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什么是化学的纯化工作?


实验室k / 2019-04-17

       无论化学家的感知能力如何训练有素、直觉如何精确,或者对化学知识如何充满激情,单凭化学家手动操作技能的累积还不足以让化学佯装在科学中占有一席之地。尽管如此,费内尔强烈要求《百科全书》的中产阶级读者群认可化学是份值得尊敬的职业。

       那么,化学家们是怎样成功获得18世纪下半叶所尊享的社会地位的呢?部分答案在于,他们运用仪器和其他材料来检验并确保各种产品的质量和纯度,因而从中获得了权威。像许多其他当代化学家们一样,费内尔本人在分析矿物水的工作中也赚到了钱。通过测定矿物水中各种矿物盐的含量,化学家们可以确定其治疗特性以及检测任何潜在的有害杂质。拉瓦锡在年轻时也做过这种分析工作,它需要使用各种测量仪器,尤其需要比重计(成者称为密度计),拉瓦锡称之为“化学家的流体称量天平”。然而,在用比重计提供可靠测量之前,需要根据比重计在各种已知密度的液体中的行为比较对它进行校准,所有测量都需要在相同温度下进行。因此,比重计的可靠性取决于能够熟练使用一台准确的天平以获得液体的独立密度值和一支温度计以确保测量在相同温度下进行。这样一来,任何测量工具的可靠性都取决于其他工具的运用,所有手段结合在一起建立起一个由严格的方法与规则控制的实验空间。的确,正是通过努力完善测量工具从而使拉瓦锡得以从他和让・艾蒂安・盖塔(Jean-Étienne Guettard)的地质调查工作中的化学分析转移到成熟的实验室化学工作之中。因而,拉瓦锡是从盖塔那里首次学会了重量分析技术——日后成了他的新化学不可或缺的重要组成部分。在拉瓦锡手中,这些技术会将实验室转变成一个证据之所。然而,如果没有必要的物质”纯化”的基础准备工作,分析工作是不可能实现的。

       所谓的纯化概念包括至少两层不同的含义。第一层含义的纯化,其相关的工作包括从矿井开采的矿石中制备有用矿物质,或者纯化药用植物提取物以获得安全、有效的药物。药剂师们传统上被认为是这门艺术的大师,他们采用温和的方式分离出植物“最直接组分”的纯态形式。这一点很重要,因为一名药剂师的声誉就在于他获得纯的提取物的能力,而且,作为商人,他的生计也依靠他的声誉支撑。然而,在这个背景下的纯度概念既包含暂时性也包含惯例性,因为是由化学家的检验和标准建立了纯度标尺,原则上来说,这些检验标准或纯度标准是无法防止自身不受到任何攻击的。

       纯化概念的另一层含义涉及通过分离出各个构成组分而确定物质主体的确切组成。这层纯化含义最好的例子是元素分析,它已经成为现代化学的一个顶梁柱。关于第二层含义的纯化,对纯度的追求会更进一步,不仅包括所有物质的分离,而且还包括消除所有特异性,即消除任何与物质起源相关的事件或条件。正如拉瓦锡所提到的,化学的目的是让所有的化学物质成为通用的、仅由其元素组成作为其独特特征的非特异性实体。

       化学实验的主要目标是分解自然实体,以便于单独研究构成该实体的不同物质。

       因而,随着化学的不断划分和细分从而向更完善化方向发展,以至于很难说哪里会是分析的终点。

       通过耗时的实验工作而进行的划分和细分过程构成了天然物质名副其实的“嬗变”,在某些方面让人联想到传统的炼金术。在分离出其构成组分或者通过重复溶解、蒸馏和结晶进行纯化之前,从大自然中提取的这些物质首先需要经过多个步骤处理以分离出某些部分。经过了一系列过程后,所得到的实验物质已经与原来的特质性天然物质完全不同。在剥离了天然历史、生产条件和提取中使用的技术之后,“原材料”转变成了化学物种——一个纯粹的物质抽象。实验物质的特征性质需要是“典型”的,从而使其无法从传统意义上加以辨认。例如,水在化学实验室作为溶剂不应该品尝起来像是马尔文水、地中海水或者来自依云的天然矿泉水。它应该完全没有味道,应该是“纯粹的”水,一般视为不适合于人类食用的水。这种转变使天然物质变成布鲁诺・拉图尔意义上的“物质”,是人工建造物,可以担保“从操作到作用的改变而不必相信建造、收集、固有性或超然性之间存在差别”。一旦这种高强度工作使实验物质变成其理想状态,它们就可以担当实验科学场所中大自然代表的角色。而赋予这些实验物质“科学”的名称和符号则将有助于角色的诠释,最终,这些物质可用分子式来表示。盖顿・得·莫尔沃(Guyton de Morveau)拉瓦锡、贝托莱(Berthollet)和富科鲁瓦(Fourcroy)于1787年提出化学命名的变革,旨在提供一个体系,其中按照孔狄亚克分子式,“事实、用词和观点将会是同一个印章的三个印记”。以如此,他们将不再使用任何表明该物质地理起源或者其发明人的名称。名称用于反映所命名物质的组成,因此将元素的自然史简化至不相干的符号。许多经过纯化和稳定化并用标签表明组成的实验物质现在已经成为行为可预测的可靠试剂,而且从来不出现意外。所以,这些物质与被驯化后用于辅助探索荒蛮丛林的野生动物有得一比。它们构成了未知的、混杂的、富饶的大自然王国内可靠的基准点和界限明确的科学文明之所。

       1787年的命名改革不仅仅是为这些理想纯度的反应物起了中性的名称这么简单,它还指出,“简单物质”的名称,即那些不可以被进一步分离的物质,应该用化学字母表中的字母来表示。从这些字母开始,化学家们可以将分析过程反过来,将字母拼湊起来重新构成原来的物质。因而,根据拉瓦锡的说法,新的命名是事实及相关观念的“一面忠实的镜子”。这种将名称自身作为一种分析工具的命名观基于法国哲学家艾蒂安・德・孔狄亚克(Tienne De Condillac)的很多著作,尤其是他的《逻辑学》(La Logique)一书。受到洛克经验主义哲学的启发,孔狄亚克把分析看作人类大脑的”自然逻辑”,允许从简单过渡到复杂。对孔狄亚克以及拉瓦锡而言,这种从简单到复杂的进展是理解世界的唯一方法,因为这类似于从已知过渡到未知。正如儿童的自然学习过程,是把简单的单词与与生俱来能够感觉到的简单意思相关联一样,化学学徒也只能从简单物质的性质的有关知识开始学习化学艺术。如果化学家在不了解简单物质的知识的情况下追求由简单物质组成的复杂物质的有关知识,从经验主义模式看,他注定会陷入歧途。从简单到复杂的哲学方法让化学呈现为一种具有特别明显的教学效果的“知识系统”。拉瓦锡的课本以矿物、植物和动物的标准次序囊括了大自然的三大王国,而现在的化学资料是严格按照简单物质和复合物质来组织分类的。此外,用抽象命名法来记录物质,其目的是想以此反映物质的复杂程度。从相关哲学发展过程可以看出,重复性实验室分离和纯化工作使化学能够阐明其自身以“元素”和“化合物”表达的科学逻辑,因而这种繁重和重复性劳动其实非常重要,而这些“元素”和“化合物”逻辑在很大程度上可以担保化学所要求的科学自主权。


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