漢弗萊戴維爵士

1、漢弗萊戴維爵士袁翰青應(yīng)禮文在十八和十九世紀(jì)的化學(xué)發(fā)展史上，發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素最多的化學(xué)家有二位， 一位是貝采里烏斯(Jons Jakob Berzelius)；另一位就是漢弗萊戴維爵士(SirHumphry Davy 17781829)。1778年12月17日漢弗萊戴維出生于英國的 彭贊斯，其父是一位木雕師，但收入甚微，后來又因為在經(jīng)營農(nóng)業(yè)和錫礦時破產(chǎn)， 于1794年逝世。幸而戴維的母親在1799年得到了一筆為數(shù)不大的遺產(chǎn)， 使她的 兩個孩子都有了讀書的可能。我們這篇文章介紹的是哥哥漢弗萊戴維。幼年時的戴維富有情感，愛好講 故事和背誦詩歌，他的老師認(rèn)為他成績最好的功課乃是將古典文學(xué)譯成當(dāng)代英 語。戴

2、維的學(xué)生時代是在愉快中渡過的，他有足夠的時間進行思考，雖然他所在的學(xué)校并不是十八世紀(jì)未年康沃爾一地最好的中學(xué)，但是戴維卻學(xué)到了多方面的知識，例如神學(xué)、幾何學(xué)、七種外語和其他學(xué)科知識。他還閱讀了大量的哲學(xué) 著作，例如康德的先驗主義書籍，他還開始練習(xí)寫詩15歲以后，由于家境貧困，戴維開始輟學(xué)，走上了自學(xué)成才的道路。1795年他到彭贊斯鎮(zhèn)的外科醫(yī)生兼生理學(xué)家波拉斯 (Bingham Borlase)處當(dāng)學(xué)徒，在 那里，戴維利用現(xiàn)成的藥品和儀器開始進行化學(xué)實驗的訓(xùn)練。1797年戴維閱讀了尼科爾森(WilliamNicholson)寫的化學(xué)鋅典和拉瓦錫 (Antoine LaurentLavoisier

3、)的名著化學(xué)基礎(chǔ)，大大地豐富了他的化學(xué)知識。在這一時期他結(jié) 識了蒸氣機的發(fā)明者詹姆斯瓦特(James Watt)的兒子格利高利瓦特(Gregory Watt)以及后來繼戴維任過英國皇家學(xué)會主席的吉迪(Davies Giddy)，他允許戴維利用他的圖書，還介紹戴維到克利夫頓的博萊斯家族所擁有的十分完備的圖 書室中閱覽，使戴維有機會進行廣泛的涉獵，為以后的發(fā)明創(chuàng)造打下了堅實的基 礎(chǔ)。在克利夫頓，英國物理學(xué)家貝多斯(Thomas Beddoos)創(chuàng)建了一所氣體研究所，目的是研究各種氣體對人體產(chǎn)生的生理作用，希望能由此找到一些具有醫(yī)療作用的氣體，同時還有搞清楚哪些氣體對人體是有害的。研究所需要一位優(yōu)秀

4、一位優(yōu)秀的化學(xué)家，貝多斯就聘請戴維任職。戴維研究的第一種氣體是一氧化二氮。 按照美國化學(xué)家米切爾(Samuel Mitchill)的觀點，一氧化氮對人體是有害的，當(dāng) 任何人吸入這種氣體后就會受到致命的打擊。戴維并不同意米切爾的看法，他反 復(fù)進行試驗，發(fā)現(xiàn)一氧化二氮對人體并無害處， 人吸入了這種氣體后，會產(chǎn)生一 種令人陶醉的感覺，所以戴維建議，一氧化二氮可以用在外科手術(shù)上。戴維關(guān)于一氧化二氮對人體的作用的論著在 1800年出版，對一氧化二氮的麻醉作用進行 了全面的評價，認(rèn)為它是有歷史記錄以來最好的麻醉劑。除此之外，他還研究包括二氧化氮和一氧化碳在內(nèi)的各種氣體對人體所產(chǎn)生的生理作用。顯然，研究這

5、二種氣體是十分危險的，但是戴維還是堅持做下去，并且鼓勵他的弟弟約翰戴 維也來做這種冒險的實驗。戴維在進行氣體研究時，在定量實驗研究方面顯示出很強的能力，他的容量 分析實驗技術(shù)是十分高明的。他的研究工作的特點是肯化強度很大的勞動，但卻能以驚人的速度獲得實驗結(jié)果，而且在使現(xiàn)有儀器去適應(yīng)新的課題研究方面表現(xiàn) 出特殊的創(chuàng)造性。他對于重復(fù)和證明別人的發(fā)現(xiàn)是不感興趣的，但在創(chuàng)新上卻表現(xiàn)出很大的毅力。戴維關(guān)于一氧化二氮的呼吸作用的論著使他大大地出了名，使他的化學(xué)生涯有了一個好的開端，伏打(Alessandro Volta)發(fā)明電堆的消息公布以后，尼科爾 森和卡里斯?fàn)?Anlhony Carlisle)報告了

6、他們利用伏打電堆將水分解成氫氣和氧 氣，了解到這些新的發(fā)現(xiàn)后，戴維立即投身到這個研究領(lǐng)域，并發(fā)表了論文，例 如1800年發(fā)表在尼科爾森自然哲學(xué)雜志上的“化學(xué)和工藝” 一文。戴維在 研究中不但利用了伏打電堆這種當(dāng)時先進的實驗工具，而且總是保持了最清醒的頭腦，探索前人在實踐和理論方面是否還有不足之處。伏打一直認(rèn)為電堆中的電流僅僅是由于兩種不同的金屬接觸以后產(chǎn)生的，但是戴維則是第一個認(rèn)識到這種 “接觸理論”的不足的化學(xué)家，他認(rèn)為電流不只是由于接觸才產(chǎn)生的， 實際上電 流是由于電堆中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的。 他還指出，在電解池中，由于電流的 作用使化合物分解成為它的組分，戴維的觀點在法國和德國受到普遍

7、的重視和支 持。戴維還發(fā)現(xiàn)，如果在金屬片之間的水中不存在著氧， 電堆將不能很好地發(fā)揮 作用，從而得出結(jié)論，認(rèn)為金屬鋅和銅(或銀)的氧化還原作用是鋅-銀或鋅- 銅電堆產(chǎn)生電流的原因。由此進一步推論，如果在電堆中用硝酸代替其中的水或 食鹽溶液，電堆的效果會更好。戴維還使用了將電極分別放在二個容器中的電堆， 使這些容器的溶液之間用潤濕的石棉繩相連。上述研究成果在1801年發(fā)表，從這里我們可以再一次看到戴維的創(chuàng)新精神。 這一年，戴維被選入皇家學(xué)院，擔(dān)任學(xué)院的講師，他很高興地寫信給母親：“您 大概聽說過隆福德伯爵和其他貴族所建立的皇家學(xué)院吧？這是一所非常華麗的 建筑，只是還沒有把有才能的人組織進去使它發(fā)

8、揮突出的作用，隆福德伯爵建議我到那兒工作?！笔聦嵈_實是象戴維所說的那樣，自從皇家學(xué)院吸收了戴維這 樣的新鮮的血液以后，(后來戴維又發(fā)現(xiàn)了助手法拉弟Michael Faraday,把他也選進了皇家學(xué)院)才使它成為世界上最著名的科學(xué)機構(gòu)之一?；始覍W(xué)院的宗旨 是傳播知識，為大部分人提供技術(shù)訓(xùn)練，鼓勵新的有用的機器的發(fā)明和改進， 并 且舉行定期的講演以宣傳上述成果。在戴維任職期間，這種講演進行得更為頻繁， 他本人就是一位卓越的演說家，他成功地吸引了廣大的大學(xué)生、 科學(xué)家、科學(xué)愛 好者。于是，在很短的時間內(nèi)戴維就成了倫敦的名人，而且在倫敦城里，科學(xué)一 下子變得時髦起來了，同時也使皇家學(xué)院成了英國科學(xué)研究

9、中心和講演科學(xué)的重 要場所。戴維初到皇家學(xué)院時，他的講演都是有關(guān)技術(shù)方面的課題。1805年由于發(fā)表了一篇關(guān)于鞣革方面的論文而獲得科普利槳。1802年他為農(nóng)業(yè)部門作關(guān)于農(nóng)業(yè)化學(xué)的講座，一直持續(xù)到1812年，這是第一次將化學(xué)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的嘗試， 在李比希(Justus Von Liebig)關(guān)于農(nóng)業(yè)化學(xué)的作發(fā)表以前，戴維的講座一直被 認(rèn)為是農(nóng)業(yè)化學(xué)方面開拓性的工作。1806年戴維用電化學(xué)研究成果開辦了貝克林講座，內(nèi)容是電解水的研究。 他指出：在電解純水時，喉一的產(chǎn)物是按理論比例產(chǎn)生的氫氣和氧氣，這與貝采里烏斯所得的實驗成果和結(jié)論是一致的。但是其他研究電解水的化學(xué)家則指出， 在電解水時電極的周圍會

10、出現(xiàn)酸和堿，而且電解時得不到按理論比例產(chǎn)生的氫氣 和氧氣。戴維用自己精確的實驗對上述疑問作出了回答，他指出：用在銀質(zhì)儀器中進行重新蒸餾過的純水，放在金制的或瑪瑙的容器中，并在氫氣氣氛中進行電 解（這樣做可以避免新生態(tài)的氫氣、氧氣與空氣中的氮氣發(fā)生反應(yīng)），只產(chǎn)生氫氣和氧氣，電解水的時候電極周圍產(chǎn)生酸和堿的原因是水的純度不夠（其中含有鹽）。在尼科爾森和卡里斯?fàn)栯娊馑膶嶒灩家院蟮牧曛畠?nèi)，并無一位化學(xué) 家注意到上述問題，恰恰是戴維解釋了這一疑難。他還提出利用電解作為一種化 學(xué)分析方法，還討論了電解時溶液中物質(zhì)的傳輸問題， 他發(fā)現(xiàn)在二個杯子里分別 裝上電極和導(dǎo)電的溶液，再在第三個杯子里裝入中性鹽溶

11、液， 每一個杯子里都加 入姜黃或石蕊指示劑，再用石棉繩將三只杯子中的溶液連接起來， 則在電解時指 示劑會在電極附近發(fā)生顏色變化。如果有裝電極的二只杯子里加入氯化鋇溶液， 把把盛硫酸的杯子放在它們的中間， 三只杯子中的溶液用石棉繩連接起來， 則在 電解時，中間杯子里將產(chǎn)生硫酸鋇沉淀， 證明電解過程中物質(zhì)是在傳輸?shù)摹?戴維 還是貝采里烏斯的二元論的擁護者，他們把化學(xué)元素分成正電性的和電負(fù)性的， 它們在化合時形成中性物質(zhì)，這些中性物質(zhì)又能被電流極化和分解。1807年戴維在貝克林講座中描述了分離出金屬鉀和鈉的過程。前一年他開 始采用新的方法（即電解的方法）來研究化學(xué)元素。拉瓦錫曾經(jīng)認(rèn)為化學(xué)家關(guān)心 的不

12、是將絕對無法再分解的極限物質(zhì)稱為元素，而是那些當(dāng)前用任何手段不能夠 被分解的物體。當(dāng)時曾經(jīng)有人將堿、蘇打、鉀草堿（從草木灰中提煉出來的碳酸 鉀）當(dāng)作不能被分解的物體，但是拉瓦錫卻拒絕把它們列入不能被分解的物體的 名單中。受了拉瓦錫的啟發(fā)，戴維就想用電解的方法從碳酸鉀、 碳酸鈉和堿中離 析出這些化學(xué)元素。他提出了大膽的預(yù)見：“如果化學(xué)結(jié)合具有我曾經(jīng)大膽設(shè)想 過的那種特性，不管物體中的元素的天然電力（結(jié)合力）有多么強，但總不能沒 有限度，而且我們?nèi)嗽斓膬x器的力量似乎是能夠無限地增大， 希望新的方法（指 電解）能夠使我們發(fā)現(xiàn)物體中真正的元素?！贝骶S用了 250對金屬板制成了當(dāng)時最大的伏打電堆，以便產(chǎn)

13、生強大的電流。 開始時，他用碳酸鉀的飽和溶液進行電解， 但是并未分離出金屬鉀，只是把水分 解了。1807年10月6日，戴維決定改變這種做法，電解熔融的碳酸鉀，但是干 燥的碳酸鉀并不導(dǎo)電，所以必須將碳酸鉀放在空氣中暴露片刻， 讓它的表面上吸 附少量的水分，它就有了導(dǎo)電能力，然后將表面濕潤的碳酸鉀放在鉑制的小盤上， 并用導(dǎo)線將鉑制小盤與電池的陰極相連； 一條與電池的陽極相連的鉑絲則插到碳 酸鉀中，整個裝置都暴露在空氣中。通電以后，碳酸鉀開始熔化，表面就沸騰了， 戴維發(fā)現(xiàn)陰極上有強光發(fā)生，陰極附近產(chǎn)生了帶金屬光澤的酷似水銀的顆粒，有的顆粒在形成以后立即燃燒起來， 產(chǎn)生光亮的火焰，甚至發(fā)生爆炸；有的顆

14、粒則 被氧化，表面上形成一層白色的薄膜。戴維將電解池中的電流倒轉(zhuǎn)了過來， 仍然 在陰極上發(fā)現(xiàn)銀白色的顆粒，也能燃燒和爆炸。戴維看到了這一驚人的發(fā)現(xiàn)，欣 喜若狂，竟然在屋子里跳了起來，并在他的筆記本上寫下了： “重要的實驗，證 明鉀堿分解了?！贝骶S把這種金屬顆粒投入水中，開始時它在水面上急速轉(zhuǎn)動，發(fā)出嘶嘶的聲 音，然后燃燒放出淡紫色的火焰。他確認(rèn)自己發(fā)現(xiàn)了一種新時堿金屬元素。 由于 這種金屬是從鉀草堿中制得的，所以將它定名為Potassium （中譯名為鉀）。接著他又用電解的方法制得了金屬鈉、鎂、鈣、鍶、鋇和非金屬元素硼和硅。在研究堿金屬和堿土金屬的過程中， 戴維又遇到了另一個疑難問題，他發(fā)現(xiàn)

15、堿乃是一種氧化物，但是如果要把堿說成是含有氧，又使他感到困惑不解，因為 他早就了解到拉瓦錫的酸的含氧理論，拉瓦錫認(rèn)為氧是酸性的起源，一切酸中都 含有氧。到底是大化學(xué)家拉瓦錫錯了，還是戴維對于堿的認(rèn)識不正？戴維在研究碲的化學(xué)性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)碲化氫是一種酸，但是它并不含有氧，使他開始懷疑起氧是否存在于所有的酸中。為了尋找更多的證據(jù)，戴維開始研究起鹽酸來了。按照拉瓦錫的觀點，1774年舍勒(Carl Wilhelm Scheele)用鹽酸與二氧 化錳作用制得的一種新氣體是氧化鹽酸，而鹽酸是由氧和另外一種未知的基所組 成的，氧化鹽酸則是由這種基與更多的氧化合而成的。但是戴維想盡了一切辦法也不能從氧化鹽酸中把

16、氧奪取過來，他說：“即使木炭被伏打電堆燒成白熱狀態(tài)， 也不能使氧化鹽酸氣和鹽酸氣發(fā)生任何變化，我多次重復(fù)這種實驗，結(jié)果都是一樣，因此我懷疑這些物質(zhì)中存在著氧?！鄙w呂薩克(Joseph Louis Gay-Lussac) 和泰納(Lauis Jacques Thenard)也進行了同樣的實驗，認(rèn)為氧化鹽酸中并沒有 氧，相反地，氧化鹽酸可能具有元素的本性。 但是他們又堅信大化學(xué)家拉瓦錫的 觀點是沒有錯誤的，所以雖然他們已經(jīng)打開了發(fā)現(xiàn)氯是一種化學(xué)元素的通道，但是結(jié)果還是無所創(chuàng)造。只有戴維宣稱，只要不存在水，氧化鹽酸所發(fā)生的一切反 應(yīng)都不會產(chǎn)生氧，他認(rèn)為最好把氧化鹽酸看成一種不能被分解的物質(zhì)他認(rèn)為事實

17、表明了拉瓦錫和法國化學(xué)學(xué)派所持的見解， 表面看起來很漂亮，也能令人滿意， 但是從現(xiàn)在已經(jīng)掌握的知識來考察，它不過是建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上的一種理論.于是戴維以無可辯駁的事實確認(rèn)所謂的“氧化鹽酸”決不是一種化合物，而是一 種化學(xué)元素，他將這種元素命名為 Chlorine (中譯名為氯)。他認(rèn)為氯和氧一樣 都可以助燃，氧化反應(yīng)不一定非要有氧氣存在，他還指出所有的放熱反應(yīng)都是氧 化反應(yīng)。戴維的這些觀點非常出色地發(fā)展了拉瓦錫的燃燒理論1813年秋天，戴維去法國，請拿破侖建立科學(xué)獎勵制度，由于戴維對于電學(xué) 研究有過重大貢獻(xiàn)，所以他獲得了三千法郎的獎金。當(dāng)時英國和法國之間正在作 戰(zhàn)，但是戴維認(rèn)為科學(xué)是沒有國界

18、的， 所以他和助手法拉弟一直在法國訪問。在此期間戴維還當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。1820年戴維獲悉班克斯爵士( Sir Joseph Banks)得病，后者在戴維出生 以前就擔(dān)任英國皇家學(xué)會主席，戴維立即趕回倫敦。班克斯逝世以后，競選皇家 學(xué)會主席的顯然只有二個人，一個是戴維；另一個就是武拉斯頓(William Hyde Wellasto n).戴維堅信在競選中一定能夠獲勝，而武拉斯頓則在臨選舉前夕宣布退 出競選，于是戴維就在 1820年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會主席，而且在18201827年期間一直擔(dān)任此職。從此以后，皇家學(xué)會變得更加生氣勃勃，吸引了大量科學(xué) 家，戴維希望這些同事都要盡力，并希望從英國政府從得到最大的支持。 還建議 大不列顛博物館效法巴黎的自然歷史博物館，不僅供大家參觀，也要成為研究中心?；始覍W(xué)會要求了解引起船舶的銅底殼腐蝕的原因，戴維又開始研究這一課 題，發(fā)現(xiàn)如果用電正性更強的金屬片(稱之為保護層)固定在銅片上，銅就不會再 被海水腐蝕了。但是在試驗過程中，海生物、植物緊緊地粘附在保護層上，使船 舶行駛受到嚴(yán)重的阻力，所以這項研究始終沒有成功。1826年由于家庭的原因，戴維結(jié)束了最后一次克林講座，此后就因健康情況 日益下降而退出了科學(xué)研究領(lǐng)域，開始