书城童书我的第一本化学探索发现全纪录
4321200000006

第6章 化学家的故事(6)

1844年的一天清晨,道尔顿在他安静的卧室里,像一个熟睡的婴儿似的,没有一点痛苦的表情,心脏停止了跳动。他走完了他艰辛、果敢、睿智、富于意义的一生。这是一位将一生毫无保留地完全献给科学事业的伟大学者。

道尔顿可以说是自学成才的典型。他只上了五年小学,他的化学知识全部来自于他自己的刻苦学习和不懈努力。通过他的故事,我们明白了最终要的是自己学到了什么,而不是学习时间的长短。

活到老学到老的阿佛伽德罗

在物理学和化学中,有一个重要的常数叫阿佛伽德罗常数。在物理学和化学中,还有一常见的定律叫阿佛伽德罗定律。它的内容是:在同一温度、同一压强下,体积相同的任何气体所含的分子数都相等,这一定律是意大利物理学家阿佛伽德罗于1811年提出的。

阿佛伽德罗,18世纪70年代后期出生于意大利都灵市,出生于一位著名的律师家庭。按照他父亲的愿望,他攻读法律,16岁时取得了法学学士学位,20岁时获得法学博士学位,并当了几年的律师。喋喋不休的争吵和尔虞我诈的斗争使他对律师生活感到厌倦,从24岁起他开始对数学、物理学、化学和哲学发生了浓厚的兴趣。

阿佛伽德罗学习认真,工作负责。尽管他懂法文、英文和德文,可是他的科学理论除意大利外,外国很少有人知道。28岁时,都灵科学院推选他当通讯院士。

30岁时,阿佛伽德罗被聘为都灵科学院附属学院的教师,开始了他一边教学、一边研究的新生活。3年后他被聘为维切利皇家学院的数学物理教授,并一度担任过院长。在这里他度过了卓有成绩的10年,分子假说就是在这里研究和提出的。43岁时,阿佛伽德罗成为都灵科学院的正式院士,不久他担任了都灵大学第一个数学物理讲座的第一任教授。74岁时,阿佛伽德罗从这一教职上退休。

从一个律师成为一个科学家,他是作了很大的努力的。他精通法语、英语和德语,拉丁语和希腊语方面的造诣也很高。他那渊博的知识来源于勤奋的学习。他博览群书,所做的摘录多达75卷,每卷至少700页。最后一卷是1854年编成的,是他逝世前两年的学习记录,可谓活到老学到老。

在都灵科学院附属学院任教师期间,阿佛伽德罗在法国《物理杂志》发表一篇经典性的论文,题为《论测定物体中原子相对重量及其化合物中数目比例的一种方法》,论述了有关原子量的测定、化学式的确立等问题。他根据盖·吕萨克的实验事实,进行了合理的推论,引入了分子的概念。文章指出,原子是参加化学反应的最小质点,分子则是游离态单质或化合物能独立存在的最小质点。分子由原子组成,单质分子由相同元素的原子组成,化合物分子则由不同元素的若干原子组成。

他还修正了盖·吕萨克假说中的错误,认为“在同温同压下,相同体积的不同气体具有相同数目的分子。”此假说的奥妙之处在于把原子换成了分子,这样,跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了,跟实验事实也统一起来了。根据阿佛伽德罗的假说,只要承认任何物质可以独立存在的最小微粒是分子,那么单个的气体分子就不是单个的原子,而是由两个或两个以上的原子所组成的,如氢、氧、氮、氯的分子都是由2个原子组成的。虽然阿佛伽德罗的假说言之成理,持之有据,可是并未获得化学界的承认。

两年后,阿佛伽德罗发表了第二篇关于阐述分子假说的论文,仍然没有引起什么反响,同样遭到冷遇。

19世纪60年代,在德国卡尔斯鲁厄召开了一次国际化学会议。这次大会力求通过讨论,在化学式、原子量等问题上取得统一的意见。来自世界各国的140名化学家在会上争论很激烈,但没达成协议。这时意大利化学家康尼查罗散发了他所写的小册子,希望大家重视研究阿佛伽德罗的学说。他回顾了50年来化学发展的历程,成功的经验、失败的教训都充分证实阿佛伽德罗的分子假说是正确的,他论据充分,方法严谨,很有说服力。经过50年曲折经历的化学家们此时已能冷静地研究和思考,他们终于承认阿佛伽德罗的分子假说的确是扭转这一混乱局面的唯一钥匙。阿佛伽德罗的分子论终于被确认,阿佛伽德罗的伟大贡献终于被发现,可惜此时他已溘然长逝了。甚至没有为后人留下一张照片或画像。现在唯一的画像还是在他死后,按照石膏像临摹下来的。

阿佛伽德罗生前非常谦逊,对名誉和地位从不计较。他没有到过国外,也没有获得任何荣誉称号,但是在他死后却赢得了人们的崇敬,1911年,为了纪念阿佛伽德罗定律提出100周年,在纪念日颁发了纪念章,出版了阿佛伽德罗选集,在都灵建成了阿佛伽德罗的纪念像并举行了隆重的揭幕仪式。1956年,意大利科学院召开了纪念阿佛伽德罗逝世100周年纪念大会。在会上意大利总统将首次颁发的阿佛伽德罗大金质奖章授予两名著名的诺贝尔化学奖获得者:英国化学家欣谢尔伍德、美国化学家鲍林。他们在致词中一致赞颂了阿佛伽德罗,指出“为人类科学发展做出突出贡献的阿佛伽德罗永远为人们所崇敬”。

阿佛伽德罗的一生,可以说是学习的一生,是研究的一生,是探讨的一生。他的故事让我们明白了活到老学到老这个终身学习的原则。

“小化学家”——戴维

英国化学家亨弗利·戴维出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村。因父亲过早去世,他家里的日子过得很艰辛。戴维从小就热情奔放、勇于探索,他的兴趣很广泛,擅长演说,实验技术高明。

亨弗利·戴维5岁入学,是个淘气、贪玩的学生。他衣服的两个口袋常常是一个装着钓鱼的器械,另一个装满了各种矿石,这是在离家不远的矿区拣的。他有惊人的记忆力,别人讲过的故事或自己看过的书,他不但记得故事情节,还能生动地讲述出来。每逢过节聚会,大人们都喜欢让他背诵诗歌,小伙伴们则求他讲故事,这无形中培养了他的口才。当他读完小学后,父亲送他到彭赞斯城读书,寄养在外祖父家。在城里,有一件新鲜事吸引了他,那就是医士配制药物时各种物质的奇异变化。此后他时常偷偷躲入顶楼,用碗、杯、碟作器具,学着做起实验来。偶尔在实验中惹了麻烦,遭到外祖父的训斥,但这丝毫也没有减弱他对化学实验的爱好。

17岁的时候,戴维到博莱斯先生的药房当了学徒。他既学医学,也学化学。在这里的经历使戴维认识到自己的知识太浅薄了,于是他开始勤奋地学习,抓紧空隙认真阅读拉瓦锡的《化学概论》等化学著作。通过学习,他做实验的内容和目的明确了,凡是著作中讲过的实验,他尽可能地一一试试。凡是好书,他都设法借到,如饥似渴地阅读。遇到学识渊博者,他就主动求教。恰好此时有个叫格勒哥里·瓦特(发明家詹姆斯·瓦特的次子)的人来到彭赞斯考察,小戴维闻讯后,登门求教。瓦特很喜欢这个聪明好学的年轻人,热情地帮助他答疑解惑。就这样,在四年的学徒生活中,他的知识增长很快,人们送他一个“小化学家”的称号。

一天,一个叫贝多斯的物理学家登门拜访了这位“小化学家”,并邀请他到条件很好的气体研究所去工作。戴维欣然受聘,来到贝多斯的研究所。在当时,许多气体相继被人们发现。人体吸入氧气,感到清新舒畅;氨气则有强烈的刺激性。究竟各种气体如何影响人的生理功能?哪些气体能用来治病?这些都是很多医生所关心的,他们想通过研究各种气体对人体的作用,弄清哪些气体对人有益,哪些气体对人有害。

戴维接受的第一项任务是配制氧化亚氮气体(又名“笑气”)。戴维不负众望,很快就制出这种气体。但是,有人认为它是一种有毒气体,说这种气体对人有害,而有的人又说无害,各持己见,莫衷一是。因此制得的大量气体,只好装在玻璃瓶中留着备用。

18世纪末的一天,贝多斯来到戴维的实验室,见已制出许多氧化亚氮,高兴地说:“啊,不错,您的工作令人十分满意……”贝多斯夸奖戴维的话还未说完,他一转身,一只手不小心把一个玻璃瓶子碰到地下打碎了。戴维慌忙过来一看,打碎的正是装氧化亚氮的瓶子,忙问:“手不要紧吧?”

“没事。真对不起,我把您的劳动成果浪费了。”贝多斯边说边拣碎玻璃。

“没啥,我正要做试验呢,想看看这种气体对人究竟会有什么影响,这样一来还省得我开瓶塞……”戴维的话还未说完,就被贝多斯反常的表情弄得惊慌失措。

“哈哈哈……”一向沉着、孤僻、严肃得几乎整天板着面孔的贝多斯,今天突然大笑起来,“戴维,哈哈哈……我的手一点儿都不疼,哈哈哈……”“哈哈哈……”刚才还处于惊慌的戴维也骤然大笑,“真的不疼?哈哈哈……”

两位科学家的笑声,惊动了隔壁实验室的人。他们跑来一看,都以为他俩得了神经病。等一阵狂笑之后,两人方逐渐清醒,贝多斯被玻璃划破的手指才感到疼痛,原来,氧化亚氮不仅使他俩狂笑,而且使贝多斯麻醉,不知手痛。

事隔不久,戴维患了牙病,便请来牙科医生德恩梯斯·舍派特。医生决定把他的坏牙拔掉。可当时根本没有什么麻醉药,医生硬把牙齿给拉了下来,疼得戴维浑身冒汗。这时,他猛然想起前不久发生的事——贝多斯手划破了,可闻了那氧化亚氮后却一点也没感觉疼。于是,勇于探险的性格使戴维赶忙拿过装有氧化亚氮的瓶子连吸几口,结果,他又哈哈大笑起来,同时也感觉不到牙痛了。

事后在记录上他写道:“我知道这样做是很危险的,但从性质来推测可能不至于危及生命。……当吸入少量这种气体后,觉得头晕目眩,如痴如醉,再吸,四肢有舒适之感,慢慢地,筋肉都无力了,脑中,外界的形象在消失,而出现各种新奇的东西,一会儿,人就像发了狂那样又叫又跳……”醒来后,他觉得很难受。

通过亲身体会,他知道这种气体显然不能过量地吸入体内,但少量的可用在外科手术中作麻醉剂。后来,经过进一步研究,戴维证实氧化亚氮不仅能使人狂笑,而且还有一定的麻醉作用。戴维就为这种气体取了个形象的名字——笑气。

戴维将关于笑气的研究成果写进《化学和哲学研究》一书,立即轰动了整个欧洲。外科医生们纷纷用笑气作麻醉药,使本来满是刺耳的喊叫声的手术室,弥漫着一片笑声,病人的痛苦也轻多了。戴维发现笑气的时候,年仅21岁。从此,他成了闻名欧洲的青年科学家。

戴维还进行了电化学的研究,在伏打电池的基础上,对能够组成电池的物质进行了广泛的实验。19世纪初,戴维在《论电的某些化学作用》中,探索了电解法在化学实验中的某些作用。他用250对锌片和铜片组成强大的电堆,成功地实现了对草木灰(碳酸钾)和苏打(碳酸钠)的电解,在阳极上放出氧气,在阴极上析出金属钾和钠,从而发现了两种重要的新金属元素:钾、钠。

在电化学的研究中,戴维提出了二元论的接触学说。他认为,物质由带阴电的部分和带阳电的部分组成,把这两部分结合在一起的化学亲和力,就是它们之间的静电引力。因此,化学变化的本质是电变化。当不同的原子相互接触时,就产生了感应而分别带上了相反的电荷,其强弱随元素而不同,在静电引力作用下将原子结合在一起。这样,戴维对物质结构理论进行了探讨。

戴维用电解法发现了钾和钠这两种元素后,继续用电解法寻找新元素。他对生石灰、重晶石等进行电解,但是没有成功。

一天,戴维专心地忙于实验,当别人离开实验室去吃饭时,他仍然不停地忙着。突然,实验室里响起爆炸声。人们迅速赶来,只见戴维躺在地上,一只手捂住满是鲜血的面孔,不省人事。戴维被送进医院,悲伤地躺在床上,虽然伤势并不太重,但是他从此只能用一只左眼观看这个美好的世界了。尽管只是一只眼睛,一般人可能承受不了这个打击,但戴维表现出了一个科学家的刚毅和乐观精神。他说:“幸好只瞎了一只眼睛,我还有另一只眼睛能看见东西,继续进行研究,这就足够了。”

之后,戴维成功地对生石灰、重晶石、苦土和锶矿石进行了电解,发现了钙、钡、镁、锶4种新金属元素。一年后,戴维又锦上添花地析出了硼。

从此,戴维的电解法受到举世瞩目,他创立了物理化学中的电化学。戴维在1808年还研究了元素氯。实验证明,氢中不含有氧,它是一个独立的元素,确证酸的主要成分是氢。从而推翻了拉瓦锡“一切酸中都含氧”的错误结论,他认为“一切酸中都含氢”。

鉴于戴维对科学作出的杰出贡献,19世纪初,重视科学的拿破仑不顾英法处于战争中的敌对局面,授予他科学勋章。

那天,伯纳德兴奋地走进实验室,高声说道:“祝贺您,戴维先生。”正在忙于实验的戴维满腹狐疑,用一只眼睛不解地看着同事。“法国拿破仑皇帝发布一项命令,授予英国化学家亨佛利·戴维勋章一枚。”

“为什么?”

“表彰你在电学及化学方面的功勋。”

“确实是很高的荣誉。”

“可是指定授奖仪式在巴黎举行,而我们正在和法国打仗,怎么能去敌国受勋呢?”

“我不同意您的看法,”戴维严肃地说,“我是为科学,为整个人类而工作的。如果说科学家要进行斗争,那么他只能为夺取某种信念的胜利而斗争,为坚持真理而斗争。”“科学是不分国界的,我决定去法国。”

富丽堂皇的巴黎凡尔赛宫,法国科学院在这里举行了隆重的授奖仪式,授予为科学做出杰出贡献的戴维一枚勋章和3000法郎奖金。

戴维发现笑气的故事告诉青少年这样一个道理,在科学研究和发现的道路上,机遇和偶然是交叉的两条线。许多科学发明发现都是在偶然条件下取得的。

碘的发现者——盖·吕萨克

约瑟夫·路易斯·盖·吕萨克,19世纪法国著名的化学家。

盖·吕萨克,生于圣莱奥纳尔,19岁时进入巴黎综合工科学校学习 , 28岁时当选为法国科学院院士,31岁时任索邦大学物理学教授,54岁时任法国自然历史博物馆化学教授。

盖·吕萨克在化学上的成就,首先在气体化学方面,他发现了气体化合体积定律。他的这项成就的取得始于对空气组成的研究。为了考察不同高度的空气组成是否一样,他冒险乘坐气球升入高空进行观察与实验。

19世纪初的一天,天气晴朗,万里无云,炎热的天气,不见一丝微风。他和自己的好友、法国化学家比奥用浸有树脂的密质绸布做成一个巨大的气球,里面充进氢气。膨胀的气球在阳光下闪闪发光,盖·吕萨克与比奥坐进了气球下面悬挂的圆形吊篮里。

气球徐徐上升,他们挥手同欢呼的送行者们告别。大家呼喊着祝福他们:“一路平安”,这真是罕见的场面。

送行的人群逐渐消失在他们下面无边无际的深渊中。“咱们开始工作吧!”比奥说道。

“我正在观察磁针的偏差。”

“我们升起多高了?”

“距海平面5800米。”

“我觉得耳朵很疼,头晕。”