瑞利-以精确著称的化学家

上一篇 / 下一篇  2010-06-27 14:40:58 / 个人分类:化学实验

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  以精确著称的化学 J.W.S.Rayleigh 1842一1919

  瑞利原名期特墩特(R.J.Strutt),因为他祖父被英国皇室封为瑞利勋爵,他是第三世,故称瑞利勋爵第三。其父辈在科学上都没有什么声望,到瑞利勋爵第三,成了科学巨人,所以科学史上,不称他为斯特勒特,而称瑞利。

  1842年11月12日,瑞利生于英国的特伦,由于出身贵族,所以从小受到良好的教育。他在中小学时代,头脑聪敏,才气初露。1860年,以优异的成绩考入剑桥大学,1865年大学毕业时,列最优等。当时剑桥的主试人指出:"瑞利的毕业论文极好,不用修改就可以直接付印。"

  瑞利毕业后,在剑桥任教职,他对教学尽心尽力。1879年,剑桥大学著名物理教授麦克斯韦去世,空缺的剑桥大学卡文迪许实验室主任职位,由瑞利继任。瑞利对科研事业热情极高,投入了全部身心。他担任著名科研机构--卡文迪许实验室主任之后,扩大了招生人数,把革吞学院和纽那姆学院加以整顿,并批准招收女学生,使妇女和男子一样,享有同等的受教育的权力。瑞利在担任主任期间,自己带头捐出500英镑,同时还向友人募集了1500英镑,为实验室添置了大批的新仪器,从而使实验室的科学研究设备得到充实。瑞利在卡文迪许实验室,精确地进行了银的电化当量研究,从而为电化学的发展作出了贡献。同时,他还对气体的化合体积及压缩性做了精密的定量研究。此外,他对光化学的研究也很有成就。

  瑞利是注重严格定量研究的化学家之一,他的作风极为严谨,对研究给果要求极为准确,这一点,成了他在科学上作出杰出贡献的重要基础。

  瑞利的一项重要研究是从空气和氮的化合物中制取纯净的氮。他经深入研究,1882年,向英国科学协会提出一份报告,精确地指出,氢和氧的密度比不是 1:16,正确的比例应为1:15.882。从这件事可以看出他那极为严谨的工作态度。他还从事气体的化合体积及压缩性的精密测量,计算出许多气体在极限情况下的摩尔体积,并严格测定了氮的密度。瑞利在制取氧和氮的过程中发现,用三种不同的方法制取的氧,密度完全相等,而用不同的方法制取的氮,密度则有微小的差异。如由氨制得的氮,与由空气制得的氮密度就不同,前者要小5/1000左右。对此,他自己反复验证了多次。尽管从实验的角度来看,这个微小的差别是在允许范围内,但瑞利发现,这个"误差"总是表现为由空气除去氧、二氧化碳、水以后获得的氮,比由氮的化合物获得的氮重,误差虽小,但是不对称,这是用传统的说法无法解释的。因而,他将这一实验给果刊登在英国的《自然界》周刊。寻求读者的解答,但他一直没有收到答复。瑞利认为,之所以由空气制得的氮比重大一些,可能有四种解释:

  (1)由大气中所得的氮,可能还含有少量的氧。

  (2)由氨制得的氮,可能混杂了微量的氢。

  (3)由大气制得的氮,或许有类似臭氧的N分子存在。

  (4)由氨制得的氮,可能有若干分子已经分解,固而把氮气的密度降低了。

  第一个假设是不可能的,因为氧和氨的密度相差极微,必须杂有大量的氧、才有可能出现5/1000的差异。与此同时,瑞利又用实验证明;他由氨制得的氮,其中绝不含氢。第三个解释也不足置信,因为他采用无声放电使可能混杂N3的氮气变化,并没发现氮的密度有所变化,即不存在N3。第四种假设几乎是不可能的,因为如果存在游离的氮原子,必然会彼此给合为分子,不可能在正常条件下长期游离。

  正当瑞利困惑不解时,拉姆塞向瑞利提出,他要用新方法研究大气中的氮,瑞利对此慨然允许,并与拉姆塞精诚合作,这种研究导致了惊人的重大成果,发现了氦、氖、氩、氪、氙等整个一族的惰性气体元素。

  1894年5月 24日,拉姆塞给瑞利写信,提出了整个惰性气体族的设想。同年8月7日,以他们两个人的名义宣布了一种惰性气体元素的发现,英国科学协会主席马登提议,把这种气体命名为氖(Argon)。瑞利一生发表了许多学术论文,他文笔清雅畅达,所写文章大多有严格的数学证明,定量十分准确。后来,他把自己的论文整理为一部五卷本的论文集。论文集的开头,他写下了这样的言词:

  伟大精深啊,

  上帝造物之奇妙!

  研究探索吧,

  求得世界胸奥秘

  乐在其中矣!

  瑞利于1919年去世,比他的精诚合作者拉姆塞晚逝3年,享年77岁。据拉姆塞的学生特拉弗斯说,瑞利与拉姆塞之间往返信件极多,彼此关系十分融洽,"绝少猜疑,也无不正当的行为",共同为科学而努力,毫无名利之争。瑞利逝世后,他的实验室曾供科学界参观,凡是来访问的科学家,对瑞利所用仪器的简单莫不惊异。瑞利实验室中的一切重要设备虽外形粗糙,但都制造得十分精密。瑞利就是用这些仪器做了极为出色的定量分析。后人经常记起这位伟大科学家的名言:一切科学上的最伟大的发现,几乎都来自精确的量度。


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