課外閱讀約瑟夫·普利斯特列

［課外閱讀］約瑟夫?普利斯特列約瑟夫?普利斯特列是英國著名的化學家。他1733年3月13日生于英格蘭約克郡利茲市郊區(qū)的一個名叫菲爾德海德的農莊里。他的父親約萬斯?普利斯特列經營著這個收入微薄的小農莊，兼營毛織品的加工和裁縫，以維持一家人的生活；約瑟夫?普利斯特列是家中的長子，由于家境艱難，同外公、外婆一起度過了大部分童年。1739年，他的母親去世了，他又被送到姑母家里居住。姑母家里經營著一個大農莊。普利斯特列在那里不用干活，唯一的任務就是學習。姑母一心要把他培養(yǎng)成一名神甫。但是，他的優(yōu)裕生活沒過上幾年，姑夫就突然病逝了。心情悲痛的姑母成了靠遺產過活的寡婦，她身邊沒有一個子女。為了減輕經濟負擔，她把普利斯特列送進了教會學校，后來又把他送到離利茲城不遠的布萊克先生家中。布萊克是一家啤酒廠的職員，他曾是普利斯特列的姑夫的朋友，家里生活比較富裕。自幼漂泊不定的生活，養(yǎng)成了普利斯特列善于獨立思考的性格。18歲那年，由于經常與基督教的牧師來往，他遭到了姑母的激烈責備。從此，他成了家庭的叛逆者。普利斯特列刻苦好學，興趣廣泛。他曾學過古文、數學。自然哲學導論等，后因體弱多病，中斷過一段學習，待康復后，他進入了考文垂的非國教的高等?？茖W校。因為他學習勤奮刻苦，成績超群，學校同意他免修一、二年級的部分課程。他在后來的學習中，深感自己的數學與德語基礎太差，又主動要求學校允許他補學了這兩門。在學校里，他學會了希泊來文、希臘文和拉丁文，加上他在神學方面的廣博知識，他常常同那些信仰傳統(tǒng)宗教的人們進行辯論，并且總是占上風。以后，他做過教師，也當過牧師。在沃靈頓的非國教高等?？茖W校里，他講授過語言學、文學、現代史、法律、口才學及辯論學等，甚至教過解剖學，他曾編著出版過《基礎英語語法》和《語言學原理》寫過《口才學和辯論學講義》。1764年，愛丁堡大學授予他法學博士。從此，他開始了科學生涯，著有《電學史》一書，1766年他被推薦為英國皇家學會的會員。1762年，普利斯特列與瑪麗?維爾金遜結了婚。他的妻子是當時英格蘭最大的鐵器制造商艾薩克的女兒，婚后，普利斯特列仍然專心地埋頭科學研究。到了1767年，由于他們的兒女先后出世，家庭經濟負擔加重。加上各教派之間的矛盾日益尖銳，普利斯特列就放棄了教師職業(yè)，重新當上了牧師，家庭收入雖增加不多，但他卻有了更多的空閑時間自由地從事科學研究和著書立說?！峨妼W史》一書就是這個時期寫成的。他不僅用通俗的、準確而生動的語言概述了關于電現象研究的完整歷史，而且還具體地描寫了各種不同的試驗情況。不久，他痛感自己缺乏化學方面的知識，于是把興趣由物理移向了化學。在化學領域中，他首先對空氣發(fā)生了興趣，思考著不少有關空氣的問題。例如，為什么放在封閉容器中的小老鼠，幾天后就會死去？容器中本來有空氣，老鼠為什么不能長期活下去？學生時代他參觀啤酒廠時，發(fā)現有一種能使燃著的木條立刻熄滅的空氣，這種空氣就存在于發(fā)酵車間內盛啤酒的大桶里。因此，他懷疑是不是存在著好多種空氣?！盀榱伺暹@些問題，普利斯特列進行了多種有趣的實驗。例如，他點燃一根蠟燭，把它放到預先放有小老鼠的玻璃容器中，然后蓋緊容器。他發(fā)現：蠟燭燃了一陣之后就熄滅了，而小老鼠也很快死了。這一現象使普利斯特列想到，空氣中大概存在著一種東西，當它燃燒時空氣就會被污染，因而成為不能供動物呼吸，也不能使蠟燭繼續(xù)燃燒的“受污染的空氣”。為了證明這一想法的正確與否，他設想，能否把受污染的空氣加以凈化，使它又成為可供呼吸的空氣呢？他為此做了一個新的實驗。他用水洗滌受污染的空氣，其結果使他大為驚異，他發(fā)現，水只能凈化一部分被污染的空氣，而另一部分未被凈化的空氣，還是不能供呼吸，老鼠在其中照樣要死去。善于思考和鉆研問題的普利斯特列進一步想到，動物在受污染的空氣中會死去，那么植物又會怎樣呢？對此，他設計了下列實驗：把一盆花放在玻璃罩內，花盆旁邊放了一支燃燒著的蠟燭來制取受污染的空氣。當蠟燭熄滅幾小時后，植物卻看不出什么變化。他又把這套裝置放到靠近窗子的桌子上，次日早晨飽發(fā)現，花不僅沒死，而且長出了花蕾。由此他想到，難道植物能夠凈化空氣嗎？為了驗證這一想法，他盡點燃了一支蠟燭，并迅速放入罩內。蠟燭果然正常燃燒著，過了一段時間才熄滅。當時，科學家們把一切氣體統(tǒng)稱為空氣。為了確定究竟有幾種空氣，普利斯特列曾多次重復自己的實驗。他認為，在啤酒發(fā)酵、蠟燭燃燒以及動物呼吸時產生的氣體，就是早先人們所稱的“固定空氣”（實則二氧化碳）。他對這種“固定空氣”的性質做了深入研究。他證明，植物吸收“固定空氣”可以放出“活命空氣”（實則氧氣）。還發(fā)現“活命空氣”既可以維持動物呼吸，又能使物質更猛烈地燃燒。由此，普利斯特列想設法制取這種“活命空氣”。當時已知硝石也能助燃，于是他想：“也許硝酸能夠把它分離出來？或者，把沾有稀硝酸的銅絲加熱，也許可以放出活命空氣？”他沿著這一思路，埋頭進行各種實驗。他取了一根一端封閉的玻璃管，裝人水銀，用手指堵住管口，把開口的一端置入盛有水銀的槽中，再把裝有硝酸和銅屑的另一根管子與裝有水銀的管子連接在一起。然后，開始加熱混和物質。經過短時間加熱，產生的無色的氣體就把水銀排出管外，于是管內充滿了新的物質。普利斯特列小心地取出管子，打開管口，俯身一嗅，突然，他被驚楞了：一種揮發(fā)的無色氣體，轉眼間就變成了棕紅色的蒸氣，它的強烈氣味很象硝酸，因此當時就稱它為“硝石空氣”。這種在空氣中變成的棕紅色的氣體是二氧化氮，試驗的結果未能制得“活命空氣”，卻發(fā)現了兩種新氣體：一氧化氮和二氧化氮，他繼續(xù)試驗，又發(fā)現了許多新氣體，普利斯特列給它們定名為“堿空氣”（氨）、“鹽酸空氣”（氯化氫）以及二氧化硫等。此后多年，普利斯特列一直在研究氣體，并寫成了《論各種不同的氣體》一書，大大豐富了氣體化學。普利斯特列在化學以及物理學方面的研究成果，提高了他的學術威望。1772年，”他當選為法蘭西科學院的名譽院士，同年12月，他被當時英國的一位政治顯貴謝爾本勛爵請去做家庭教師及圖書管理員。這項工作有較高薪金，而且每天只用上午時間。所以每天下午，他仍舊可以從事科學研究。在這里，他完成了許多著作。他的6個最有價值的氣體實驗，有5個是在這里完成的。普利斯特列終生信奉燃素說，在這里他寫過有關論證燃素說的文章。他還是一位神學家，在這里完成了一部關于神學的代表作《物質和精神的研究》（1777年）：還著有《哲學必要性學說注釋》（1777年）。他明確地剖析了神學和科學哲學之間的聯系。在氣體化學的研究成果中，普利斯特列最重要的是對氧氣的發(fā)現1774年，他得到了一個大型凸透鏡（火鏡），開始研究某些物質在凸透鏡聚光產主的高溫下放出的各種氣體。他研究的物質中有“紅色沉淀物”（氧化汞）和“汞灰”亦稱水銀燒渣，也就是（氧化汞）。普利斯特列把氧化汞放置在玻璃鐘罩內的水銀面上，用一個直徑30厘米、焦距為50厘米的火鏡，將陽光聚集在氧化汞上。很快就發(fā)現氧化汞被分解了，放出一種氣體，將玻璃罩內的水銀排擠出來。他把這種氣體叫做”脫燃素的空氣”。他以排水集氣法，把這種氣體收集起來，然后研究其性質。發(fā)現蠟燭會在這種空氣中燃燒，火焰非常明亮，老鼠在這種氣體中生活正常，且比在等體積的普通空氣中活的時間長了約4倍；他還親自嘗試了一下，感覺這種空氣使人呼吸輕快、舒暢。他對實驗的全過程做了詳細的描述。其實早在1771年，普利斯特列把硝石加熱對，已經制得了氧氣。他在題為“各種空氣的觀察”一文中，曾提到：“在我從硝石得到的一定量（的空氣）中，不僅蠟燭能點燃，而且火焰增大，還聽到了響聲，好象硝石在明火中燒爆的聲音?！钡捎谒敃r把這種氣體，混同于一般空氣，所以未能發(fā)現氧。普利斯特列認為空氣是單一的氣體，助燃能力之所以不同，其區(qū)別僅在于其中含燃素量的不同。從汞燒渣中分解出來的是新鮮的、不含一點燃素的空氣，所以吸收燃素的能力和助燃能力都特別強。因此他把這種氣體叫做“脫燃素空氣”。而尋常的空氣，由于經過動物呼吸、植物的燃燒和腐爛，已經吸收了不少燃素，所以助燃能力就差了：一旦空氣被燃素飽和，那么它就不再助燃，變成“被燃素飽和了的空氣”（指氮氣）或叫“燃素化空氣”。在后來的研究中，普利斯特列發(fā)現，綠色植物在陽光中也能放出“脫燃素空氣”，成為光化學作用研究的基礎。謝爾本勛爵支持普利斯特列的研究工作，一直為他提供研究經費1774年，他帶著普利斯特列一起訪問了歐洲大陸。在歐洲，他們結識了許多科學家，這對普利斯特列的利學生涯具有重大意義。在巴黎，普利斯特列拜訪了法國化學家拉瓦錫，他向拉瓦錫介紹并演示了從氧化汞中誰、取氣體的實驗。拉瓦錫后來又重復了他的實驗，并且把普利斯特列的實驗材料以及他本人的實驗結果聯系起來。拉瓦錫能擺脫傳統(tǒng)思想的束縛，大膽地提出了氧化概念，形成了燃燒的氧化理論。他指出所謂“脫燃素空氣”實際上就是氧氣，終于推翻了統(tǒng)治化學近百年的燃素學說。而堅持燃素說的普利斯特列卻堅決反對拉瓦錫的新觀點，他拒絕接受拉瓦錫對氧和水的任何解釋。于是，二人由此開始了一場爭論。雙方的爭論最初出現在《哲學學報》上，后來，這些爭論文章又被編輯成一些小冊子。他們爭論的最后批文章發(fā)表在美國出版的《美國哲學會會報》上，其它刊物上也時有他們的文章發(fā)表。在爭論中，普利斯特列證明，不是所有的酸都含有氧，鹽酸就是一個例子。他以此來反對拉瓦錫的氧化理論。但是，普利斯特列在爭論中所使用的理論始終是燃素說。這使他象一個守舊的老人，嘴里經常念叨著教條的燃素學說，而絲毫不愿放棄它。普利斯特列與拉瓦錫，一直都在持續(xù)地進行各自的觀察與研究。但他們觀察的深度不同，對觀察到的現象背后的本質理解不同。普利斯特列總是躲避開理論上的思考，他只埋頭于實驗，認為只有實驗才是最重要的，陷入了狹隘的經驗論，影響他的認識進一步發(fā)展。而拉瓦錫則不然，他在實驗的基礎上很重視理論思考，這使他在科學發(fā)展的歷史長河中，實現了第一次化學革命。縱觀普利斯特列的一生，他37歲起研究氣體化學，直到終生。他曾分離并論述過的大批氣體，數目之多超過了他同時代的任何人。他可以說是13世紀下半葉的一位業(yè)余化學大師。是他發(fā)明了帶有酸味的氣水。1772年出版了他的小冊子《用排水集氣法收集“空氣”》，該書深受歡迎，非常暢銷，當年就被譯成法文。普利斯特列名揚世界，1773年他榮獲英國皇家學會的銅質獎