近代化学的奠基人

 新闻资讯     |      2020-03-26 14:54

波义耳是化学史上的第一位伟人,他第一次为化学元素下了明确的定义,使化学发展有了新的起点。恩格斯曾对此评价道:“波义耳把化学确立为科学。”波义耳1627年出生在爱尔兰,他家是一个大官僚家庭,他的父亲理查德·波义耳,曾被封为公爵。他家中广有庄园,生活富有,因而从小受到过良好的教育。

在164年也就是波义耳17岁的时候波义耳的父亲被共和派的军队击毙波义耳读书时就非常喜欢实验科学,他最崇拜的人是英国大哲学家和科学家弗兰西斯·培根。他认为,培根是一个脚踏实地的人,他把培根说的“知识就是力量,力量就是知识”作为自己一生的座右铭,他主张:“空谈无济于事,实验决定一切”。

为了研究化学,波义耳自己建了一个规模不小的实验室。波义耳的祖父和父亲曾留下许多受封的领地,有一处在斯泰尔桥。这个地方的地理位置很好,它处在牛津和伦敦之间,同时还有许多空房子,其中还有一座楼房。楼房上下两层,他把上层改建成卧室、工作室和藏书室,下层全部改建成实验室。

看来近代科学在研究模式上与现在是有些不同的。主要原因可能是,那时的科研项目并不像现在这样庞大,需要使用那么高级的仪器。而那时欧洲资本主义经济已经发展起来,许多家庭已经比较富有,个人出资从事科学研究并不是难事。在近代科学史上,我们能看到许多个人出资从事科研取得重大成就的。如前面我们已经介绍过的研究血液循环的哈维,就是拥有私人实验室,笛卡尔一生无职业靠遗产支撑个人的科研。而这样的模式在今天似乎有点行不通口提起科学研究,总是与政府、公共联系在一起据说,欧洲近代的化学家从波义耳开始,一般都有自己的私人实验室,实在建不起实验室的,就只好到有实验室的专家那里做实验员或助手。看来化学能从欧洲发展起来私人实验室功不可没。

有了实验室,波义耳的研究工作就如虎添翼。在化学实验中取得了很多的研究成果,在实验中,波义耳是个观察很仔细也很敏锐的人,有时似乎一件很偶然的事情,他也不会轻易放过。波义耳常说:“要想做好实验,就要敏于观察。”据说波义耳非常喜欢花。有一次,他把一把深紫色的紫罗兰带进了实验室,放在实验台上,然后就紧张地进行加热浓硫酸的工作。一缕缕酸雾从瓶中冒出,加热完浓硫酸以后他又和助手一起转移了一些浓盐酸,浓盐酸倒入烧杯以后,和往常一样,又冒出许多白烟,这些白烟弥散在实验台和放在实验台上的紫罗兰上。做完这些工作以后,波义耳一看,他那把心爱的紫罗兰在微微地冒烟。“可惜啊,可惜!酸雾都弄到花上了,应当马上洗一洗。

于是,他把紫罗兰冲洗了一下,就插进窗台上的花瓶里。过了一会,波义耳转过身来一看,啊!紫罗兰全都变成“红罗兰”了,这简直是奇迹!波义耳没有放过这个奇怪的现象,他马上采来各种花,进行了花木和酸碱相互作用实验。经过实验发现,大部分花草受酸或碱的作用都能改变颜色。其中,从石蕊地衣中提取的紫色浸液和酸碱的作用最有意思。和酸作用能变成红色,和碱作用能变成蓝色。后来波义耳就用这种石蕊浸液把纸浸透,然后再烤干用以实验溶液的酸碱性,这就是有名的石蕊试纸。与此相联系的,波义耳还有个重要发现。有一次波义耳在研究用水制取五倍子浸液时发现,这种浸液和铁盐在一起,就会形成不生成沉淀的黑色溶液,这种黑色溶液经久不变色。因此波义耳就发明了制取黑墨水的方法,用波义耳发现的方法制的高质量的墨水,几乎用了一个世纪。此外,波义耳靠敏锐的观察力还发现,从硝酸银中沉淀出来的白色物质,如果暴露在空气中,就会变成黑色,这一发现,为后来过了两世纪把硝酸银氯化银、溴化银用于照相术上,做了先导性的工作。

波义耳还是分析化学的奠基人。波义耳经多年的研究工作证明,利用某些试剂作用于物质时,它们就能分解而生成最简单的成分,有些物质会形成有色沉淀。有些能分解放出带有特殊气味的气体,还有些物质会产生有色溶液等等。波义耳把这些不同物质的明显不同的反应叫做特征反应,利用特征反应就可以确定不同的化合物。波义耳把借助于特有的反应来分解物质并鉴定产物的过程叫做“分析”,波义耳的工作推动化学进一步向前发展并为化学带来了新的研究方法。

不过,波义耳对化学最大的贡献是在理论上。化学主要源于炼金术,到了15、16世纪化学开始摆脱炼金术的束缚,但仍从属于医学和冶金,没能成为一门独立的科学。波义耳从亲身实践中体会到化学有其自身的目的,而不是医学和冶金学的从属品。应当把化学看作一门科学,看作自然哲学的一个分支。在他的代表作怀疑的化学家》一书中,有这样一段话明确地表达了他的观点:“至今从事化学研究的人,主要是从医师的角度以配制良药,或者从炼金术师的角度以人工制造金子为目的,而没有把自然科学的进步作为奋斗目标,因而忽视了许多现象我发现了这一缺陷,准备作为一个大自然的探索者,使化学为哲学的目的服务。

的确,作为哲学或科学的一个分支,化学应主要从事对现象作理论解释,而不是去实际利用它们。正是在这一思想的支配下,波义耳大胆批驳了当时炼金术士的三要素说和仍广为流行的亚里士多德的四元素说提出了科学的元素定义。在波义耳之前,人们事实上已经发现了不少可以称得上是元素的物质。如远在古代,人们就发现了铜、锡、锌、铁、铅、金、银、汞等金属元素,后来人们又发现了砷、碳等非金属元素。但是到底什么是元素,人类却一直处于迷蒙之中。在古代中国,人们从自然哲学的猜测出发,认为土、木、水、火、金是五种基本元素。出于同一背景,古希腊哲学家亚里士多德把水、土、气、火称为四种基本元素。而哲学家德谟克利特则认为,只有“原子”才是最基本的元素。到了中世纪,炼金术士开始把硫和汞看作两种基本元素,后来把盐也看成基本元素,并以此构成炼金术士所说的“三基”。因此从古代到中世纪,人们一直都说不清什么是真正的元素。

在积极吸取前人元素定义的基础上,通过对自己的实践进行认真的分析总结,波义耳在《怀疑的化学家》一书中提出了一个关于元素的科学定义。他指出我说的元素的意思和那些讲得最明白的化学家们说的要素的意思相同,是指某种原始的、简单的、一点也没有杂质的物体。元素不能用任何其他物体造成,也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全混合物(化合物)的成分,也是完全混合物最终分解成的要素。”

波义耳的元素定义的提出,激起了人们对已知的“元素”进行重新鉴别的热情。当然,从现代化学的观点看,波义耳所定义的元素实际上是单质,他以这一定义将单质与化合物和混合物区别开来。不过人们发现,根据波义耳的元素定义,被炼金术士们称做元素的硫和汞确实是元素,而被炼金术士们称为元素的盐、水和空气根本不是元素;反之,炼金术士们认为不是元素的铜、铁、锌、碳等倒是真正的元素。

波义耳的元素定义的提出,也激起了人们寻找新元素的热情。正是在波义耳的元素定义的指引下,人们逐渐发现了一系列新的化学元素,而化学也因之得以迅速进步

波义耳的科学的元素概念以及他对各种化学现象和化学物质的深入研究,使化学真正以科学的形态出现了。作为研究物质及其变化规律的化学,把化学元素当成了自己最基本的概念,因此,这个概念的确定有着十分重大的意义。它不仅是化学史上的一个里程碑,而且是整个科学史上的一个里程碑,因为它标志着人类对物质基本组成的认识进入了一个科学的新阶段波义耳还曾进行过燃烧定性、定量实验,最先揭示了空气是燃烧的基本条件这一事实。但由于他持有“火微粒”的观点,与氧气及质量守恒定律擦肩而过。

在物理学上,波义耳系统地研究了空气的物理性质,确定了空气的一个物理定律这个定律就是我们中学物理中熟悉的“波义耳一马略特定律”。波义耳终生未娶。他把毕生的精力都献给了自己所钟爱的事业。1686年,波义耳被选为英国皇家学会(同于该国的国家科学院)会长。但他拒绝就职,而是回到祖传的庄园中。他有时去剑桥同牛顿会晤,有时往牛津与老友叙旧,有时来伦敦和哲学家们会面。但是,他最惬意的还是在书房中与书籍为伍。

1691年12月30日,波义耳与世长辞,终年64岁。他的坐落在爱尔兰的墓志上刻着:“化学的父亲和科克伯爵的叔父”。