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第16章 化学世界的经典人物(2)

1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的电池,使人类第一次获得了可供实用的持续电流。1800年英国的尼科尔逊和卡里斯尔采用伏打的电池来电解水获得成功。这一举动使人们认识到可以将电用于化学研究,此后许多科学家纷纷用电来做各种实验。

当时,戴维在想,电既然能分解水,那么它对于盐溶液和固体化合物会产生什么作用呢?在繁忙的工作之余,戴维开始研究各种物质的电解作用。

首先他快速地熟悉了伏打电池的构造和性能,并组装了一个很大的电池用于他的实验。后来他借鉴拉瓦锡认为的苏打、木灰这类化合物的主要成分尚不清楚的看法,选择了木灰(即苛性钾)作为第一个研究对象。起初他将苛性钾制成饱和的水溶液进行电解,实验结果是在电池两极分别得到的是氧和氢,就是加大电流强度也没有其他收获。

在仔细分析整个实验过程和结果后,他认为这些实验反应是水在起作用。随后他改用熔融的苛性钾,在电流作用下,熔融的苛性钾发生了明显的变化,在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰,产生紫色火焰的未知物质因温度太高而无法收集。

再次总结经验后,戴维将一块纯净的苛性钾先露置于空气中数分钟,然后放在一特制的白金盘上,盘上连接电池的负极。电池正极由一根白金丝与苛性钾相接触。通电后,看到苛性钾慢慢熔解,随后看到正极相连的部位沸腾不止,有许多气泡产生,负极接触处,只见有形似小球、带金属光泽、非常像水银的物质产生。这种小球的一部分一经生成就燃烧起来,并伴有爆鸣声和紫色火焰,剩下来的那部分的表面慢慢变得暗淡无光,随后被白色的薄膜所包裹。这小球状的物质经过检验,就是戴维想要的物质钾,戴维在电化学上终于首次获得了成功。

法拉第——戴维最伟大的发现

当人们惊叹于戴维的卓越成就时,当人们为戴维探索创新的精神所折服时,戴维的健康却每况愈下,疯狂地工作使他十分衰弱。感染伤寒病的戴维再也撑不住了,在医院里几经抢救才渐渐恢复健康。在戴维住院期间来探望的人络绎不绝,院方只好在大门口挂一个告示牌,每天公布戴维当日的病情。

出院后戴维在家疗养,有一天,他收到一封信和一本368页装帧精细的书,书的封面写着戴维演讲录,书中却是手写体,还有许多精美的插图。信中这样写道:

“我是印刷厂装订书的学徒,热爱科学,听过您的四次演讲。现将笔记整理呈上,作为圣诞节的礼物。如能蒙您提携,改变我目前的处境,将不胜感激。”

——法拉第

戴维看了感慨万端,联想到自己的身世,他马上给法拉第写信,约他一个月后会面。面谈后不久,戴维就安排法拉第在他的实验室当助理。虽然有很多清理和洗刷仪器等勤杂工作,但法拉第却能耳濡目染的学习到戴维和他的助手们有关科学的谈论以及他们的实验过程,他感到非常高兴。法拉第的才能很快就被戴维看出来,他逐渐参与实验甚至能独立工作。

在同戴维一起工作的几年中,法拉第发表的论文几乎涉及化学的各个领域。他发现了电解当量定律,在物理学的电磁学方面做出了巨大的贡献,并且通过实验发现了发电机和电动机的全部原理,极大地推动了社会的进步。1816年法拉第开始在英国皇家学院举办一系列的讲演,取得了巨大的成功。1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前,奥斯特已发现:如果电路中有电流通过,它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。

法拉第从中得到启发,认为假如磁铁固定,线圈就可能会运动。根据这种设想,他成功地发明了一种简单的装置,这是第一台利用电流使物体运动的装置,这就是世界真正意义上的第一台电动机。虽然装置简陋,但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。

李比希——肥料工业之父

李比希生平

尤斯图斯·冯·李比希于1803年生于德国达姆施塔特,他的父亲是一个贩卖化学药品、香水和清洗剂的专业商人。李比希在达姆施塔特上中学的时候,成绩非常差,被迫中断学业。当时他的老师是这样评价他的智力的:“你是一头羊!连当一个药铺学徒都不行。”后来他回到达姆施塔特在他父亲的作坊中做帮手,同时他在大公爵图书馆里通过读书和在作坊中自己做试验自学了化学。

1819年李比希开始在波恩大学学化学。他的导师很快就发现了这个化学天才,让他做自己的试验助手。1821年他随他的导师去埃尔朗根大学,在埃尔郎根他开始写他的博士论文《关于矿物化学与植物化学间的关系》。后来,由于李比希导师的举荐,李比希获得了一份去法国巴黎索邦大学学习的奖学金。索邦大学是欧洲当时化学最领先的大学,在巴黎李比希结识到很多著名的化学家,并获得了当时最先进的化学讲义。

由于李比希卓越的学识,他在21岁那年就成为德国吉森大学的特殊化学和药学教授。虽然当时的工作条件很差,但是通过他的努力和钻研,他的教学方法在吉森深受学生的欢迎。后来,李比希的教学方法、发现和著作很快就使得他在整个欧洲成名。许多德国学生还有许多外国学生专门到吉森来听他的课,其中包括84名英国人和18名美国人。为此,他于1845年被授予男爵的封号。

从1827年开始,很多大学都要聘请李比希工作,但是都被他拒绝了。从1852年开始他住在慕尼黑,成为许多德国和外国科学研究组织的通讯成员,并获得多个国家的许多荣誉和勋章。从1859年开始直至逝世,李比希都在任巴伐利亚科学院的主席。1870年慕尼黑授予他名誉市民,1873年4月李比希在慕尼黑因肺炎逝世,4他被葬入慕尼黑森林墓地。在李比希的葬礼上,许多市民都来为他送行。

李比希的贡献

李比希在吉森最早的工作是制盐。在实验过程中,他不断地改善分析仪器。1831年他发明的五球瓶以及其他实验仪器的改善,大大地加快和简化了分析动植物组织中所包含的基本化学元素的过程。此后他和他的助手以及学生研究了上百个植物、植物组织、动物器官和产物的组成,并发表了他们的结果。这些研究实际上奠定了有机化学的基础。

1832年他与朋友弗里德里希·维勒一起提出了根理论来解释为什么碳、氢和氧三种元素会有这么多不同的化合物。并与弗里德里希·维勒一起发现了同分异构体。李比希在吉森期间帮助农业防止当时时常爆发的饥荒,这一过程中,他的成就被综合在他1840年发表的《有机化学在农业和生理学中的应用》(简称《农业化学》)和1842年发表的《动物化学或者有机化学在生理学和病理学中的应用》两部书中。这两本书当时不但在科学界获得了巨大的反响,《农业化学》宣传化学肥料的使用,并且解释了化学肥料对农作物的质量和成果数量的意义。这部书曾被九次重印,译成34种语言。

从1846年至1849年他与他的英国学生一起,在他的私人实验室里研制可溶的磷肥料。他们研制出的过磷酸钙,至今仍是世界上使用最多的磷肥料。这些肥料在19世纪后半叶极大地提高了农业收成和食品供应状况。

化学教育家李比希

李比希担任吉森大学的化学教授后,立即着手实施一项前所未闻的计划,那就是改革当时盛行的德国的传统化学教育体制与教学方式,探索造就新一代化学教学方法。当时德国大学中的化学教育,通常是把化学知识混杂在自然哲学中讲授,而且没有专门的化学教学实验室,学生得不到实验操作的训练。李比希深知,作为一个真正的化学家仅有哲学思想是不够的,化学知识只有从实验中获得,而这种实验训练在那时的德国大学中还得到实施。

于是李比希下决心借鉴国外化学实验室的经验,在吉森建立一个现代化的实验室。他为实验室教学编制了一个全新的教学大纲,它规定学生在学习讲义的同时还要做实验,先使用已知化合物进行定性分析和定量分析,然后从天然物质中提纯和鉴定新化合物,然后进行无机合成和有机合成学。完课程后,学生在导师指导下进行独立的研究作为毕业论文项目。最后通过鉴定才能获得博士学位。李比希这种让学生在实验室中从系统训练逐步转入独立研究的教学体制,在他之前并未被人们认识到,这一举动为近代的化学教育体制奠定了基础。

诺贝尔——诺贝尔奖创立者

与日月同辉的诺贝尔

提到艾尔弗雷德·诺贝尔这个名字,大概是无人不知,无人不晓,在当今社会,诺贝尔这个名字已经为人所熟知,他的科学成就也与日月同辉。诺贝尔用自己的智慧创造发明的几百项重大成果造福人类,他以自己的崇高品德昭示后人,他把自己亲手创造的巨额财富全部献给了人类和平、幸福和进步的事业。

艾尔弗雷德·诺贝尔,1833年出生于瑞典斯德哥尔摩。他从小体弱多病,却是一个意志坚强的人,学习上刻苦努力,总是名列前茅。幼年时期的诺贝尔绝大部分时光都是在母亲身边度过的。他喜欢一个人到大自然中去,静静地把自己融化在大自然中,从中体验到了无穷的乐趣,这也因此培养了他观察自然的爱好。诺贝尔曾经说过:“我在少年时代研究了自然这本最好的教科书。”

17岁那年,父亲决定送诺贝尔出国,去跟世界有名望的科学大师们学习。这对向来就有强烈的向未知世界挑战欲望的诺贝尔来说,是一件相当振奋的事情。他满怀信心,怀揣着对未知世界的探索欲和好奇心,开始了历时两年的世界旅行。这期间他到过德国、意大利、法国、美国。每到一处他都去拜访大学研究所,参观各种实验,同结识的科学家、学生及教授们热心交谈,共享学习的乐趣。勤奋好学的诺贝尔想尽多地、尽快地了解发达国家的科学新成果。19岁的诺贝尔立志要当科学家,要做研究发明工作,要做别人未曾做过的事。

回国后,诺贝尔决心协助父亲研制出爆炸威力更大的炸药。制造武器是为了消灭战争,这是诺贝尔父亲的心愿。也是诺贝尔怀揣的美好愿望,他坚信生产武器不是为了出去打仗,而是为了发生战争时,用来保家卫国,最终带来和平。

黄色炸药

为了科学研究事业,诺贝尔走上了一条曲折、悲壮而又辉煌的创造发明道路,他与炸药结下了不解之缘,把自己毕生的心血都献给了人类的科学事业。他为了人类的永久和平,终生未娶妻室,在科研和寂寞中度过了后半生。

当时在欧洲,劈山、开隧道、修公路、采矿等大规模工程,仍旧使用着黑火药,各个国家都希望有一种威力更大的炸药来改良工程建造事业。因此,西方大国都在各自用新办法研究炸药。但是,他们之中没有一位化学家研究硝化甘油炸药,因为硝化甘油是威力极强的爆炸物。只有诺贝尔不惧危险,他在彼得堡的一个角落里,不断地向硝化甘油发起挑战。如果把岩石凿个洞,把硝化甘油注进去再引爆,那么岩石就会被炸得粉碎。但是,人又不能走近去点火或去砸它,如果那样做的话就会同岩石一起粉身碎骨。如何才能安全引爆它呢?诺贝尔在思索着……

他一天到晚就琢磨着这个难题,实验做了一次又一次。有一天他突然想到孩童时期把火药装在一个罐子里来玩而受到斥责的事情。他立刻进行实验,在一个小玻璃管中装上硝化甘油,再把玻璃管放入一个白铁皮罐,在周围塞满黑火药,再联上导火线。在一个空旷无人的河边,他把导火线点着之后,用力把那个白铁皮罐扔了出去。轰地一声巨响,河中掀起一个高高的水柱。试验成功了,这就是后来我们所熟知的雷管引爆技术。接下来,诺贝尔又对其进行详细的研究,终于研制出“硝化甘油炸药”。不久,这种新炸药,在很多方面都取得了专利。

无烟炸药

几年之后,诺贝尔又在着手研究起无烟火药。那时期,全世界的科学家都十分关注这项研究。据说当时,在德国、英国、法国都已经取得了相当大的进展。诺贝尔一旦着手研究,就决不急于求成,而是专心致志,一步一步、扎扎实实地进行。他坚信在科学上来不得半点虚伪。他以一般人难以想像的毅力,反复进行实验,不怕失败和挫折。用了七年的时间,他终于研究出了“无烟火药”。助手们十分佩服这项发明,这种新炸药不仅爆炸时无烟;而且它还能弄薄切断,可以像做面条似地弄成各种形状,可以用刀切,用起来很方便。

拉姆塞——善于发现的化学家

少年拉塞姆

威廉·拉姆塞1852年10月2日生于英国的格拉斯哥。他的父母结婚时,都已年近四十。拉姆塞的父母都是善良聪明的苏格兰人,家庭十分幸福美满。

拉姆塞在这个和谐的家庭中长大,从小喜欢大自然,爱好音乐,爱读书也爱收藏书,而且很喜欢学习外语。他幼年时的许多行为,使成年人都感到吃惊。他小时经常坐在格拉斯哥自由圣马太教堂里,听教士讲道,大人们不明白这位活泼好动的孩子,为什么能安静地坐着。人们总看见他在阅读圣经,走近一看才明白,原来小拉姆塞看的不是英文版的圣经,而是看的法文版,有时又看德文版。他是在用这种方法学习法文和德文。拉姆塞去教堂的另一目的是看教堂的窗子,因为那窗上镶嵌着许多几何图形,他通过那些图形验证学校学的几何定理。

拉姆塞自从上学开始,成绩一直都保持在全优的水平,他的名气越来越大,被人们称为“神童”。在14岁的时候,苏格兰格拉斯哥学院破格录取爱好学习的拉塞姆。在大学里,他表现了化学的天分,尤其是喜爱化学实验。

1870年,拉姆塞大学毕业。毕业后,去德国海德堡拜本生为师继续学习。一年以后,由本生推荐到蒂宾根大学继续深造,他在那里获博士学位。

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