最帅的化学家——戴维!(下)

话说拉瓦锡最早将生石灰纳入他的第一张元素表中,戴维在电解了苛性钠、苛性钾以后,将目光对准了生石灰。在当时,生石灰和苦土(氧化镁)、重晶石(硫酸钡)、碳酸锶合称碱土,因为它们的化合物都有着碱的特性,溶液可以让石蕊试纸变蓝。

可是一切并不像戴维想的那么顺利,电流经过的导线上似乎出现了金属的薄膜,但瞬间就变暗了。他建造了更大的电池组,可是事倍功半,只得到几小粒新的金属,还是跟铁丝的合金。

他写信给戴维,劝戴维不要用铁丝,而是用一个水银柱来通电。戴维一看就明白了,新的金属分离出来以后,溶解在水银里,形成汞齐,之后再将水银蒸发掉,剩下的当然就是纯的新金属。

Calcium。戴维没有花多少时间去研究这些新的碱土元素,因为它们正是如自己预言的那样出现了:“之所以会认为钾有问题(轻、在水面上跳舞等),是因为我们看惯了旧金属,我们一定会再发现几种新金属,将钾和铁之间的空隙完全填满。”

后来他用钾去还原三氧化二硼,得到了一定数量棕色的硼,他也借此宣布这是一种新元素,

后来,法国科学家盖吕萨克在高温下用铁还原硼酸得到了硼,证明了硼酸是硼的氧化物。但是,由于硼在高温下极易与氧化合,因此他俩制得的硼都不纯。

他并没有停止努力,而是准备用他的利器电流来挑战化学元素界的最高难度——分解氟化物。

“好吧,那脆用氟化物:萤石做容器好了!氟化物已经是被氧化之后的产物,总不能继续被氧化了吧。”戴维想。

他重新通电,结果这次阳极收集到了气体,戴维一检查,发现是老熟人:氧气。看来电解的是水,而不是氢氟酸。

惜可叹的是,在一次试验中,戴维的眼睛因此受伤,俊美的脸庞不再。他只好放弃继续氟的研究,年终50岁。

铝话说拉瓦锡和他的朋友德莫乌将矾土(铝土矿)排在第一份元素名单中,但是德莫乌很谨慎的提到:

几十年后,戴维在成功的用电流分解了钾钠镁钙之后,列在他案头的有几种物质:矾土、石英、锆石、绿柱石,经过一番工作,他在笔记中写道:

一直到1990年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)为了统一名称,金属的后缀都将改成“-ium”,铝的英文名就统一成“aluminium”

拿破仑战争时期,法国商人古多瓦得到这个工艺,立刻开办工厂,发了军火财,挣了很多钱。

有一天他发现装着海藻灰溶液的铜制容器腐蚀的很厉害,所以他前往自己的实验室,对此加以研究。

一天,结束了一个上午的实验,古多瓦蹲在一边吃饭,突然,不知道从哪里跑过来一只猫,窜上了古多瓦的实验台。古多瓦紧张的站了起来,却让那只猫更加惊慌,它忙不择路,先打翻了一个瓶子,又打碎了一个烧瓶,一溜烟逃走了。

古多瓦查看了碎瓶子的标签,一个瓶子是海藻灰的酒精溶液,另一个瓶子是铁的硫酸溶液。他又重复了“猫的实验”,确实每次都会得到蓝紫色“仙气”,这种“仙气”冷凝之后竟然不会变成液体,而是直接凝固成一种暗黑色金属光泽的固体。

盖吕萨之后认为,这要么是一种新元素,要么是一种氧化物。但他建议,因为它的蒸汽是紫色,如果最后判定这是一种新元素的话,就用希腊语中的紫罗兰(ioeides)来命名——iode。安培毕竟主要精力在物理,他拿不定主意后将样品又邮寄到大洋对岸的英国,给了大帅哥戴维,戴维立马判定这是一种新元素,并指出它跟氯的性质很相似。

当时的英法关系势如水火,戴维和盖吕萨克打了民族主义的鸡血,一场谁先鉴定出这是一种新元素的论战立马展开了。

不过他们俩都承认,是古多瓦发现了新元素,他们也都同意盖吕萨克的命名方案,将新元素命名为Iodine(加上卤素的后缀),翻译成中文是碘。

话说可爱的舍勒发现了“火焰空气”之后,在瑞典乃至欧洲已经很有名了。化学家伯格曼请求他研究一下瑞典的一种矿石:软锰矿(现在我们知道就是二氧化锰),舍勒于是不辞辛劳的把眼光投到了这种黑色的松软矿物上。和之前一样,对待未知物质,首先要让它尝尝酸的味道。

他发现这种矿物不溶于稀硫酸,也不溶于稀硝酸,但是却溶于稀亚硫酸和稀亚硝酸。

如果把它放到浓硫酸里加热,也会溶解,并释放出一种气体,这种气体对舍勒来说再熟悉不过了,

“将一两盐酸加入半两磨细的软锰矿里,放置一小时,酸液出现深棕色,将一部分溶液倒入瓶中加热,则有热王水的气味出现。

“因为要彻底了解这种新奇的东西,我拿出一个曲颈甑装上软锰矿和盐酸的混合物,用一个牛尿泡系在瓶颈,把曲颈甑放在热砂中加热。

能看到牛尿泡扩张了,说明收集到了气体。等到瓶里不再反应,我取下牛尿泡,从外面就能看到里面有黄绿色,好像王水的样子。这种气体有特别的气味,简直让人窒息,闻了之后感觉伤肺。”

尤其注意到,将黄金放到这种气体的溶液中,再加入氨气,可以化合生成雷酸金。”我们不要忘了,舍勒终其一生都是“燃素理论”的笃信者,他对待“火焰空气”是如此,见到“绿色气体”还是如此,他竟然把它当成是“脱去燃素的盐酸”。

绿色气体=盐酸+氧气,干脆叫它“氧化盐酸”。拉瓦锡在确认氧是一种元素以后,认为凡是酸都含有氧元素,氧就是“酸素”。那么,盐酸也不例外,其中也含有酸素。

1809-1811年间,法国科学家盖吕萨克让“氧化盐酸”通过红热的木炭,试图将其中的氧还原出来,未果。他又试图将干的氯化银跟硼酸酐和碳一起共热,竟然得不到盐酸。

盖吕萨克曾在笔记本上这样写到:“如果假设‘氧化盐酸’是一种元素,就能解释这些现象。”后来他又放弃了之前的假设:“似乎把‘氧化盐酸’看成化合物可以解释的更好”

”他又拿出他的独门暗器:电流,对着“氧化盐酸”放电几个小时,甚至导致了强烈的爆炸,“氧化盐酸”仍然没有什么变化。他又用电流“考验”磷、锡跟“氧化盐酸”的化合物,也没有氧分离出来。

1、“氧化盐酸”并不是什么化合物,而是一种元素,他根据它的绿色,将它命名为“氯”(Chlorine)。戴维发现的新元素已经够多了,没必要没有抢功,他仍然把发现“氯”元素的功劳归于舍勒。

2、酸也是可以不含有“酸素”——氧的,盐酸就是一个典型,这种类型的酸叫做“无氧酸”,类似的还有硫化氢、溴化氢,而我们熟悉的硫酸、硝酸等叫做“含氧酸”。

早在1802年,他就做了一个这样的实验,他用强大的电池组给一个很薄的铂金片通电,让铂金片达到了炽热的程度,发出强光。

这算是最早的白炽灯了,他在皇家学院的报告会上给观众做了演示,吸引了不少眼球。可惜这最早的“铂金灯”既不够亮,也非常不持久,无法得到商业化。

但这确实算最早的“电”灯,之后的历史上,大家都是在戴维的道路上不断攀登,把电灯不断优化而已。

在一次试验快结束的时候,戴维鼓入更多的煤气,希望将火焰熄灭。奇怪的事情发生了,火焰两三秒后确实熄灭了,但那个铂金丝网却一直闪耀着,好几分钟也不暗淡下去。

难道是戴维老眼昏花了吗?戴维将气缸带入暗室,眼睛瞪圆了朝气缸里窥探,没错啊,这里确实没有火焰,但铂金丝网却一直闪耀着,仿佛有看不见的“三味真火”在烘烤着它们。

原来,不需要明火,也不需要高温,一些反应就可以发生,这真是千百化学工作者梦寐以求的!

可惜的是,没多久戴维就病倒了,他没来得及对这个现象进一步研究。现在我们知道,他发现的就是非均相催化!

但如果没有奥斯特瓦尔德的研究,哈伯的合成氨就只能老老实实做化肥,而不是按照他原本的目的去做火药。

有人会说他发现的钠、钾等新元素,有人会说他发明的煤气灯,还有人会说是他威力无穷的电池组。

“我最大的发现是法拉第。”1812年12月的一天,“戴维爵士”正在家里养病,仆人把一大堆邮件整整齐齐放到沙发旁边的茶几上。

戴维随手取出一只最大的信封,里面竟然是一本厚厚的书,足有368页。硬封面上烫了金字《戴维爵士讲演录》。

再翻开内页,原来这300多页书竟是用漂亮的字体手工抄写的,而且带附了不少精美的插图。戴维一下子坠入云里雾中,莫名其妙了。

他非常珍惜他的工作,总是把仪器洗刷的特别干净,一直到“水既不聚成水滴,也不成股流下”才作罢,简直到了“洁癖”的地步。

1820年,戴维开始指导他独立开展研究,第一项课题就是“氯气的化学性质”。他通过氯和乙烯、乙烷发生取代反应,得到了四氯乙烯和六氯乙烷,他还在氯水饱和溶液中发现了水合氯晶体(Cl2*8H2O)。

有一次,他想观察氯气加热和冷却之后的变化,他用了一个封闭的U型管,一端加热水合氯晶体,另一端放到冷却剂里冷却。他发现冷却端总是出现一些黄绿色的油状物,他的洁癖让他一阵敏感:“难道管子又没有洗干净吗?”他又仔细冲洗了其他U型管,不管冲洗的多干净,重复实验以后,那些油状物还是会出现。

他终于忍无可忍,将U型管锯开,管中一下子冲出一股黄绿色气体,其中的油状物也不见了。

冲出的黄绿色气体就是氯气,原来管中的油状物是液体形态的氯,是高压下的氯气冷却之后的产物,法拉第的“洁癖”帮助他发现了液氯!

紧接着,法拉第又用同样的方法液化了二氧化硫、硫化氢、笑气、二氧化氯、磷化氢、氰气、溴化氢、四氟硅烷、二氧化碳,开辟出一条液化气体的道路。

法拉第还发现,有一些气体,比如甲烷、氧气、氢气、氮气、一氧化碳等等,在常温下无论用多高的压力都无法液化,他把这些气体叫做“永久气体”。这些问题就留待后面的低温物理学家去解决了。

更为人遗憾的是,他竟然开始压制法拉第,这段有了好的开头的师徒佳话让人猜不到结局。

这要从丹麦物理学家奥斯特的故事讲起,1820年,奥斯特正在给学生们上课,他摆弄着复杂的电路,不时的按下开关,打开和关闭电池。

恰好电池不远处放了一个上次实验未来得及拿走的小磁针,他惊奇的发现,每当电路打开,小磁针就像受了刺激一样偏转一下,等到电路闭合的时候,小磁针又回到原位。

在课堂上,教师还是需要顾及自己的颜面,可不能弄些自己说不清楚的东西。等到奥斯特回到实验室,他立刻开展了数十次实验,

电流周围有磁场。由于电流就是运动的电荷,也就是说运动的电荷产生磁场,电和磁终于走到了一起。

法拉第在一个装了水银的槽子中心放了一根磁铁,产生了一个环形的磁场,然后将一个导线插入槽中,通电以后,导线就稳定的绕着正中的磁铁转圈。电动机的雏形诞生了!

戴维“爵士”大为光火,还把不把我这个师傅放在眼里了!戴维动用他在皇家学院的权力,把法拉第调到其他岗位上,不让他从事电磁学方面的研究。

曾经的亲密师徒,却因为这样一件小事反目成仇,戴维也因此在科学史上留下了不光彩的一页。法拉第只能利用闲暇的碎片时间继续关注电磁学、光学研究,一直到戴维死后(1829年),法拉第才正式回归电磁学。

回到电磁学实验室后,他设计了一个实验,用一个小的电磁铁线圈接上电池,产生磁场,将其插入另一个大的线圈,大线圈所连着的电流计果真检测到了电流。

奥斯特发现的小磁针偏转说明了运动的电荷产生磁,法拉第的“电磁感应”则说明运动的磁可以产生电。电和磁就好比同一件事物的两面,在一定条件下就可以互相转化。

法拉第之前发明的电动机是将电能转化成机械能,而电磁感应直接导致后来的发电机的诞生,其实质就是将机械能转化成电能。

他的电磁感应定律直接导致了发电机的发明,造福了现代文明荫泽下的所有人。牛顿和爱因斯坦固然伟大,甚至他们的理论对人类文明的影响更加深远。

但是在20-21世纪之交的现在,法拉第对当今世界的直接贡献显然更大,很难想象离开发电机的人类文明将如何运转。

在工作以外,法拉第保持了质朴的人品,没有像戴维那样去搞一个“爵士”的名头,而是低调的工作和从事社区服务。

和戴维一样,他也找到自己的一个传人,那就是大名鼎鼎的麦克斯韦。毫无疑问,在电磁学理论方面,麦克斯韦的成就登峰造极,无出其右。

他也许有些神经质,浪荡形骸,晚年甚至有些污点,但每当看到他那帅气而又智慧的双眼里洋溢着无尽的才华,在面对工作时又是如此的专注,还有什么能让我们停止对他发自心底的喜爱呢?

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