他深深地体会到,时间就是生命,而他剩下的时间已经不多了。他抓紧最后的时间,写了很多书,一直到生命的最后一刻——有些书是在他逝世后问世的。
1691年,波义耳与世长辞。他为人类留下了丰厚的科学遗产。
舍勒
舍勒于1742年12月19日出生在斯特拉尔松城,它位于当时瑞典王国波美尼亚境内。他的父亲是瑞典商人,在城内有一家商店。为了教育儿子,他聘请家庭教师用德语和瑞典语给他讲课。舍勒很喜欢学习,然而更喜欢在炎热的夏天到波罗的海海边游玩,搜集被海浪卷到岸边的海藻。他把那海藻分成绿的、褐的、淡红的等好几类。回家后,把它们切碎分别放在小杯子里,用水或白酒浸泡。几天之后,他把浸泡的溶液分别装入瓶子里,整齐地摆在架子上。此外还制椴树皮浸液和各种干草药。这就是他的药房。舍勒的父亲认为他有开药店的才能,在14岁时就送他到药店里当学徒。药店的老药剂师马丁·鲍西是一位有学问的长者,舍勒在他的指导下受到了深刻的教益。
在工作之余,舍勒便孜孜自学,如饥似渴地读完了当时流行的药物化学等书,还学了炼金术和燃素理论。他自制了许多实验仪器,做了各种各样的实验。舍勒在药店经过了8年的勤奋学习,刻苦钻研,成为一位学识渊博、技术熟练的药剂师。这时他收集了近40卷化学书籍和一套精致的化学实验仪器,作了数百万字的实验记录。
舍勒认为,真正的财富不是金钱而是知识和书籍。他曾回忆说:“我从前人的着作中学会了很多新奇的思想和实验技术,尤其是扎克尔的《化学实验大全》,给我的启示很大。”
33岁那年,舍勒到科平城一家规模很大的药店工作。这时店主波平已经去世,遗孀妮古娅不懂药店业务,经营不善,负债累累。舍勒在药店工作之后,改善了经营管理,又研制出许多新药,使药店很快兴旺起来。妮古娅对舍勒十分满意,因此,主动把药店全部转让给他,希望能使药店继续兴旺,舍勒也很高兴地接受了这个药店。妮古娅年轻貌美,与舍勒年龄相当。舍勒来店半年,二人相互倾慕,终成伉俪。但舍勒热爱事业,于是他将妮古娅送到别墅居住。舍勒有了独立的药店以后,营利巨大,而且在药店里建立了资料室和实验室。舍勒和妮古娅相爱10年之后举行婚礼,婚礼后两天,舍勒因患沉重的风湿病去世了,时年43岁。
对于化学事业,舍勒作出了很大的贡献。他是氧气最早的发现者,并对氧的性质作了深入的研究。他研究氧气开始于1767年对亚硝酸的研究。起初,他加热硝石得到一种称之为“硝石的挥发物”的性质,但对这种物质的性质和成分还不清楚。舍勒为了深入研究这一现象,他曾对他的朋友说:“为了解释这种新的现象,我忘却了周围的一切,因为假设能达到最后的目的,那么这种考察是何等的愉快啊!而这种愉快是从内心中涌现出来的。”舍勒反复做加热硝石的实验,发现把硝石放在坩埚中加热到通红时,会放出干热的气体,遇到烟灰的粉末就会燃烧,放出耀眼的光芒。这种现象引起了舍勒极大的兴趣。他在1773年就用两种方法制得了比较纯净的氧气。
第一种方法是将硝酸镁、硝酸钾、碳酸银、碳酸汞、氧化汞等加热,制取氧气。第二种方法是将黑锰矿(即二氧化锰)与浓硫酸共热,制取氧气。舍勒的研究成果发表在《论空气和火的化学》中,这本书被出版商延误,直到1777年才出版。而英国化学家普利斯特里于1774年发现氧气后,很快就发表了论文,时间比舍勒还早。现在化学史上都认为舍勒和普利斯特里各自独立地发现了氧气。
舍勒在化学上取得的另一个重要的成就,是发现了氯气。18世纪后期,由于冶金工业的发展,人们开展了对各种矿石的研究。其中有一种叫做软锰矿的,舍勒经过3年功夫,确定它是一种新金属的氧化物,按当时的说法它是“脱燃素的新金属”,舍勒把这种金属定名为锰。舍勒在这种软锰矿的研究中发现了氯气。软锰矿不溶于稀硫酸和稀硝酸中,但能溶于盐酸,并立即冒出一种令人窒息的黄绿色气体,它和加热王水时所产生的气体相像,使人的肺极为难受。他用这种气体作了种种实验,发现它微溶于水,使水略有酸味;具有漂白作用,能使蓝色的纸条几乎变白,又能漂白有色花朵和绿叶;还能腐蚀金属;在这种气体中的昆虫会立即死去,火也立即熄灭。由于他虔信燃素学说,误认为这是由于“脱燃素的锰”(二氧化锰)从盐酸中夺去了燃素而产生了这种气体,因此称它为“脱燃素盐酸”,而没有认为它是一种元素。
除了氧气和氯气,舍勒发现的东西还有很多,在无机方面还有氮气、砷酸、钼酸、钨酸、亚硝酸。在有机方面证明植物中含有酒石酸,从柠檬中制取出柠檬酸晶体,从肾结石中制取出尿酸,从苹果中发现苹果酸,从酸牛奶中发现乳酸,曾提纯过没食子酸。当时有机化学还很幼稚,在缺乏理论知识的情况下,舍勒能发现十几种有机酸,是很不容易的。
舍勒逝世以后,瑞典人非常怀念他,在他150和200周年诞辰时,给他举行了隆重的纪念会。在科平城和斯德哥尔摩都为他建立了纪念塑像,在他的墓地前方有方形墓碑。碑上的浮雕是一个健美男子,高举着一把燃烧的火炬。
拉瓦锡
1743年8月26日,拉瓦锡出生于巴黎。拉瓦锡与他人共同制定的化学物种命名原则,创立了化学物种分类的新体系。依据化学实验的经验,拉瓦锡用准确的语言阐述了质量守恒定律以及它在化学中的运用。这些重要的工作,尤其是他提出的新思想、新理论、新观念,为近代化学的发展奠定了重要的基础,所以拉瓦锡被后人称为近代化学之父。
在学校时,拉瓦锡就是一个天才男孩。20岁那年,他由于成功地撰写了巴黎街道照明的设计文章而受到了法国科学院的嘉奖。1768年,他又被法国科学院评选为“名誉院士”。
《化学概要》是拉瓦锡为后人留下的不朽之作,这篇论文的发表标志着现代化学的诞生。在文章中,他除了准确地描述了吸收和燃烧这两种现象之外,还在化学史上首次开列出了化学元素的准确名称。名称的确立建立在物质是由化学元素组成的这个基础之上。而在此之前,这些元素有着不同的名称。是拉瓦锡把化学上所有处于混乱状态的发明创造整理得井井有条。
作为化学家的拉瓦锡却是学法律出身的。1763年,年仅20岁的拉瓦锡就获得了法律学士学位,并且得到了律师从业证书。拉瓦锡的父亲就是一位很成功的律师,宽裕的家境使拉瓦锡没有马上去当律师,那时他已对植物学产生了浓厚的兴趣。他常常上山采集标本,这又使他对气象学产生了兴趣。后来,在地质学家葛太德的举荐下,拉瓦锡跟从巴黎着名的化学教授鲁伊勒学习化学。从那以后,拉瓦锡就与化学结下了不解之缘。
从试验的角度验证并总结了质量守恒定律是拉瓦锡对化学事业做出的第一个贡献。其实在拉瓦锡出生的时候,伟大的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,当时他把它称为“物质不灭定律”,其中含着更多的哲学意蕴。然而,因为“物质不灭定律”缺乏必要的实验依据,尤其是当时俄罗斯的科学还相当落后,西欧对沙俄的科学成果并不重视,这使“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。
拉瓦锡用石灰和硫酸制成了石膏,给它加热时,石膏放出了水蒸气。拉瓦锡仔细地测量了不同温度下石膏失去的水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去的水蒸气命名为“结晶水”,从此又多了一个新的化学名词——结晶水。这次出乎意料的成功使拉瓦锡养成了常常使用天平的习惯。由此,他发现了质量守恒定律,并成为他进行思维、实验和计算的基础。
燃烧原理是拉瓦锡最重要的发现,也是他对化学做出的第二大贡献。拉瓦锡描述了最重要的气体——氧、氮和氢的作用。拉瓦锡之所以能够发现燃烧原理,是由于他首次准确地识别出了氧气的作用。最重要的是他确认燃烧是氧化的化学反应,即燃烧是物质同某种气体的一种结合。拉瓦锡把这种气体命名为氧气,其实就是“成酸的元素”的意思。
拉瓦锡最终排除了当时流传广泛的有关“燃素”的错误看法。按照那个理论,在燃烧过程中,任何物质的燃烧都是同一种被叫作“燃素”的物质相分离。“燃素”被认为是整个燃烧过程的主导者。
另外,拉瓦锡还识别出了氮气。其实早在1772年它就被发现了,但却被赋予了一个错误的命名——“废气”(即“用过的气”,也就是缺少燃素的气,所以不会再被用作燃烧的气)。拉瓦锡则发现这种“气体”事实上是由一种被称作氮的气体构成的,因为它“无活力”(来源于希腊语azofe)。之后,他又识别出了氢气,这个名称的意思是“成水的元素”。拉瓦锡还研究过生命的过程。从化学的观点出发,他认为,物质燃烧同动物的呼吸一样,都是属于有空气中的氧参与的氧化作用。
1772年的一天,拉瓦锡按习惯称量了定量的白磷,让它燃烧、冷却后再称量灰烬(P2O5)的质量,发现它的质量居然增加了。他又燃烧硫磺,同样发现灰烬的质量也增加了。他认为,一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。于是他又改进实验的方法:将白磷放进一个钟罩,钟罩里留有的一部分空气通过一根管子与一个水银柱(注:测定空气的压力)相连。加热到40℃时,白磷迅速燃烧,水银柱上升。拉瓦锡还发现“1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色灰烬(P2O5)。增加的重量与它消耗的1/5容积的空气重量基本相同”。
拉瓦锡的发现是违背于当时流行的燃素学说的。燃素学说认为燃烧是个分解过程,燃烧产物应该比燃烧物的质量轻。拉瓦锡把实验结果写成论文上交给了法国科学院。为了充分证明燃素说的错误,他又做了大量的实验。他在1773年2月的实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他把新化学命名为“反燃素化学”。
1775年,拉瓦锡继续对氧气进行研究。他发现物质燃烧时增加的质量恰好等于氧气减少的质量。以前他认为可燃物燃烧时是吸收了一部分空气,而事实上是吸收了空气中的氧气,是与氧气之间的化合,这就彻底推翻了燃素说的燃烧学说。
1777年,拉瓦锡批判燃素学说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。”
拉瓦锡于1777年9月5日向法国科学院提交了具有划时代意义的《燃烧概论》,在书中,他系统而准确地阐述了燃烧的氧化学说,将被燃素说颠倒的化学矫正了过来。后来,这本书被翻译成多国语言,逐步扫清了燃素说的流毒。从此以后,化学彻底切断了与古代炼丹术的联系,揭掉了神秘的面纱,之前的臆测被科学实验和定量研究取而代之。化学也从此进入了定量化学(即近代化学)时代。所以,拉瓦锡被人们称为近代化学的奠基者,也就理所当然了。
拉瓦锡对化学事业做出的第三大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,提出了建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么现在我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”
道尔顿
道尔顿是英国着名的化学家,出生于坎伯兰的一个贫困的乡村。他的父亲是一名纺织工人。由于当时正值第一次工业革命的兴起,大量破产的农民沦为雇佣工人,所以道尔顿一家的生活非常艰难,道尔顿的一个妹妹和一个弟弟都由于饥饿和疾病而过早地夭亡。童年的道尔顿根本没有读书的机会,他只是勉强接受了一点点初等教育,十岁那年,他就去给一个有钱的教士当奴仆了。但是,这也许算命运赐给他的一次机会,他在教士家中读了大量的书,增长了许多知识。两年之后,道尔顿被推举为本村的小学教师。
1781年,年仅15岁的道尔顿跟着哥哥去外地谋生。不久,他就被聘为肯达耳中学的教师。在教学之余,他一方面系统地自学科学知识,一方面耐心地进行气象观察。他在那里还结识了着名学者豪夫,他从豪夫那里学到了许多知识,教学水平迅速提高。四年之后,道尔顿一跃成为肯达耳中学的校长。1793年,在豪夫的举荐下,道尔顿又接到曼彻斯特的一所新学院的聘请。在那里,他出版了自己的第一本科学专着《气象观察与研究》。第二年,在罗伯特·欧文的举荐下,他又成为曼彻斯特文学哲学会的会员。
为了能有足够的精力进行科学研究,道尔顿于1799年离开了学院。他选择在几个富人家里做私人教师,每天教课时间不超过两小时。这样,他既能谋生又能保证自己的科研工作。当时,他对气体和气体混合物的研究越来越重视。道尔顿觉得,要阐明气体的性质就必须先知道它的压力。他找到两种很容易分离的气体,分别测量出了各部分气体以及它们混合之后的压力。结果很让人兴奋,装在容积一定的容器中的某种气体压力是不变的,加入第二种气体后压力增加,但它只是两种气体的分压之和,而两种气体独自的压力并没有变化。因此,道尔顿得出结论:混合气体的总压等于组成它的各个气体的分压之和。道尔顿发现由此可以做出某些重要的推论,如气体在容器中存在的状态与其他气体无关。用气体具有微粒结构来解释就是,一种气体的微粒或原子均匀地分布在另一种气体的原子之间,所以这种气体的微粒所表示出来的性质与容器中没有另一种气体时是一样的。道尔顿开始更多的关注与原子相关的研究课题,他进行着顽强的研究工作,寻找资料、动手实验、不断地思考……
道尔顿在他1803年9月6日的笔记中写下了原子论的要点:
(一)原子是组成化学元素的、非常微小的、不可再分割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。
(二)同一种元素的所有原子的质量以及其他性质完全相同。不同元素的原子具有不同的质量以及其他性质。原子的质量是每一种元素的原子的最根本特征。
(三)有简单数值比的元素的原子结合时,原子之间就发生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子。
(四)一种元素的原子与另一种元素的原子化合时,他们之间成简单的数值比。