戴維-電解離析出金屬鉀鈉鈣鎂的人

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
戴維和道爾頓是同時(shí)代的化學(xué)家。比道爾頓小12歲的戴維熱情奔放,擅長演說,實(shí)驗(yàn)技術(shù)高明,年輕時(shí)就困做出了不少驚世之舉而成為舉世矚目的化學(xué)家。他以實(shí)際行動(dòng)在資本主義發(fā)展時(shí)期顯示了科學(xué)的意義,為提高科學(xué)的社會(huì)地位作出了突出的成績。 從學(xué)徒到科學(xué)家
1778年12月17日,亨弗利?戴維出生在英格蘭彭贊斯城附近的鄉(xiāng)村。父親是個(gè)木器雕刻匠。他5歲入學(xué),是個(gè)淘氣、貪玩的學(xué)生。他衣服的兩個(gè)口袋,常常是一個(gè)裝著釣魚的器械,另一個(gè)裝滿了各種礦石,這是在離家不遠(yuǎn)的礦區(qū)揀的。他有驚人的記憶力,別人講過的故事或自己看過的書,他不但記得故事情節(jié),還能生動(dòng)他講敘出來。每逢過節(jié)聚會(huì),大人們都喜歡讓他背誦詩歌,小伙伴們則求他講故事,這無形中培養(yǎng)了他的口才。當(dāng)他讀完小學(xué)后,父親送他到彭贊斯城讀書,寄養(yǎng)在外祖父家。在城里有一件新鮮享吸引了他,那就是醫(yī)士配制藥物時(shí)物質(zhì)的各種奇異變化。此后他時(shí)常偷偷躲人頂樓,用碗、杯、碟作器具,學(xué)著做起實(shí)驗(yàn)來。偶而在實(shí)驗(yàn)中惹了麻煩,遭到外祖父的諷斥,但這絲毫也沒有減弱他對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的愛好。
1794年他父親去世,家境更加困難了。為了謀生糊口,作為長子的戴維被送到當(dāng)?shù)匾晃幻邪乩澋尼t(yī)生那里當(dāng)學(xué)徒。這項(xiàng)工作很符合戴維的志趣。他一方面充當(dāng)醫(yī)生的助手,護(hù)理病人,學(xué)習(xí)行醫(yī)的本領(lǐng),另一方面他必須天天調(diào)配各種藥物,用溶解、蒸餾的方法配制丸藥和藥水,真正地操作化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。這時(shí)他才明白自己的知識(shí)大淺薄了,于是開始勤奮地學(xué)習(xí),抓緊空隙認(rèn)真閱讀拉瓦錫的《化學(xué)概論》等化學(xué)著作。通過學(xué)習(xí),他做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的明確了,凡是著作中講過的實(shí)驗(yàn),他盡可能地一一試試。凡是好書他都設(shè)法借到,如饑似渴地閱讀。遇到學(xué)識(shí)淵博者,他就主動(dòng)求教。恰好此時(shí)有個(gè)叫格勒哥里。瓦特(發(fā)明家詹姆斯?瓦特的次子)的人來到彭贊斯考察,小戴維聞?dòng)嵑,登門求教。瓦特很喜歡這個(gè)聰明好學(xué)的年輕人,熱情地幫助他解疑答惑。就這樣,在四年的學(xué)徒生潔中,他的知識(shí)增長很快。
1798年經(jīng)瓦特介紹,戴維來到布里斯托爾,在帕多斯醫(yī)生開設(shè)的氣體療病研究所實(shí)驗(yàn)室當(dāng)管理員。在當(dāng)時(shí),許多氣體相繼被人們發(fā)現(xiàn)。人體吸人氧氣,感到清新舒暢;氨氣則有強(qiáng)烈的刺激性。究竟各種氣體如何影響人的生理功能?哪些氣體能用來治。窟@些都是很多醫(yī)生所關(guān)心的。帕多斯創(chuàng)辦的這一研究機(jī)構(gòu)則專門從事這一問題的探索。帕多斯懂得化學(xué),擅長醫(yī)術(shù),戴維對(duì)這里有更好的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)感到稱心如意。他們共事一段時(shí)間后,帕多斯發(fā)現(xiàn)戴維有精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù),是個(gè)有前途的人才,于是提出愿意資助戴維進(jìn)大學(xué)學(xué)醫(yī)。但是,這時(shí)的戴維對(duì)化學(xué)興趣益濃,已下決心要一輩子從事化學(xué)研究,所以謝絕了帕多斯的好意。
1799年4月,氣體療病所發(fā)生了一件事,使戴維的名聲大振:戴維制取了一氧化二氮(又名笑氣)。有人認(rèn)為它是一種有毒氣體,帕多斯認(rèn)為它能治療癱瘓病。究竟怎樣多戴維決心親自試驗(yàn)一下。許多朋友都勸他,認(rèn)為這樣做太危險(xiǎn)。勇于探險(xiǎn)的性格使戴維立即投入實(shí)驗(yàn),事后在記錄上他寫道:"我是知道進(jìn)行這實(shí)驗(yàn)是很危險(xiǎn)的,但從性質(zhì)來推測可能不致于危及生命。......當(dāng)吸入少量這種氣體后,覺得頭暈?zāi)啃绨V如醉,再吸四肢有舒適之感,慢慢地筋肉部無力了,腦中外界的形象在消失,而出現(xiàn)各種新奇的東西,一會(huì)兒人就象發(fā)了狂那樣又叫又跳,......"醒來后,他覺得很難受。通過親身的體會(huì),他知道這種氣體顯然不能過量地吸人體內(nèi),但少量的可用在外科手術(shù)中作麻醉劑。隨后他將這試驗(yàn)的過程和親身的感受及笑氣的性質(zhì)寫成小冊(cè)子。許多人讀到這小冊(cè)子后,為戴維的介紹所吸引,好奇地以吸入笑氣為時(shí)髦。戴維的名聲就隨著笑氣而宣揚(yáng)開了,許多人爭先恐后地來結(jié)識(shí)戴維。此時(shí)他僅22歲。
因研究熱力學(xué)而出名的物理學(xué)家湯普遜即倫福德伯爵, 1799年來到了英國。為了普及科學(xué)知識(shí),他通過私人募捐,在倫敦創(chuàng)辦了皇家科普協(xié)會(huì)。這一科學(xué)團(tuán)體并不進(jìn)行教學(xué)活動(dòng),而是定期地舉辦各種講座,傳授科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用。協(xié)會(huì)設(shè)有教授席位,并為教授提供設(shè)備完善的實(shí)驗(yàn)室。所聘請(qǐng)的教授幾乎全是當(dāng)時(shí)著名的科學(xué)家。
1801年初,經(jīng)多人推薦,戴維被皇家科普協(xié)會(huì)聘請(qǐng)。倫福德伯爵早聞戴維才干,但是他們第一次見面時(shí),戴維穿的很破舊,神態(tài)也很拘謹(jǐn),倫福德很失望?紤]到他很年輕,就委任他為化學(xué)助教,兼管實(shí)驗(yàn)室。不久戴維豐富的知識(shí)和高超的實(shí)驗(yàn)技術(shù)使倫福德意識(shí)到他最初的印象是個(gè)錯(cuò)覺,所以戴維到職后第六個(gè)星期就升任副教授,第二年又提為教授,成為第二任化學(xué)教授。
在科學(xué)的講座上,戴維以他的超群智力和非凡口才獲得了出乎意料的成功。人們蜂擁而來,有時(shí)竟達(dá)千人之多,把會(huì)場擠得水泄不通。他很快就贏得了杰出講演者的名聲,成為倫敦的知名人士。正如當(dāng)時(shí)有人的評(píng)述:"他的講演給人的感覺和所得到的熱烈稱贊,完全出乎想象之外。許多科學(xué)家、文學(xué)家、大學(xué)生及那些莊重的紳士、時(shí)髦的小姐急切地?fù)頂D在會(huì)場,看著這文弱青年的簡單操作,聽著那富于表情的敘述。他那淵博的知識(shí)、生動(dòng)的比喻和精巧的實(shí)驗(yàn)引起了驚奇的注目,獲得了極高的贊賞。許多人恭維他,請(qǐng)他吃飯,送他禮物,幾乎把戴維忙得難以招架。聽眾的熱烈情緒,對(duì)戴維是個(gè)極大鼓勵(lì),他更加勤奮地進(jìn)行化學(xué)研究。每天很早起床,早飯前從事2小時(shí)的閱讀和著寫,上午10時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作到下午4時(shí),晚上是講座或各種社交活動(dòng)。日復(fù)一日?qǐng)?jiān)持下去。成績和榮譽(yù)沒有辜負(fù)勤奮的人, 12年中戴維先后在電化學(xué)、建立酸的氫學(xué)說、發(fā)現(xiàn)碘元素、發(fā)明礦用安全燈、創(chuàng)制電弧燈等方面作出貢獻(xiàn)。1303年他被選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,1807年出任皇家學(xué)會(huì)秘書, 1820年被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長。1826年積勞成疾而病倒,1827年死于日內(nèi)瓦,終年51歲。
電化學(xué)的豐碩成果
1799年意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明了將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電池,使人類第一次獲得了可供實(shí)用的持續(xù)電流。1800年英國的尼科爾遜和卡里斯?fàn)柌捎梅螂姵仉娊馑@得成功,使人們認(rèn)識(shí)到可以將電用于化學(xué)研究。許多科學(xué)家紛紛用電做各種實(shí)驗(yàn)。戴維在思考,電既然能分解水,那么對(duì)于鹽溶液、固體化合物會(huì)產(chǎn)生什么作用呢?在皇家科普協(xié)會(huì)繁忙的工作中,他開始研究各種物質(zhì)的電解作用。首先他很快地熟悉了伏打電池的構(gòu)造和性能,并組裝了一個(gè)特別大的電池用于實(shí)驗(yàn)。然后他針對(duì)拉瓦錫認(rèn)為蘇打、木灰一類化合物的主要成分尚不清楚的看法,選擇了木灰(即苛性鉀)作第一個(gè)研究對(duì)象。開始他將苛性鉀制成飽和水溶液進(jìn)行電解,結(jié)果在電池兩極分別得到的是氧和氫,加大電流強(qiáng)度仍然沒有其它收獲。在仔細(xì)分析原因后,他認(rèn)為是水從中作祟。隨后他改用熔融的苛性鉀,在電流作用下,熔融的苛住鉀發(fā)生明顯變化,在導(dǎo)線與苛性鉀接觸的地方不停地出現(xiàn)紫色火焰。這產(chǎn)生紫色火焰的未知物質(zhì)因溫度太高而無法收集。再次總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后,戴維終于成功了。在1807年皇家學(xué)會(huì)的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上,戴維是這樣介紹的:將一塊純凈的苛性鉀先露置于空氣中數(shù)分鐘,然后放在一特制的白金盤上,盤上連接電池的負(fù)極。電池正極由一根白金絲與苛性鉀相接觸。通電后,看到苛性鉀慢慢熔解,隨后看到正極相連的部位沸騰不止,有許多氣泡產(chǎn)生,負(fù)極接觸處,只見有形似小球、帶金屬光澤、非常象永銀的物質(zhì)產(chǎn)生。這種小球的一部分一經(jīng)生成就燃燒起來,并伴有爆鳴聲和紫色火焰,剩下來的那部分的表面慢慢變得暗淡無光,隨后被白色的薄膜所包裹。這小球狀的物質(zhì)經(jīng)過檢驗(yàn),知道它就是我所要尋找的物質(zhì)。
通過實(shí)驗(yàn)戴維進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到,這種物質(zhì)投入水中,沉不下來,而是在水面上急速奔躍,并發(fā)出咝咝響聲,隨后就有紫色火花出現(xiàn)。這些奇異的現(xiàn)象使他斷定這是一種新發(fā)現(xiàn)的元素,它比水輕,井使水分解而釋放出氫氣,紫色火焰就是氫氣在燃燒。因?yàn)樗菑哪净抑刑崛〉,故命名為鉀?br />對(duì)木灰電解成功,使戴維對(duì)電解這種方法更有信心,緊接著他采用同樣方法電解了蘇打,獲得了另一種新的金屬元素。這元素來自蘇打,故命名為鈉。
連續(xù)六個(gè)星期的緊張實(shí)驗(yàn),把戴維累得形容枯槁,兩眼窩陷,臉色蒼白,但是他還是以堅(jiān)強(qiáng)的毅力堅(jiān)持著。1807年11月19日,他支撐著在學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上介紹了發(fā)現(xiàn)鉀、鈉兩元素的經(jīng)過。暴風(fēng)雨般的掌聲和熱烈的祝賀,使戴維感到非常幸福,當(dāng)他回到家中,病魔終于把他打倒。操勞過度招來的熱病使他在死亡的邊緣掙扎了9個(gè)星期。由于公眾的關(guān)心,醫(yī)生的日夜看護(hù),病勢終于好轉(zhuǎn)了。
疾病絲毫也沒挫減他的銳氣和熱情。當(dāng)身體稍好一點(diǎn),他又來到實(shí)驗(yàn)室,開始新的攻關(guān)。從1808年3月起,他進(jìn)而對(duì)石灰、苦土(氧化鎂)等進(jìn)行電解,開始時(shí)他仍采用電解蘇打的同樣方 法,但是毫不見效。又采用了其它幾種方法,仍未獲得成功。這時(shí)瑞典化學(xué)家貝采里烏斯來信告訴戴維,他和篷丁曾對(duì)石灰和水銀混和物進(jìn)行電解,成功地分解了石灰。根據(jù)這一提示,戴維將石灰和氧化汞按一定比例混和電解,成功地制取了鈣汞齊,然后加熱蒸發(fā)掉汞,得到了銀白色的金屬鈣。緊接著又制取了金屬鎂、鍶和鋇。電化學(xué)實(shí)臉之花在戴維手中結(jié)出了豐碩的果實(shí)。
永載史冊(cè)的業(yè)績
拉瓦錫曾認(rèn)為所有的酸中都含有氧。這一觀點(diǎn)一度很流行。據(jù)此,鹽酸中應(yīng)含有氧,氯不是元素而是氧化物。然而,化學(xué)家們想盡辦法也沒有從鹽酸或氯氣中找到氧剛剛在電解制取堿金屬。堿土金屬的實(shí)驗(yàn)中獲得成功的戴維開始研究這一難題。通過一系列精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),戴維確認(rèn)氯氣是一種元素,鹽酸中不含氧,氫才是一切酸類不可缺少的要素。經(jīng)過一段時(shí)間的檢驗(yàn),人們接受了戴維的觀點(diǎn),酸的氫元素說取代了錯(cuò)誤的酸的氧元素說。從此,人們對(duì)酸的本質(zhì)有了正確的認(rèn)識(shí)。
戴維生活的時(shí)代,工業(yè)革命在英國蓬勃地展開。燃料普遍以煤代替木材,大大刺激了煤礦的開采。然而瓦斯爆炸時(shí)常發(fā)生,它象魔鬼一樣使礦工不寒而栗。礦主和礦工組成的"預(yù)防煤礦災(zāi)禍協(xié)會(huì),久仰戴維的大名,登門請(qǐng)求戴維幫助。戴維立即親赴礦場分析這一爆炸性氣體,證明可燃?xì)怏w都有一定燃點(diǎn),而瓦斯的燃點(diǎn)較高,只有在高溫下才可能點(diǎn)燃爆炸,通常由于礦井中點(diǎn)火照明而引爆了瓦斯。針對(duì)這點(diǎn),戴維制作了一種礦用安全燈,并親自攜帶此燈深入最危險(xiǎn)的礦區(qū)作示范。戴維的發(fā)明很快被推廣,有效地減少了瓦斯的燃爆,深受礦工們歡迎。這時(shí)有人勸戴維保留這一發(fā)明的專利,但是他拒絕了,他鄭重申明:"我相信我這樣做是符合人道主義的。"由此可見他從事科研的目的。
戴維在研究硼酸、硝石、金剛石,在發(fā)現(xiàn)碘元素、發(fā)明弧光燈等許多方面作出了出色的成績。在這些成績之外,還有兩件工作是后人常常稱頌的。
倫福德創(chuàng)辦的皇家科普協(xié)會(huì)是*私人捐助維持的,但是這種捐款很不容易籌得。雖然教授們的講座的好壞對(duì)捐款有影響,但起決定作用的是學(xué)院的方向。按倫福德原先的設(shè)想,主要從事科普和應(yīng)用科學(xué)新成就的示范。戴維等人讓協(xié)會(huì)主動(dòng)地為一些有影響的團(tuán)體做一些科學(xué)實(shí)驗(yàn),積極地承擔(dān)某些有影響的研究項(xiàng)目,從而擴(kuò)充了協(xié)會(huì)的工作內(nèi)容。例如1802一1812年間,由于法國大革命而減少了對(duì)英國的糧食進(jìn)口,為幫助農(nóng)業(yè)發(fā)展,戴維在協(xié)會(huì)開設(shè)了農(nóng)業(yè)化學(xué)的課程。1801一1806年,戴維還開展了制革技術(shù)的研究。1815年他發(fā)明了礦用安全燈。就這樣,協(xié)會(huì)不再單純地開設(shè)講座,而兼作一個(gè)科研組織。不僅進(jìn)行科普宣傳,而且密切了科學(xué)與生產(chǎn)的聯(lián)系,顯示了科學(xué)的意義,提高了科學(xué)的社會(huì)地位。
偉大的科學(xué)家法拉第是戴維發(fā)現(xiàn)的。由于戴維的幫助,法拉第來到了皇家科普協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室,由一個(gè)貧窮的訂書工變成戴維的助手。雖然戴維在晚年,曾因嫉妒法拉第的成就而壓制過他,但是不能不承認(rèn)正是戴維對(duì)他的培養(yǎng),為法拉第以后完成科學(xué)的勛業(yè)創(chuàng)造了必要的條件。所以戴維發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)了法拉第這樣一個(gè)杰出人才,這本身就是對(duì)科學(xué)事業(yè)的一個(gè)重大貢獻(xiàn)。

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