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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、非常象永银的物质产生。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。
戴维是怎么发现“钾”元素的?
英国化学家戴维
英国化学家、诗人汉弗莱●戴维,1778年生于英国的盘森斯城。他小时聪明、淘气,不喜欢读书,喜欢游戏、钓鱼和做诗。
他不到20岁时,他的父亲就死了。这了养家糊口,他到当地一位医生那当学徒,帮着配药。从配制药丸、药水到进行一些化学实验,他喜欢上了这份工作,因为觉得自己知识浅薄,他就自订计划发奋用功,凭着他的天资和勤奋,很快掌握了七种语言和不少科学知识。
1798年,他的朋友将他介绍到克利夫顿的化学研究所工作。在那里,他在医生托玛斯。贝杜斯的指导下,研究各种新发现的气体对人体的作用。不久,他发现了前人在1785年发现的一种气体枣氧化亚氮的作用。人吸入少量时,会发生轻度歇斯底里而狂笑,因此俗称笑气。戴维的名声也随着笑气而传遍了整个英国。
1801年,戴维被聘任职于皇家化学学院。他所作的学术讲演,由于他雄辫的口才、渊博的知识、有力的论证和精巧的实验,博得了人们的赞赏。演获得了很大的成功,吸引了一些著名的科学家和各界知名人士,大家都被他的才能折服。
不久,他就升为皇家化学学院的教授,他对工作满怀热情,干起来雷厉风行。他和助手们经过了多次的失败,终于在19世纪的头十年,达到了他科学的最高峰:1807年用电解法从相应的碱中制得了碱金属钾和钠;1808年又先后制得碱土金属钡镁钙锶,并用强还原性的钾制备了硼(1807年);他还证明了舍勒首先发现的氯气是一种单质而不是一各化合物(1809-1810)。他还带病专门研究火焰,发明了矿用安全灯(1816),这种灯一直到今天仍叫戴维灯,曾挽救了成千上万名矿工的生命。
1820年,戴维当选为英国的皇家学会主席,但因健康不佳,出国休养。1827年,他辞去了这个职务。随后,他病更重,于1829年在日内瓦去世。
戴维所进行的苛性碱的电解实验,在当时也是绝无仅有的了,因为人们向来以为苛性碱是不可再分解的简单物质,几乎所有化学家都毫无疑问地把它当成了化学元素。可是,戴维却有另外一种冲破传统的想法。他推想,碱有几种化学性质,跟一些已知的成分复杂的物质很相似,所以,它很可能也是化合物。于是,他先选用苛性钾进行电解实验。然而几次实验都失败了,苛性钾原封不动,呈现出的都是水被分解成氢和氧的现象。不过,戴维没有因此而丧失信心。他不断改进实验。既然水总在里面捣乱,干脆就用无水苛性钾吧!他按着这一思想又干了起来。果然,奇异的现象出现了。
一天,戴维让助手埃德蒙得把苛性钾水溶液换成无水苛性钾,并给无水苛性钾加热,然后开始对熔融的无水苛性钾电解……
“它会不会分解呢?”戴维把白金导线接触熔融了的苛性钾表面时,心里在想。“现在没有水了,匙子里只有苛性钾一种东西。如果它不是一种元素,那么它马上就会露出原形……可是如果电流不能通过熔融的碱呢?”正在他反复思索之时,电流通过去了。“喂!”戴维声音都变了,“埃德蒙得,到这儿来!苛性钾分解了!”助手用手遮着眼睛,往仪器前凑。而戴维自己却差点把鼻子碰到白金匙子上。原来,由于电流的作用,熔融的苛性钾不仅通过电流,发生显著的变化,而且在白金导线跟苛性钾接触的地方,还出现了一些小小的火舌,淡紫色的火焰,非常美丽,只要电路不断,火焰不会熄灭;电流一停,火焰也就立刻熄灭。埃德蒙得莫名其妙地看着教授,说:“这是怎么回事?”“埃德蒙得,这意味着,咱们已经把这种假元素给揭穿了。”戴维自信地说,“电流已经把苛性钾所含的某种未知物质,分离出来。导线旁边发着淡紫色火焰的就是它。”这是一种什么样的物质呢?怎样才能收集到这种神秘的物质呢?戴维再次陷入思索之中……
1807年10月的一个早晨,薄雾蒙蒙。戴维吃完早饭,匆匆走向实验室。几天来,他一直在想,第一次没有把苛性钾分解成功是因为水;第二次,又没有成功,可能是因为那熔融的碱热到了发赤的地步,温度太高了。于是又想出了第三个办法,让苛性钾从空气里稍微吸收一点湿气试试。按着这一想法,他和助手埃德蒙得又开始了新的实验……
电流果然通过去了。那固体的碱块,立即开始从上下两个方向熔化。戴维见此情景,脸色渐渐苍白了。他站在试验台旁边,紧张得几乎停止了呼吸。这时,碱块同金属接触的地方正在熔化,发出细微的咝咝声。突然,啪的一声爆响,像爆竹般从熔融的碱上面传出。戴维用胳膊肘使劲推了一推他的助手,迅速把头俯到试验台上。“埃德蒙得……埃德蒙得……”他喃喃地说,“你看啊,埃德蒙得!”熔融的苛性钾上面沸腾得越来越厉害,下面的白金片上有些极小的珠子从熔融了的苛性钾里滚出来。它们跟水银珠一样活动,一样带有银白的光泽,可是它们和水银可大不相同。它们中间有的刚一滚出来,就啪的一声裂开,爆发出一股美丽悦目的淡紫色火焰而消失得无影无踪;有的虽然侥幸得以保全,在空气中却很快就变暗,蒙上一层白膜。原来碱的组成中含有某种金属!而且在这以前,谁也不知道世界上有这么一种金属……戴维认清了这一点,突然离开座位,在实验室里如醉如狂似地跳起舞来……
又经过几次验证后,他终于肯定了自己的新发现。他大胆地把苛性钾从元素名单上抹掉,换上了一个当时还没有人知道的新元素。这次真的是一种元素了,他给它取名叫“锅灰素”,译成中文就是“钾”。
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