目前,人类所掌握的化学元素,连同人工合成的元素加在一起已有109种。在寻找新元素的道路上,由许多有才干的科学家贡献了毕生的精力。18、19世纪瑞典化学家席勒、伯齐利乌斯各发现4种元素,19世纪的德国化学家拉姆塞发现了5种元素。而独占鳌头德应推英国大化学家戴维(1778—1829年)。戴维在短短的一年时间内发现了七种新元素,它们是钾、钠、钙、锶、钡、镁、硼。
这是目前世界上发现化学元素最多的化学家。
相关资料:
戴维和道尔顿是同时代的化学家。比道尔顿小12岁的戴维热情奔放,擅长演说,实验技术高明,年轻时就困做出了不少惊世之举而成为举世瞩目的化学家。他以实际行动在资本主义发展时期显示了科学的意义,为提高科学的社会地位作出了突出的成绩。
从学徒到科学家
1778年12月17日,亨弗利·戴维出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村。父亲是个木器雕刻匠。他5岁入学,是个淘气、贪玩的学生。他衣服的两个口袋,常常是一个装着钓鱼的器械,另一个装满了各种矿石,这是在离家不远的矿区拣的。他有惊人的记忆力,别人讲过的故事或自己看过的书,他不但记得故事情节,还能生动他讲叙出来。每逢过节聚会,大人们都喜欢让他背诵诗歌,小伙伴们则求他讲故事
1794年他父亲去世,家境更加困难了。为了谋生糊口,作为长子的戴维被送到当地一位名叫柏拉兹的医生那里当学徒。这项工作很符合戴维的志趣。他一方面充当医生的助手,护理病人,学习行医的本领,另一方面他必须天天调配各种药物,用溶解、蒸馏的方法配制丸药和药水,真正地操作化学实验仪器。这时他才明白自己的知识大浅薄了,于是开始勤奋地学习,抓紧空隙认真阅读拉瓦锡的《化学概论》等化学著作。通过学习,他做实验的内容和目的明确了,凡是著作中讲过的实验,他尽可能地一一试试。凡是好书他都设法借到,如饥似渴地阅读。遇到学识渊博者,他就主动求教。恰好此时有个叫格勒哥里。瓦特(发明家詹姆斯·瓦特的次子)的人来到彭赞斯考察,小戴维闻讯后,登门求教。瓦特很喜欢这个聪明好学的年轻人,热情地帮助他解疑答惑。就这样,在四年的学徒生洁中,他的知识增长很快。
1798年经瓦特介绍,戴维来到布里斯托尔,在帕多斯医生开设的气体疗病研究所实验室当管理员。在当时,许多气体相继被人们发现。人体吸人氧气,感到清新舒畅;氨气则有强烈的刺激性。究竟各种气体如何影响人的生理功能?哪些气体能用来治病?这些都是很多医生所关心的。帕多斯创办的这一研究机构则专门从事这一问题的探索。帕多斯懂得化学,擅长医术,戴维对这里有更好的学习和实验机会感到称心如意。他们共事一段时间后,帕多斯发现戴维有精湛的实验技术,是个有前途的人才,于是提出愿意资助戴维进大学学医。但是,这时的戴维对化学兴趣益浓,已下决心要一辈子从事化学研究,所以谢绝了帕多斯的好意。
1799年4月,气体疗病所发生了一件事,使戴维的名声大振:戴维制取了一氧化二氮(又名笑气)。有人认为它是一种有毒气体,帕多斯认为它能治疗瘫痪病。究竟怎样多戴维决心亲自试验一下。许多朋友都劝他,认为这样做太危险。勇于探险的性格使戴维立即投入实验,事后在记录上他写道:“我是知道进行这实验是很危险的,但从性质来推测可能不致于危及生命。……当吸入少量这种气体后,觉得头晕目旋,如痴如醉,再吸四肢有舒适之感,慢慢地筋肉部无力了,脑中外界的形象在消失,而出现各种新奇的东西,一会儿人就象发了狂那样又叫又跳,……”醒来后,他觉得很难受。通过亲身的体会,他知道这种气体显然不能过量地吸人体内,但少量的可用在外科手术中作麻醉剂。随后他将这试验的过程和亲身的感受及笑气的性质写成小册子。许多人读到这小册子后,为戴维的介绍所吸引,好奇地以吸入笑气为时髦。戴维的名声就随着笑气而宣扬开了,许多人争先恐后地来结识戴维。此时他仅22岁。
因研究热力学而出名的物理学家汤普逊即伦福德伯爵, 1799年来到了英国。为了普及科学知识,他通过私人募捐,在伦敦创办了皇家科普协会。这一科学团体并不进行教学活动,而是定期地举办各种讲座,传授科学的新发现及其应用。协会设有教授席位,并为教授提供设备完善的实验室。所聘请的教授几乎全是当时著名的科学家。
1801年初,经多人推荐,戴维被皇家科普协会聘请。伦福德伯爵早闻戴维才干,但是他们第一次见面时,戴维穿的很破旧,神态也很拘谨,伦福德很失望。考虑到他很年轻,就委任他为化学助教,兼管实验室。不久戴维丰富的知识和高超的实验技术使伦福德意识到他最初的印象是个错觉,所以戴维到职后第六个星期就升任副教授,第二年又提为教授,成为第二任化学教授。
在科学的讲座上,戴维以他的超群智力和非凡口才获得了出乎意料的成功。人们蜂拥而来,有时竟达千人之多,把会场挤得水泄不通。他很快就赢得了杰出讲演者的名声,成为伦敦的知名人士。正如当时有人的评述:“他的讲演给人的感觉和所得到的热烈称赞,完全出乎想象之外。许多科学家、文学家、大学生及那些庄重的绅士、时髦的小姐急切地拥挤在会场,看着这文弱青年的简单操作,听着那富于表情的叙述。他那渊博的知识、生动的比喻和精巧的实验引起了惊奇的注目,获得了极高的赞赏。许多人恭维他,请他吃饭,送他礼物,几乎把戴维忙得难以招架。听众的热烈情绪,对戴维是个极大鼓励,他更加勤奋地进行化学研究。每天很早起床,早饭前从事2小时的阅读和著写,上午10时进入实验室工作到下午4时,晚上是讲座或各种社交活动。日复一日坚持下去。成绩和荣誉没有辜负勤奋的人, 12年中戴维先后在电化学、建立酸的氢学说、发现碘元素、发明矿用安全灯、创制电弧灯等方面作出贡献。1303年他被选为英国皇家学会会员,1807年出任皇家学会秘书, 1820年被选为皇家学会会长。1826年积劳成疾而病倒,1827年死于日内瓦,终年51岁。
电化学的丰硕成果
1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的电池,使人类第一次获得了可供实用的持续电流。1800年英国的尼科尔逊和卡里斯尔采用伏打电池电解水获得成功,使人们认识到可以将电用于化学研究。许多科学家纷纷用电做各种实验。戴维在思考,电既然能分解水,那么对于盐溶液、固体化合物会产生什么作用呢?在皇家科普协会繁忙的工作中,他开始研究各种物质的电解作用。首先他很快地熟悉了伏打电池的构造和性能,并组装了一个特别大的电池用于实验。然后他针对拉瓦锡认为苏打、木灰一类化合物的主要成分尚不清楚的看法,选择了木灰(即苛性钾)作第一个研究对象。开始他将苛性钾制成饱和水溶液进行电解,结果在电池两极分别得到的是氧和氢,加大电流强度仍然没有其它收获。在仔细分析原因后,他认为是水从中作祟。随后他改用熔融的苛性钾,在电流作用下,熔融的苛住钾发生明显变化,在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰。这产生紫色火焰的未知物质因温度太高而无法收集。再次总结经验后,戴维终于成功了。在1807年皇家学会的学术报告会上,戴维是这样介绍的:
将一块纯净的苛性钾先露置于空气中数分钟,然后放在一特制的白金盘上,盘上连接电池的负极。电池正极由一根白金丝与苛性钾相接触。通电后,看到苛性钾慢慢熔解,随后看到正极相连的部位沸腾不止,有许多气泡产生,负极接触处,只见有形似小球、带金属光泽、非常象水银的物质产生。这种小球的一部分一经生成就燃烧起来,并伴有爆鸣声和紫色火焰,剩下来的那部分的表面慢慢变得暗淡无光,随后被白色的薄膜所包裹。这小球状的物质经过检验,知道它就是我所要寻找的物质。
通过实验戴维进一步认识到,这种物质投入水中,沉不下来,而是在水面上急速奔跃,并发出咝咝响声,随后就有紫色火花出现。这些奇异的现象使他断定这是一种新发现的元素,它比水轻,井使水分解而释放出氢气,紫色火焰就是氢气在燃烧。因为它是从木灰中提取的,故命名为钾。
对木灰电解成功,使戴维对电解这种方法更有信心,紧接着他采用同样方法电解了苏打,获得了另一种新的金属元素。这元素来自苏打,故命名为钠。
连续六个星期的紧张实验,把戴维累得形容枯槁,两眼窝陷,脸色苍白,但是他还是以坚强的毅力坚持着。1807年11月19日,他支撑着在学术报告会上介绍了发现钾、钠两元素的经过。暴风雨般的掌声和热烈的祝贺,使戴维感到非常幸福,当他回到家中,病魔终于把他打倒。操劳过度招来的热病使他在死亡的边缘挣扎了9个星期。由于公众的关心,医生的日夜看护,病势终于好转了。
疾病丝毫也没挫减他的锐气和热情。当身体稍好一点,他又来到实验室,开始新的攻关。从1808年3月起,他进而对石灰、苦土(氧化镁)等进行电解,开始时他仍采用电解苏打的同样方 法,但是毫不见效。又采用了其它几种方法,仍未获得成功。这时瑞典化学家贝采里乌斯来信告诉戴维,他和篷丁曾对石灰和水银混和物进行电解,成功地分解了石灰。根据这一提示,戴维将石灰和氧化汞按一定比例混和电解,成功地制取了钙汞齐,然后加热蒸发掉汞,得到了银白色的金属钙。紧接着又制取了金属镁、锶和钡。电化学实脸之花在戴维手中结出了丰硕的果实。 永载史册的业绩拉瓦锡曾认为所有的酸中都含有氧。这一观点一度很流行。据此,盐酸中应含有氧,氯不是元素而是氧化物。然而,化学家们想尽办法也没有从盐酸或氯气中找到氧刚刚在电解制取碱金属。碱土金属的实验中获得成功的戴维开始研究这一难题。通过一系列精心设计的实验,戴维确认氯气是一种元素,盐酸中不含氧,氢才是一切酸类不可缺少的要素。经过一段时间的检验,人们接受了戴维的观点,酸的氢元素说取代了错误的酸的氧元素说。从此,人们对酸的本质有了正确的认识。 戴维生活的时代,工业革命在英国蓬勃地展开。燃料普遍以煤代替木材,大大刺激了煤矿的开采。然而瓦斯爆炸时常发生,它象魔鬼一样使矿工不寒而栗。矿主和矿工组成的“预防煤矿灾祸协会,久仰戴维的大名,登门请求戴维帮助。戴维立即亲赴矿场分析这一爆炸性气体,证明可燃气体都有一定燃点,而瓦斯的燃点较高,只有在高温下才可能点燃爆炸,通常由于矿井中点火照明而引爆了瓦斯。针对这点,戴维制作了一种矿用安全灯,并亲自携带此灯深入最危险的矿区作示范。戴维的发明很快被推广,有效地减少了瓦斯的燃爆,深受矿工们欢迎。这时有人劝戴维保留这一发明的专利,但是他拒绝了,他郑重申明:“我相信我这样做是符合人道主义的。”由此可见他从事科研的目的。 戴维在研究硼酸、硝石、金刚石,在发现碘元素、发明弧光灯等许多方面作出了出色的成绩。在这些成绩之外,还有两件工作是后人常常称颂的。
伦福德创办的皇家科普协会是靠私人捐助维持的,但是这种捐款很不容易筹得。虽然教授们的讲座的好坏对捐款有影响,但起决定作用的是学院的方向。按伦福德原先的设想,主要从事科普和应用科学新成就的示范。戴维等人让协会主动地为一些有影响的团体做一些科学实验,积极地承担某些有影响的研究项目,从而扩充了协会的工作内容。例如1802一1812年间,由于法国大革命而减少了对英国的粮食进口,为帮助农业发展,戴维在协会开设了农业化学的课程。1801一1806年,戴维还开展了制革技术的研究。1815年他发明了矿用安全灯。就这样,协会不再单纯地开设讲座,而兼作一个科研组织。不仅进行科普宣传,而且密切了科学与生产的联系,显示了科学的意义,提高了科学的社会地位。
伟大的科学家法拉第是戴维发现的。由于戴维的帮助,法拉第来到了皇家科普协会实验室,由一个贫穷的订书工变成戴维的助手。虽然戴维在晚年,曾因嫉妒法拉第的成就而压制过他,但是不能不承认正是戴维对他的培养,为法拉第以后完成科学的勋业创造了必要的条件。所以戴维发现并培养了法拉第这样一个杰出人才,这本身就是对科学事业的一个重大贡献。
戴维和他“最伟大的发现”
1778年12月17日,汉弗莱·戴维出生于英国的彭赞斯。他的父亲 是一位木雕师,母亲十分勤劳,但他们的生活并不富裕。父母含辛茹苦地养育着戴维和他的四个弟妹,并希望汉弗莱和他的弟弟受到良好的教育。
戴维幼年时活泼好动、富有情感,爱好讲故事和背诵诗歌,时常还编些歪诗取笑小伙伴和老师。他成绩最好的功课是将古
在这种自由、愉快的童年生活中,戴维有足够的时间思考、想象,形成了他热情、积极、独立、不盲从、富于创造的个性。他所在的学校是十八世纪末年康沃尔一地较好的中学,戴维在这里学到了多方面的知识,例如神学、几何学、外语和其他学科知识。他还阅读了大量的哲学著作,例如康德的先验主义书籍。
家境变迁后的长兄
15岁以后,由于父亲病重,家境贫困,戴维开始辍学。1794年,父亲病逝。还不到16岁的戴维忽然感到了作为长兄的责任。1795年,他一改顽童的习气,到彭赞斯镇的外科医生兼生理学家波拉斯处当学徒。在那里,戴维接触到许多知识丰富的人,很受激励,遂制定了庞大的自学计划,仅外语就有七门之多。他还利用现成的药品和仪器开始了他最初的化学实验训练。1797年戴维阅读了尼科尔森写的《化学锌典》和拉瓦锡的名著《化学概要》,大大地丰富了他的化学知识。在这一时期他结识了蒸气机的发明者詹姆斯·瓦特的儿子格利高利·瓦特以及后来继戴维任过英国皇家学院主席的吉迪。吉迪允许戴维利用他的图书,还介绍戴维到克利夫顿的博莱斯家族所拥有的十分完备的图书室中阅览,使戴维有机会进行广泛的涉猎,为以后的发明创造打下了坚实的基础。
在克利夫顿,英国物理学家贝多斯创建了一所气体研究所,目的是研究各种气体对人体产生的生理作用,希望能由此找到一些具有医疗作用的气体,同时还有搞清楚哪些气体对人体是有害的。研究所需要一位优秀的化学家,贝多斯就聘请戴维任职。戴维研究的第一种气体是一氧化二氮。按照美国化学家米切尔的观点,一氧化二氮对人体是有害的,当任何人吸入这种气体后就会受到致命的打击。戴维并不盲从米切尔,他反复进行试验,发现一氧化二氮对人体并无害处,人吸入了这种气体后,会产生一种令人陶醉的感觉,所以戴维建议,一氧化二氮可以用在外科手术上。戴维关于一氧化二氮对人体的作用的论著在1800年出版,对一氧化二氮的麻醉作用进行了全面的评价,认为它是有历史记录以来最好的麻醉剂。从此,牙科和外科医生开始利用一氧化二氮做麻醉剂;马戏团的小丑也要在上场之前吸一点一氧化二氮,因为它对人的面部神经有奇异的作用,能使人产生意味不同的狂笑。一氧化二氮被人称为“笑气”而传播开来。除此之外,戴维还研究包括二氧化氮和一氧化碳在内的各种气体对人体所产生的生理作用。显然,研究这两种气体是十分危险的,但是戴维还是坚持做下去,并且鼓励他的弟弟约翰·戴维也来做这种冒险的实验。
戴维在进行气体研究时,在定量实验研究方面显示出很强的能力,他的容量分析实验技术是十分高明的。他的研究工作的特点是肯花强度很大的劳动,但却能以惊人的速度获得实验结果,而且在使现有仪器去适应新的课题研究方面表现出特殊的创造性。他对于重复和证明别人的发现不感兴趣,但在创新上却表现出很大的毅力。
戴维关于一氧化二氮呼吸作用的论著使他大大地出了名,从此他的化学生涯有了一个好的开端。
伏打发明电堆的消息公布以后,尼科尔森和卡里斯尔报告了他们利用伏打电堆将水分解成氢气和氧气。了解到这些新的发现后,戴维立即投身到这个研究领域,并发表了论文,例如1800年发表在《尼科尔森自然哲学杂志》上的“化学和工艺”一文。戴维在研究中不但利用了伏打电堆这种当时先进的实验工具,而且总是保持了最清醒的头脑,探索前人在实践和理论方面是否还有不足之处。伏打一直认为电堆中的电流仅仅是由于两种不同的金属接触以后产生的,但是戴维则是第一个认识到这种“接触理论”的不足的化学家,他认为电流不只是由于接触才产生的,实际上是由于电堆中发生了化学反应而产生的。他还指出,在电解池中,由于电流的作用使化合物分解成为它的组分。戴维的观点在法国和德国受到普遍的重视和支持。
戴维还发现,如果在金属片之间的水中不存在着氧,电堆将不能很好地发挥作用,从而得出结论,认为金属锌和铜(或银)的氧化还原反应是锌-铜(或银)电堆产生电流的原因。由此进一步推论,如果在电堆中用硝酸代替其中的水或食盐溶液,电堆的效果会更好,因为硝酸的氧化性比氧气的氧化性更强。戴维还使用了将电极分别放在二个容器中的电堆,使这些容器的溶液之间用润湿的石棉绳相连。
上述研究成果在1801年发表,从这里我们可以再一次看到戴维的创新精神。
在皇家学院
这一年,戴维被选入皇家学院,担任学院的讲师。他很高兴地写信给母亲:“您大概听说过隆福德伯爵和其他贵族所建立的皇家学院吧?这是一所非常华丽的建筑,只是还没有把有才能的人组织进去使它发挥突出的作用,隆福德伯爵建议我到那儿工作。”事实确实是象戴维所说的那样,自从皇家学院吸收了戴维这样的新鲜的血液以后,(后来戴维又发现了助手法拉第,把他也选进了皇家学院)才使它成为世界上最著名的科学机构之一。皇家学院的宗旨是传播知识,为大部分人提供技术训练,鼓励新的有用的机器的发明和改进,并且举行定期的讲演以宣传上述成果。在戴维任职期间,这种讲演进行得更为频繁,他本人就是一位卓越的演说家,他成功地吸引了广大的大学生、科学家和科学爱好者,其中也不乏无所事事的公子小姐来附庸风雅。于是,在很短的时间内戴维就成了伦敦的名人,而且在伦敦城里,科学变得更加时髦起来。皇家学院成了英国科学研究的中心和讲演科学的重要场所。
戴维初到皇家学院时,他的讲演都是有关技术方面的课题。1805年由于发表了一篇关于鞣革方面的论文而获得科普利桨。1802年他为农业部门作关于农业化学的讲座, 一直持续到1812年,这是第一次将化学应用到农业领域的尝试,在李比希关于农业化学的著作发表以前,戴维的讲座一直被认为是农业化学方面开拓性的工作。
1806年戴维用电化学研究成果开办了贝克林讲座,内容是电解水的研究。他指出:在电解纯水时,产物只有按理论比例产生的氢气和氧气,这与瑞典化学大师贝采里乌斯所得的实验结果是一致的。但是其他研究电解水的化学家则指出,在电解水时电极的周围会出现酸和碱,而且电解时得不到按理论比例产生的氢气和氧气。戴维用自己精确的实验对上述疑问作出了回答,他指出:用在银质仪器中进行重新蒸馏过的纯水,放在金制的或玛瑙制的容器中,并在氢气气氛中进行电解(这样做可以避免新生态的氢气、氧气与空气中的氮气发生反应),只产生氢气和氧气,电解水的时候电极周围产生酸和碱的原因是水的纯度不够(其中含有盐)。在尼科尔森和卡里斯尔电解水的实验公布以后的六年之内,并无一位化学家注意到上述问题,恰恰是戴维解释了这一疑难。他还提出利用电解作为一种化学分析方法,并讨论了电解时溶液中物质的传输问题。他发现在二个杯子里分别装上电极和导电的溶液,再在第三个杯子里装入中性盐溶液,每一个杯子里都加入姜黄或石蕊指示剂,再用石棉绳将三只杯子中的溶液连接起来,则在电解时指示剂会在电极附近发生颜色变化。如果在装电极的两只杯子里加入氯化钡溶液,把盛硫酸的杯子放在它们的中间,三只杯子中的溶液用石棉绳连接起来,则在电解时,中间杯子里将产生硫酸钡沉淀,证明电解过程中物质是在传输的。
戴维是贝采里乌斯电化二元论的坚强支持者。他们把化学元素分成正电性和负电性的,只有带不同电性的元素才能化合形成中性物质,这些中性物质又能被电流极化和分解。每种元素都具有或正或负、或强或弱的电性,这决定了它们间的化学亲和力——强正电性的元素与强负电性的元素间的化学亲和力强,故非常容易化合,生成稳定的化合物。电化二元论贯穿当时的化学理论,起着基础的组织和分类作用。戴维用电解方法发现多种新元素的轰动效应,促使贝采里乌斯系统地提出了电化二元论。
电解发现多种新元素
1807年戴维在贝克林讲座中描述了分离出金属钾和钠的过程。前一年他开始采用新的电解的方法来研究化学元素。拉瓦锡曾经认为化学家关心的不是元素,而是那些当前还不能够被分解的物体。当时曾经有人将碱、苏打、钾草碱(从草木灰中提炼出来的碳酸钾)当作不能被分解的物体,但是拉瓦锡却拒绝把它们列入不能被分解的物体的名单中。受到拉瓦锡文章的启发,戴维就想用电解的方法从碳酸钾、碳酸钠和碱中离析出这些化学元素。他提出了大胆的预见:“如果化学结合具有我曾经大胆设想过的那种特性,不管物体中的元素的天然电力(结合力)有多么强,但总不能没有限度 ,而我们人造的仪器的力量似乎是能够无限地增大,希望新的方法(指电解)能够使我们发现物体中真正的元素。”
戴维用了250对金属板制成了当时最大的伏打电堆,以便产生强大的电流和极高的电压。开始时,他用苛性钾的饱和溶液进行电解,但是并未分离出金属钾,只是把水分解了。戴维决定改变这种做法,电解纯净的苛性钾,但是干燥的苛性钾并不导电。他又将苛性钾烧至熔化,接通电流后,阴极白金丝周围很快出现了燃烧得很旺的淡紫色火苗。戴维还是一无所获。
待他冷静思考后,判断苛性钾的确分解了,但分解产物在高温下又立刻烧掉了。他感到一阵轻松和振奋。晚上还有别人的宴请和舞会,戴维来不及换衣服,在外面又罩上一件新衣服便一阵风似的跑了。尽管实验非常紧张,但他从不耽误宴会。他优秀的口才、即刻成诗的能力在宴会上表现得淋漓尽致。别人的赞扬使他愉快。在社交中他充分享受着生活的激情。
伦敦城里到处沸沸扬扬传说着戴维分解了苛性钾,戴维却渐渐焦急起来。离贝克林讲座只有一个多月的时间了,怎样得到分解产物让大家看呢?皇家学院的创办人隆福德伯爵已于1803年和拉瓦锡的遗孀玛丽结婚而移居法国,现在支撑皇家学院的主要就是收费的贝克林讲座,这可不能出纰漏。戴维以更大的精力投入到实验中去。
1807年10月6日,伦敦大雾。戴维拿出一块苛性钾放在空气中观察,一会儿它的表面吸附了一些水分。“这不就有了导电能力?”戴维想着,马上便招呼他的助手准备实验。他们将表面湿润的苛性钾放在铂制的小盘上,并用导线将铂制小盘与电池的阴极相连;一条与电池的阳极相连的铂丝则插到苛性钾中,整个装置都暴露在空气中。通电以后,苛性钾开始熔化,表面就沸腾了,戴维发现阴极上有强光发生,阴极附近产生了带金属光泽的酷似水银的颗粒,有的颗粒在形成以后立即燃烧起来,产生淡紫色的火焰,甚至发生爆炸;有的颗粒则被氧化,表面上形成一层白色的薄膜。戴维将电解池中的电流倒转了过来,仍然在阴极上发现银白色的颗粒,也能燃烧和爆炸。戴维看到了这一惊人的发现,欣喜若狂,竟然在屋子里跳了起来,并在他的实验记录本上写下了:“重要的实验,证明钾碱分解了。”他把笔一甩,本上流下了一大团墨迹。
后来戴维在密闭的坩埚中电解潮湿的苛性钾,终于得到了这种银白色的金属。戴维把它投入水中,开始时它在水面上急速转动,发出嘶嘶的声音,然后燃烧放出淡紫色的火焰。他确认自己发现了一种新的金属元素。由于这种金属是从钾草碱(potash)中制得的,所以将它定名为Potassium (中译名为钾)。后来他又用电解的方法制得了金属钠、镁、钙、锶、钡和非金属元素硼和硅,成为化学史上发现新元素最多的人。
戴维在电解石灰和重土(BaO)时遭到了多次失败,因为石灰和重土的熔点分别高达2580℃和1923℃,这么高的温度下钙、钡一旦出现便马上燃烧。1808年5月,戴维收到了贝采里乌斯的一封信,信中提到他和瑞典国王的御医曾将石灰和水银混合在一起电解,成功地分解了石灰;他们还用这种方法电解重土制得了钡汞齐。在贝采里乌斯的启发下,戴维把潮湿的石灰和氧化汞按3:1的比例混合,放在白金皿中电解,制得了大量的钙汞齐。他小心地蒸去汞,从而在化学史上第一次得到了纯净的金属钙。
“氧化盐酸”不是化合物
在研究碱金属和碱土金属的过程中,戴维又遇到了另一个疑难问题,他发现碱乃是一种氧化物,但是如果要把酸说成是含有氧,却使他感到困惑不解。他早就了解到拉瓦锡的酸的含氧理论,拉瓦锡认为氧是酸性的起源,一切酸中都含有氧。到底是大化学家拉瓦锡错了,还是戴维对于酸的认识不正确?
戴维在研究碲的化学性质时发现碲化氢是一种酸,但是它并不含有氧,使他开始怀疑氧是否存在于所有的酸中。为了寻找更多的证据,戴维开始研究起盐酸。按照拉瓦锡的观点,1774年舍勒用盐酸与二氧化锰作用制得的一种黄绿色的新气体是氧化盐酸,而盐酸是由氧和另外一种未知的基所组成的,氧化盐酸则是由这种基与更多的氧化合而成的。但是戴维想尽了一切办法也不能从氧化盐酸中把氧夺取出来。他说:“即使木炭被伏打电堆烧成白热状态,也不能使氧化盐酸气发生任何变化,我多次重复这种实验,结果都是一样,因此我怀疑这些物质中是否存在着氧。”
法国物理学家、化学家盖·吕萨克和泰纳也进行了同样的实验,认为氧化盐酸中并没有氧,相反地,氧化盐酸可能具有元素的本性。但是他们又坚信大化学家拉瓦锡的观点是没有错误的,所以虽然他们已经打开了发现氯是一种化学元素的通道,但是结果还是无所创造。只有戴维宣称,只要不存在水,氧化盐酸所发生的一切反应都不会产生氧,他认为最好把氧化盐酸看成一种不能被分解的物质.他认为事实表明了拉瓦锡和法国化学学派所持的见解,表面看起来很漂亮,也能令人满意,但是从现在已经掌握的知识来考察,它不过是建立在假设的基础上的一种理论。于是戴维以无可辩驳的事实确认所谓的“氧化盐酸”决不是一种化合物,而是一种化学元素,他将这种元素命名为Chlorine(中译名为氯),意为黄绿色的。他认为氯和氧一样都可以助燃,氧化反应不一定非要有氧气存在,他还指出所有的放热反应都是氧化反应。戴维的这些观点非常出色地发展了拉瓦锡的燃烧的氧化理论。
“最伟大的发现”
当我们惊叹于戴维敢于突破权威、尊重事实、富于创新的精神时,当贝克林讲座的听众们为戴维不断的发现所折服、嘘叹不已时,戴维的健康却在透支。疯狂地工作使他十分衰弱。就在这次贝克林讲座前,他应邀到监狱考察流行的伤寒病,自己却受到了感染。贝克林讲座之后他再也撑不住了,在医院里几经抢救才渐渐恢复。这期间来探望的人络绎不绝,院方只好在大门口挂一个告示牌,每天公布戴维当天的病情。
出院后戴维在家疗养。这一天他收到一封信和一本368页装帧精细的书,书的封面写着:戴维演讲录。书中却是手写体,还有许多精美的插图。信中写道:“我是印刷厂装订书的学徒,热爱科学,听过您的四次演讲。现将笔记整理呈上,作为圣诞节的礼物。如能蒙您提携,改变我目前的处境,将不胜感激。——法拉第”
戴维看了感慨万端,联想到自己的身世,他马上给法拉第写信,约他一个月后会面。
1791年9月22日法拉第出生在伦敦一个铁匠的家庭。他除了阅读、写作和算术等课程外,没有受到正规的教育。十三岁开始,他在一个装订商门下当学徒。法拉第几乎阅读了送到这家店铺装订的所有科学书籍,其中包括《大英百科全书》的电学部分。对他影响特别深刻的一本书是玛赛特夫人(一位物理学家的妻子)写的《化学中的守恒》,他开始用他节省下来的零用钱买了一些便宜的仪器和药品,做起化学实验来。在他一位并不富裕的哥哥的资助下,法拉第听了戴维的贝克林讲座,他感到很受激励,便精心整理了听课笔记,拿出他装订书的绝活,一本装帧精细的《戴维演讲录》便呈现在戴维的眼前。
不久,戴维安排法拉第在他的实验室当助理。虽然有很多清理和洗刷仪器等勤杂工作,法拉第却能耳濡目染戴维和他的助手们有关科学的谈论以及他们的实验过程,他感到很高兴。戴维很快就看出了法拉第的才能,逐渐放手让他多参于实验甚至独立工作。
当时蒸汽机广泛使用,煤炭开采供不应求,矿井的瓦斯爆炸事件频繁。例如英国泰恩河畔的纽卡斯尔煤矿发生的瓦斯大爆炸,几千名矿工不幸丧命。戴维响应“预防煤矿灾祸协会”的号召,研制安全矿灯。在法拉第的协助下,戴维将矿灯的外面加了一个金属丝网做的外罩,金属丝网导走了矿灯火焰的热量,使可燃气体达不到燃点,瓦斯就不会爆炸了。这种安全矿灯使用了一百多年,拯救了全世界千千万万矿工的生命。
1813年秋天,戴维带着法拉第到欧洲去旅行兼学术访问,历时一年半。法拉第作为助手和侍从要为戴维夫妇做很多服务,但他却有机会结识了许多著名的科学家,如安培、切夫路尔、盖·吕萨克和伏特,聆听他们的演讲和谈话,了解他们的科学研究活动,开阔了科学视野。正如熟悉法拉第的英国化学家武拉斯顿所说:“法拉第的大学是欧洲,他的老师乃是他所服侍的主人——戴维,以及由于戴维的名气而使法拉第得以结识的那些杰出的科学家。”
在同戴维一起工作的几年中,法拉第发表的论文几乎涉及化学的各个领域。他成功地获得了液态氯;较早地冶炼出不锈钢;研究了银化合物与氨的反应;分离出多种有机物,其中最重要的是苯;发现了电解当量定律。当然法拉第最伟大的贡献是在物理学的电磁学方面,他通过实验发现了发电机和电动机的全部原理,极大地推动了社会的进步。他因此可以与伽利略、牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦齐名。
1816年法拉第开始在英国皇家学院举办了一系列的讲演,取得了辉煌的成功。1825年他接替戴维当了实验室主任。随着法拉第的声誉日高,人们常说:“戴维最伟大的发现是发现了法拉第。”这样的戏言使戴维对法拉第产生了嫉妒。1824年,戴维反对法拉第当选为英国皇家学会(不是皇家学院)的会员,他是25个人中唯一投反对票的。虽然法拉第顺利当选,但这件事使人们感到非常的遗憾与可悲。
汉弗莱·戴维爵士
1813年戴维和法拉第在法国时,请求拿破仑建立科学奖励制度。由于戴维的重大贡献,他获得了三千法郎的奖金。当时英国和法国之间正在作战,但是戴维认为科学是没有国界的,所以他和助手法拉第一直在法国访问。在此期间戴维还当选为法国科学院院士。
1820年戴维获悉班克斯爵士得病, 后者在戴维出生以前就担任英国皇家学会主席,戴维立即赶回伦敦。班克斯逝世以后,竞选皇家学会主席的显然只有二个人,一个是戴维; 另一个就是武拉斯顿。戴维坚信在竞选中一定能够获胜,而武拉斯顿则在临选举前夕宣布退出竞选,于是戴维就在1820年当选为英国皇家学会主席,在1820—1827年期间一直担任此职。从此以后,皇家学会变得更加生气勃勃,吸引了大量科学家,戴维希望这些同事都要尽力,并希望从英国政府得到最大的支持。他还建议大不列颠博物馆效法巴黎的自然历史博物馆,不仅供大家参观,也要成为研究中心。
皇家学会要求了解引起船舶的铜底壳腐蚀的原因,戴维又开始研究这一课题,发现如果用电正性更强的金属片(称之为保护层)固定在铜片上,铜就不会再被海水腐蚀了。但是在试验过程中,海生物、植物紧紧地粘附在保护层上,使船舶行驶受到严重的阻力,所以这项研究始终没有成功。
1826年,由于家庭的原因,戴维结束了最后一次贝克林讲座,此后就因健康情况日益下降而退出了科学研究领域,开始到欧洲治病。1826年戴维得到了最高的荣誉,被封为汉弗莱·戴维爵士。
谈起戴维的病,人们常常联系到他那热情得近似疯狂的作风,以及他在化学实验中那些大胆的行为,他的弟弟约翰·戴维在描写他哥哥时就说过:“汉弗莱在实验中的大胆行为是颇为有名的。他在做实验时几乎忘记了危险,而且每天都会发生这种冒险行动。”戴维曾经在制备三氯化氮的实验中伤害了自己的眼睛。这样年复一年的毒害和疯狂的工作使戴维的身体异常衰弱,虽然他到欧洲去遍访名医,但也无济于事,过早地于1829年5月29日在瑞士的日内瓦逝世,只活了51岁。
戴维谢世后,他的弟弟替他编了一部全集,书名是《汉弗莱·戴维爵士全集》,共九卷之多,成为化学史上的重要文献。