teada, et kui metallid aeglaselt „lupjadeks“ (oksiidideks) muutuvad, siis metalli lubja mass on suurem kui algse metalli oma. Samas vastupidisel protsessil ehk puhta metalli saamisel lubjast toimus massi vähenemine. Tol ajal aktsepteeritud flogistoniteooria abil oli massi kasvamise või kahanemise kvantitatiivne seletamine keeruline, sest tuld (flogistoni) ei saa eraldada, kaaluda. Lavoisier püstitas hüpoteesi, et protsessi käigus toimub mitte tule vaid õhu sidumine või vabanemine.

Uurimiste käigus avastas ta põlemisega seotud selgitamist vajava fenomeni. Nimelt mineraalhappeid saadi mineraalide nagu väävel, fosfor põletamisel ning tekkinud „lubja“ segamisel veega. Tekkis küsimus, et mis teeb mineraalist happe. Lavoisier arvas, et väävel kombineerub õhu ja tulega ning õhk vastutab happelisuse tekke eest. Ometi polnud teada, et milline konkreetne õhk hapet tekitab. Just oldi avastatud, et atmosfääri õhk on segu erinevatest õhkudest, millest nii mõnedki olid avastatud (nt süsihappegaas e seotud õhk). Briti pneumaatilised keemikud, eesotsas Joseph Priestley'ga tegid enamiku atmosfääri õhkudega seotud avastusi ja hoolimata nimetatu kindlast usust flogistoniteooriasse oli just Priestley see, kes aitas Lavoisier'il lahendada hapniku mõistatuse.

Priestley sai hapnikku 1774. aasta augustis ja tuvastas sellel mitmeid atmosfääriõhust erinevaid omadusi. Paralleelselt viis Lavoisier oma kolleegidega Prantsumaal läbi analoogseid katseid, panemata tähele kogutud gaasi uudseid omadusi (Pilt 3). Hiljem samal aastal külastas Priestley Pariisi ja rääkis Prantsuse Teaduste Akadeemia korraldatud pidusöögil oma avastatud uue õhu omadustest. Lavoisier kordas Priestley eksperimenti ja leidis, et avastatud õhk sobib täpselt tema teooriaga. Lavoisiser nimetas tekkinud gaasi hapnikuks- hapete tekitajaks. Hapniku eraldamine võimaldas tal seletada nii kvalitatiivseid kui ka kvantitatiivseid muutusi, mis esinevad põlemisel, hingamisel ja lupjade (oksiidide) moodustumisel. (Britannica 2013)

Pilt 3: Aparatuur, mille abil Lavoisier uuris põlemist. Ta kuumutas elavhõbedat ahju peal kuni kogu selle pind sai kaetud punaste kristallidega. Selle protsessi käigus vähenes kupli all oleva õhu ruumala. Kupli alla jäänud õhk ei võimaldanud ei hingamist ega põlemist. Saadud punase pulbri kuumutamisel vabanes sama suur kogus õhku, mis enne kadus. Saadud gaas, Priestley leituga identselt võimaldas ainetel kiiresti põleda ja oli hingatav. Lavoisiser nimetas saadud gaasi hapnikuks (The Robinson Library, 2013)

2.6. Tähtsamad keemia-alased kirjutised

Considérations Génerales sur la Nature des Acides (1778, Üldisi tähelepanekuid hapete olemuse kohta)

Üritas tõestada, et põlemise eest vastutav õhk on samuti ka happelisuse allikaks

Reflexions sur le Phlogistique (1783 Mõtteid flogistonist)

Tõi välja vastuolusid flogistoniteoorias.

Methods of Chemical Nomenclature (1787 Keemilise nomenklatuuri meetodid)

Kaaslastega koostatud uudne keemiliste ainete nimetamise süsteem.

Traité Élémentaire de Chimie (1789 Keemia algtõed)

Esimene keemiaõpik, mis muuseas esitles uusi teooriaid keemias, sisaldas massi jäävuse seaduse sõnastust ja eitas flogistoni eksisteerimist. Lisaks sisaldas raamat ka nimekirja keemilistest elementidest (ainetest, mida enam lõhkuda ei saanud). Nimekiri sisaldas palju praegusel ajal tunnustatud elemente nagu hapnik, vesinik, lämmastik, fosfor, elavhõbe, tsink, väävel... Ometi sisaldas nimekiri elementidena ka valgust ja soojusainet (pr k lumière, calorique). Samuti sisaldas andmestik keemilisi ühendeid nagu vesinikhalogeniidid, aktiivsete metallide oksiidid (kuigi Lavoisier lisas, et pole kindel, kas viimatimainitud aineterühmad ikka on elemendid).

(Wolfram Research 2013)

2.7. Muud saavutused

Lisaks keemiale tegeles Lavoisier ka muude teadustega. 24-aastasena matkas ta mööda Prantsusmaad ja koostas geoloogilise kaardi, mis aitas prognoosida loodusvarasid. 1768. aastal töötas ta välja areomeetri ja kasutas seda soolalahuste tiheduse määramisel. Vee puhtust jagas Lavoisier klassidesse võrdlemise teel destilleeritud veega. Ta näitas, et kahekordse destillatsiooniga võib jõeveest saada lisandivaba vee. Samuti on väga tähtis Lavoisiser'i panus arstiteadusesse: nimelt just tema selgitas kipsi tahkumist vee sidumisega ja propageeris kipsi kasutamist lahaste tegemiseks ning ehituses. Samuti oli Lavoisier üks meetrimõõdustiku loojatest ja propageerijatest. (Karik 2009)

KOKKUVÕTE

Lavoisier tekitatud revolutsioon keemias oli teadliku töö tulemus, mille eesmärk oli sobitada kõik katsetulemused ühte teooriasse. Lavoisier ei avastanud ise uusi elemente ja ka eksperimendid, mida ta teostas, olid suures osas kellegi teise poolt juba varem tehtud. Ta edu hapniku teooriaga seisnes kaines mõistuses, täpsetes mõõtmiste ja julguses, oskuses eksperimente teistmoodi seletada. Paradigmade vahetus keemias ei tulnud kergelt, sest hapnikuteoorias oli esialgu palju lünki ja flogistoniteooria oli keemikute mõtlemisviisi sügavalt juurdunud

KASUTATUD KIRJANDUS

Encyclopedia Britannica. Antoine-Laurent Lavoisier. [online] URL= http://www.britannica.com/EBchecked/topic/332700/Antoine-Laurent-Lavoisier (12.04.2013)

Gardner Larson, Philip. (1997). Antoine Laurent Lavoisiser. [online] URL= http://cti.itc.virginia.edu/~meg3c/classes/tcc313/200Rprojs/lavoisier2/ (12.04.2013)

Karik, H. (2009). Leiutised ja avastused keemias. Tallinn: Ilo

The Robinson Library. Antoine-Laurent Lavoisiser [online] URL= http://www.robinsonlibrary.com/science/chemistry/biography/lavoisier.htm (12.04.2013)

Vihalemm, R. (1981). Ühe teaduse kujunemise lugu. Tallinn: Valgus

Wikipedia. Antoine Lavoisier. [WWW] URL= http://en.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier, (12.04.2013)

http://www.sciencemuseum.org.uk/images/I059/10325932

http://scienceworld.wolfram.com/biography/Lavoisier.htm

12