化学:道尔顿与德维

时间:2023-10-25 13:39:01关键词:法国大革命时期英国的科学

在同一个10年中,也是在皇家研究所内,约翰·道尔顿以他的《原子论》(1804年)大事改革了化学研究。他是一位教友会织工的儿子,出生于多雾的湖区西北端,靠近科克茅斯的伊格菲尔德(Eaglerfield)镇,该地区相继孕育了华兹华斯、柯勒律治、骚塞等大文豪。后来,他以第三人称的写作方法和单调的纪年方法,简述了他早年的经历,写出了他步上成功之路的灼热雄心:

本文作者……读过乡村小学……直到11岁,在那段日子里,他修完测量、调查、航海等课程。约12岁时,开始在乡村小学执教……偶然从事过一两年农事。15岁时,进入肯德尔一所寄宿学校当助理,在那个职位待了三四年,然后当了这所学校的校长,约有8年之久。在肯德尔,他利用休闲时间研修拉丁文、希腊文、法文、数学及物理学。1793年,他迁至曼彻斯特,在新学院担任数学和物理学导师。

若时间和经济允许,他即从事观察和实验——尽管他患有色盲,而且研究设备粗陋:许多是他自制的。举例来说,自21岁起,他每天总要找出时间做一份气象记录,他的假期通常花在多年后华兹华斯漫游的同一些山丘之间收集资料。不过,华兹华斯寻找和倾听上帝,道尔顿则测量不同高度的大气状况——与一个半世纪前帕斯卡所做的相同。

在他的实验中,他接受留基波斯和德谟克利特的理论:一切物质由不可分割的原子组成。他还着手研究罗伯特·玻意耳的假设:一切原子属于某一最后不可分割的元素之一,氢、氧、钙等。在《化学的新系统》(A New System of Chemical Philosophy)一,道尔顿主张一元素任何原子的重量与另一元素任何原子之比,必定与该元素一物质的重量与另一元素同重量物质之比相同。以一氢原子的重量为一单位,经过许多次实验和计算后,道尔顿依照其他元素的一原子,与氢元素的原子比较所得的相对重量,排出了另一元素原子的秩序。所以,他就他知道的30种元素排出了一张原子量表。1967年,化学家们已认定96种元素了。道尔顿的结论也因后来的研究而予以修正,但他们——和他的一切元素混合的复杂“倍数律”(Law of Multiple Proportions),为19世纪的科学进步提供了极大的帮助。

化学:道尔顿与德维

较为复杂和刺激的是汉弗莱·德维爵士的生活、教育和发现。他出生(1778年)于彭赞斯一个富有的中产阶级家庭,受过良好的教育,从事地质学、钓鱼、素描、诗等活动。他愉快的天性赢得柯勒律治、骚塞、彼德·罗杰博士(Dr.Peter Roget,编纂了《英文分类词汇词典》)以及拿破仑等许多朋友。一位朋友准许他自由使用一间化学实验室,他的唠叨却诱使大卫致力于此工作。他筹设了自己的实验室,用吸入法采集各种气体标本,而且说服柯勒律治和骚塞加入他的吸气队,因吸瓦斯(一种剧毒的气体)几乎送掉自己的性命。

22岁时,他出版了一本他的实验报告书:《化学和哲学的研究》(Researches Chemical and Philosophical,1800年)。在拉姆福德和约瑟夫·彭克斯的邀请下,他来到伦敦,就蓄电池的神奇效果发表讲演和示范,给皇家研究所带来了一阵新的声誉。以一具有250对金属片的电池作为电解的作用物,他使许多物质还原成元素,因此他发现了分解钠和钾的方法。不久,他又将分离的钡、硼、钙和镁加在他的元素表上。他的成就建立了电解化学在理论和实际上无穷尽的证据。他的不凡成就传到了拿破仑的耳朵里,国立研究所颁赠一份拿破仑1806年从前线送给德维的奖励。贝托莱于1786年对詹姆斯·瓦特解释过氯的漂白效果,英格兰却迟迟不使用这一建议。德维再次大力主张。从他的身上,科学和工业对大不列颠的经济转型发展出一份刺激合力,扮演着一种领导的角色。

1810年,在皇家研究所的一群听众面前,德维亲自示范电流强度的实验,显示电流从一条碳丝传入另一条时产生光和热的情形。他形容这种运作:

约1英寸长、1/6英寸宽的碳片,彼此慢慢接近时(1/30或1/40英寸的距离),就会产生一点闪亮的火花,可以见到一半以上的木炭着火燃烧。将接近点拉开时,至少在4英寸的热空气中发生放电现象,产生一阵闪亮的光弧……任何实体导入此弧内时,该实体就会燃烧发光,白金就如一支普通蜡烛一样立刻熔解,石英、蓝宝石、苦土、石灰也都会熔解。

这种发光和发热的潜力,在产生电流的便宜方法发明之前,一直没有发展。但是,在那次优异的实验中已有电熔炉的存在,后来地球上一半的人口将因此在夜晚也能拥有如白昼般的光明。

1813年,整个欧洲几乎都笼罩在战火中时,在他的青年助手迈克尔·法拉第的陪同下,用拿破仑发给他的安全通行证,德维去法国和意大利旅行,参观各种实验室,从事各种实验,探查碘的性质,并证明钻石是碳的一种。回到英格兰,他研究矿坑爆炸的原因,并替矿工们发明了一种安全灯。1818年,摄政王封他为从男爵。1820年,他继班克斯为皇家学院主席。1827年,他的健康开始衰退,他放弃了科学,从事钓鱼并写了一,附上自己所作的素描插图。1829年,在局部瘫痪的状态下,他来到罗马,希望变成“废墟上的一堆废物”。但不到一年,他就去世了,他活了51岁。在半世纪长的生命中,他活得多彩多姿。他是一位善良的伟人,引领人们抵抗无知与原罪。