化学领域中的探险者——盖吕萨克

上一篇 / 下一篇  2010-07-12 14:25:10

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  法国的物理学,化学家盖•吕萨克(Gay-Lussac,J.L.1778-1850),生于

  法国利摩日地区的圣•雷奥纳尔镇.他的父亲是当时的检察官,家境比较富裕.

  盖•吕萨克在家乡受初等教育后,就进入巴黎工业学校学习.他热爱化学专业和

  实验技术,深得该校著名化学家贝托雷 (Berthollet,C.L.1748-1822)的赏识.

  1880年毕业后,当贝托雷的助手.当时贝托雷正在同化学家普罗斯

  (Proust,J.L.1754-1826) 争论有关定比定律问题.定比定律是普罗斯1799

  年提出来的,他认为,"两种或两种以上的元素相互化合成某一化合物时,其重

  量之比例是天然一定的,人力不能增减".贝托雷对此结论坚决反对,要求盖•吕

  萨克作实验论证自己的观点.盖•吕萨克经过反复实验和分析研究,所记录的事

  实和所得的结论都证明贝托雷的反对是错误的.贝托雷看了盖•吕萨克的实验结

  果后,忽然皱起额头表现出深深的失望.作为大科学家来说,真理总是比自尊心

  更为可贵.他想,做出这一成果的不是别人,而是刚刚踏上科学道路的年轻人

  盖•吕萨克的.这时贝托雷阴沉的脸上露出了笑容,把手搭在盖• 吕萨克的肩上

  说:"我为你感到自豪.象你这样有才华的人,没有理由让你当助手,哪怕是给

  最伟大的科学家当助手.你的眼睛能发现真理,能洞察人们所不知道的奥秘,而

  这一点却不是每一个人都能做到的.你应该独立地进行工作.从今天起,你可以

  进行你认为必要的任何实验."贝托雷忘掉了自己争论问题的失败,高兴地认为,

  世界上又出现了一位伟大的化学家.他不在别处,而是在我贝托雷的实验室里!

  法国将为有此骄子而自豪.

  盖•吕萨克同法国物理学家彼欧(Boit,J.B.1774-1862)两人是青年科学家

  又是好朋友.他们经常在一起研究大气现象和地磁现象,讨论新的想法和制定研

  究计划.他们很感兴趣的是:人怎样上升到空中研究高空大气层和测定地球的磁

  场强度.有一次,他们突然产生了利用气球到高空的想法,这种大胆的设想使他

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  们入了迷,在气球下面悬个坐人的大吊篮.1804年8月2日,天空晴朗,万

  里无云,气候炎热平静无风.黎明时,开始往大球里充入氢气.气球逐渐膨胀,

  几小时后腾空起,平稳上升,下面的人拉紧系住气球的缆绳.盖•吕萨克和彼欧

  坐在圆形的吊篮里.

  "剪断缆绳!"盖•吕萨克吩咐道.

  "一路平安"留在地面上的贝托雷高声地祝贺,并向他们挥手致意. 但他们

  的声间却被下面的大学生,教授,科学工作者和其他各界人士的欢呼所淹没.气

  球轻轻地摇摆了一下,就向上升去.这是从来没有过的伟大场面.气球越升越高,

  两位年轻的科学家高兴地挥动手臂,孩子般地高声叫着.送行的人群逐渐消失,

  在他们下面的无边无际的旷野中. 他们的高空观察磁针的偏转,高度表的变化.

  长到5800米的时候,彼欧头晕,耳痛,面色苍白,满脸大汗,冷得牙齿打颤.

  盖•吕萨克虽然感觉较好,也认为应该下降了.但彼欧坚决要求不要下降,不要

  管他.盖•吕萨克不同意他的意见,于是开始打开阀门,放出一些氢气,听到轻

  微的啸声,气球开始收缩,然后逐渐平稳地下降,几小时就着陆了.两位科学家

  大胆探索的消息,引起了极为强烈的反响,到处都在谈论他们创造的航行事迹.

  1个半月以后,盖•吕萨顾再一次升到空中,气球到达7016米的高度.测量

  的结果表明,即使在这样的高度,磁场也几乎没有任何变化.他在6636米的

  高度采集的空气样品,分析后发现它的成分与前面的空气一样.

  有一次在阿乔伊,当盖•吕萨克站在窗前沉思问题的时候,一个不相识的男

  人要求见他.问了姓名后,知道他是盖•吕萨克在论文中批评过的德国化学家洪

  堡德. (Humbolkt,A.1769-1859).盖•吕萨克感到,这是一个令人不愉快的场面.

  洪堡德却请他坐下,说:"请你相信,我并不埋怨你的批评.批评是正确的,尽

  管文章的口气有些尖锐,但是,我把这归怨于你的年轻.我的朋友,要谦虚一些,

  在科学上不是所有的现象都是那么容易理解的,往往会得出错误的结论."盖•吕

  萨克选同洪堡德的意见,并很快地接受了他们一起研究气体的建议.1805年

  3月这两位青年科学家动身前往南方考察.他们每行300-400公里后,就

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  停下来,搭起小帐篷开始工作,就这样边前进边研究到达了意大利的最南端.秋

  天来到时考察团出发去北方,经过奥地利到波罗地海.第二年,盖•吕萨克同洪

  堡德回到了柏林.他们研究空气的成分,往空气中掺入氢气,将混合气体点燃,

  氧气和氢气化合成水而剩下了氮气.盖•吕萨克发现氢气与氧化合时,氧气的体

  积总是氢气体积的一半.在他与洪堡德共同撰写的论文中写道:"总是100个

  体积的氧气与200个体积的氢气化合并形成水."这个简单的体积关系促使

  盖•吕萨克想到, 是不是其它的气体化合时其体积间也有这样的关系 因而他决

  心研究其它气体化合的反应,看这个体积关系是不是具有普遍性.他用等体积的

  氮气和氧气,用电火花通过这种混合气体.于是气体发生反应变成了氧化氮,他

  发现1个体积的氧气和1个体积的氮气化合后得到2个体积的氧化氮.他研究其

  它气体之间进行的化学反应,参加反应的气体与生成的气体之间,其体积都存在

  着简单的比例关系.在1808年,盖•吕萨克综合各种实验结果,做了这样的

  结论:"各种气体在彼此起化学作用时常以简单的体积比相结合."他还进一步明

  确指出:不但气体的化合反应是以简单的体积比相作用,而且在化合后,气体体

  积的改变(收缩或膨胀)也与发生反应的气体体积有简单的关系.如2体积的一

  氧化碳与 1体积的氧作用,生成2体积的碳酸气,收缩1体积;1体积的氧与碳

  化合,生成2体积的一氧化碳,膨胀1体积;1体积的氧与硫反应,生成1体积

  的亚硫酸气,体积无变化.盖•吕萨克的科学发现是不少的,这仅是他对化学作

  的一部分贡献.

  苯的发现和苯分子结构学说

  苯是在 1825年由英国科学家法拉第(Michael Faraday,1791- 1867)首先

  发现的.19世纪初,英国和其他欧洲国家一样,城市的照明已普遍使用煤气.

  从生产煤气的原料中制备出煤气之后,剩下一种油状的液体却长期无人问津.法

  拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家.他用蒸馏的方法将这种油状液体

  进行分离,得到另一种液体,实际上就是苯.当时法拉第将这种液体称为"氢的

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  重碳化合物". 1834年,德国科学家米希尔里希(E.E.Mitscherlich,1794-863)

  通过蒸馏苯甲酸和石灰的混合物,得到了与法拉第所制液体相同的一种液体,并

  命名为苯.待有机化学中的正确的分子概念和原子价概念建立之后,法国化学家

  日拉尔 (C.F.Gerhardt,1815-856)等人又确定了苯的相对分子质量为78,分子式

  为C6H6.苯分子中碳的相对含量如此之高,使化学家们感到惊讶.如何确定它

  的结构式呢 化学家们为难了:苯的碳,氢比值如此之大,表明是高度不饱和的

  化合物.但它又不具有典型的不饱和化合物应具有的易发生加成反应的性质.

  德国化学家是一位极富想象力的学者,他曾提出了碳四价和碳原子之间可以连接

  成链这一重要学说.对苯的结构,他在分析了大量的实验事实之后认为:这是一

  个很稳定的"核",6个碳原子之间的结合非常牢固,而且排列十分紧凑,它可以

  与其他碳原子相连形成芳香族化合物.于是,凯库勒集中精力研究这6个碳原子

  的"核".在提出了多种开链式结构但又因其与实验结果不符而一一否定之后,

  1865年他终于悟出闭合链的形式是解决苯分子结构的关键,他先以(Ⅰ)表示苯

  结构.1866年他又提出了(Ⅱ)式,后简化为 (Ⅲ)式,也就是我们现在所说的凯库

  勒式.

  有人曾用6只小猴子形象地表示苯分子的结构.关于凯库勒悟出苯分子的环

  状结构的经过,一直是化学史上的一个趣闻.据他自己说这来自于一个梦.那是

  他在比利时的根特大学任教时,一天夜晚,他在书房中打起了瞌睡,眼前又出现

  了旋转的碳原子.碳原子的长链像蛇一样盘绕卷曲,忽见一蛇抓住了自己的尾巴,

  并旋转不停.他像触电般地猛醒过来,整理苯环结构的假说,又忙了一夜.对此,

  凯库勒说:"我们应该会做梦!……那么我们就可以发现真理,……但不要在清

  醒的理智检验之前,就宣布我们的梦." 应该指出的是,凯库勒能够从梦中得

  到启发,成功地提出重要的结构学说,并不是偶然的.这是由于他善于独立思考,

  平时总是冥思苦想有关的原子,分子,结构等问题,才会梦其所思;更重要的是,

  他懂得化合价的真正意义,善于捕捉直觉形象;加之以事实为依据,以严肃的科学

  态度进行多方面的分析和探讨,这一切都为他取得成功奠定了基础.

 

 

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