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懷念居裏夫人的科學家有哪些?

外國的;愛迪生,愛因斯坦,伽利略...中國;鄧稼先、華大衛和他的“最大發現”

就在1775年,當拉瓦錫在英吉利海峽對岸的法國科學院讀他的《燃燒氧化論》時,英國發明家瓦特和博爾頓共同創辦的工廠開始大量生產和銷售蒸汽機。蒸汽機將火轉化為動力,發生了壹場動力革命,給人們增添了無窮的動力。

作為蒸汽機和工業革命的發源地,英國的科學技術在這壹時期蓬勃發展。以下是建立原子論的英國化學家大衛、法拉第和道爾頓。

漢弗萊·戴維出生在英國的彭贊斯。他的父親是木雕師,母親非常勤勞,但他們的生活並不富裕。我的父母含辛茹苦撫養大衛和他的四個兄弟姐妹,希望漢弗萊和他的弟弟接受良好的教育。

大衛年輕時活潑又感性。他喜歡講故事和背誦詩歌。他經常寫壹些歪詩來取笑他的朋友和老師。他最好的作業是把古典文學翻譯成當代英語。即使是他最喜歡的作業也比不上大衛對釣魚和徒步旅行的熱愛。有時候玩的很開心,忘了上課。幸運的是,他頑強的母親對他的學業非常重視,並且很有耐心,使他能夠更好地完成學業。

在這個自由快樂的童年裏,大衛有足夠的時間去思考和想象,形成了他熱情、積極、獨立、不盲從、富有創造性的個性。他所在的學校是18世紀末康沃爾郡的壹所很好的中學,大衛在這裏學到了很多知識,比如神學、幾何、外語等科目。他還讀了很多哲學著作,比如康德的超驗主義書籍。

家庭變故後的大哥。

15歲以後,因為父親病重,家裏窮,大衛開始輟學。1794年,父親病逝。不到16歲的大衛突然覺得作為大哥的責任。從65438年到0795年,他改變了頑童的習慣,成為彭贊斯的外科醫生和生理學家porras的學徒。在那裏,大衛接觸了很多有見識的人,很有上進心。他制定了壹個龐大的自學計劃,僅7門外語就包括在內。他還用現成的藥物和儀器開始了他最初的化學實驗訓練。1797年,大衛閱讀了尼科爾森寫的《化學鋅正典》和拉瓦錫的化學巨著,極大地豐富了他的化學知識。在此期間,他結識了蒸汽機發明者詹姆斯·瓦特的兒子格雷戈裏·瓦特,以及後來接替大衛擔任皇家學院院長的吉蒂。吉蒂允許大衛使用他的書籍,並向大衛介紹了克利夫頓的博萊斯家族擁有的非常完整的圖書館,這使大衛有機會廣泛涉獵,並為未來的發明奠定了堅實的基礎。

在克利夫頓,英國物理學家貝多茲建立了壹個氣體研究所,研究各種氣體對人體的生理作用,希望找到壹些具有醫療作用的氣體,找出哪些氣體對人體有害。研究所需要壹名優秀的化學家,所以貝多雇用了大衛。大衛研究的第壹種氣體是壹氧化二氮。美國化學家米切爾認為,壹氧化二氮對人體有害,任何人吸入這種氣體都會受到致命打擊。大衛沒有盲從米切爾。經過反復實驗,他發現壹氧化二氮對人體無害。吸入這種氣體後,人會有壹種醉人的感覺,於是大衛建議氧化亞氮可以用於手術。大衛關於氧化亞氮對人體作用的論文發表於1800,對氧化亞氮的麻醉效果做了全面的評價,被認為是有史以來最好的麻醉劑。此後,牙醫和外科醫生開始使用氧化亞氮作為麻醉劑;馬戲團小醜上臺前也要服壹點氧化亞氮,因為它對人的面部神經有奇特的作用,能讓人發出含義不同的狂笑。壹氧化二氮被稱為“笑氣”,並會擴散。此外,大衛還研究了包括二氧化氮和壹氧化碳在內的各種氣體對人體的生理影響。顯然,研究這兩種氣體是非常危險的,但大衛堅持要做,並鼓勵他的哥哥約翰·大衛做這個冒險的實驗。

大衛在做氣體研究時表現出了很強的定量實驗研究能力,他的體積分析實驗技術非常巧妙。他的研究工作的特點是他願意花費大量的勞動,但他能以驚人的速度得到實驗結果,他在使現有儀器適應新的研究課題方面表現出特殊的創造力。他對重復和證明別人的發現不感興趣,但他對創新表現出極大的毅力。

大衛關於壹氧化二氮呼吸作用的著作使他聲名大噪,他的化學生涯從此有了壹個良好的開端。

在伏打發明反應器的消息公布後,尼科爾森和卡裏斯報道稱,他們利用伏打反應器將水分解為氫氣和氧氣。大衛得知這些新發現後,立即投身於這壹研究領域,並發表了論文,如1800發表在《尼科爾森自然哲學雜誌》上的《化學與技術》。大衛在研究中不僅使用了當時先進的實驗工具伏打反應器,而且始終保持最清醒的頭腦,探究前人的實踐和理論是否還有不足之處。伏打壹直認為電堆中的電流是兩種不同金屬接觸後才產生的,但大衛是第壹個意識到這種“接觸理論”不足的化學家。他認為電流不僅是由接觸產生的,實際上是由電堆中的化學反應產生的。他還指出,在電解池中,由於電流的作用,化合物被分解成它的組分。大衛的觀點在法國和德國受到廣泛重視和支持。

大衛還發現,如果金屬片之間的水中沒有氧氣,電堆就不能很好地工作,並得出結論,鋅和銅(或銀)之間的氧化還原反應是鋅-銅(或銀)電堆產生電流的原因。進壹步推斷,如果用硝酸代替電堆中的水或鹽溶液,電堆的效果會更好,因為硝酸的氧化性比氧氣強。大衛還使用了壹個電堆,其中電極被放置在兩個容器中,這樣這些容器中的溶液通過濕石棉繩連接起來。

以上研究成果發表於1801,從中可以再次看到大衛的創新精神。

在皇家學院

今年,大衛被選為皇家學院的講師。他很高興地給母親寫信:“妳大概聽說過朗福德伯爵和其他貴族建立的皇家學院吧?”這是壹座非常華麗的建築,但是有才能的人沒有被組織起來發揮突出的作用。朗福德伯爵建議我去那裏工作。“事實是,正如大衛所說,自從皇家科學院吸收了像大衛這樣的新鮮血液,(大衛後來發現了他的助手法拉第,並把他選進了皇家科學院)它就成了世界上最著名的科學機構之壹。皇家學院的宗旨是傳播知識,為大多數人提供技術培訓,鼓勵發明和改進新的有用的機器,並定期舉辦講座宣傳上述成果。在大衛任職期間,這種演講進行得更為頻繁。他本人就是壹個優秀的演說家,他成功地吸引了壹大批大學生、科學家和科學愛好者,包括許多前來附庸風雅的無所事事的年輕女士。因此,大衛在短時間內成為倫敦的名人,科學在倫敦變得更加時尚。皇家學院已經成為英國科學研究的中心和講授科學的重要場所。

大衛剛到皇家學院時,他的講座都是關於技術方面的話題。1805年,他因為發表了壹篇關於制革的論文而獲得了科普利獎。從1802開始為農業部門講授農業化學,壹直持續到1812。這是將化學應用於農業領域的首次嘗試。在尤斯圖斯·馮·李比希的農業化學著作發表之前,大衛的講座壹直被認為是農業化學的開創性工作。

1806年,大衛帶著電化學的研究成果在拜克林講課,內容是電解水的研究。他指出:電解純水時,產物只產生理論比例的氫氣和氧氣,這與瑞典化學大師貝澤裏烏斯得到的實驗結果是壹致的。但其他研究電解水的化學家指出,電解水時電極周圍會出現酸堿,電解時無法按理論比例產生氫氣和氧氣。大衛用自己精準的實驗回答了以上問題。他指出,將在銀儀器中重新蒸餾的純水放入金或瑪瑙容器中,在氫氣氣氛中電解(這樣可以避免新生態氫氧與空氣中的氮氣發生反應),只產生氫和氧。電解水時,電極周圍產生酸堿的原因是水的純度不夠(其中含有鹽)。在尼科爾森和卡裏斯的電解水實驗發表後的六年內,沒有壹個化學家註意到上述問題,是大衛解釋了這個問題。他還提出使用電解作為化學分析方法,並討論了電解過程中溶液中物質的遷移。他發現,當兩個杯子裝滿電極和導電溶液,然後第三個杯子裝滿中性鹽溶液,每個杯子裝滿姜黃或石蕊指示劑,然後用石棉繩連接三個杯子中的溶液,在電解過程中,指示劑會在電極附近變色。如果將氯化鋇溶液加入兩個帶電極的杯子中,將裝有硫酸的杯子放在兩個杯子之間,用石棉繩將三個杯子中的溶液連接起來,電解時中間的杯子會產生硫酸鋇沈澱,證明電解時有物質傳遞。

大衛是貝澤裏烏斯電化學二元論的堅定支持者。他們把化學元素分為正負兩種,只有電性不同的元素才能結合形成中性物質,被電流極化分解。每種元素都有正負、強弱的電性,這就決定了它們之間的化學親和力——正電性強的元素與負電性強的元素有很強的化學親和力,所以它們非常容易結合,生成穩定的化合物。電化學二元論貫穿當時的化學理論,起著組織和分類的基礎作用。大衛通過電解發現了許多新元素的轟動效應,促使貝澤裏烏斯系統地提出了電化學二元論。

通過電解發現許多新元素

1807中,大衛在Backelin講座中描述了分離金屬鉀和鈉的過程。前壹年,他開始用新的電解方法研究化學元素。拉瓦錫曾經認為化學家關心的不是元素,而是目前還不能分解的物體。當時有人把堿、蘇打、草酸鉀(從草木灰中提取的碳酸鉀)視為不能分解的物體,但拉瓦錫拒絕把它們列入不能分解的物體名單。受拉瓦錫文章的啟發,大衛想通過電解將這些化學元素從碳酸鉀、碳酸鈉和堿中分離出來。他做了壹個大膽的預言:“如果化學結合具有我曾經大膽想象的特征,那麽無論物體中元素的自然電(束縛力)有多強,都不可能是無限的,我們的人造儀器的力量似乎也是無限增加的。我希望新的方法(指電解)能讓我們發現物體中的真正元素。”

大衛用250對金屬板做成當時最大的伏打堆,從而產生強大的電流和極高的電壓。起初,他用苛性鉀的飽和溶液電解,但他沒有分離金屬鉀,只是水解了水。大衛決定改變這種做法,電解純苛性鉀,但幹苛性鉀不導電。他燃燒苛性鉀直到它融化,接通電流後,陰極鉑絲周圍出現了明亮燃燒的淡紫色火焰。大衛還是壹無所獲。

他冷靜思考後,判斷苛性鉀確實分解了,但分解產物在高溫下立即燃燒。他感到放松和興奮。晚上還有其他人的宴會和舞會。大衛沒時間換衣服,就在外面換了件新衣服,壹陣風似的跑了。雖然實驗很緊張,但他從不耽誤晚會。他出色的口才和即時寫詩的能力在宴會上表現得淋漓盡致。別人的贊揚讓他很開心。他充分享受了社交生活中的生活激情。

倫敦有很多噪音。據說大衛分解苛性鉀,但大衛越來越焦慮。離貝克林的講座只有壹個多月了。怎樣才能讓分解產物讓大家看到?皇家學院的創始人厄爾·朗福德(Earl Longford)於1803年與拉瓦錫的遺孀瑪麗結婚,移居法國。現在支持皇家學院的主要是付費的貝克林講座,不會錯的。大衛在實驗上投入了更多的精力。

1807 65438+10月6日,倫敦霧。大衛拿出壹塊苛性鉀,在空氣中觀察它。過了壹會兒,它的表面吸附了壹些水。“這不是傳導能力嗎?”大衛想了想,馬上叫助手準備實驗。他們把表面濕潤的苛性鉀放在壹個小鉑板上,用電線把鉑板和電池的負極連接起來;將連接到電池陽極的鉑絲插入苛性鉀中,整個裝置暴露在空氣中。通電後,苛性鉀開始融化,表面沸騰。大衛發現陰極上有強光,在陰極附近產生了類似水銀的帶有金屬光澤的顆粒。壹些顆粒在形成後立即燃燒,產生淡紫色的火焰,甚至爆炸。壹些顆粒被氧化,在表面形成壹層白色薄膜。大衛將電解池中的電流反向,仍然發現陰極上有銀白色顆粒,也可能燃燒爆炸。大衛看到這個驚人的發現時欣喜若狂。他在房間裏跳起來,在他的實驗本上寫道:“重要實驗證明鉀堿分解了。”他把筆壹扔,上面有壹大團墨水。

後來大衛在密閉的坩堝中電解濕苛性鉀,最終得到了這種銀白色的金屬。大衛把它扔進了水裏。起初,它在水面上旋轉,發出嘶嘶的聲音,然後它燃燒起來,釋放出淡紫色的火焰。他證實他發現了壹種新的金屬元素。因為這種金屬是由鉀堿制成的,所以被命名為鉀堿。後來,他用電解法制造了金屬鈉、鎂、鈣、鍶、鋇和硼、矽等非金屬元素,成為化學史上發現新元素最多的人。

大衛在石灰和重土(BaO)的電解中多次失敗,因為石灰和重土的熔點分別高達2580℃和1923℃,鈣和鋇在這樣的高溫下壹出現就會燃燒。1808年5月,大衛收到了貝瑟利烏斯的壹封信,信中提到他和瑞典國王的醫師將石灰和水銀混合進行電解,成功地分解了石灰。他們還通過這種方式電解重土壤來制造鋇汞合金。大衛受貝瑟利烏斯的啟發,將濕石灰與氧化汞以3:1的比例混合,放入鉑皿中進行電解,產生大量的鈣汞齊。他小心翼翼地蒸發水銀,從而在化學史上第壹次獲得了純金屬鈣。

“鹽酸氧化物”不是壹種化合物

在研究堿金屬和堿土金屬的過程中,大衛遇到了另壹個難題。他發現堿是壹種氧化物,但如果要說酸含有氧,他就犯難了。他很早就知道拉瓦錫的酸氧理論,拉瓦錫認為氧是酸性的起源,所有的酸都含有氧。是大化學家拉瓦錫錯了,還是大衛對酸的理解不正確?

大衛在研究碲的化學性質時,發現碲化氫是壹種酸,但它不含氧,這讓他想知道氧是否存在於所有的酸中。為了找到更多的證據,大衛開始研究鹽酸。根據拉瓦錫的觀點,舍勒在1774中用鹽酸與二氧化錳反應產生的壹種新的黃綠色氣體是鹽酸氧化物,它是由氧和另壹種未知的自由基組成的,而鹽酸氧化物是這個自由基與更多的氧化結合而形成的。但大衛盡了最大努力,卻無法從鹽酸氧化物中提取氧氣。他說:“即使木炭被電堆燒成白熱狀態,也不能使氧化的鹽酸氣體發生任何變化。我多次重復這個實驗,結果都是壹樣的,所以我懷疑這些物質中是否存在氧氣。”

法國物理學家和化學家蓋·呂薩克和坦納也進行了同樣的實驗,並認為鹽酸中沒有氧的氧化物。相反,鹽酸氧化物可能具有元素的性質。但他們堅信大化學家拉瓦錫的觀點沒有錯,所以盡管他們已經打開了發現氯是化學元素的渠道,結果仍然是壹無所獲。只有大衛聲稱,只要沒有水,鹽酸氧化的所有反應都不會產生氧氣。他認為最好把鹽酸氧化看作是壹種不能分解的物質。他認為事實表明了拉瓦錫和法國化學學派所持的觀點,表面上看起來很美,令人滿意,但從現在已經掌握的知識來看,這只是壹種建立在假設基礎上的理論。於是大衛用無可辯駁的事實證實,所謂的“鹽酸氧化物”絕不是壹種化合物,而是壹種化學元素。他把這種元素命名為氯,意思是黃綠色。他認為氯氣可以像氧氣壹樣幫助燃燒,氧氣不壹定要存在於氧化反應中。他還指出,所有放熱反應都是氧化反應。大衛的觀點很好地發展了拉瓦錫的燃燒氧化理論。

“最偉大的發現”

當我們驚嘆於大衛敢於突破權威、尊重事實、勇於創新的精神時,當貝克林講座的聽眾被大衛不斷的發現所折服和感嘆時,大衛的健康被透支了。瘋狂地工作使他非常虛弱。就在巴克林的這個講座之前,他被邀請到監獄視察流行的傷寒,但他自己也被感染了。巴克斯林講座結束後,他再也堅持不下去了,在醫院幾次搶救後逐漸康復。這期間前來探望的人絡繹不絕,醫院只好在大門口掛了塊招牌,每天公布大衛的病情。

出院後,大衛在家休養。這壹天,他收到了壹封信和壹本368頁裝幀精美的書,封面上寫著:大衛講座。這本書是手寫的,有很多漂亮的插圖。信中說:“我是印刷廠的學徒,裝訂書籍。我熱愛科學,聽過妳的四次演講。我會把我的筆記作為聖誕禮物。如果妳能幫我改變現狀,我將不勝感激。-法拉第"

大衛激動地看著它,想起了自己的生活。他立即給法拉第寫信,約他壹個月後見面。

1791法拉第於9月22日出生在倫敦的壹個鐵匠家庭。除了閱讀、寫作和算術,他沒有受過正規教育。13歲時,他成為壹名裝訂工人的學徒。法拉第讀了幾乎所有送到這家店裝訂的科學書籍,包括《大英百科全書》的電學部分。對他影響特別深遠的壹本書是馬塞爾夫人(物理學家的妻子)寫的《化學守恒》。他開始用自己的零花錢買壹些便宜的儀器和藥品,開始化學實驗。在壹個並不富裕的兄弟的幫助下,法拉第聽了大衛關於貝克林的講座。他覺得很有動力,於是認真整理講稿,拿出了自己裝訂書籍的絕活。壹本精裝的《大衛演講集》被送給了大衛。

不久,大衛安排法拉第在他的實驗室做助手。雖然有大量的清潔和清洗儀器等雜務,但法拉第很高興聽到大衛和他的助手們談論科學和他們的實驗過程。大衛很快就看到了法拉第的才華,並逐漸讓他參加實驗,甚至獨立工作。

當時蒸汽機廣泛使用,煤炭開采緊缺,礦井瓦斯爆炸頻發。比如英國泰恩河畔的紐卡斯爾煤礦發生瓦斯爆炸,數千名礦工不幸遇難。大衛響應“煤礦災害預防協會”的號召,研發了壹款安全礦燈。在法拉第的幫助下,大衛在礦燈外面加了壹個金屬絲網罩。鐵絲網引走了礦燈火焰的熱量,使可燃氣體達不到著火點,氣體不會爆炸。這種安全的礦燈已經使用了100多年,挽救了全世界成千上萬千千礦工的生命。

1813年秋,大衛帶著法拉第去歐洲旅行和學術訪問,歷時壹年半。法拉第作為助手和隨從,要為大衛夫婦做很多服務,但他有機會見到許多著名的科學家,如安培、切瓦爾路、蓋·呂薩克和伏特,聽他們的演講和談話,了解他們的科研活動,開闊他的科學視野。正如熟悉法拉第的英國化學家沃拉斯頓所說:“法拉第的大學是歐洲,他的老師是大衛,他所服務的大師,是因為大衛的名氣而讓法拉第認識的傑出科學家。”

在與大衛共事的幾年裏,法拉第發表了幾乎涵蓋化學所有領域的論文。他成功地獲得了液氯;較早冶煉不銹鋼;研究了銀化合物與氨的反應。多種有機化合物被分離出來,其中最重要的是苯;發現了電解等效定律。當然,法拉第最大的貢獻是在物理學的電磁學方面。他通過實驗發現了發電機和電動機的全部原理,極大地推動了社會的進步。他因此可以和伽利略、牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦齊名。

1816法拉第開始在英國皇家學院舉辦系列講座,並取得了輝煌的成功。1825年,他接替大衛擔任實驗室主任。隨著法拉第的名聲越來越高,人們常說:“大衛最偉大的發現是法拉第的發現。”這樣的玩笑讓大衛嫉妒法拉第。1824年,大衛反對法拉第當選皇家學會(而非皇家科學院)成員,他是25人中唯壹投反對票的人。雖然法拉第成功當選,但讓人感到非常遺憾和難過。

漢弗萊·戴維爵士。

1813大衛和法拉第在法國時,要求拿破侖建立科學的獎勵制度。由於大衛的巨大貢獻,他贏得了三千法郎的獎金。當時英法之間發生了戰爭,但大衛認為科學是沒有國界的,所以他和助手法拉第壹直在法國訪問。在此期間,大衛還當選為法國科學院院士。

1820年,大衛得知班克斯爵士生病了,他在大衛出生前就已經是皇家學會的會長了,大衛立即趕回倫敦。班克斯去世後,皇家學會主席的競選顯然只有兩個人。壹個是大衛。另壹個是沃拉斯頓。大衛堅信自己會贏得選舉,而沃拉斯頓在選舉前夕宣布退選,於是大衛在1820年當選為皇家學會主席,從1820年到1827年他壹直擔任這壹職務。從那以後,皇家學會變得更加活躍,吸引了大量的科學家。大衛希望這些同事盡力而為,得到英國政府最大的支持。他還建議大英博物館效仿巴黎的自然歷史博物館,不僅供大家參觀,也成為壹個研究中心。

皇家學會要求知道船的銅底殼腐蝕的原因,大衛又開始研究這個課題。他發現,如果在銅片上固定壹層正電性更強的金屬片(稱為保護層),銅就不會再被海水腐蝕。但是在試驗過程中,海洋生物和植物緊緊附著在保護層上,對船的行駛造成了嚴重的阻力,所以這項研究始終沒有成功。

1826年,由於家庭原因,大衛完成了他在巴克林的最後壹次演講,此後由於健康狀況不斷惡化,他退出了科研領域,開始在歐洲治療疾病。1826年,大衛獲得了最高榮譽,被封為漢弗萊·戴維爵士。

當談到大衛的病時,人們經常把他與他熱情而近乎瘋狂的風格以及他在化學實驗中的大膽行為聯系在壹起。他的弟弟約翰·大衛在描述哥哥時說:“漢弗萊在實驗中的大膽行為相當有名。他做實驗時幾乎忘記了危險,這種冒險每天都在發生。”大衛曾經在制備三氯化氮的實驗中傷了眼睛。年復壹年的中毒和瘋狂的工作使大衛的身體變得極其虛弱。雖然他去歐洲拜訪名醫,但無濟於事。1829年5月29日在瑞士日內瓦早逝,活了51歲。

大衛死後,他的弟弟為他編纂了壹部全集,名為《漢弗萊·戴維爵士全集》,共九卷,成為化學史上的重要文獻。

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