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歷史上許多著名的科學家都有自己的鮮明形象。在他們當中，英國化學家卡文迪許的形象也許有點奇特，但是他那獻身科學的一生給后人留下的印象卻是完美而深刻的。 古怪的性格 17一18世紀，在歐洲的科學家中，出身于中產階級的為數(shù)不少。當時沒有專門的科研機構，科學家很多是業(yè)余的。，他們根據自己的愛好作一些科學研究，器材、藥品都得花自己的錢。這就要求科學家不僅具備有一定的經濟條件，更需要一顆奉獻給科學的心�？ㄎ牡显S恰好具備了這一切。許多人都說，卡文迪許是18世紀英國有學問人中最富者，有錢人中最有學問者。這樣說的確毫不夸張。 1731年10月10日，卡文迪許出生在英國一個貴族家庭。父親是德文郡公爵二世的第五個兒子，母親是肯特郡公爵的第四個女兒。早年卡文迪許從叔伯那里承接了大宗遺贈， 1783年他父親逝世，又給他留下大筆遺產。這樣他的資產超過了130萬英鎊，成為英國的巨富之一。 盡管家資萬貫，他的生活卻非常儉樸。他身上穿的，永遠是幾套過時陳舊的紳士服。他吃的也很簡單，就是在家待客，照樣是羊腿一只。 這些錢該怎么用，卡文迪許從不考慮，有一次，經朋友介紹，一老翁前來幫助他整理圖書。此老翁窮困可憐，朋友本希望卡文迫許給他較厚的酬金。哪知工作完后，酬金一事卡文迪許一字未提。事后那朋友告訴卡文迪許，這老翁已窮極潦到，請他幫助。卡文迪許驚奇地問：“我能幫助他什么？”朋友說：“給他一點生活費用。”卡文迪許急忙從口袋掏出支票，邊寫邊問：“2萬鎊夠嗎？”朋友吃驚地叫起來：“大多，大多了！”可是支票已寫好。由此可見，錢的概念在卡文迪許的頭腦中是很淡薄的。 在當時，貴族的社交生活花天酒地�？ㄎ牡显S卻從不涉足。他只參加一種聚會，那就是皇家學會的科學家聚會。目的很明確：為了增進知識，了解科學動態(tài)。當時的目擊者是這樣描述的，卡文迪許來參加聚會，總是低著頭，屈著身，雙手搭在背后，、悄悄地進入室內。然后脫下帽子，一聲不響地找個地方坐下，對別人都不理會。若有人向他打招呼，他會立即面紅耳赤，羞澀不堪。有一次聚會是一位會員作實驗示范。這位會員在講解中發(fā)現(xiàn)，一個穿著舊衣服、面容枯槁的老頭，緊挨在身邊認真聽講。當他看了他一眼，老頭急忙逃開，躲在他人身后。過一會兒，這老頭又悄悄地擠進前面注意地聽講。這奇怪的老頭正是卡文迪許。 許多熟人都知道卡文迪許性情孤僻，不喜歡與人談話。在他的朋友中，能與卡文迪許交談的沒有幾個人。化學家武拉斯頓算是其中一個。他總結了一條經驗：“與卡文迪許交談，千萬不要看他，而要把頭仰起，兩眼望著夭，就象對空談話一樣，這樣才能聽到他的一些見解。”就是這樣，卡文迪許的話也不多，他沉默寡 言得出奇，在同齡人中，可能是話說得最少的人了。這種怪僻性洛的形成與他從小生長的環(huán)境有一定關系。他兩歲時，母親因生育他弟弟而病逝，從此他失去了母愛。他父親忙于社交活動，撇下他交由保姆看管，與外界極少往來。直到11歲才被送入一所專收貴族子弟的學校，在學校里他仍然很少與別人交往，這就使他顯得特別孤獨、羞怯。 二氧化碳的研究和氫氣的發(fā)現(xiàn) 由于這種古怪的性格，卡文迪許長期深居獨處，整天埋頭在他科學研究的小于地。他把他家的部分房子進行了改造。一所公館改為實驗室，一處住宅改為公用圖書館，把自家豐富的藏書供大家使用，1733年他父親死后，他又將他的實驗基地搬到鄉(xiāng)下的別墅。將別墅富麗堂煌的裝飾全部拆去，大客廳變成實驗室，樓上臥室變成觀象臺。甚至在宅前的草地上豎起一個架子，以便攀上大樹去觀測星象。至于踐踏了那些名貴的花草，他毫不在乎。這些都表明，對于科學研究池簡直象著了魔一樣。 在社交生活中，他沉默寡言，顯得很孤僻，然而在科學研究中，他思路開闊，興趣廣泛，顯得異�；钴S。上至天文氣象，下至地質采礦，抽象的數(shù)學，具體的冶金工藝，他都進行過探討。特別在化學和物理學的研究中，他有極高的造詣，取得許多重要的成果。 “ 1766年，卡文迪許發(fā)表了他的第一篇論文“論人工空氣的實驗”。這篇論文主要介紹了他對固定空氣（即二氧化碳，在化學命名法提出之前，人們是這樣稱呼二氧化碳的）、易燃空氣（即氫氣）的實驗研究。 早在1754年英國化學家布萊克就發(fā)現(xiàn)了固定空氣，但是當時只知道加熱石灰石可以獲得它，人呼出的空氣中含有它，木炭燃燒也產生它。至于怎樣收集它，它的物理化學性質如何都不了解。在這些方面卡文迪許做了建設性的工作。 卡文迪許考察了收集反應氣體的排水集氣法，他發(fā)現(xiàn)固定空氣能溶解于水，室溫下的水可吸收固定空氣的體積比水本身的體積還要大一點，水冷時可以吸收得更多。若將水煮沸，溶解于水中的固定空氣則會逸出。酒精吸收固定空氣的本領更大，約是其本身體積的2．25倍。某些堿溶液也能溶解固定空氣，因此收集固定空氣不能采用排水集氣法，而應在不吸收固定空氣的水銀面上進行。他的這一介紹對于當時科學家研究氣體是很有啟發(fā)的。 卡文迪許側得國定空氣比普通空氣重1．57倍，測出了酸從石灰石、大理石、珍珠灰等物質中排出固定空氣的重量，計算出這些物質中固定空氣的含量。他還發(fā)現(xiàn)在普通空氣中，若固定空氣的含量占到總體積的1/9，燃燒的蠟燭在其中就會媳滅。這些實驗研究使人們對二氧化碳的性質有了更多的了解。 在卡文迪許之前，許多人曾制取過氫氣，但是并沒有認真研究它�？ㄎ牡显S用稀硫酸或稀鹽酸與金屬鋅或鐵作用獲得氫氣，發(fā)現(xiàn)它點火即燃，不溶于水和堿，比普通空氣輕11倍，與已知的其它氣體都不一樣，從而斷定它是一種新的氣體。他還發(fā)現(xiàn)，一定量的金屬與稀酸作用所放出的氫氣的多少，與酸的種類、濃度無關，而隨金屬不同而相異。 卡文迪許當時信奉燃素說，曾認為氫氣就是燃素。恰好，當時的許多燃素說信徒都猜測燃素具有負重量。充滿氫氣的氣球徐徐升空，曾使燃素論信徒受到鼓舞，他們的猜測似乎有了證明。然而細心的卡文迪許在弄清了空氣的浮力原理后，以精確的實驗測出氫氣確有重量，從而否定了燃素具有負重量的觀點。盡管他是信奉燃素說的，但是他更尊重科學實驗的事實。 確認水的組成和意外的發(fā)現(xiàn) 從1771年起，卡文迪許全神貫注在電學的實驗研究上，這是他的一個系統(tǒng)、持久的研究課題。直到1781年普利斯特列在一項卡文迪許曾探索過的研究題目上有了新的發(fā)現(xiàn)，才把卡文迪許重 新技回到氣體的研究中。 1781年，普利斯特列宣稱他做了一個“毫無頭緒”的實驗：他將卡文迪許發(fā)現(xiàn)的氫氣和自己發(fā)現(xiàn)的脫燃素空氣（即氧氣）混和在一閉口瓶中，然后用電火花燃爆，發(fā)現(xiàn)瓶中有露珠生成。他懷疑自己的實驗結果，也無法解釋自己的實驗。當普利斯特列將這一情況告訴卡文迪許后，引起了后者的興趣。在征得普利斯特列的許可后，卡文迪許繼續(xù)這一實驗。由于他設計的實驗較精確，很快得到結論。在他1784年發(fā)表的論文“關于空氣的實驗，中指出：氫氣和普通空氣混和進行燃爆，幾乎全部氫氣和1/5的普通空氣凝給成露珠，這露珠就是水。他又采用氧氣代替普通空氣進行多次實驗，同樣獲得了水。他還證明氫氣和氧氣相互化合的體積此為2．02：1。由此他確認了水是由氫氣和氧氣化合而成的。 在上述實驗中，卡文迪許遇到兩個意外的問題。他發(fā)現(xiàn)燃爆氫氣與氧氣的混和氣體時，有時所產生的水有點酸味，用堿中和，再將水蒸發(fā)能得到少量的硝石。若氧氣愈多，生成的酸也就多些；若氫氣過量，則沒有酸生成。這是為什么？為此他繼續(xù)作了一系列實驗，終于解決了疑難。 在1785年發(fā)表的論文中，他指出水的酸味是因為水中含有硝酸或亞硝酸，它們的生成則由于氧氣中混有氮氣，在電火花燃爆的高溫中，氧氣和氮氣會化合。而氫氣與普通空氣混和燃爆時，由于大量氮氣的存在，反應溫度不夠高，從而無法生成硝酸。這一精細的實驗為人們提供了一種由空氣制取硝酸的方法。 卡文迪許還發(fā)現(xiàn)，燃爆反應后的硝酸或亞硝酸用鉀堿溶液中和，過量的氧氣用硫化押溶液吸收掉后，試管里仍剩下一個很小的氣泡，這氣泡的體積約是氮氣總體積的1/120。這部分氣體的性質與氮氣不一樣。根本不參加化學反應。它究竟是什么呢？卡文迪許沒法講清。但是他為后人提出了一個研究課題，直到100年以后，英國化學家瑞利和拉姆塞才證實，這部分氣體是惰性氣體。 不圖名不圖利 卡文迪許1767年發(fā)表的論文也引人矚目。這篇文章介紹了他、關于水和固定空氣的實驗。將一個深水井的井水進行煮沸，發(fā)現(xiàn)有固定空氣逸出，同時產生白色沉淀。他認為白色沉淀和固定空氣原先都是溶于水的，它們可能是溶于水中的石灰質土。為了證明這一看法，他在清澈的石灰水中通入圃定空氣，開始時產生乳白色沉淀，繼續(xù)通入固定空氣后，沉淀復又溶解，溶液再次澄清透亮。這時他將這溶液煮沸，立刻就象井水那樣釋放出固定空氣并產生白色沉淀。 卡文迪許的這一實驗和他的解釋使人們認清了一個常見的自然現(xiàn)象。在石灰?guī)r遍布的地區(qū)，含有二氧化碳的雨水或泉水流經石灰?guī)r地層、慢慢地溶解部分石灰石形成重碳酸鹽溶液。這些溶液在石巖中緩慢下滴時，可能因溫度變化或水汽蒸發(fā)，二氧化碳乘機逸去，碳酸鈣結晶析出，日積月累，逐漸形成了石鐘、石乳、右筍等奇特的景象。喀斯特地形構造有了科學的解釋。 卡文迪許自1766年發(fā)表第一篇論文，開始引起社會的重視，以后他又陸續(xù)發(fā)表了一些關于化學、物理學的富有成果的報告，逐漸引起英國乃至歐洲科學界的震驚，當時有人表示懷疑，為此英國皇家學會曾組織了一個委員會，重復卡文迪許的實驗，結果完全證實了卡文迪許的卓越實驗技巧和他對科學的誠實態(tài)度。卡文迪許是個了不起的科學家，贏得了科學界的尊敬。 卡文迪許對牛頓是非常敬仰的，他從牛頓身上不僅吸取了獻身科學的力量，還接下了牛頓的許多研究項目。他根據萬有引力定律，研究過動力學；依據牛頓提出的熱是微粒振動的觀點，做了有關熱的許多實驗、發(fā)現(xiàn)了比熱的測定法。他還運用萬有引力定律，通過實驗測定出地球的密度為水的密度的5．5倍，由此可以計算地球的相對重量。這些著名的實驗不僅驗證了萬有引力定律的科學性，同時也表明卡文迪許具有扎實的數(shù)理基礎和高超的實驗技巧。 卡文迪許從事科研不圖名、不圖利。當許多人推崇他發(fā)現(xiàn)氫氣時，他謙遜他說：“這事早有別人注意到了。”他的許多論文和實驗報告，沒有急于發(fā)表，特別是關于自然哲學的許多論述基本上沒有公開發(fā)表。也許由于他慎重，也許由于他羞怯，他自認為沒有足夠實驗依據的手稿大部沒有發(fā)表。所以在他將近50年的科研生涯中，他沒有寫一本書，這對于促進科學研究的發(fā)展是很可惜的。 卡文迪許雖然一生獨居，但是科學研究所開辟的新天地給他的生活提供了特別的斤趣。雖然他自小身體虛弱，但是他的生活一直很有規(guī)律，所以很少生病，直到1810年3月10日，才以79歲的高齡與世永別。
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