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第11章 卡文迪许的故事

在化学史上,人们把“氢元素的发现”与“发现和证明了水是氢和氧的化合物”这两项重大成就,主要归功于英国化学家和物理学家卡文迪许。

卡文迪许出生在英国一个贵族家庭。父亲是德文郡公爵二世的第五个儿子,母亲是肯特郡公爵的第四个女儿。早年卡文迪许从叔伯那里承接了大宗遗赠,父亲逝世后,又给他留下大笔遗产。这样他的资产超过了130万英镑,成为英国的巨富之一。

尽管家资万贯,他的生活却非常俭朴。他身上穿的永远是几套过时陈旧的绅士服。他吃得也很简单,就是在家待客,照样是羊腿一只。许多人都说,卡文迪许是18世纪英国有学问人中最富者、有钱人中最有学问者。这的确毫不夸张。

这些钱该怎么用,卡文迪许从不考虑,有一次,经朋友介绍,一老翁前来帮助他整理图书。此老翁穷困可怜,朋友本希望卡文迪许给他较厚的酬金。哪知工作完后,酬金一事卡文迪许一字未提。事后那朋友告诉卡文迪许,这老翁已穷困潦倒,请他帮助。卡文迪许惊奇地问:“我能帮助他什么?”朋友说:“给他一点生活费用。”卡文迪许急忙从口袋掏出支票,边写边问:“2万镑够吗?”朋友吃惊地叫起来:“太多,太多了!”可是支票已写好。由此可见,钱的概念在卡文迪许的头脑中是很淡薄的。

在当时,贵族的社交生活花天酒地,卡文迪许却从不涉足。他只参加一种聚会,那就是皇家学会的科学家聚会。目的很明确:为了增进知识,了解科学动态。当时的目击者是这样描述的:卡文迪许来参加聚会时,总是低着头,屈着身,双手搭在背后,悄悄地进入室内,然后脱下帽子,一声不响地找个地方坐下,对别人都不理会。若有人向他打招呼,他会立即面红耳赤,羞涩不堪。

有一次聚会是一位会员做实验示范。这位会员在讲解中发现,一个穿着旧衣服、面容枯槁的老头,紧挨在身边认真听讲。当他看了他一眼,老头急忙逃开,躲在他人身后。过一会儿,这老头又悄悄地挤进前面注意地听讲。这奇怪的老头正是卡文迪许。

许多熟人都知道卡文迪许性情孤僻,不喜欢与人谈话。在他的朋友中,能与卡文迪许交谈的没有几个人。化学家武拉斯顿算是其中一个,他总结了一条经验:“与卡文迪许交谈,千万不要看他,而要把头仰起,两眼望着天,就像对空谈话一样,这样才能听到他的一些见解。”就是这样,卡文迪许的话也不多,他沉默寡言得出奇,在同龄人中,可能是话说得最少的人了。

这种怪僻性格的形成与他从小生长的环境有一定关系。他两岁时,母亲因生育他弟弟而病逝,从此他失去了母爱。他父亲忙于社交活动,撇下他交由保姆看管,与外界极少往来。直到11岁才被送入一所专收贵族子弟的学校,在学校里他仍然很少与别人交往,这就使他显得特别孤独、羞怯。

由于这种古怪的性格,卡文迪许长期深居独处,整天埋头在他科学研究的小天地里。他把他家的部分房子进行了改造:一所公馆改为实验室,一处住宅改为公用图书馆,把自家丰富的藏书供大家使用,父亲死后,他又将他的实验基地搬到乡下的别墅。将别墅富丽堂皇的装饰全部拆去,大客厅变成实验室,楼上卧室变成观象台。甚至在宅前的草地上竖起一个架子,以便攀上大树去观测星象。至于践踏了那些名贵的花草,他毫不在乎。这些都表明,对于科学研究他简直像着了魔一样。

在社交生活中,他沉默寡言,显得很孤僻,然而在科学研究中,他思路开阔,兴趣广泛,显得异常活跃,上至天文气象,下至地质采矿、抽象的数学、具体的冶金工艺,他都进行过探讨,特别在化学和物理学的研究中,他有极高的造诣,取得许多重要的成果。

在18世纪末以前,曾经有不少人做过制取氢气的实验,所以实际上很难说是谁发现了氢,卡文迪许对氢的发现和研究作出了很大贡献。

18世纪60年代中期,卡文迪许向英国皇家学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》,讲了他用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得“易燃空气”(即氢气)。他发现一定量的某种金属分别与足量的各种酸作用,所产生的这种气体的量是固定的,与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸;又发现氢气与氧气化合生成水,从而认识到这种气体和其他已知的各种气体都不同。

他弄清楚了气球在空气中所受浮力问题,通过精确研究,证明氢气是有重量的,只是比空气轻很多。他是这样做实验的:先把金属和装有酸的烧瓶称重,然后将金属投入酸中,用排水集气法收集氢气并测体积,再称量反应后烧瓶及内装物的总量。这样他确定了氢气的比重只是空气的9%。

从这个故事中可看出卡文迪许严谨的科研作风和他对化学的重大贡献。一百多年后,剑桥大学建立了一座物理实验室,以卡文迪许的名字命名,这就是著名的卡文迪许实验室,它在几十年内,一直是世界现代物理学的一个重要研究中心。

卡文迪许于1767年发表的一篇论文也引人瞩目。这篇文章介绍了他关于水和固定空气(即“二氧化碳”)的实验。将一个深水井的井水进行煮沸,发现有固定空气逸出,同时产生白色沉淀。他认为白色沉淀和固定空气原先都是溶于水的,它们可能是溶于水中的石灰质。为了证明这一看法,他在清澈的石灰水中通入固定空气,开始时产生乳白色沉淀,继续通入固定空气后,沉淀复又溶解,溶液再次澄清透亮。这时他将这溶液煮沸,立刻就像井水那样释放出固定空气并产生白色沉淀。

卡文迪许的这一实验和他的解释使人们认清了一个常见的自然现象——喀斯特地貌。在石灰岩遍布的地区,含有二氧化碳的雨水或泉水流经石灰岩地层,慢慢地溶解部分石灰石,形成重碳酸盐溶液。这些溶液在石岩中缓慢下滴时,可能因温度变化或水汽蒸发,二氧化碳乘机逸去,碳酸钙结晶析出,日积月累,逐渐形成了石钟、石乳、石笋等奇特的景象。这样,喀斯特地形构造有了科学的解释。

卡文迪许从事科研不图名、不图利。当许多人推崇他发现氢气时,他谦逊地说:“这事早有别人注意到了。”

在拜金主义流行的今天,怎样对待金钱是一个重大的问题。青少年应当学习卡文迪许对待金钱的态度,让自己那颗被金钱和名誉冲昏的头脑冷静下来,明白自己要的是什么。

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