初中化学化学家发现氢气的伟大学者-卡文迪许

Page1发觉氢气的伟高校者——卡文迪许

发觉氢气的伟高校者——卡文迪许历史上很多闻名的科学家都有自己的显明形象。在他们当中，英国化学家卡文迪许的形象或许有点奇妙，但是他那献身科学的一生给后人留下的印象却是完备而深刻的。怪异的性格17一18世纪，在欧洲的科学家中，出身于中产阶级的为数不少。当时没有特地的科研机构，科学家很多是业余的。，他们依据自己的爱好作一些科学探讨，器材、药品都得花自己的钱。这就要求科学家不仅具备有肯定的经济条件，更须要一颗奉献给科学的心。卡文迪许恰好具备了这一切。很多人都说，卡文迪许是18世纪英国有学问人中最富者，有钱人中最有学问者。这样说的确毫不夸张。1731年10月10日，卡文迪许诞生在英国一个贵族家庭。父亲是德文郡公爵二世的第五个儿子，母亲是肯特郡公爵的第四个女儿。早年卡文迪许从叔伯那里承接了大宗遗赠，

1783年他父亲逝世，又给他留下大笔遗产。这样他的资产超过了130万英镑，成为英国的巨富之一。尽管家资万贯，他的生活却特别俭朴。他身上穿的，恒久是几套过时陈旧的绅士服。他吃的也很简洁，就是在家待客，照样是羊腿一只。这些钱该怎么用，卡文迪许从不考虑，有一次，经挚友介绍，一老翁前来帮助他整理图书。此老翁穷困可怜，挚友本希望卡文迫许给他较厚的酬金。哪知工作完后，酬金一事卡文迪许一字未提。事后那挚友告知卡文迪许，这老翁已穷极潦到，请他帮助。卡文迪许惊异地问：“我能帮助他什么？”挚友说：“给他一点生活费用。”卡文迪许连忙从口袋掏出支票，边写边问：“2万镑够吗？”挚友惊讶地叫起来：“大多，大多了！”可是支票已写好。由此可见，钱的概念在卡文迪许的头脑中是很淡薄的。在当时，贵族的社交生活醉生梦死。卡文迪许却从不涉足。他只参与一种聚会，那就是皇家学会的科学家聚会。目的很明确：为了增进学问，了解科学动态。当时的目击者是这样描述的，卡文迪许来参与聚会，总是低着头，屈着身，双手搭在背后，、静静地进入室内。然后脱下帽子，一声不响地找个地方坐下，对别人都不理睬。若有人向他打招呼，他会马上面红耳赤，羞怯不堪。有一次聚会是一位会员作试验示范。这位会员在讲解中发觉，一个穿着旧衣服、面容枯槁的老头，紧挨在身边仔细听讲。当他看了他一眼，老头连忙逃开，躲在他人身后。过一会儿，这老头又静静地挤进前面留意地听讲。这惊异的老头正是卡文迪许。很多熟人都知道卡文迪许性情孤僻，不喜爱与人谈话。在他的挚友中，能与卡文迪许交谈的没有几个人。化学家武拉斯顿算是其中一个。他总结了一条阅历：“与卡文迪许交谈，千万不要看他，而要把头仰起，两眼望着天，就象对空谈话一样，这样才能听到他的一些见解。”就是这样，卡文迪许的话也不多，他缄默寡言得稀奇，在同龄人中，可能是话说得最少的人了。这种怪僻性格的形成与他从小生长的环境有肯定关系。他两岁时，母亲因生育他弟弟而病逝，从今他失去了母爱。他父亲忙于社交活动，撇下他交由保姆看管，与外界极少往来。直到11岁才被送入一所专收贵族子弟的学校，在学校里他仍旧很少与别人交往，这就使他显得特殊孤独、羞怯。二氧化碳的探讨和氢气的发觉

由于这种怪异的性格，卡文迪许长期深居独处，成天埋头在他科学探讨的小于地。他把他家的部分房子进行了改造。一所公馆改为试验室，一处住宅改为公用图书馆，把自家丰富的藏书供大家运用，1733年他父亲死后，他又将他的试验基地搬到乡下的别墅。将别墅富丽堂煌的装饰全部拆去，大客厅变成试验室，楼上卧房变成观象台。甚至在宅前的草地上竖起一个架子，以便攀上大树去观测星象。至于践踏了那些珍贵的花草，他毫不在乎。这些都表明，对于科学探讨池简直象着了魔一样。

在社交生活中，他缄默寡言，显得很孤僻，然而在科学探讨中，他思路开阔，爱好广泛，显得异样活跃。上至天文气象，下至地质采矿，抽象的数学，详细的冶金工艺，他都进行过探讨。特殊在化学和物理学的探讨中，他有极高的造诣，取得很多重要的成果。

“1766年，卡文迪许发表了他的第一篇论文“论人工空气的试验”。这篇论文主要介绍了他对固定空气（即二氧化碳，在化学命名法提出之前，人们是这样称呼二氧化碳的）、易燃空气（即氢气）的试验探讨。

早在1754年英国化学家布莱克就发觉了固定空气，但是当时只知道加热石灰石可以获得它，人呼出的空气中含有它，木炭燃烧也产生它。至于怎样收集它，它的物理化学性质如何都不了解。在这些方面卡文迪许做了建设性的工作。卡文迪许考察了收集反应气体的排水集气法，他发觉固定空气能溶解于水，室温下的水可汲取固定空气的体积比水本身的体积还要大一点，水冷时可以汲取得更多。若将水煮沸，溶解于水中的固定空气则会逸出。酒精汲取固定空气的本事更大，约是其本身体积的2．25倍。某些碱溶液也能溶解固定空气，因此收集固定空气不能采纳排水集气法，而应在不汲取固定空气的水银面上进行。他的这一介绍对于当时科学家探讨气体是很有启发的。

卡文迪许侧得国定空气比一般空气重1．57倍，测出了酸从石灰石、大理石、珍宝灰等物质中排出固定空气的重量，计算出这些物质中固定空气的含量。他还发觉在一般空气中，若固定空气的含量占到总体积的1/9，燃烧的蜡烛在其中就会媳灭。这些试验探讨使人们对二氧化碳的性质有了更多的了解。

在卡文迪许之前，很多人曾制取过氢气，但是并没有仔细探讨它。卡文迪许用稀硫酸或稀盐酸与金属锌或铁作用获得氢气，发觉它点火即燃，不溶于水和碱，比一般空气轻11倍，与已知的其它气体都不一样，从而断定它是一种新的气体。他还发觉，肯定量的金属与稀酸作用所放出的氢气的多少，与酸的种类、浓度无关，而随金属不同而相异。

卡文迪许当时信奉燃素说，曾认为氢气就是燃素。恰好，当时的很多燃素说信徒都揣测燃素具有负重量。充溢氢气的气球缓缓升空，曾使燃素论信徒受到鼓舞，他们的揣测好像有了证明。然而细心的卡文迪许在弄清了空气的浮力原理后，以精确的试验测出氢气确有重量，从而否定了燃素具有负重量的观点。尽管他是信奉燃素说的，但是他更敬重科学试验的事实。确认水的组成和意外的发觉

从1771年起，卡文迪许聚精会神在电学的试验探讨上，这是他的一个系统、长久的探讨课题。直到1781年普利斯特列在一项卡文迪许曾探究过的探讨题目上有了新的发觉，才把卡文迪许重新技回到气体的探讨中。

1781年，普利斯特列宣称他做了一个“毫无头绪”的试验：他将卡文迪许发觉的氢气和自己发觉的脱燃素空气（即氧气）混和在一闭口瓶中，然后用电火花燃爆，发觉瓶中有露珠生成。他怀疑自己的试验结果，也无法说明自己的试验。当普利斯特列将这一状况告知卡文迪许后，引起了后者的爱好。在征得普利斯特列的许可后，卡文迪许接着这一试验。由于他设计的试验较精确，很快得到结论。在他1784年发表的论文“关于空气的试验，中指出：氢气和一般空气混和进行燃爆，几乎全部氢气和1/5的一般空气凝给成露珠，这露珠就是水。他又采纳氧气代替一般空气进行多次试验，同样获得了水。他还证明氢气和氧气相互化合的体积此为2．02：1。由此他确认了水是由氢气和氧气化合而成的。

在上述试验中，卡文迪许遇到两个意外的问题。他发觉燃爆氢气与氧气的混和气体时，有时所产生的水有点酸味，用碱中和，再将水蒸发能得到少量的硝石。若氧气愈多，生成的酸也就多些；若氢气过量，则没有酸生成。这是为什么？为此他接着作了一系列试验，最终解决了疑难。

在1785年发表的论文中，他指出水的酸味是因为水中含有硝酸或亚硝酸，它们的生成则由于氧气中混有氮气，在电火花燃爆的高温中，氧气和氮气会化合。而氢气与一般空气混和燃爆时，由于大量氮气的存在，反应温度不够高，从而无法生成硝酸。这一精细的试验为人们供应了一种由空气制取硝酸的方法。

卡文迪许还发觉，燃爆反应后的硝酸或亚硝酸用钾碱溶液中和，过量的氧气用硫化押溶液汲取掉后，试管里仍剩下一个很小的气泡，这气泡的体积约是氮气总体积的1/120。这部分气体的性质与氮气不一样。根本不参与化学反应。它原委是什么呢？卡文迪许没法讲清。但是他为后人提出了一个探讨课题，直到100年以后，英国化学家瑞利和拉姆塞才证明，这部分气体是惰性气体。不图名不图利

卡文迪许1767年发表的论文也引人瞩目。这篇文章介绍了他、关于水和固定空气的试验。将一个深水井的井水进行煮沸，发觉有固定空气逸出，同时产生白色沉淀。他认为白色沉淀和固定空气原先都是溶于水的，它们可能是溶于水中的石灰质土。为了证明这一看法，他在澄澈的石灰水中通入圃定空气，起先时产生乳白色沉淀，接着通入固定空气后，沉淀复又溶解，溶液再次澄清透亮。这时他将这溶液煮沸，马上就象井水那样释放出固定空气并产生白色沉淀。

卡文迪许的这一试验和他的说明使人们认清了一个常见的自然现象。在石灰岩遍布的地区，含有二氧化碳的雨水或泉水流经石灰岩地层、渐渐地溶解部分石灰石形成重碳酸盐溶液。这些溶液在石岩中缓慢下滴时，可能因温度改变或水汽蒸发，二氧化碳乘机逸去，碳酸钙结晶析出，日积月累，渐渐形成了石钟、石乳、右笋等奇妙的景象。喀斯特地形构造有了科学的说明。

卡文迪许自1766年发表第一篇论文，起先引起社会的重视，以后他又接连发表了一些关于化学、物理学的富有成果的报告，渐渐引起英国乃至欧洲科学界的震惊，当时有人表示怀疑，为此英国皇家学会曾组织了一个委员会，重复卡文迪许的试验，结果完全证明了卡文迪许的卓越试验技巧和他对科学的诚恳看法。卡文迪许是个了不得的科学家，赢得了科学界的敬重。

卡文迪许对牛顿是特别仰慕的，他从牛顿身上不仅吸取了献身科学的力气，还接下了牛顿的很多探讨项目。他依据万有引力定律，探讨过动力学；依据牛顿提出的热是微粒振动的观点，做了有关热的很多试验、发觉了比热的测定法。他还运用万有引力定律，通过试验测定出地球的密度为水的密度的5．5倍，由此可以计算地球的相对重量。这些闻名的试验不仅验证了万有引力定律的科学性，同时也表明卡文迪许具有扎实的数理基础和超群的试验技巧。

卡文迪许从事科研不图名、不图利。当很多人推崇他发觉氢气时，他谦逊他说：“这事早有别人留意到了。”他的