《初中化学读本》 第二章.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除第二章：化学家的故事制碱大师侯德榜 侯德榜（18901974）， 1890年8月9日生于福建闽侯农村。少年时他学习十分刻苦，就是伏在水车上，双脚不停地车水时，仍能捧着书本认真读书。后来在姑母的资助下，他单身来到福州英华书院和闽皖路矿学堂读书。毕业后曾在津浦铁路符离集车站做过工程练习生。在工作之余，他抓紧时间学习，1911年考人清华留美预备学校。经过3年的努力，他以10门功课1000分的优异成绩被保送到美国留学。8年中，他先后在麻省理工学院、柏拉图学院、哥伦比亚大学攻读化学工程，1921年取得博士学位。 在国外留学时，他时刻怀念祖国，惦记着处于水深火热中的苦难同胞。这时候，在纽约他遇到了赴美考察的陈调甫先生。陈先生受爱国实业家范旭东委托，为在中国兴办碱业特地到美国来物色人才。当陈先生介绍帝国主义国家不仅对我国采取技术封锁，而且利用我国缺碱而卡我国民族工业的脖子的情况时，具有强烈爱国心的侯德榜马上表示，“可以放弃在美国的舒适生活，立即返回祖国，用自己的知识报效祖国。” 1921年10月侯德榜回国后，出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长（即总工程师）。他深刻地体会到创业之艰难。要创业首先需要实干的精神。他脱下了白领西服，换上了蓝布工作服和胶鞋，身先士卒，同工人们一起操作。哪里出现问题，他就出现在哪里，经常于得浑身汗臭，衣服中散发出酸味、氨味。他这种埋头苦干的作风赢得了工人们、甚至外国技师的赞赏和钦佩。在他的带领下，技师、工人们团结一心，为建成中国自己的碱厂而奋战。 虽然索尔维制碱法的原理很简单：先把氨气（NH3）通入食盐水，然后向氨盐水中通二氧化碳，生产溶解度较小的碳酸氢钠。再将碳酸氢钠过滤出来，经焙烧得到纯净洁白的碳酸钠。但是具体的生产工艺却为外国公司所垄断，所以侯德榜要掌握此法制碱，得完全靠自己进行摸索，困难是很多的。且不说工艺设计、材料选择、设备的挑选和安装等经过了一个又一个难关，仅从试生产的过程也可略见一斑。侯德榜奋不顾身地把全部身心都扑到了生产上，从调换碳酸化塔的水管，另行设计分解炉，到多次加强冷却设备，改造过滤机以及处理不断发生的生产故障，他都以探索者的勇气、生产者的细心和科学家的严谨来对待。经过紧张而又辛苦的几个寒暑的奋战，侯德榜终于掌握了索尔维制碱法的各项技术要领。1924年8月13日，永利碱厂正式投产。正当大家兴高彩烈地等待雪白的纯碱从烘烧干燥炉中出来时，出现在眼前的却是暗红色的纯碱。怎么回事？这无形给大家泼了一盆冰水。作为总工程师的侯德榜冷静地去寻找事故的原因。经过分析他很快就发现纯碱变成暗红色是由于铁锈污染所致。随后他们以少量硫化钠和铁塔接触，致使铁塔内表面结成一层硫化铁保护膜。再生产时纯碱变成纯白色了。日产180吨纯碱的永利碱厂终于矗立在中国大地上。1926年，永利碱厂生产的“红三角”牌纯碱在美国费城举办的万国博览会上荣获了金质奖章。这一袋袋的纯碱是中华民族的骄做，它象征着中国人民的志气和智慧。 1937年，日本侵华的战火伸向上海、南京。位于南京的硫酸铵厂作为亚洲第一流的化工厂，令日本侵略者垂涎三尺，日本侵略者看到永利公司的军事价值，年产一万吨硝酸，可以制造几万吨烈性炸药。他们派人企图收买范旭东和侯德榜。范、侯明确地表示：“宁肯给工厂开追悼会，也决不与侵略者合作”。侵略者加大压力，甚至派飞机对碱厂进行狂轰滥炸。在战火逼近的情况下，侯德榜当机立断，布置技术骨干和老工人转移，组织重要机件设备拆运西迁。 1938年，侯德榜率西迁的全部员工在四川岷江岸边的五通桥建设永利川西化工厂。新厂采取什么工艺是首先要考虑的。制碱的主要原料食盐，在川西只能来源于深井中的盐卤浓缩。盐卤浓度低，所以食盐的成本很高。加上索尔维法的食盐转化率不高（只有70），这就进一步提高了制碱的成本。固此继续采用索尔维制碱法，生产就难以维持。 侯德榜经过调查，决定改进索尔维法开创制碱新路，他总结了索尔维法的优缺点，认为这方法的主要缺点在于，两种原料组分只利用了一半，即食盐中的钠和石灰石（CaCO3)中的碳酸根结合成纯碱（Na2CO3）,另一半组分食盐中的氯和石灰中的钙结合成了CaCl2，却没有用途。为了实现这一设计，在1941一1943年抗日战争的艰苦环境中，在侯德榜的严格指导下，经过了500多次循环试验，分析了2000多个样品后，才把具体工艺流程定下来，这个新工艺使食盐利用率从70一下子提高到96，也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵，解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度，赢得了国际化工界的极高评价。1943年，中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法” 1974年8月26日，侯德榜先生因病与世长辞，享年84岁。中国稳定同位素学科的奠基人和开拓者张青莲张青莲（19082006），1908年7月31日出生于江苏省常熟县支塘镇的一个小康家庭。14岁时考入苏州桃坞中学，即圣约翰大学附中，曾在校内中、英文竞赛中名列榜首。1926年高中毕业时因成绩优异，原可免费直升该大学，但由于1925年该校美籍校长侮辱中国国旗，爱国师生纷纷愤而离校并组建私立光华大学。这一爱国行动得到张青莲的支持，他放弃圣约翰免费入学的机会而考入光华大学。他考虑到化学系毕业后除可在中学谋职外，还可以搞小型化学工业，因而选择了化学。在光华大学他只用三年半的时间，就读完了所需的学分，毕业时以第一名获得银杯奖。 大学毕业后，张青莲曾在孝友中学任教一年。1931年考取清华大学研究生院。当时，他看到中国无机化学人才缺乏，遂选择了无机化学专业，在高崇熙教授指导下完成了研究稀有元素领域的论文三篇，分别为无机合成、分析鉴定和物化测量三个方面。最后以优异成绩获得公费出国留学。鉴于美国早期的化学家中不少曾留学于德国，所以他决定到德国深造。1934年秋进入柏林大学物理化学系。由于他在国内大学已经读过13个学期的课程，按德国的规定只需注册学习3个学期。他师从无机化学家李森菲尔特。当时美国诺贝尔奖金获得者尤莱因发现重氢并制得重水，引起国际化学界很大震动。李森菲尔特根据张青莲已有的科研基础，建议他以重水的研究作为博士论文的题目。他在购得挪威生产的第一批重水商品后，立即开始了重水临界温度的测定研究。当时用的是微量法，石英玻璃毛细管内径0.3毫米，恒温器温度要达645，管内压力达20兆帕以上。封管时常会炸裂，实验难度较大。他在导师的指导下，夜以继日的奋力工作，于短期内完成了重水的临界温度的测定。但重水的凝固点和沸点都高于轻水，而所测得的重水临界温度却比轻水低2.7，这似乎是一种反常现象。这个结果于1935年春发表在德国物理化学杂志上，4年后为德国另一学者用精密的常量法所验证。张青莲所完成的轻水、重水全温程的两相密度状态图发表后，被苏联布洛茨基同位素化学（1957）一书所引用。他曾精心设计了一个通过比较轻水、重水蒸气压差的实验，观察到蒸气压差有一个位于498的转折点，并揭示了这反常现象的本质。这篇论文与美国实验室独立进行的类似研究工作同时发表，得到了相互验证。1943年，在战争所造成的艰难困苦条件下，西南联大化学系的所有科研工作被迫停止。当负责中美学术交流的吴有训向张青莲征集论文时，他立即应允在三个月内交出一篇论文。他考虑到，25时碘在四氯化碳和水中的分配常数是教科书中引用的一项经典数据；若用重水代替轻水，研究此分配常数的同位素效应，该是一件有意义的事。于是自装一套恒温槽，每两天做一次碘浓度的实验。其中一天准备器材，翌晨自煮一壶开水提到实验室，注入恒温槽中，使水温迅速达到所要求的温度。恒温后转动封管使达平衡，然后取出重水相2毫升，有机相1毫升，用标定过的硫代硫酸钠溶液测定两相中各自的碘浓度，得到轻水重水中分配常数的变异为85：103的结果，如期完成了他自已的许诺。张青莲在西南联大工作期间，还指导光华大学一名助教，首次测定了重水摩尔凝固点降低常数；指导中央大学一名助教完成络合物合成一文。他综合了国内外所发表的重水论文撰写成重水之研究论文集一书，该书于1943年获得国民政府教育部学术二等奖。同时得此等级奖励的教授，还有王竹溪、闻一多等4人。1946年清华大学迁回北平复校，校内化学馆已被日本侵略军洗劫一空。张青莲在此情况下，仍然坚持科研工作。他和助教首次将重水密度的测量温程提高到95，并外延至100，所得到精密数据的论文，原按通讯稿投寄英国自然杂志，但编辑部却把它转入正文栏，表明这一工作的重要性。1949年中华人民共和国成立以后，张青莲的教学、科研活动得到了重视和支持，成果累累。2006年12月14日19时03分，著名化学家和教育家，中国科学院资深院士，我国稳定同位素化学的奠基人,北京大学化学与分子工程学院教授，中国共产党优秀党员张青莲先生,因病医治无效，在北京逝世，享年99岁。近代化学之父道尔顿John Dalton，1766-1844约翰道尔顿（），英国化学家、物理学家、近代化学之父。1766年9月6日生于英格兰北方坎伯雷鹰田庄，1844年在曼彻斯特过世。终生未娶。父亲是一位农民兼手工业者。幼年时家贫，无钱上学，加上又是一个色盲患者，生活艰辛，但他以惊人的毅力，自学成才。他才智早熟，12岁就当上了教师。1778年在乡村小学任教；1781年15岁应表兄之邀到肯德尔镇任中学教师，在哲学家高夫的帮助下自修拉丁文、法文、数学和自然哲学等并开始对自然观察，记录气象数据，从此学问大有长进；1793年26岁任曼彻斯特新学院数学和自然哲学教授；1796年任曼彻斯特文学和哲学会会员；1800年担任该会的秘书；1817年升为该会会长；1816年选为法国科学院通讯院士；1822年选为皇家学会会员。1826年，英国政府将英国皇家学会的第一枚金质奖章授予了道尔顿。 道尔顿在1787年，26岁时对气象学发生了兴趣，六年后发表了一本有关气象学的书。对空气和大气的研究又使他对一般气体的特征发生了兴趣。通过一系列的实验，他发现了有关气体特性的两个重要定律。第一个定律是道尔顿在1801年提出来的，该定律认为一种气体所占的体积与其温度成正比（一般称为查尔斯定律，是根据法国科学家查尔斯的名字命名的，他比道尔顿早几年发现了这个定律，但未能把其成果发表出来）。第二个定律是1801年提出来的，叫做道尔顿气体分压定律。 1804年道尔顿就已系统地提出了他的原子学说，并且编制了一张相对原子质量表。但是他的主要著作化学哲学的新体系。直到1808年才问世，那是他的成功之作。他在晚年获得了许多荣誉。 附带一提的是道尔顿患有色盲症，这是在一次节日前为父母和兄弟姐妹买袜子时，结果大家对袜子的颜色产生不同结论时发现的。这种病的症状引起了他的好奇心。他开始调查研究这个课题，最终发表了一篇关于色盲的论文曾经问世的第一篇有关色盲的论文。历史上，道尔顿曾用图形加字母的方式作为元素符号。但由于后来发现的元素越来越多，符号设计越来越复杂，不便于记忆和书写，故未能被广泛采用。最后，国际上统一采用元素拉丁文名称的第一个字母来表示元素，如氢元素的拉丁文名称为Hydrogenium，元素符号就写为H，氧元素的拉丁文名称为Oxygenium，元素符号就写为O。如果几种元素拉丁文名称的第一个字母相同时，就附加一个小写字母来区别。例如用Cu表示铜元素，Cl表示氯元素，Ca表示钙元素。中国古代著名的炼丹家和医药学家葛 洪 我国的炼丹术有着悠久的历史，早在公元前三四世纪的战国，就有关于方士和求“不死之药”的记载。秦始皇曾派遣徐福带着几百个童男童女到蓬莱求仙人赐不死之药。汉武帝招罗众多方士，讲求长生不老之术。炼丹的风气在封建统治阶级的扶助下盛行起来。魏晋南北朝，方士演变成符水治病的道士，他们把先秦的道家创始人老子认作始祖。从此道教成为我国封建社会中的主要宗教之一，与儒、佛并行于世。 炼丹的本意是荒谬的，它指望惜金石之精气使人长生不老，得道成仙。但是在炼丹的实践活动中，部分炼丹家吸取了劳动人民生产和生活的丰富经验，同时孜孜不倦地从事采药、制药的活动，积累了大量的关于物质变化的知识，认识了物质变化乃是自然界的普遍规律。特别是炼丹人大都兼搞医疗活动，他们把炼丹的药物引入医疗，从而丰富了我国传统医学的内容。在这些炼丹家中，葛洪是一个突出的代表。葛洪字稚川，号抱朴子。东晋丹阳句容人。出生在一个没落的贵族家庭，祖父在三国时代曾是吴国的大官，父亲也做过吴国的大官，投降晋国后，还做过中等官吏。在他13岁那年，父亲病亡，家境也随之恶劣。葛洪从小就有一种强烈的求知欲，没有书，就到处向别人借书来读，无钱买笔墨，就拿木炭在地上练写字。从16岁读儒家的“孝经”、“论语”等书开始，广泛地阅读了许多书，从经书、史书到杂文，凡能借到的书都认真地读了。后来还学习了“望气”“卜卦”之类。葛洪经过长期的刻苦自学终于成为一个学识渊博的人。公元303年，多处发生农民起义，反对晋朝的统治，石冰率领的起义军是其中的一支起义队伍。由于是世家子弟，小有才干的葛洪奉了吴兴太守之命，率兵与石冰作战。石冰被打败了，葛洪却没有被论功行赏。忿忿不平的葛洪投戈释甲，离乡去了洛阳。到了洛阳又遇上了“八王之乱”，到处都在打仗，口家的路也走不通了。正当他不知如何是好时，他的一个朋友要到广州去做官，于是他自告奋勇去为朋友打前站。没想到他在广州替朋友安排妥了，朋友却在上任的路卜被杀了。无可奈何的葛洪只好暂时逗留在南方。恰好当时广东南海一位太守鲍玄喜欢搞神仙之术，与葛洪有共同的语言，而入相处十分投机。于是20多岁的葛洪就拜鲍玄为师学道，不久又与鲍玄的女儿结婚。在政界没有找到出路的葛洪，逐渐粑兴趣转向炼丹，在广东的10年中，大部分时间他部在从事炼丹。公元316年，葛洪回到阔别十余年的江南故乡。这时候晋朝在长江以北的统治已不复存在。司马睿在南京做了东晋的皇帝，他为了笼络怔南豪族，以葛洪曾带兵打败石冰的功劳为藉口，封葛洪为“关内侯”。此外葛洪曾做过4年的中等京官。此时的葛洪对做官已无兴趣，当他听到“交址”（系现在的越南）有丰富的炼丹原料时，就请求到广西的勾漏县做官，好就近来料炼丹，东晋的皇帝乐得做个好人，同意了他的请求。其实他没能去成广西勾漏县，因为当他带领全家到了广州后，朋友们就劝他不要再走，再往西走实在太危险了。于是他就将家人安顿在广州，自己到罗浮山去修炼，过着他那“神仙丹鼎 的炼丹生活。大约死于公元345年，享年61岁。把化学确立为科学的波义耳Robert Boye 1627一1691 化学史家都把1661年作为近代化学的开始年代，因为这一年有一本对化学发展产生重大影响的著作出版问世，这本书就是怀疑派化学家，它的作者是英国科学家罗伯特波义耳。革命导师恩格斯也同意这一观点,他誉称“波义耳把化学确立为科学”。 波义耳生活在英国资产阶级革命时期，也是近代科学开始出现的时代，这是一个巨人辈出的时代。波义耳在1627年1月25日生于爱尔兰的利兹莫城。就在他诞生的前一年，提出“知识就是力量”著名论断的近代科学思想家弗兰西斯培根刚去世。伟大的物理学家牛顿比波义耳小16岁。近代科学伟人，意大利的伽利略、德国的刻卜勒、法国的笛卡尔都生活在这一时期。 波义耳出生在一个贵族家庭，家境优裕为他的学习和日后的科学研究提供了较好的物质条件。童年时，他并不显得特别聪明，他很安静，说话还有点口吃。没有哪样游戏能使他入迷，但是比起他的兄长们，他却是最好学的，酷爱读书，常常书不离手。8岁时，父亲将他送到伦敦郊区的伊顿公学，在这所专为贵族子弟办的寄宿学校里，他学习了3年。随后他和哥哥法兰克一起在家庭教师陪同下来到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了2年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程，更重要的是，瑞士是宗教改革运动中出现的新教的根据地，反映资产阶级思想的新教教义熏陶了他。此后波义耳在实际行动中虽然未参与任何一派，但是他在思想上一直是倾向于革命的。 波义耳在家里是14个兄弟姊妹中最小的一个，在他三岁时，母亲不幸去世。也许是缺乏母亲照料的缘故，他从小体弱多病。有一次患病时，由于医生开错了药而差点丧生，幸亏他的胃不吸收将药吐了出来，才未致命。经过这次遭遇，他怕医生甚于伯病，有了病也不愿找医生。并且开始自修医学，到处寻找药方、偏方为自己治病。哈特利伯的鼓励使他下决心研究医学。当时的医生都是自己配制药物，所以研究医学也必须研制药物和做实验，这就便波义耳对化学实验发生了浓厚的兴趣。 在研究医学的过程中，他翻阅了医药化学家的许多著作，他很崇拜比他大50岁的比利时医药化学家海尔蒙特。海尔蒙特不论白天黑夜，完全投入化学实验，自称为“火术的哲学家”。这就成为波义耳学习的榜样。波义耳为自己创造了一个实验室，整日浑身沾满了煤灰和烟，完全沉浸于实验之中。波义耳就是这样开始了自己献身于科学的生活，直到1691年底逝世。 发现氢气的伟大学者卡文迪许Henry Cavendish 1731一1810 历史上许多著名的科学家都有自己的鲜明形象。在他们当中，英国化学家卡文迪许的形象也许有点奇特，但是他那献身科学的一生给后人留下的印象却是完美而深刻的。 1731年10月10日，卡文迪许出生在英国一个贵族家庭。父亲是德文郡公爵二世的第五个儿子，母亲是肯特郡公爵的第四个女儿。早年，卡文迪许从叔伯那里承接了大宗遗赠， 1783年他父亲逝世，又给他留下大笔遗产。这样他的资产超过了130万英镑，成为英国的巨富之一。 尽管家资万贯，他的生活却非常俭朴。他身上穿的，永远是几套过时陈旧的绅士服。他吃的也很简单，就是在家待客，照样是羊腿一只。 许多熟人都知道卡文迪许性情孤僻，不喜欢与人谈话。在他的朋友中，能与卡文迪许交谈的没有几个人。化学家武拉斯顿算是其中一个。他总结了一条经验：“与卡文迪许交谈，千万不要看他，而要把头仰起，两眼望着夭，就象对空谈话一样，这样才能听到他的一些见解。”就是这样，卡文迪许的话也不多，他沉默寡 言得出奇，在同龄人中，可能是话说得最少的人了。这种怪僻性洛的形成与他从小生长的环境有一定关系。他两岁时，母亲因生育他弟弟而病逝，从此他失去了母爱。他父亲忙于社交活动，撇下他交由保姆看管，与外界极少往来。直到11岁才被送入一所专收贵族子弟的学校，在学校里他仍然很少与别人交往，这就使他显得特别孤独、羞怯。 由于这种古怪的性格，卡文迪许长期深居独处，整天埋头在他科学研究的小天地。他把他家的部分房子进行了改造。一所公馆改为实验室，一处住宅改为公用图书馆，把自家丰富的藏书供大家使用，1733年他父亲死后，他又将他的实验基地搬到乡下的别墅。将别墅富丽堂煌的装饰全部拆去，大客厅变成实验室，楼上卧室变成观象台。甚至在宅前的草地上竖起一个架子，以便攀上大树去观测星象。至于践踏了那些名贵的花草，他毫不在乎。这些都表明，对于科学研究池简直象着了魔一样。 在社交生活中，他沉默寡言，显得很孤僻，然而在科学研究中，他思路开阔，兴趣广泛，显得异常活跃。上至天文气象，下至地质采矿，抽象的数学，具体的冶金工艺，他都进行过探讨。特别在化学和物理学的研究中，他有极高的造诣，取得许多重要的成果。 “ 1766年，卡文迪许发表了他的第一篇论文“论人工空气的实验”。这篇论文主要介绍了他对固定空气（即二氧化碳，在化学命名法提出之前，人们是这样称呼二氧化碳的）、易燃空气（即氢气）的实验研究。 早在1754年英国化学家布莱克就发现了固定空气，但是当时只知道加热石灰石可以获得它，人呼出的空气中含有它，木炭燃烧也产生它。至于怎样收集它，它的物理化学性质如何都不了解。在这些方面卡文迪许做了建设性的工作。 卡文迪许考察了收集反应气体的排水集气法，他发现固定空气能溶解于水，室温下的水可吸收固定空气的体积比水本身的体积还要大一点，水冷时可以吸收得更多。若将水煮沸，溶解于水中的固定空气则会逸出。酒精吸收固定空气的本领更大，约是其本身体积的225倍。某些碱溶液也能溶解固定空气，因此收集固定空气不能采用排水集气法，而应在不吸收固定空气的水银面上进行。他的这一介绍对于当时科学家研究气体是很有启发的。 卡文迪许侧得国定空气比普通空气重157倍，测出了酸从石灰石、大理石、珍珠灰等物质中排出固定空气的重量，计算出这些物质中固定空气的含量。他还发现在普通空气中，若固定空气的含量占到总体积的1/9，燃烧的蜡烛在其中就会媳灭。这些实验研究使人们对二氧化碳的性质有了更多的了解。 在卡文迪许之前，许多人曾制取过氢气，但是并没有认真研究它。卡文迪许用稀硫酸或稀盐酸与金属锌或铁作用获得氢气，发现它点火即燃，不溶于水和碱，比普通空气轻11倍，与已知的其它气体都不一样，从而断定它是一种新的气体。他还发现，一定量的金属与稀酸作用所放出的氢气的多少，与酸的种类、浓度无关，而随金属不同而相异。 卡文迪许当时信奉燃素说，曾认为氢气就是燃素。恰好，当时的许多燃素说信徒都猜测燃素具有负重量。充满氢气的气球徐徐升空，曾使燃素论信徒受到鼓舞，他们的猜测似乎有了证明。然而细心的卡文迪许在弄清了空气的浮力原理后，以精确的实验测出氢气确有重量，从而否定了燃素具有负重量的观点。尽管他是信奉燃素说的，但是他更尊重科学实验的事实。确认水的组成和意外的发现 从1771年起，卡文迪许全神贯注在电学的实验研究上，这是他的一个系统、持久的研究课题。直到1781年普利斯特列在一项卡文迪许曾探索过的研究题目上有了新的发现，才把卡文迪许重 新技回到气体的研究中。 在1785年发表的论文中，他指出水的酸味是因为水中含有硝酸或亚硝酸，它们的生成则由于氧气中混有氮气，在电火花燃爆的高温中，氧气和氮气会化合。而氢气与普通空气混和燃爆时，由于大量氮气的存在，反应温度不够高，从而无法生成硝酸。这一精细的实验为人们提供了一种由空气制取硝酸的方法。卡文迪许还发现，燃爆反应后的硝酸或亚硝酸用钾碱溶液中和，过量的氧气用硫化押溶液吸收掉后，试管里仍剩下一个很小的气泡，这气泡的体积约是氮气总体积的1/120。这部分气体的性质与氮气不一样。根本不参加化学反应。它究竟是什么呢？卡文迪许没法讲清。但是他为后人提出了一个研究课题，直到100年以后，英国化学家瑞利和拉姆塞才证实，这部分气体是惰性气体。卡文迪许虽然一生独居，但是科学研究所开辟的新天地给他的生活提供了特别的乐趣。虽然他自小身体虚弱，但是他的生活一直很有规律，所以很少生病，直到1810年3月10日，才以79岁的高龄与世永别。牧师化学家普利斯特列Joseph Priestley 1733-1804 约瑟夫普利斯特列是英国著名的化学家。他1733年3月13日生于英格兰约克郡利兹市郊区的一个名叫菲尔德海德的农庄里。 自幼漂泊不定的生活，养成了普利斯特列善于独立思考的性格。18岁那年，由于经常与基督教的牧师来往，他遭到了姑母的激烈责备。从此，他成了家庭的叛逆者。 普利斯特列刻苦好学，兴趣广泛。他曾学过古文、数学。自然哲学导论等，后因体弱多病，中断过一段学习，待康复后，他进入了考文垂的非国教的高等专科学校。因为他学习勤奋刻苦，成绩超群，学校同意他免修一、二年级的部分课程。他在后来的学习中，深感自己的数学与德语基础太差，又主动要求学校允许他补学了这两门。在学校里，他学会了希泊来文、希腊文和拉丁文，加上他在神学方面的广博知识，他常常同那些信仰传统宗教的人们进行辩论，并且总是占上风。以后，他做过教师，也当过牧师。在沃灵顿的非国教高等专科学校里，他讲授过语言学、文学、现代史、法律、口才学及辩论学等，甚至教过解剖学，他曾编著出版过基础英语语法和语言学原理写过口才学和辩论学讲义。1764年，爱丁堡大学授予他法学博士。从此，他开始了科学生涯，著有电学史一书，1766年他被推荐为英国皇家学会的会员。 1762年，普利斯特列与玛丽维尔金逊结了婚。他的妻子是当时英格兰最大的铁器制造商艾萨克的女儿，婚后，普利斯特列仍然专心地埋头科学研究。到了1767年，由于他们的儿女先后出世，家庭经济负担加重。加上各教派之间的矛盾日益尖锐，普利斯特列就放弃了教师职业，重新当上了牧师，家庭收入虽增加不多，但他却有了更多的空闲时间自由地从事科学研究和著书立说。电学史一书就是这个时期写成的。他不仅用通俗的、准确而生动的语言概述了关于电现象研究的完整历史，而且还具体地描写了各种不同的试验情况。不久，他痛感自己缺乏化学方面的知识，于是把兴趣由物理移向了化学。在化学领域中，他首先对空气发生了兴趣，思考着不少有关空气的问题。例如，为什么放在封闭容器中的小老鼠，几天后就会死去？容器中本来有空气，老鼠为什么不能长期活下去？学生时代他参观啤酒厂时，发现有一种能使燃着的木条立刻熄灭的空气，这种空气就存在于发酵车间内盛啤酒的大桶里。因此，他怀疑是不是存在着好多种空气。 “为了弄清这些问题，普利斯特列进行了多种有趣的实验。例如，他点燃一根蜡烛，把它放到预先放有小老鼠的玻璃容器中，然后盖紧容器。他发现：蜡烛燃了一阵之后就熄灭了，而小老鼠也很快死了。这一现象使普利斯特列想到，空气中大概存在着一种东西，当它燃烧时空气就会被污染，因而成为不能供动物呼吸，也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。为了证明这一想法的正确与否，他设想，能否把受污染的空气加以净化，使它又成为可供呼吸的空气呢？他为此做了一个新的实验。他用水洗涤受污染的空气，其结果使他大为惊异，他发现，水只能净化一部分被污染的空气，而另一部分未被净化的空气，还是不能供呼吸，老鼠在其中照样要死去。 善于思考和钻研问题的普利斯特列进一步想到，动物在受污染的空气中会死去，那么植物又会怎样呢？对此，他设计了下列实验：把一盆花放在玻璃罩内，花盆旁边放了一支燃烧着的蜡烛来制取受污染的空气。当蜡烛熄灭几小时后，植物却看不出什么变化。他又把这套装置放到靠近窗子的桌子上，次日早晨饱发现，花不仅没死，而且长出了花蕾。由此他想到，难道植物能够净化空气吗？为了验证这一想法，他尽点燃了一支蜡烛，并迅速放入罩内。蜡烛果然正常燃烧着，过了一段时间才熄灭。当时，科学家们把一切气体统称为空气。为了确定究竟有几种空气，普利斯特列曾多次重复自己的实验。他认为，在啤酒发酵、蜡烛燃烧以及动物呼吸时产生的气体，就是早先人们所称的“固定空气”（实则二氧化碳）。他对这种“固定空气”的性质做了深入研究。他证明，植物吸收“固定空气”可以放出“活命空气”（实则氧气）。还发现“活命空气”既可以维持动物呼吸，又能使物质更猛烈地燃烧。 由此，普利斯特列想设法制取这种“活命空气”。当时已知硝石也能助燃，于是他想：“也许硝酸能够把它分离出来？或者，把沾有稀硝酸的铜丝加热，也许可以放出活命空气？”他沿着这一思路，埋头进行各种实验。他取了一根一端封闭的玻璃管，装人水银，用手指堵住管口，把开口的一端置入盛有水银的槽中，再把装有硝酸和铜屑的另一根管子与装有水银的管子连接在一起。然后，开始加热混和物质。经过短时间加热，产生的无色的气体就把水银排出管外，于是管内充满了新的物质。普利斯特列小心地取出管子，打开管口，俯身一嗅，突然，他被惊楞了：一种挥发的无色气体，转眼间就变成了棕红色的蒸气，它的强烈气味很象硝酸，因此当时就称它为“硝石空气”。这种在空气中变成的棕红色的气体是二氧化氮，试验的结果未能制得“活命空气”，却发现了两种新气体：一氧化氮和二氧化氮，他继续试验，又发现了许多新气体，普利斯特列给它们定名为“碱空气”（氨）、“盐酸空气”（氯化氢）以及二氧化硫等。此后多年，普利斯特列一直在研究气体，并写成了论各种不同的气体一书，大大丰富了气体化学。 在气体化学的研究成果中，普利斯特列最重要的是对氧气的发现。1774年，他得到了一个大型凸透镜(火镜），开始研究某些物质在凸透镜聚光产主的高温下放出的各种气体。他研究的物质中有“红色沉淀物”（氧化汞）和“汞灰”亦称水银烧渣，也就是（氧化汞）。普利斯特列把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上，用一个直径30厘米、焦距为50厘米的火镜，将阳光聚集在氧化汞上。很快就发现氧化汞被分解了，放出一种气体，将玻璃罩内的水银排挤出来。他把这种气体叫做”脱燃素的空气”。他以排水集气法，把这种气体收集起来，然后研究其性质。发现蜡烛会在这种空气中燃烧，火焰非常明亮，老鼠在这种气体中生活正常，且比在等体积的普通空气中活的时间长了约4倍；他还亲自尝试了一下，感觉这种空气使人呼吸轻快、舒畅。他对实验的全过程做了详细的描述。 其实早在1771年，普利斯特列把硝石加热对，已经制得了氧气。他在题为“各种空气的观察”一文中，曾提到：“在我从硝石得到的一定量（的空气）中，不仅蜡烛能点燃，而且火焰增大，还听到了响声，好象硝石在明火中烧爆的声音。”但由于他当时把这种气体，混同于一般空气，所以未能发现氧。普利斯特列认为空气是单一的气体，助燃能力之所以不同，其区别仅在于其中含燃素量的不同。从汞烧渣中分解出来的是新鲜的、不含一点燃素的空气，所以吸收燃素的能力和助燃能力都特别强。因此他把这种气体叫做“脱燃素空气”。而寻常的空气，由于经过动物呼吸、植物的燃烧和腐烂，已经吸收了不少燃素，所以助燃能力就差了：一旦空气被燃素饱和，那么它就不再助燃，变成“被燃素饱和了的空气”（指氮气）或叫“燃素化空气”。在后来的研究中，普利斯特列发现，绿色植物在阳光中也能放出“脱燃素空气”，成为光化学作用研究的基础。 谢尔本勋爵支持普利斯特列的研究工作，一直为他提供研究经费。1774年，他带着普利斯特列一起访问了欧洲大陆。在欧洲，他们结识了许多科学家，这对普利斯特列的利学生涯具有重大意义。在巴黎，普利斯特列拜访了法国化学家拉瓦锡，他向拉瓦锡介绍并演示了从氧化汞中谁、取气体的实验。拉瓦锡后来又重复了他的实验，并且把普利斯特列的实验材料以及他本人的实验结果联系起来。拉瓦锡能摆脱传统思想的束缚，大胆地提出了氧化概念，形成了燃烧的氧化理论。他指出所谓“脱燃素空气”实际上就是氧气，终于推翻了统治化学近百年的燃素学说。而坚持燃素说的普利斯特列却坚决反对拉瓦锡的新观点，他拒绝接受拉瓦锡对氧和水的任何解释。于是，二人由此开始了一场争论。 双方的争论最初出现在哲学学报上，后来，这些争论文章又被编辑成一些小册子。他们争论的最后批文章发表在美国出版的美国哲学会会报上，其它刊物上也时有他们的文章发表。 在争论中，普利斯特列证明，不是所有的酸都含有氧，盐酸就是一个例子。他以此来反对拉瓦锡的氧化理论。但是，普利斯特列在争论中所使用的理论始终是燃素说。这使他象一个守旧的老人，嘴里经常念叨着教条的燃素学说，而丝毫不愿放弃它。普利斯特列与拉瓦锡，一直都在持续地进行各自的观察与研究。但他们观察的深度不同，对观察到的现象背后的本质理解不同。普利斯特列总是躲避开理论上的思考，他只埋头于实验，认为只有实验才是最重要的，陷入了狭隘的经验论，影响他的认识进一步发展。而拉瓦锡则不然，他在实验的基础上很重视理论思考，这使他在科学发展的历史长河中，实现了第一次化学革命。 纵观普利斯特列的一生，他37岁起研究气体化学，直到终生。他曾分离并论述过的大批气体，数目之多超过了他同时代的任何人。他可以说是13世纪下半叶的一位业余化学大师。是他发明了带有酸味的气水。1772年出版了他的小册子用排水集气法收集“空气”，该书深受欢迎，非常畅销，当年就被译成法文。普利斯特列名扬世界， 1773年他荣获英国皇家学会的铜质奖章。他对气林化学的研究成果，一是以其强烈的求知欲与非凡的勤奋态度为基础的，二是他得益于自己精湛的实验技能。为此，皇家学会曾授予他卡普里奖。他出版过巨著关于种种空气的实验与观察（三卷）以后他的研究成果又汇集于与自然科学各个部门有关的实 验与观察（三卷）。 1804年2月6日，普利斯特列死于美国宾夕法尼亚卅的诺赞巴兰镇，终年71岁。普利斯特列一生主要靠自学成为一位化学大师。其刻苦奋勉精神，堪称今人之典范。 氧气的发现者之一舍勒Carl Wilhelm Scheele 1742一1786 卡尔威尔海姆舍勒是瑞典著名化学家，氧气的发现人之一，同时对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多种气体，都有深入的研究。 1742年12月19日，舍勒生于瑞典的斯特拉尔松。家境贫寒，人口又多，有人说舍勒在7个子女中排行第七，也有人说他在11个子女中排行第七。多子往往和贫困连结在一起，由于经济上的困难，舍勒只勉强上完小学，年仅14岁就到哥德堡的班特利药店当了小学徒。药店的老药剂师马了鲍西，是一位好学的长者，他整天手不释卷，孜孜以求。出而学识渊博，同时，又有很高超的实验技巧。马丁鲍西不仅制药，而且还是哥德堡的名医，在哥德堡的市民看来，他简直就象古希腊的盖伦和中国的扁鹊、华陀一样，他的高超医术，在广大市民中，像神话一样地流传着。 马丁，鲍西的言传身教，对舍勒产生了极为深刻的影响。舍勒在工作之余也勤奋自学，他如饥似渴地读了当时流行的制药化学著作，还学习了炼金术和燃素理论的有关著作。他自己动手，制造了许多实验仪器，晚上在自己的房间里做各种各样的实验。他曾因一次小型的实验爆炸引起药店同事的许多非议，但由于受到马了鲍西的支持和保护，没有被赶出药店。舍勒在药店里边工作，边学习，边实验，经过近8年的努力，他的知识和才干大有长进，从一个只有小学文化的学徒，成长为一位知识渊博、技术熟练的药剂师。同时，他也有了自己一笔小小的“财产”近40卷化学藏书，一套精巧的自制化学实验仪器，正当他准备大展宏图的时候，生活中出现了一个不幸，马丁鲍西的药店破产了。药店负债累累，无力偿还债款，只好拍卖包括房产在内的全部财产。这样，舍勒失去了生活的依托，失业了。他只好孤身一人，在瑞典各大城市游荡。从1765年起，他不得不几次变换工作，但都没离开制药这个行业，他当过制药工，也当过大药店的帮工，还行过医。后来，舍勒在马尔摩城的柯杰斯垂姆药店找到了一份工作，药店的老板有点象马丁鲍西，很理解舍勒，支持他搞实验研究。他们给了他一套房子，以便他居住和安置藏书及实验仪器。从此，舍勒结束了游荡生活，再不用为糊口奔波。环境安定了，他又重操旧业，开始了他的研究和实验。 读书，对舍勒启发很大，他曾回忆说，我从前人的著作中学会很多新奇的思想和实验技术，尤其是孔克尔的化学实验大全，给我的启示最大。 实验，使舍勒探测到许多化学的奥秘，据考证，舍勒的实验记录有数百万字，而且在实验中，他创造了许多仪器和方法，甚至还验证过许多炼金术的实验，并就此提出自己的看法。 舍勒后来工作的马尔摩城柯杰斯垂姆药店，靠近瑞典著名的鲁恩德大学，这给他的学术活动提供了方便。他交了一位挚友，名叫莱茨柯斯，他与舍勒同龄，是鲁恩德大学的化学讲师，两人过往甚密，经常共同切磋化学理论问题和实验问题。 舍勒工作的马尔摩城学术气氛很浓，而且离丹麦的名城哥本哈根也不远，这不仅方便了舍勒的学术交流，同时也使他得以及时掌握化学进展情况，买到最新出版的化学文献，这对他自学化学知识有很大的帮助。从学术角度考虑，舍勒认为真正的财富并不是金钱，而是知识和书籍。因此，他特别注意收藏图书，每月的收入，除了吃穿用，剩下的几乎全部用来买书。舍勒勤学好问，潜心于事业，为人正派，救困扶贫。因此，他的人品受到学术界的极高评价。舍勒研究化学专心致志，他对一切问题，都愿意用化学观点来解释。舍勒的好友莱茨柯斯在回忆他与会勒的交往以及舍勒的气质时说舍勒的天才完全用于实验科学，他有“惊人的记忆力和理解力，但似乎他只记住与化学有关的事情，他把许多事情都与化学联系起来加以说明，他有化学家的独特的思考方式。 舍勒还曾经在斯德哥尔摩和乌布萨拉的药店里工作过。1775年， 33岁的舍勒几经辗转，来到科平城，在寻找工作时发现科平城有一所位置和规模都很理想的药店，药店的主人波耳已经去世，波耳的遗孀不懂药店业务，不善经营，已经负债颇巨。舍勒受雇于药店后，改善了药店的经营管理，又亲自研制生产了许多新药，药店很快就兴旺起来了。这样，波耳遗孀妮古娅对舍勒十分满意，在她眼里，舍勒简直就象上帝一样神奇伟大，因此，她主动把药店全部转让给舍勒，希望他使药店继续兴旺，舍勒也很高兴地接受了这个建议。对舍勒这段历史，科学史上流传着许多佳话，有人说，妮古姬虽然丧夫，但依然年轻美貌，与舍勒年龄相当，冶勒来店半年，二人相互倾慕，乃至依依不舍，终成伉俪。但舍勒属事业型人物，为了事业，他将32岁的妮古婉送到别墅中居住。 舍勒有了独立的药店以后，不但经营有方，营利巨万，而且在药房里建立了独立的资料室和实验室。在离药房不远的风景区，他还建了一套宽大的住宅，院内花繁树茂，风景宜人，住宅东侧设有装备齐全的实验室，这所住宅由他的妹妹和妮古娅共同管理。 舍勒和妮古娅相爱十年之后才举行婚礼，婚礼以后两天即1786年5月21日，舍勒就因严重的风湿病去世了，时年43岁。 舍勒正式发现氧气可以定在1773年以前，比英国的普利斯特列发现氧气要早一年。他制取氧气的方法比较多，主要有：（1）加热氧化汞（Hg0）；（2）加热硝石（KNO3）；（3）加热高锰酸钾 （KMnO4)（4）加热碳酸银（AgCO3）、碳酸汞（HgCO3）的混合物。 舍勒把这些实验结果，整理成一本书，书名叫火与空气，此书书稿1775年底送给出版家斯威德鲁斯，但一直到1777年才出版，书稿在出版社压了两年。书稿不能按时出版，对此舍勒十分不快。他1776年8月，曾给他的朋友写信说：“从前我就想到我多年所做的关于火的实验，恐怕也会有人用稍微不同的方法做出来，并把所得的结果，先于我发表出来。这一点因书迟迟不能出版使我更加相信了，若真的别人先于我发表了，他们反而会说我的实验结果是抄袭之作，只是稍加改变而已，到那时，我只有多谢斯成德鲁斯的恩赐了。”舍勒发现氧的优先权，正如他所担心的那样，真的因出版商的耽误而被人夺去了，但人们仍承认他是氧的独立发现人。 舍勒还对空气的成分进行过出色研究，为此他做过许多杰出的实验。 第一个实验是把湿铁屑放在倒置于水中的密闭容器中、几天以后，铁屑生锈，空气大的减少了14，容器中剩下的3/4空气，可以使燃烧的蜡烛熄灭。 第二个实验是把一小块白磷置于倒置于水中的密闭容器中，让白磷在密闭容器中燃烧，器壁上沉积了一层白花，并且空气的体积减少了1/4。 类似以上的实验，舍勒曾做过多次，都发现空气是复杂的。他对这类实验做的假定性说明是：“空气是由两种性质不同的流体组成，其中一种表现出不能吸引燃素的性质，即不助燃，而占空气总量1/3到1/4的另一种流体，则特别能吸引燃素；即能助燃。舍勒还把不助燃的空气称为“浊空气”，把助燃的空气称为“火空气”，火空气实际上就是现在大家熟悉的氧气。 舍勒为了证明他的观点，千方百计地制造纯净的“火空气”，他用加热硝石的方法和加热氧化汞的方法，用牛尿泡收集了约2升的“火空气”后来他又改进了实验，能顺利地收集大量的“火空气”。值得指出的是，舍勒还做过“浊空气”和“火空气”的生物实验。他把老鼠和苍蝇放在寄封的浊气中，过了一段时间老鼠和苍蝇都死掉了。 与此同时，他把蜜蜂放在密闭的“火空气”容器中，过了一个星期，蜜蜂还生活得很好。这些实验足以证明，“火空气”可以帮助燃烧，维持生命，相反，“浊空气，不能帮助燃烧，不能维持生命。到此，舍勒本应对“火空气”和“浊空气”的性质有一个充分的认识，但是，非常可惜，舍勒并没有能从他的出色实验中，引出正确的结论。 舍勒终生笃信燃素说，认为燃素就和“以太”相似，浊气是因为吸足了燃素所至，火空气则是纯净的没有吸过燃素的。他在理论上墨守陈规，这使他的发现黯然失色。之所以出现这种情况，一是舍勒缺乏理论思维的能力，二是和他生活的社会文化背景、化学理论背景有直接关系，当时燃素说盛行，没人对这种学说提出怀疑，与舍勒交往的化学教授都对燃素说信奉不疑。再加上舍勒重实验，轻理论，只要用现有的理论把他的实验结果解释一番他就满足了，至于这种理论是否正确，他没想到要去验证。 当然，理论上的错误，人们不应责怪舍勒，无论如何，舍勒的杰出贡献，给化学的进步带来了巨大的影响。舍勒的研究涉及到化学的各个分支，在无机化学、矿物化学、分析化学、甚至有机化学、生物化学等诸多方面，他都做出了出色贡献。舍勒除了发现了氧、氮等以外，还发现了砷酸、铝酸、钨酸、亚硝酸，他研究过从骨骼中提取磷的办法，还合成过氰化物，发现了砷酸铜的染色作用，后来很长一段时间里，人们把砷酸铜作为一种绿色染料，并把它称为“舍勒绿”。舍勒应当是近代有机化学的奠基人之一。1768年，他证明植物中含有酒石酸，但这个成果因为瑞典科学院的忽视，一直到1770 年才发表。舍勒还从柠檬中制取出柠檬酸的结晶，从肾结石中制取出尿酸，从苹果中发现了苹果酸，从酸牛奶中发现了乳酸，还提纯过没食子酸。统计表明，舍勒一共研究过21种水果和浆果的化学成分，探索过蛋自质、蛋黄、各种动物血的化学成分。当时的有机化学还很幼稚，缺乏系统的理论，在这种情况下，舍勒能发现十几种有机酸，实在难能可贵。 舍勒还曾研究过许多矿物，如石墨矿、二硫化铜矿等，提出了有效地鉴别矿物的方法。他在研究萤石矿时，发现了氢氟酸。同时探索了氟化硅的性质。他还测定过软锰矿（二氧化锰）的性质。证明软锰矿是一种强氧化剂。他用盐酸与软锰矿首次实现了下述反应： MnO2 HClMnCl2H2O C12他发现，这种呛人的黄色气体（C12）能使染料退色，有许多奇特的性质。舍勒在生物化学中，解决了食醋长期保存的问题，这种方法后来被微生物学家所采用。舍勒一生完成了近千个实验，因吸过有毒的氯气和其他气体，身体受到严重伤害，人们在他的笔记中发现，他还亲口尝过有剧毒的氢氰酸，他记录了：“这种物质气味奇特，但并不讨厌，味道微甜，使嘴发热，刺激舌头。”这种亲尝剧毒品的记载，平静得令人吃惊。 舍勒1775年当选为瑞典科学院成员，他的工作给人类带来巨大的利益，他一生尽瘁于化学事业，他认为化学“这种尊贵的学问，乃是奋斗的目标。”舍勒逝世后，瑞典人们十分怀念他，在他150和200周年诞辰时，人们给他举行了隆重的纪念会，这种会议也成了化学家们进行学术交流的场所。舍勒的遗作，大部分都整理出版了。在科平城和斯得哥尔摩都为他建立了纪念塑像，他的墓地前立有一块朴素的方形墓碑，碑上的浮雕是一位健美男子，高擎着一把燃烧的火炬。开创化学发展新纪元拉瓦锡Antoine Laurent Lavoisier 1743一1794 法国化学家拉瓦锡进行的化学革命被公推为18世纪科学发展史上最辉煌的成就之一。在这场革命中，他以雄辩的实验事实为依据，推翻了统治化学理论达百年之久的燃素说，建立了以氧