化学:道尔顿和德维

字数:1777

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。他是一位贵格会织工的儿子,出生于多雾的湖区西北端,靠近科克茅斯(Cockermouth)的依格菲尔德(Eaglerfield)镇,该地区相继孕育了如华兹华斯、柯勒律治等大文豪。后来,他以第三人称的写作法和单调的纪年史方法,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岁时为止,在那段时间中,他修完测量、调查和航海等课程。大约于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(Kendal)的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,大约有8年之久。在肯德尔时,利用休闲时间,研修拉丁文、希腊文、法文和数学以及物理学,1793年,迁至曼彻斯特,在新学院(New College)担任数学和物理学的导师。

每当时间和经济允许,他就从事观察和实验——尽管他患有色盲,且研究设备粗陋:许多是他自制的。举例来说,自21岁起,直到死前一天为止,他每天总要找出时间做一份气象记录,他的假期通常都花在若干年后华兹华斯漫游的同一些山丘间收集资料,不过,华兹华斯是寻找和倾听上帝的信息,道尔顿则测量不同高度的大气状况——大抵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(Leucippus)和德谟克利特(Democritus,约公元前400年)的理论:一切物质由不可分割的原子所组成。他还着手研究罗伯特·玻意耳(Robert Boyle)的假设:一切原子属于某一最后不可分割的元素之一,如氢、氧、钙等。在《化学的新系统》(A New System of Chemical Philoso-phy)一书中,道尔顿主张,一元素之任何原子的重量,与另一元素之任何原子之比,必定与该元素的一物质的重量,与另一元素同重量物质之比相同。以一氢原子之重量为一单位,经过许多次的实验和计算后,道尔顿就依照其他元素的一原子,与氢元素的原子比较所得之相对重量,排出了另一元素原子的秩序。所以,他就他所知道的30种元素,排出了一张原子量表。到1967年时,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,但是,他们——和他的一切元素混合的复杂“倍数律”(Law of Multiple Proportions),确实为19世纪的科学进步提供了无穷大的帮助。

较为复杂和刺激的便是汉弗莱·德维爵士的生活、教育和发现了。他出生(1778年)于彭赞斯(Penzance)地方一个富有的中产阶级家庭,他受过良好教育,并从事地质学、钓鱼、素描和诗篇等研究活动。他愉快的天性赢得柯勒律治、骚塞、彼德·罗热博士(Dr.Peter Roget,《英文单字和成语辞典》[The The-saurus of English Words and Phrases]不眠不休的编纂人)和拿破仑等许许多多朋友。有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专心致力于此工作。他筹设了自己的实验室,用吸入法采集各种气体标本,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)。在拉姆福德公爵和约瑟夫·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,他继续将分离的钡、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。他的不凡成就之消息传到了拿破仑的耳朵里,国立研究所颁赠了一份拿破仑于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此种建议。德维重新大力主张。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上去时产生光和热的情形。他形容这种运作:

当大约1英寸长、1/6英寸宽的碳片,彼此慢慢在接近时(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……当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之存在,并为地球上一半人口将夜晚变成了白天。

1813年,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,当整个欧洲几乎都笼罩在战火中时,德维旅行法兰西和意大利,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,放弃了科学,从事钓鱼,还写了一本书,并附上自己所作的素描插图。1829年,在局部瘫痪状态下,他来到罗马,希望变成“废墟上的一堆废物”。但是,不及一年,他就去世了,他活了51岁。不过,在这半世纪长的生命中,他活得多彩多姿。他是一位善良的伟人,是挽救男女于不能不同我们的无知和原罪相抗争中的一人。


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