初中化學(xué)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)氫氣的偉大學(xué)者-卡文迪許

Page1發(fā)覺氫氣的偉高校者——卡文迪許

發(fā)覺氫氣的偉高校者——卡文迪許歷史上很多聞名的科學(xué)家都有自己的顯明形象。在他們當中，英國化學(xué)家卡文迪許的形象或許有點奇妙，但是他那獻身科學(xué)的一生給后人留下的印象卻是完備而深刻的。怪異的性格17一18世紀，在歐洲的科學(xué)家中，出身于中產(chǎn)階級的為數(shù)不少。當時沒有特地的科研機構(gòu)，科學(xué)家很多是業(yè)余的。，他們依據(jù)自己的愛好作一些科學(xué)探討，器材、藥品都得花自己的錢。這就要求科學(xué)家不僅具備有肯定的經(jīng)濟條件，更須要一顆奉獻給科學(xué)的心?？ㄎ牡显S恰好具備了這一切。很多人都說，卡文迪許是18世紀英國有學(xué)問人中最富者，有錢人中最有學(xué)問者。這樣說的確毫不夸張。1731年10月10日，卡文迪許誕生在英國一個貴族家庭。父親是德文郡公爵二世的第五個兒子，母親是肯特郡公爵的第四個女兒。早年卡文迪許從叔伯那里承接了大宗遺贈，

1783年他父親逝世，又給他留下大筆遺產(chǎn)。這樣他的資產(chǎn)超過了130萬英鎊，成為英國的巨富之一。盡管家資萬貫，他的生活卻特別儉樸。他身上穿的，恒久是幾套過時陳舊的紳士服。他吃的也很簡潔，就是在家待客，照樣是羊腿一只。這些錢該怎么用，卡文迪許從不考慮，有一次，經(jīng)摯友介紹，一老翁前來幫助他整理圖書。此老翁窮困可憐，摯友本希望卡文迫許給他較厚的酬金。哪知工作完后，酬金一事卡文迪許一字未提。事后那摯友告知卡文迪許，這老翁已窮極潦到，請他幫助?？ㄎ牡显S驚異地問：“我能幫助他什么？”摯友說：“給他一點生活費用?！笨ㄎ牡显S連忙從口袋掏出支票，邊寫邊問：“2萬鎊夠嗎？”摯友驚訝地叫起來：“大多，大多了！”可是支票已寫好。由此可見，錢的概念在卡文迪許的頭腦中是很淡薄的。在當時，貴族的社交生活醉生夢死?？ㄎ牡显S卻從不涉足。他只參與一種聚會，那就是皇家學(xué)會的科學(xué)家聚會。目的很明確：為了增進學(xué)問，了解科學(xué)動態(tài)。當時的目擊者是這樣描述的，卡文迪許來參與聚會，總是低著頭，屈著身，雙手搭在背后，、靜靜地進入室內(nèi)。然后脫下帽子，一聲不響地找個地方坐下，對別人都不理睬。若有人向他打招呼，他會馬上面紅耳赤，羞怯不堪。有一次聚會是一位會員作試驗示范。這位會員在講解中發(fā)覺，一個穿著舊衣服、面容枯槁的老頭，緊挨在身邊仔細聽講。當他看了他一眼，老頭連忙逃開，躲在他人身后。過一會兒，這老頭又靜靜地擠進前面留意地聽講。這驚異的老頭正是卡文迪許。很多熟人都知道卡文迪許性情孤僻，不喜愛與人談話。在他的摯友中，能與卡文迪許交談的沒有幾個人?；瘜W(xué)家武拉斯頓算是其中一個。他總結(jié)了一條閱歷：“與卡文迪許交談，千萬不要看他，而要把頭仰起，兩眼望著天，就象對空談話一樣，這樣才能聽到他的一些見解?！本褪沁@樣，卡文迪許的話也不多，他緘默寡言得稀奇，在同齡人中，可能是話說得最少的人了。這種怪僻性格的形成與他從小生長的環(huán)境有肯定關(guān)系。他兩歲時，母親因生育他弟弟而病逝，從今他失去了母愛。他父親忙于社交活動，撇下他交由保姆看管，與外界極少往來。直到11歲才被送入一所專收貴族子弟的學(xué)校，在學(xué)校里他仍舊很少與別人交往，這就使他顯得特殊孤獨、羞怯。二氧化碳的探討和氫氣的發(fā)覺

由于這種怪異的性格，卡文迪許長期深居獨處，成天埋頭在他科學(xué)探討的小于地。他把他家的部分房子進行了改造。一所公館改為試驗室，一處住宅改為公用圖書館，把自家豐富的藏書供大家運用，1733年他父親死后，他又將他的試驗基地搬到鄉(xiāng)下的別墅。將別墅富麗堂煌的裝飾全部拆去，大客廳變成試驗室，樓上臥房變成觀象臺。甚至在宅前的草地上豎起一個架子，以便攀上大樹去觀測星象。至于踐踏了那些珍貴的花草，他毫不在乎。這些都表明，對于科學(xué)探討池簡直象著了魔一樣。

在社交生活中，他緘默寡言，顯得很孤僻，然而在科學(xué)探討中，他思路開闊，愛好廣泛，顯得異樣活躍。上至天文氣象，下至地質(zhì)采礦，抽象的數(shù)學(xué)，詳細的冶金工藝，他都進行過探討。特殊在化學(xué)和物理學(xué)的探討中，他有極高的造詣，取得很多重要的成果。

“1766年，卡文迪許發(fā)表了他的第一篇論文“論人工空氣的試驗”。這篇論文主要介紹了他對固定空氣（即二氧化碳，在化學(xué)命名法提出之前，人們是這樣稱呼二氧化碳的）、易燃空氣（即氫氣）的試驗探討。

早在1754年英國化學(xué)家布萊克就發(fā)覺了固定空氣，但是當時只知道加熱石灰石可以獲得它，人呼出的空氣中含有它，木炭燃燒也產(chǎn)生它。至于怎樣收集它，它的物理化學(xué)性質(zhì)如何都不了解。在這些方面卡文迪許做了建設(shè)性的工作?？ㄎ牡显S考察了收集反應(yīng)氣體的排水集氣法，他發(fā)覺固定空氣能溶解于水，室溫下的水可汲取固定空氣的體積比水本身的體積還要大一點，水冷時可以汲取得更多。若將水煮沸，溶解于水中的固定空氣則會逸出。酒精汲取固定空氣的本事更大，約是其本身體積的2．25倍。某些堿溶液也能溶解固定空氣，因此收集固定空氣不能采納排水集氣法，而應(yīng)在不汲取固定空氣的水銀面上進行。他的這一介紹對于當時科學(xué)家探討氣體是很有啟發(fā)的。

卡文迪許側(cè)得國定空氣比一般空氣重1．57倍，測出了酸從石灰石、大理石、珍寶灰等物質(zhì)中排出固定空氣的重量，計算出這些物質(zhì)中固定空氣的含量。他還發(fā)覺在一般空氣中，若固定空氣的含量占到總體積的1/9，燃燒的蠟燭在其中就會媳滅。這些試驗探討使人們對二氧化碳的性質(zhì)有了更多的了解。

在卡文迪許之前，很多人曾制取過氫氣，但是并沒有仔細探討它。卡文迪許用稀硫酸或稀鹽酸與金屬鋅或鐵作用獲得氫氣，發(fā)覺它點火即燃，不溶于水和堿，比一般空氣輕11倍，與已知的其它氣體都不一樣，從而斷定它是一種新的氣體。他還發(fā)覺，肯定量的金屬與稀酸作用所放出的氫氣的多少，與酸的種類、濃度無關(guān)，而隨金屬不同而相異。

卡文迪許當時信奉燃素說，曾認為氫氣就是燃素。恰好，當時的很多燃素說信徒都揣測燃素具有負重量。充溢氫氣的氣球緩緩升空，曾使燃素論信徒受到鼓舞，他們的揣測好像有了證明。然而細心的卡文迪許在弄清了空氣的浮力原理后，以精確的試驗測出氫氣確有重量，從而否定了燃素具有負重量的觀點。盡管他是信奉燃素說的，但是他更敬重科學(xué)試驗的事實。確認水的組成和意外的發(fā)覺

從1771年起，卡文迪許聚精會神在電學(xué)的試驗探討上，這是他的一個系統(tǒng)、長久的探討課題。直到1781年普利斯特列在一項卡文迪許曾探究過的探討題目上有了新的發(fā)覺，才把卡文迪許重新技回到氣體的探討中。

1781年，普利斯特列宣稱他做了一個“毫無頭緒”的試驗：他將卡文迪許發(fā)覺的氫氣和自己發(fā)覺的脫燃素空氣（即氧氣）混和在一閉口瓶中，然后用電火花燃爆，發(fā)覺瓶中有露珠生成。他懷疑自己的試驗結(jié)果，也無法說明自己的試驗。當普利斯特列將這一狀況告知卡文迪許后，引起了后者的愛好。在征得普利斯特列的許可后，卡文迪許接著這一試驗。由于他設(shè)計的試驗較精確，很快得到結(jié)論。在他1784年發(fā)表的論文“關(guān)于空氣的試驗，中指出：氫氣和一般空氣混和進行燃爆，幾乎全部氫氣和1/5的一般空氣凝給成露珠，這露珠就是水。他又采納氧氣代替一般空氣進行多次試驗，同樣獲得了水。他還證明氫氣和氧氣相互化合的體積此為2．02：1。由此他確認了水是由氫氣和氧氣化合而成的。

在上述試驗中，卡文迪許遇到兩個意外的問題。他發(fā)覺燃爆氫氣與氧氣的混和氣體時，有時所產(chǎn)生的水有點酸味，用堿中和，再將水蒸發(fā)能得到少量的硝石。若氧氣愈多，生成的酸也就多些；若氫氣過量，則沒有酸生成。這是為什么？為此他接著作了一系列試驗，最終解決了疑難。

在1785年發(fā)表的論文中，他指出水的酸味是因為水中含有硝酸或亞硝酸，它們的生成則由于氧氣中混有氮氣，在電火花燃爆的高溫中，氧氣和氮氣會化合。而氫氣與一般空氣混和燃爆時，由于大量氮氣的存在，反應(yīng)溫度不夠高，從而無法生成硝酸。這一精細的試驗為人們供應(yīng)了一種由空氣制取硝酸的方法。

卡文迪許還發(fā)覺，燃爆反應(yīng)后的硝酸或亞硝酸用鉀堿溶液中和，過量的氧氣用硫化押溶液汲取掉后，試管里仍剩下一個很小的氣泡，這氣泡的體積約是氮氣總體積的1/120。這部分氣體的性質(zhì)與氮氣不一樣。根本不參與化學(xué)反應(yīng)。它原委是什么呢？卡文迪許沒法講清。但是他為后人提出了一個探討課題，直到100年以后，英國化學(xué)家瑞利和拉姆塞才證明，這部分氣體是惰性氣體。不圖名不圖利

卡文迪許1767年發(fā)表的論文也引人矚目。這篇文章介紹了他、關(guān)于水和固定空氣的試驗。將一個深水井的井水進行煮沸，發(fā)覺有固定空氣逸出，同時產(chǎn)生白色沉淀。他認為白色沉淀和固定空氣原先都是溶于水的，它們可能是溶于水中的石灰質(zhì)土。為了證明這一看法，他在澄澈的石灰水中通入圃定空氣，起先時產(chǎn)生乳白色沉淀，接著通入固定空氣后，沉淀復(fù)又溶解，溶液再次澄清透亮。這時他將這溶液煮沸，馬上就象井水那樣釋放出固定空氣并產(chǎn)生白色沉淀。

卡文迪許的這一試驗和他的說明使人們認清了一個常見的自然現(xiàn)象。在石灰?guī)r遍布的地區(qū)，含有二氧化碳的雨水或泉水流經(jīng)石灰?guī)r地層、漸漸地溶解部分石灰石形成重碳酸鹽溶液。這些溶液在石巖中緩慢下滴時，可能因溫度改變或水汽蒸發(fā)，二氧化碳乘機逸去，碳酸鈣結(jié)晶析出，日積月累，漸漸形成了石鐘、石乳、右筍等奇妙的景象?？λ固氐匦螛?gòu)造有了科學(xué)的說明。

卡文迪許自1766年發(fā)表第一篇論文，起先引起社會的重視，以后他又接連發(fā)表了一些關(guān)于化學(xué)、物理學(xué)的富有成果的報告，漸漸引起英國乃至歐洲科學(xué)界的震驚，當時有人表示懷疑，為此英國皇家學(xué)會曾組織了一個委員會，重復(fù)卡文迪許的試驗，結(jié)果完全證明了卡文迪許的卓越試驗技巧和他對科學(xué)的誠懇看法?？ㄎ牡显S是個了不得的科學(xué)家，贏得了科學(xué)界的敬重。

卡文迪許對牛頓是特別仰慕的，他從牛頓身上不僅吸取了獻身科學(xué)的力氣，還接下了牛頓的很多探討項目。他依據(jù)萬有引力定律，探討過動力學(xué)；依據(jù)牛頓提出的熱是微粒振動的觀點，做了有關(guān)熱的很多試驗、發(fā)覺了比熱的測定法。他還運用萬有引力定律，通過試驗測定出地球的密度為水的密度的5．5倍，由此可以計算地球的相對重量。這些聞名的試驗不僅驗證了萬有引力定律的科學(xué)性，同時也表明卡文迪許具有扎實的數(shù)理基礎(chǔ)和超群的試驗技巧。

卡文迪許從事科研不圖名、不圖利。當很多人推崇他發(fā)覺氫氣時，他謙遜他說：“這事早有別人留意到了?！彼?/p>