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[趣味化学]勇敢科学探险者盖.吕萨克
时间:2005年12月23日07:57 我来说两句(0)  

 

  约瑟夫·路易斯·盖·吕萨克是法国著名的化学家与物理学家。他1778年12月6日出生在法国利摩日地区的圣·雷奥纳尔镇。盖·吕萨克的父亲是当地的一名检察官,他们的家境在当地是比较富裕的。但是,在盖·吕萨克11岁那年,法国爆发了1739年资产阶级大革命。
不久,革命的浪潮冲击了这个家庭。1793年,其父困涉嫌而被捕。家庭的社会地位和经济生活发生了重大变化。盖·吕萨克在本地只受过初等教育,以后就到了巴黎。1797年,他进入巴黎工业学校学习。他之所以选择这所学校,一是因为该校学生一律享受助学金,可以减轻家庭的负担,二是该校学术水平较高,有不少著名的专家学者都在这里任教。像贝托雷这样的著名化学家,就在这里讲授有机化学课程。盖·吕萨克由于勤奋好学,热爱化学专业和实验技术,深得贝托雷等一些教授的赏识。1300年他毕业了,贝托雷留他给自己作助手。通过日常工作的接触,老教授发现这个学生思维敏捷,实验技巧很高,他深信自己发现了一个有培养前途的好苗子。

    于是,他放心地把自己的实验室交给了年轻的盖·吕萨克,让这个青年协助自己进行科学研究工作。盖·吕萨克非常重视科学观察和实验。他总是认真地把实验数据及时地一一记录下来,每当坐下来的时候,他就全神贯注地研究起那些实验现象,分析实验数据。经过认真的反复思考,谨慎地得出自己的给论。他尊重事实而不迷信权威。因此,他能够洞察人们所不知的奥秘。发现科学真理。当时,贝托雷正在同化学家普鲁斯特围绕着定比定律进行一场激烈的学术争论。贝托雷让盖。吕萨克以实验事实来证明自己的观点,给对方以驳斥。然而,盖·吕萨克经过反复的实验,所记录到的事实都证明其导师的观点是错误的。他毫不犹豫地将这个结果如实地汇报给老师。贝托雷看完他的实验记录之后,不禁露出了微笑。他对盖·吕萨克说:“我为您而感到自豪。象您这样有才能的人,没有理由让您当助手,哪怕是给最伟大的科学家当助手。您的眼睛能发现真理,能洞察人们所不知的奥秘,而这一点却不是每一个人都能作到的。您应该独立地进行工作。从今天起,您可以进行您认为必要的任何实阶……”

  盖·吕萨克在化学上的贡献,首先在气体化学方面,他发现了气体化合体积定律。他的工作始于对空气组成的研究。他为了考察不同高度的空气组成是否一样,冒险乘坐气球升入高空进行观察与实验。1804年8月2日,天气晴朗,万里无云,炎热的天气,不见一丝微风。他和自己的好友、法国化学家比奥用浸有树脂的密织绸布做成一个巨大的气球,里面充进氢气。膨胀的气球在阳光下闪闪发光,盖。吕萨克与比奥坐进了气球下面悬挂的圆形吊篮里。气球徐徐上升,他们挥手同欢呼的送行者们告别。贝托雷教授亲临现场,随着大家呼喊着:“一路平安”。他们在缓慢上升的气球吊篮里,忙着进行空气样品的采集,不断测量着地磁强度。紧张的工作使他们顾不上由于高空反应带来的头昏、耳痛等身体的不适。冻得浑身发抖,仍顽强地坚持这次考察活动,终于取得了大量第一手资料。但是,盖·吕萨克对首次探险的收获并不满足。一个半月以后,他单身进行了第二次升空探索。为了减轻负荷,提高升空高度,他尽量轻装。当气球升至7016米时,他毅然把椅子等随身物件扔了下来,使气球继续上升。正在田间劳作的人们看到天上纷纷落下许多东西,都不清楚究竟发生了什么事。而盖·吕萨克却创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。两次探测的结果表明,在所到的高空领域,地磁强度是恒定不变的;所采集的空气样品,经分析证明,空气的成分基本上相同,但在不同高度的空气中,含氧的比例是不一样的。

  在气体的实验中,盖·吕萨克发现,氧与氢化合时,氧气的体积差不多,总是氢气体积的一半。于是,他想到这简单的体积关系,可能同物质的原子结构有关。据此,他进而想到,其它气体在化合反应中可能都具有类似情况。但当时由于他的导师布里松教授的逝世,他不得不暂时中断了实验工作,返回巴黎。1806年,在法国科学院的庆祝大会上,盖·吕萨克当选为该院正式院士。其后,他继续自己对气体化学反应的研究。他往容器里充满等体积的氮和氧,然后让混和物通过电火花。于是就产生了新的气体一氧化氮。他发现:一体积的氧和一体积的氮,经化合得到了两体积的一氧化氮。进一步研究许多不同气体间的化学反应,使他注意到,在所有参加反应的气体体积和反应后生成的气体体积之间,总是存在着简单的比例关系。由此发现了一个重要的基本化学定律——气体化合体积定律,这个定律的发现,本来是从气体化学反应的角度,对道尔顿的原子论做了有力的证明,受到了化学界不少专家的重视。但唯独道尔顿本人难以理解和接受这一成果。他认为这会导致原子的破裂,从而违背他关于原子不可分割的基本思想。于是一场旷日持久的学术争论开始了。虽然,1811年意大利化学家阿佛加德罗提出的分子概念,有助于统一这一矛盾,然而化学家们普遍受着形而上学思维方式的支配, 致使分子论的观点被冷落了近半个世纪。直到1860年分子论被普遍接受后,随着这场争论的平息,盖·吕萨克的气体化合体积定律,才得到了理论上的正确解

  发明制备碱金属的新方法,是盖·吕萨克在无机化学中的又一贡献。当盖·吕萨克埋头于气体化学研究之际,英国化学家戴维以电解法制得了金属钾和钠,而震动了整个科学界。碱金属钾和钠像石蜡一样柔软,轻得能漂浮于水面之上,在常温下能与水发生激烈反应,产生火焰。消息传到巴黎,拿破仑就命令盖·吕萨克及其密友泰纳,用电解法制取金属钾和钠,提供给他们电力很强的电池。工作开始后,他俩发现,以电解法制得的新金属量很少。有没有别的简便方法呢?他们就此转入了新制备方法的摸索工作。他们抛开了电池,而把铁屑分别同苛性钾(KOH)和苛性钠(NaOH)混合起来,放在一个密封的弯曲玻璃管内加热。结果,在高温下熔化的苛性碱与红热的铁屑起化学反应,生成了金属钾和钠。这种方法既简单又经济,而且可以制出大量的钾和钠。然而,这种方法却有较大的危险性。在实验中曾几次发生爆炸事故,差点夺去了这两位科学家的生命,盖·吕萨克曾被炸伤,卧床40多天。但他们还是坚持用新方法制得的钾和钠进行实验,研究它们的各种性质与实际用途。他们测得钾的比重为0.874 (现代值:0℃时为0.859),比戴维测的(0,6左右)更精确。他们的工作立即受到戴维本人的赞赏,新方法也很快被推广。

  硼元素的发现,是盖·吕萨克研究金属钾的用途时派生出来的另一成果。19世纪初,硼酸的化学成分还是一个谜。1808年6月,盖·吕萨克和泰纳宣布,他们曾把钾作为试剂去分解硼酸,实验中,当把钾作用于熔化的硼酸时,得到了一种橄榄灰色的新物质。经过了5个月的深入研究后,他们肯定了这是一种新的单质,取名为硼(bore)。还提出了发现新元素的专利申请。同年l1月30日,他们在《理化年报》上撰文,豪迈地宣称:“硼酸的组成如何,现在已不成问题了。实际上,我们已经能够把硼酸随意地进行分解或重新合成了。

  1809年,盖·吕萨克与泰纳开始研究卤族元素。氯是1774年由瑞典化学家舍勒最早发现的。但当时误认为这种黄绿色的气体是化合物,1785年贝托雷则把它视为盐酸与氧的化合物,称之为“氧化盐酸”。1809年2月,盖·吕萨克根据他们反复实验的结果,在阿尔库伊学会的会议上,大胆地提出,‘氧化盐酸”是单质,不是化合物。这一见解引起了戴维的高度重视。1810年l1月,他在英国皇家学会宣读论文时,正式提出“氧化盐酸”是一种元素,命名为氯。

  碘是1811年由法国人库特瓦首先发现的。他曾从海草灰中提取钾盐,但在制取过程中发现了一种未知的新物质,这种物质能腐蚀铜锅和实验器皿,给钾盐生产带来很大困难。库特瓦成功地分离出这种物质,把它交给化学家克莱曼和德索尔姆进行研究。但这两位化学家没有发表任何研究成果,就把这种新物质交给了英国化学家戴维去研究。得知此事后,盖·吕萨克非常着急,为了给自己的祖国争得荣誉,他日以继夜地工作着,要争取时间先于戴维宣布这一新的科学成果。他成功了,几天后他终于制得了这一新元素,并将它命名为碘,他还研究了碘的一些住质,并证明在氢碘酸中无氧。不久,戴维关于碘的研究报告也发表了,但盖。吕萨克为国争光的宏愿已经实现。

  氟化物的研究,也曾是盖·吕萨克同泰纳合作的题目之一。吸入氟化氢蒸气曾给他们的身体带来过巨大痛苦,但这并没有动摇盖·吕萨克献身化学的决心。1809年,他们把氟化钙与硼酸混和加热;企图制备纯“氟酸”,以研究其性质。实验的结果却意外地制成了一种所谓的氟酸气”。后来证明,这种气体是硼的氟化物,即氟化硼(BF3)。同年,他制成了无水氢氟酸(HF)。

  除了上述研究,盖·吕萨克还探讨了氰化物并首次制得了氰J1811年,他将氰化汞与浓盐酸一起蒸馏,制成无水氢氰酸,开创了氢氰酸的组成、性质的系统研究。同年,他加热分解氰化汞,发现生成一种可燃气体,经研究确定其组分为碳、氮二元素,他命名该气体为“氰”。

  在从事科研和教学的同时,盖·吕萨克还积极参加由贝托雷等化学家举办的学术会议,由此结识了很多著名的专家学者,拉普拉斯、洪堡德、泰纳等人都是他的挚友与合作者。在学术交流中,他虚心求教于人,又不迷信古今的权威,善于独立思考。1809年,盖·吕萨克被任命为工业学校的化学教授和索尔蓬纳的物理学教授。他与泰纳合作,以充分的实验事实证明钾和钠都是元素,纠正了认为这两种金属都是氢的化合物的传统观念。又如,自拉瓦锡之后,形成一个传统的错误观点,认为一切酸中都必含有氧。硫化氢具有酸性,因此硫磺也含有氧。盖·吕萨克通过实验证明,硫、磷等物质中都不含氧,它们是元素,不是化合物。同样,氯化氢的水溶液是酸但不含氧。所以酸类可分为含氧酸和无氧酸两类,并非所有的酸都含氧。

  盖·吕萨克是近代的一位伟大化学家,同时还是一位多才多艺的人。他的科学生涯始于物理学。1805年与洪堡德合作,曾周游欧洲各地,详细地考察过地磁的分布及其规律。1322年,他研究气体的热膨胀问题,发现了一条重要的定律:一定质量的气体,在压强不变的条件下,温度每升高(或降低)1℃,增加(或减少)的体积,等于它在0℃时体积的100/26666(现今为1/273)。这就是著名的盖·吕萨克定律。1826年,他被选为彼得堡科学院的名誉院土。

  他特别重视把科学理论成果转化为生产力。他对硫酸制造工艺的改进,就是他对硫化物研究成果的重要应用。19世纪初流行铅室法制硫酸工艺,但氧化氮不能回收,造成严重污染。1827年,他建议在铅室后面,安装一个淋洒冷硫酸的“吸硝塔”,解决了工艺吸收氧化氮消除污染、降低硫酸成本的难题。为此,人们称吸收塔为“盖·吕萨克塔”。

  盖·吕萨克不仅是杰出的科学家,也是一位社会活动家。1830年,他被任命为巴黎植物园的化学教授,同时当选为国民议会的议员。长期的繁忙和危险的工作,潮湿的实验室,使他身患严重的关节炎,健康状况日益恶化,但他顽强地同病魔博斗,坚持研究工作。1850年5月9日,这位著名化学家在巴黎逝世。这对当时世界科学中心的法国,无疑是个巨大的损失。

 

 

 来源:慧师网

(责任编辑:汪春)



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