課外閱讀約瑟夫·普利斯特列

［課外閱讀］約瑟夫?普利斯特列約瑟夫?普利斯特列是英國(guó)著名的化學(xué)家。他1733年3月13日生于英格蘭約克郡利茲市郊區(qū)的一個(gè)名叫菲爾德海德的農(nóng)莊里。他的父親約萬斯?普利斯特列經(jīng)營(yíng)著這個(gè)收入微薄的小農(nóng)莊，兼營(yíng)毛織品的加工和裁縫，以維持一家人的生活；約瑟夫?普利斯特列是家中的長(zhǎng)子，由于家境艱難，同外公、外婆一起度過了大部分童年。1739年，他的母親去世了，他又被送到姑母家里居住。姑母家里經(jīng)營(yíng)著一個(gè)大農(nóng)莊。普利斯特列在那里不用干活，唯一的任務(wù)就是學(xué)習(xí)。姑母一心要把他培養(yǎng)成一名神甫。但是，他的優(yōu)裕生活沒過上幾年，姑夫就突然病逝了。心情悲痛的姑母成了靠遺產(chǎn)過活的寡婦，她身邊沒有一個(gè)子女。為了減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，她把普利斯特列送進(jìn)了教會(huì)學(xué)校，后來又把他送到離利茲城不遠(yuǎn)的布萊克先生家中。布萊克是一家啤酒廠的職員，他曾是普利斯特列的姑夫的朋友，家里生活比較富裕。自幼漂泊不定的生活，養(yǎng)成了普利斯特列善于獨(dú)立思考的性格。18歲那年，由于經(jīng)常與基督教的牧師來往，他遭到了姑母的激烈責(zé)備。從此，他成了家庭的叛逆者。普利斯特列刻苦好學(xué)，興趣廣泛。他曾學(xué)過古文、數(shù)學(xué)。自然哲學(xué)導(dǎo)論等，后因體弱多病，中斷過一段學(xué)習(xí)，待康復(fù)后，他進(jìn)入了考文垂的非國(guó)教的高等?？茖W(xué)校。因?yàn)樗麑W(xué)習(xí)勤奮刻苦，成績(jī)超群，學(xué)校同意他免修一、二年級(jí)的部分課程。他在后來的學(xué)習(xí)中，深感自己的數(shù)學(xué)與德語基礎(chǔ)太差，又主動(dòng)要求學(xué)校允許他補(bǔ)學(xué)了這兩門。在學(xué)校里，他學(xué)會(huì)了希泊來文、希臘文和拉丁文，加上他在神學(xué)方面的廣博知識(shí)，他常常同那些信仰傳統(tǒng)宗教的人們進(jìn)行辯論，并且總是占上風(fēng)。以后，他做過教師，也當(dāng)過牧師。在沃靈頓的非國(guó)教高等專科學(xué)校里，他講授過語言學(xué)、文學(xué)、現(xiàn)代史、法律、口才學(xué)及辯論學(xué)等，甚至教過解剖學(xué)，他曾編著出版過《基礎(chǔ)英語語法》和《語言學(xué)原理》寫過《口才學(xué)和辯論學(xué)講義》。1764年，愛丁堡大學(xué)授予他法學(xué)博士。從此，他開始了科學(xué)生涯，著有《電學(xué)史》一書，1766年他被推薦為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。1762年，普利斯特列與瑪麗?維爾金遜結(jié)了婚。他的妻子是當(dāng)時(shí)英格蘭最大的鐵器制造商艾薩克的女兒，婚后，普利斯特列仍然專心地埋頭科學(xué)研究。到了1767年，由于他們的兒女先后出世，家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加重。加上各教派之間的矛盾日益尖銳，普利斯特列就放棄了教師職業(yè)，重新當(dāng)上了牧師，家庭收入雖增加不多，但他卻有了更多的空閑時(shí)間自由地從事科學(xué)研究和著書立說。《電學(xué)史》一書就是這個(gè)時(shí)期寫成的。他不僅用通俗的、準(zhǔn)確而生動(dòng)的語言概述了關(guān)于電現(xiàn)象研究的完整歷史，而且還具體地描寫了各種不同的試驗(yàn)情況。不久，他痛感自己缺乏化學(xué)方面的知識(shí)，于是把興趣由物理移向了化學(xué)。在化學(xué)領(lǐng)域中，他首先對(duì)空氣發(fā)生了興趣，思考著不少有關(guān)空氣的問題。例如，為什么放在封閉容器中的小老鼠，幾天后就會(huì)死去？容器中本來有空氣，老鼠為什么不能長(zhǎng)期活下去？學(xué)生時(shí)代他參觀啤酒廠時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種能使燃著的木條立刻熄滅的空氣，這種空氣就存在于發(fā)酵車間內(nèi)盛啤酒的大桶里。因此，他懷疑是不是存在著好多種空氣?！盀榱伺暹@些問題，普利斯特列進(jìn)行了多種有趣的實(shí)驗(yàn)。例如，他點(diǎn)燃一根蠟燭，把它放到預(yù)先放有小老鼠的玻璃容器中，然后蓋緊容器。他發(fā)現(xiàn)：蠟燭燃了一陣之后就熄滅了，而小老鼠也很快死了。這一現(xiàn)象使普利斯特列想到，空氣中大概存在著一種東西，當(dāng)它燃燒時(shí)空氣就會(huì)被污染，因而成為不能供動(dòng)物呼吸，也不能使蠟燭繼續(xù)燃燒的“受污染的空氣”。為了證明這一想法的正確與否，他設(shè)想，能否把受污染的空氣加以凈化，使它又成為可供呼吸的空氣呢？他為此做了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)。他用水洗滌受污染的空氣，其結(jié)果使他大為驚異，他發(fā)現(xiàn)，水只能凈化一部分被污染的空氣，而另一部分未被凈化的空氣，還是不能供呼吸，老鼠在其中照樣要死去。善于思考和鉆研問題的普利斯特列進(jìn)一步想到，動(dòng)物在受污染的空氣中會(huì)死去，那么植物又會(huì)怎樣呢？對(duì)此，他設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)：把一盆花放在玻璃罩內(nèi)，花盆旁邊放了一支燃燒著的蠟燭來制取受污染的空氣。當(dāng)蠟燭熄滅幾小時(shí)后，植物卻看不出什么變化。他又把這套裝置放到靠近窗子的桌子上，次日早晨飽發(fā)現(xiàn)，花不僅沒死，而且長(zhǎng)出了花蕾。由此他想到，難道植物能夠凈化空氣嗎？為了驗(yàn)證這一想法，他盡點(diǎn)燃了一支蠟燭，并迅速放入罩內(nèi)。蠟燭果然正常燃燒著，過了一段時(shí)間才熄滅。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家們把一切氣體統(tǒng)稱為空氣。為了確定究竟有幾種空氣，普利斯特列曾多次重復(fù)自己的實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為，在啤酒發(fā)酵、蠟燭燃燒以及動(dòng)物呼吸時(shí)產(chǎn)生的氣體，就是早先人們所稱的“固定空氣”（實(shí)則二氧化碳）。他對(duì)這種“固定空氣”的性質(zhì)做了深入研究。他證明，植物吸收“固定空氣”可以放出“活命空氣”（實(shí)則氧氣）。還發(fā)現(xiàn)“活命空氣”既可以維持動(dòng)物呼吸，又能使物質(zhì)更猛烈地燃燒。由此，普利斯特列想設(shè)法制取這種“活命空氣”。當(dāng)時(shí)已知硝石也能助燃，于是他想：“也許硝酸能夠把它分離出來？或者，把沾有稀硝酸的銅絲加熱，也許可以放出活命空氣？”他沿著這一思路，埋頭進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。他取了一根一端封閉的玻璃管，裝人水銀，用手指堵住管口，把開口的一端置入盛有水銀的槽中，再把裝有硝酸和銅屑的另一根管子與裝有水銀的管子連接在一起。然后，開始加熱混和物質(zhì)。經(jīng)過短時(shí)間加熱，產(chǎn)生的無色的氣體就把水銀排出管外，于是管內(nèi)充滿了新的物質(zhì)。普利斯特列小心地取出管子，打開管口，俯身一嗅，突然，他被驚楞了：一種揮發(fā)的無色氣體，轉(zhuǎn)眼間就變成了棕紅色的蒸氣，它的強(qiáng)烈氣味很象硝酸，因此當(dāng)時(shí)就稱它為“硝石空氣”。這種在空氣中變成的棕紅色的氣體是二氧化氮，試驗(yàn)的結(jié)果未能制得“活命空氣”，卻發(fā)現(xiàn)了兩種新氣體：一氧化氮和二氧化氮，他繼續(xù)試驗(yàn)，又發(fā)現(xiàn)了許多新氣體，普利斯特列給它們定名為“堿空氣”（氨）、“鹽酸空氣”（氯化氫）以及二氧化硫等。此后多年，普利斯特列一直在研究氣體，并寫成了《論各種不同的氣體》一書，大大豐富了氣體化學(xué)。普利斯特列在化學(xué)以及物理學(xué)方面的研究成果，提高了他的學(xué)術(shù)威望。1772年，”他當(dāng)選為法蘭西科學(xué)院的名譽(yù)院士，同年12月，他被當(dāng)時(shí)英國(guó)的一位政治顯貴謝爾本勛爵請(qǐng)去做家庭教師及圖書管理員。這項(xiàng)工作有較高薪金，而且每天只用上午時(shí)間。所以每天下午，他仍舊可以從事科學(xué)研究。在這里，他完成了許多著作。他的6個(gè)最有價(jià)值的氣體實(shí)驗(yàn)，有5個(gè)是在這里完成的。普利斯特列終生信奉燃素說，在這里他寫過有關(guān)論證燃素說的文章。他還是一位神學(xué)家，在這里完成了一部關(guān)于神學(xué)的代表作《物質(zhì)和精神的研究》（1777年）：還著有《哲學(xué)必要性學(xué)說注釋》（1777年）。他明確地剖析了神學(xué)和科學(xué)哲學(xué)之間的聯(lián)系。在氣體化學(xué)的研究成果中，普利斯特列最重要的是對(duì)氧氣的發(fā)現(xiàn)1774年，他得到了一個(gè)大型凸透鏡（火鏡），開始研究某些物質(zhì)在凸透鏡聚光產(chǎn)主的高溫下放出的各種氣體。他研究的物質(zhì)中有“紅色沉淀物”（氧化汞）和“汞灰”亦稱水銀燒渣，也就是（氧化汞）。普利斯特列把氧化汞放置在玻璃鐘罩內(nèi)的水銀面上，用一個(gè)直徑30厘米、焦距為50厘米的火鏡，將陽光聚集在氧化汞上。很快就發(fā)現(xiàn)氧化汞被分解了，放出一種氣體，將玻璃罩內(nèi)的水銀排擠出來。他把這種氣體叫做”脫燃素的空氣”。他以排水集氣法，把這種氣體收集起來，然后研究其性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)蠟燭會(huì)在這種空氣中燃燒，火焰非常明亮，老鼠在這種氣體中生活正常，且比在等體積的普通空氣中活的時(shí)間長(zhǎng)了約4倍；他還親自嘗試了一下，感覺這種空氣使人呼吸輕快、舒暢。他對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程做了詳細(xì)的描述。其實(shí)早在1771年，普利斯特列把硝石加熱對(duì)，已經(jīng)制得了氧氣。他在題為“各種空氣的觀察”一文中，曾提到：“在我從硝石得到的一定量（的空氣）中，不僅蠟燭能點(diǎn)燃，而且火焰增大，還聽到了響聲，好象硝石在明火中燒爆的聲音?！钡捎谒?dāng)時(shí)把這種氣體，混同于一般空氣，所以未能發(fā)現(xiàn)氧。普利斯特列認(rèn)為空氣是單一的氣體，助燃能力之所以不同，其區(qū)別僅在于其中含燃素量的不同。從汞燒渣中分解出來的是新鮮的、不含一點(diǎn)燃素的空氣，所以吸收燃素的能力和助燃能力都特別強(qiáng)。因此他把這種氣體叫做“脫燃素空氣”。而尋常的空氣，由于經(jīng)過動(dòng)物呼吸、植物的燃燒和腐爛，已經(jīng)吸收了不少燃素，所以助燃能力就差了：一旦空氣被燃素飽和，那么它就不再助燃，變成“被燃素飽和了的空氣”（指氮?dú)猓┗蚪小叭妓鼗諝狻?。在后來的研究中，普利斯特列發(fā)現(xiàn)，綠色植物在陽光中也能放出“脫燃素空氣”，成為光化學(xué)作用研究的基礎(chǔ)。謝爾本勛爵支持普利斯特列的研究工作，一直為他提供研究經(jīng)費(fèi)1774年，他帶著普利斯特列一起訪問了歐洲大陸。在歐洲，他們結(jié)識(shí)了許多科學(xué)家，這對(duì)普利斯特列的利學(xué)生涯具有重大意義。在巴黎，普利斯特列拜訪了法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫，他向拉瓦錫介紹并演示了從氧化汞中誰、取氣體的實(shí)驗(yàn)。拉瓦錫后來又重復(fù)了他的實(shí)驗(yàn)，并且把普利斯特列的實(shí)驗(yàn)材料以及他本人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系起來。拉瓦錫能擺脫傳統(tǒng)思想的束縛，大膽地提出了氧化概念，形成了燃燒的氧化理論。他指出所謂“脫燃素空氣”實(shí)際上就是氧氣，終于推翻了統(tǒng)治化學(xué)近百年的燃素學(xué)說。而堅(jiān)持燃素說的普利斯特列卻堅(jiān)決反對(duì)拉瓦錫的新觀點(diǎn)，他拒絕接受拉瓦錫對(duì)氧和水的任何解釋。于是，二人由此開始了一場(chǎng)爭(zhēng)論。雙方的爭(zhēng)論最初出現(xiàn)在《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上，后來，這些爭(zhēng)論文章又被編輯成一些小冊(cè)子。他們爭(zhēng)論的最后批文章發(fā)表在美國(guó)出版的《美國(guó)哲學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)》上，其它刊物上也時(shí)有他們的文章發(fā)表。在爭(zhēng)論中，普利斯特列證明，不是所有的酸都含有氧，鹽酸就是一個(gè)例子。他以此來反對(duì)拉瓦錫的氧化理論。但是，普利斯特列在爭(zhēng)論中所使用的理論始終是燃素說。這使他象一個(gè)守舊的老人，嘴里經(jīng)常念叨著教條的燃素學(xué)說，而絲毫不愿放棄它。普利斯特列與拉瓦錫，一直都在持續(xù)地進(jìn)行各自的觀察與研究。但他們觀察的深度不同，對(duì)觀察到的現(xiàn)象背后的本質(zhì)理解不同。普利斯特列總是躲避開理論上的思考，他只埋頭于實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為只有實(shí)驗(yàn)才是最重要的，陷入了狹隘的經(jīng)驗(yàn)論，影響他的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步發(fā)展。而拉瓦錫則不然，他在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上很重視理論思考，這使他在科學(xué)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，實(shí)現(xiàn)了第一次化學(xué)革命?？v觀普利斯特列的一生，他37歲起研究氣體化學(xué)，直到終生。他曾分離并論述過的大批氣體，數(shù)目之多超過了他同時(shí)代的任何人。他可以說是13世紀(jì)下半葉的一位業(yè)余化學(xué)大師。是他發(fā)明了帶有酸味的氣水。1772年出版了他的小冊(cè)子《用排水集氣法收集“空氣”》，該書深受歡迎，非常暢銷，當(dāng)年就被譯成法文。普利斯特列名揚(yáng)世界，1773年他榮獲英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的銅質(zhì)獎(jiǎng)