电和化学结伴而行

使电学和化学联姻的月下老人,应首推英国的戴维了．1778年出生的戴维,是一个木匠的儿子,他的青年时代是在贫困中度过的．上学的时候戴维不喜欢学校的功课,所以不久就辍学去给一位药剂师当了学徒．但是这份工作把他引入了一个奇异的化学世界,使他热爱上了化学．因此,他在药剂师家中开始了自学．他不仅学习书里的科学内容,还要亲手实验来验证那些理论,这给他的东家带来了一些小小的灾难,实验室里常常传来爆炸声,还夹杂着有毒的烟雾．主人只好把他解雇了．但是,戴维经过自学,最后成为一名化学家．20 岁的时候,戴维竟然成为一所气体医疗研究院的主任。

戴维的兴趣非常广泛而且有极强的探索精神．在气体医疗研究所期间,他用化学的方法制造出各种气体,而且每次都冒险地去呼吸一下这种气体,他吸过氢气、氧气、纯一氧化碳等,有些气体几乎使他窒息,但是戴维的鲁莽行动也得到了报偿,就是他发现了笑气(一氧化氮),这是一种使人有点眩晕,陶醉的气体,常令人大笑的气体,后来用于做牙科手术的麻醉剂．戴维真正成为一名世界著名的科学家是由于一个偶然的机遇引起的。

当时英国皇家学院是一所很有名气的大学,但是经费日渐短绌,虽然有班克斯爵士的资助,仍然很难维持下去。

创办这所学院的伦福德爵士,打量着这个拥有了新出现的电池和其他静电先进设备的实验室,产生了一个念头,“能不能举办一些电学讲座,表演各种新奇的电学现象来筹集资金呢! ”这倒是个好主意,但是人们会不会掏钱买票来听讲座呢? 不过,无论如何是值得试一试的。

要使科学讲座受欢迎,就需要有一个优秀的演讲人．一定要讲得让人听了开心,看得高兴才行．经过朋友的介绍,戴维来到皇家学院伦福德的办公室里．经过一番交谈后,戴维被聘为该学院的讲师．1801年的一天晚上,伦福德和听众一道坐在大厅里听戴维的头一次演讲．这位青年讲的好极了．伦福德如释重负,疑虑皆除．戴维精通化学和电学,他知道如何引起听众的兴趣．他那魔术般的表演,使每一项试验都引起欢呼．当人们离开会场时,真是满心畅快,心满意足。

科学讲座大受欢迎,每晚的入场券销售一空,许多贵族把听科学讲座当成时髦的玩意,他们穿上漂亮的衣服,就像去参加盛大宴会一样争相到会,特别是太太们和小姐们更是成群结队去听这位英俊的年轻人讲演．尽管他们听不太明白演讲者说的是什么,但那些时而火花四溅,时而隆隆作响,时而五彩缤纷的实验深深吸引了他们．听科学讲座成了英国上流社会的一种时尚,这可真是要给伦福德记上一功．这不仅筹集了资金也普及了科学知识,使科学成为一个人人关心的事情．戴维也因此而名声大振。

戴维绝不以出了名、赚了钱为满足,因为他最热衷的是进行科学研究．他是一个化学家,讲座又使他精通了电学,他对伏打电池也入了迷．思想锐利的戴维在思考,既然化学能产生电,那么电能不能产生化学反应呢?

最早思考这个问题的是英国科学家尼科尔逊和卡莱斯勒,在伏打给皇家学会会长描述了他的伏打电堆之后6 个星期内,他们就发现了当往水里通电流的时候,能见到气泡产生．这是1800年5月2 日的事。

富有实验经验的戴维得知这个消息后,如获至宝,就像得到了埋藏宝藏的地图一样,他立即动手重新做了这个实验．他在一支大烧杯中注入蒸馏水,放两根细铜线进去,然后用两个试管将两条电线罩住．外面再用一口大玻璃容器盖严这一切,并把里面的空气抽光。

当一切设备布置妥善后,便将电线接通到电池上,电流顺着电线流到水里,泡泡便出现在两个电极上．戴维细心地把泡泡破裂后放出的气体收集在试管里。

实验时他还注意到,随着实验的进行,烧杯内的水逐渐减少．过了一会儿戴维把电池断开,取出试管,仔细地分析里面的气体。

他在两个试管里得到的气体,一种是氢气,另一种是氧气．氢气的体积恰好比氧气多一倍．原来水被电分解了,变成了二份的氢气和一份的氧气．平时我们常说水是由两个氢原子和一个氧原子组成的,这个化学结构是戴维发现的．尼科尔逊仅仅是发现了电解水的现象。

电解水的实验在戴维的面前展现了一片完全荒芜的土地,人类还没有开垦它,这里遍地是黄金,而戴维就是一位幸运的拓荒者,他知道,一个新的领域,一个完全陌生的电化学世界正在向他招手．为了进一步研究,他亲手建造了有250 多块金属板的电池组,当时这个电池组在世界上是首屈一指的．戴维是一位化学家,他知道许多化合物可以分解成更简单的,我们现在叫做元素的物质．他相信电有力量能把那些紧紧连在一起的元素分解开．他不仅向物质的水溶液通电,而且向各种熔融状态下的物质通电．结果是惊人的,1807年10月6 日,电流通过熔融的钾碱,释放出一种金属．当把这种闪亮的金属小块放到水中的时候,小块金属在水中旋转,奔跑并放出淡紫色的火焰．戴维高兴得如醉如狂地跳起舞来。

这种金属,戴维把它叫做钾,钾的化学性质极为活泼,能撕裂开水分子和氧化合,放出的氢气燃烧后发出淡紫色的光。

戴维实际上发明了电解的方法,一条崭新的化学途径从此出现了．戴维就像降落在一个童话世界里,发现新的元素几乎是垂手可得．在发现了钾的一个星期后,他又从苏打溶液中电解出钠．1808年,他在采用白则里建议的方法基础上又经过某些改进,分离出钡、锶、钙和镁．他还分离出硼,但是硼的发现比另一个“淘金人”盖吕萨克晚了9 天。

电解的方法后来大量用于工业中,许多非常难于提炼的金属用电解的方法可以轻而易举地得到．这许多关于电解金属的实验中,最富有故事性的,是在几十年以后,提取出现在为我们大量使用的铝。

现在铝制品到处可见,铝锅、铝壶、铝饭盒,还有那掠过长空的喷气式飞机,身上大部分是铝,铝和别的金属形成合金,既轻又结实,可以担当许多任务。

铝是世界上储量最丰富的金属,但是又是最难提炼的金属之一．奥斯忒1825年首先制得了铝,当时他用金属钾在汞中配成的溶液处理氢氧化铝,得到一种金属残渣．但他不知道是什么．1827年德国科学家韦勒首次弄清楚了那是铝,并首先提炼出纯铝,但是提炼费用十分高昂,直到1852年,生产一磅铝的成本要花到545 元美金,因此铝比金银更贵重．你可以设想,把你厨房里的一把铝制的平底锅拿回到100 多年前的时代,会价值连城的。

过了29年,法国人德维尔搞出了一整套铝的工业生产法．1855年在巴黎博览会上展出了一些铝条．每磅要90 美元．法国皇帝拿破仑三世到博览会参观,见到这种金属,简直着了迷．德维尔用铝制成一件嘎拉嘎拉响的玩具送给皇帝,让襁褓中的王子玩,皇帝很高兴,于是订购了一批铝质刀叉,供举行国宴时使用．这种餐具只给予特别的贵宾,等级稍低的贵宾只好委屈他们使用普遍的金银餐具。

拿破仑三世曾想用铝制成兵器,但生产过程太慢,成本又贵,只好作罢．只让一些士兵戴上一个铝制的小牌,以炫耀拿破仑的财富．但是科学家在这方面的努力却一直没有停止。

在实现工业大规模炼铝方面,要归功一名青年学生,他的名字叫霍尔．有一天,一位教授偶然说到,谁若能发明种炼铝的便宜办法,不仅对人类是重大贡献,自己也会成为百万富翁．霍尔决心试一试。

霍尔大学毕业后,仍念念不忘这件事,回到家里,向父亲表示要独自进行试验．他父亲很支持儿子的想法,这位老先生觉得,儿子暂时不出去工作赚钱,在家里呆一段时间也无妨,聪明的儿子也许真能发明点什么。

父亲答应儿子利用屋后的小木栅．霍尔知道化学家本生已经利用电解的方法得到铝,但是当时由于缺乏充足的电力,不能大规模生产．1867年发电机发明后,人们不必只依靠电池获得电流．这正是研究大规模生产铝的大好时机。

任何一个发明家都不可能超越他的时代,但是可以把握住时机．发电机的出现为霍尔的伟大理想铺平了道路。

霍尔做了一此理论探索后,就着手在木棚里为自己安装设备．必要的设备很快安装好了,年轻的霍尔便埋头工作．他日夜努力,不断地改变矿石的配方,一个星期一个星期过去了,在短短9 个月里,果然找到了一种用电来提炼铝的最佳方案。

他的办法是这样的,将含有铝的冰晶石矿石熔化,再将氧化铝放进冰晶石的溶液中,令它融解．于是通电到这两种消融的混合物中,电立即发生效用,将物质分解．一条电线上出现泡泡,这是氧化铝中所含的氧,泡泡升上液面,消失在空气中。

过一会,霍尔关闭电源,把熔液中的另一条电线抽出来,果然有了银白色的纯铝附着在电线上．霍尔坐在椅子上,满意地笑了,又一跃而起,轻快地跳起舞来。

“从此铝不再是有钱人才用得起的贵重金属了．”霍尔想: “人人都可以使用铝了．”

电解法不仅可以从矿石中取出铝来,也可以用于精炼金属．电线里用的铜纯度很高,就是用电解的方法提炼的,俗称电解铜。

电镀是电解原理的一种应用,电镀美化了我们的生活: 闪亮的自行车车把,镀银的刀叉,录音机上银色的按钮……它们能穿上这么漂亮的金属外衣,都要归功于电镀。

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