化學領域中的探險者——蓋呂薩克

　　法國的物理學,化學家蓋?呂薩克(Gay-Lussac,J.L.1778-1850),生于

　　法國利摩日地區的圣?雷奧納爾鎮.他的父親是當時的檢察官,家境比較富裕.

　　蓋?呂薩克在家鄉受初等教育后,就進入巴黎工業學校學習.他熱愛化學專業和

　　實驗技術,深得該校著名化學家貝托雷 (Berthollet,C.L.1748-1822)的賞識.

　　1880年畢業后,當貝托雷的助手.當時貝托雷正在同化學家普羅斯

　　(Proust,J.L.1754-1826) 爭論有關定比定律問題.定比定律是普羅斯1799

　　年提出來的,他認為,"兩種或兩種以上的元素相互化合成某一化合物時,其重

　　量之比例是天然一定的,人力不能增減".貝托雷對此結論堅決反對,要求蓋?呂

　　薩克作實驗論證自己的觀點.蓋?呂薩克經過反復實驗和分析研究,所記錄的事

　　實和所得的結論都證明貝托雷的反對是錯誤的.貝托雷看了蓋?呂薩克的實驗結

　　果后,忽然皺起額頭表現出深深的失望.作為大科學家來說,真理總是比自尊心

　　更為可貴.他想,做出這一成果的不是別人,而是剛剛踏上科學道路的年輕人

　　蓋?呂薩克的.這時貝托雷陰沉的臉上露出了笑容,把手搭在蓋? 呂薩克的肩上

　　說:"我為你感到自豪.象你這樣有才華的人,沒有理由讓你當助手,哪怕是給

　　最偉大的科學家當助手.你的眼睛能發現真理,能洞察人們所不知道的奧秘,而

　　這一點卻不是每一個人都能做到的.你應該獨立地進行工作.從今天起,你可以

　　進行你認為必要的任何實驗."貝托雷忘掉了自己爭論問題的失敗,高興地認為,

　　世界上又出現了一位偉大的化學家.他不在別處,而是在我貝托雷的實驗室里!

　　法國將為有此驕子而自豪.

　　蓋?呂薩克同法國物理學家彼歐(Boit,J.B.1774-1862)兩人是青年科學家

　　又是好朋友.他們經常在一起研究大氣現象和地磁現象,討論新的想法和制定研

　　究計劃.他們很感興趣的是:人怎樣上升到空中研究高空大氣層和測定地球的磁

　　場強度.有一次,他們突然產生了利用氣球到高空的想法,這種大膽的設想使他

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　　們入了迷,在氣球下面懸個坐人的大吊籃.1804年8月2日,天空晴朗,萬

　　里無云,氣候炎熱平靜無風.黎明時,開始往大球里充入氫氣.氣球逐漸膨脹,

　　幾小時后騰空起,平穩上升,下面的人拉緊系住氣球的纜繩.蓋?呂薩克和彼歐

　　坐在圓形的吊籃里.

　　"剪斷纜繩!"蓋?呂薩克吩咐道.

　　"一路平安"留在地面上的貝托雷高聲地祝賀,并向他們揮手致意. 但他們

　　的聲間卻被下面的大學生,教授,科學工作者和其他各界人士的歡呼所淹沒.氣

　　球輕輕地搖擺了一下,就向上升去.這是從來沒有過的偉大場面.氣球越升越高,

　　兩位年輕的科學家高興地揮動手臂,孩子般地高聲叫著.送行的人群逐漸消失,

　　在他們下面的無邊無際的曠野中. 他們的高空觀察磁針的偏轉,高度表的變化.

　　長到5800米的時候,彼歐頭暈,耳痛,面色蒼白,滿臉大汗,冷得牙齒打顫.

　　蓋?呂薩克雖然感覺較好,也認為應該下降了.但彼歐堅決要求不要下降,不要

　　管他.蓋?呂薩克不同意他的意見,于是開始打開閥門,放出一些氫氣,聽到輕

　　微的嘯聲,氣球開始收縮,然后逐漸平穩地下降,幾小時就著陸了.兩位科學家

　　大膽探索的消息,引起了極為強烈的反響,到處都在談論他們創造的航行事跡.

　　1個半月以后,蓋?呂薩顧再一次升到空中,氣球到達7016米的高度.測量

　　的結果表明,即使在這樣的高度,磁場也幾乎沒有任何變化.他在6636米的

　　高度采集的空氣樣品,分析后發現它的成分與前面的空氣一樣.

　　有一次在阿喬伊,當蓋?呂薩克站在窗前沉思問題的時候,一個不相識的男

　　人要求見他.問了姓名后,知道他是蓋?呂薩克在論文中批評過的德國化學家洪

　　堡德. (Humbolkt,A.1769-1859).蓋?呂薩克感到,這是一個令人不愉快的場面.

　　洪堡德卻請他坐下,說:"請你相信,我并不埋怨你的批評.批評是正確的,盡

　　管文章的口氣有些尖銳,但是,我把這歸怨于你的年輕.我的朋友,要謙虛一些,

　　在科學上不是所有的現象都是那么容易理解的,往往會得出錯誤的結論."蓋?呂

　　薩克選同洪堡德的意見,并很快地接受了他們一起研究氣體的建議.1805年

　　3月這兩位青年科學家動身前往南方考察.他們每行300-400公里后,就

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　　停下來,搭起小帳篷開始工作,就這樣邊前進邊研究到達了意大利的最南端.秋

　　天來到時考察團出發去北方,經過奧地利到波羅地海.第二年,蓋?呂薩克同洪

　　堡德回到了柏林.他們研究空氣的成分,往空氣中摻入氫氣,將混合氣體點燃,

　　氧氣和氫氣化合成水而剩下了氮氣.蓋?呂薩克發現氫氣與氧化合時,氧氣的體

　　積總是氫氣體積的一半.在他與洪堡德共同撰寫的論文中寫道:"總是100個

　　體積的氧氣與200個體積的氫氣化合并形成水."這個簡單的體積關系促使

　　蓋?呂薩克想到, 是不是其它的氣體化合時其體積間也有這樣的關系 因而他決

　　心研究其它氣體化合的反應,看這個體積關系是不是具有普遍性.他用等體積的

　　氮氣和氧氣,用電火花通過這種混合氣體.于是氣體發生反應變成了氧化氮,他

　　發現1個體積的氧氣和1個體積的氮氣化合后得到2個體積的氧化氮.他研究其

　　它氣體之間進行的化學反應,參加反應的氣體與生成的氣體之間,其體積都存在

　　著簡單的比例關系.在1808年,蓋?呂薩克綜合各種實驗結果,做了這樣的

　　結論:"各種氣體在彼此起化學作用時常以簡單的體積比相結合."他還進一步明

　　確指出:不但氣體的化合反應是以簡單的體積比相作用,而且在化合后,氣體體

　　積的改變(收縮或膨脹)也與發生反應的氣體體積有簡單的關系.如2體積的一

　　氧化碳與 1體積的氧作用,生成2體積的碳酸氣,收縮1體積;1體積的氧與碳

　　化合,生成2體積的一氧化碳,膨脹1體積;1體積的氧與硫反應,生成1體積

　　的亞硫酸氣,體積無變化.蓋?呂薩克的科學發現是不少的,這僅是他對化學作

　　的一部分貢獻.

　　苯的發現和苯分子結構學說

　　苯是在 1825年由英國科學家法拉第(Michael Faraday,1791- 1867)首先

　　發現的.19世紀初,英國和其他歐洲國家一樣,城市的照明已普遍使用煤氣.

　　從生產煤氣的原料中制備出煤氣之后,剩下一種油狀的液體卻長期無人問津.法

　　拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學家.他用蒸餾的方法將這種油狀液體

　　進行分離,得到另一種液體,實際上就是苯.當時法拉第將這種液體稱為"氫的

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　　重碳化合物". 1834年,德國科學家米希爾里希(E.E.Mitscherlich,1794-863)

　　通過蒸餾苯甲酸和石灰的混合物,得到了與法拉第所制液體相同的一種液體,并

　　命名為苯.待有機化學中的正確的分子概念和原子價概念建立之后,法國化學家

　　日拉爾 (C.F.Gerhardt,1815-856)等人又確定了苯的相對分子質量為78,分子式

　　為C6H6.苯分子中碳的相對含量如此之高,使化學家們感到驚訝.如何確定它

　　的結構式呢 化學家們為難了:苯的碳,氫比值如此之大,表明是高度不飽和的

　　化合物.但它又不具有典型的不飽和化合物應具有的易發生加成反應的性質.

　　德國化學家是一位極富想象力的學者,他曾提出了碳四價和碳原子之間可以連接

　　成鏈這一重要學說.對苯的結構,他在分析了大量的實驗事實之后認為:這是一

　　個很穩定的"核",6個碳原子之間的結合非常牢固,而且排列十分緊湊,它可以

　　與其他碳原子相連形成芳香族化合物.于是,凱庫勒集中精力研究這6個碳原子

　　的"核".在提出了多種開鏈式結構但又因其與實驗結果不符而一一否定之后,

　　1865年他終于悟出閉合鏈的形式是解決苯分子結構的關鍵,他先以(Ⅰ)表示苯

　　結構.1866年他又提出了(Ⅱ)式,后簡化為 (Ⅲ)式,也就是我們現在所說的凱庫

　　勒式.

　　有人曾用6只小猴子形象地表示苯分子的結構.關于凱庫勒悟出苯分子的環

　　狀結構的經過,一直是化學史上的一個趣聞.據他自己說這來自于一個夢.那是

　　他在比利時的根特大學任教時,一天夜晚,他在書房中打起了瞌睡,眼前又出現

　　了旋轉的碳原子.碳原子的長鏈像蛇一樣盤繞卷曲,忽見一蛇抓住了自己的尾巴,

　　并旋轉不停.他像觸電般地猛醒過來,整理苯環結構的假說,又忙了一夜.對此,

　　凱庫勒說:"我們應該會做夢!……那么我們就可以發現真理,……但不要在清

　　醒的理智檢驗之前,就宣布我們的夢." 應該指出的是,凱庫勒能夠從夢中得

　　到啟發,成功地提出重要的結構學說,并不是偶然的.這是由于他善于獨立思考,

　　平時總是冥思苦想有關的原子,分子,結構等問題,才會夢其所思;更重要的是,

　　他懂得化合價的真正意義,善于捕捉直覺形象;加之以事實為依據,以嚴肅的科學

　　態度進行多方面的分析和探討,這一切都為他取得成功奠定了基礎.

 

 

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