卡文迪許與水的合成分解

在化學(xué)成為科學(xué)之前，一切常見(jiàn)的液體，不管是純凈的還是混有雜質(zhì)的都稱為水。那時(shí)極少對(duì)混合物進(jìn)行分離提純，所以根本就沒(méi)有人試圖提純水。在化學(xué)成為科學(xué)之后，才發(fā)現(xiàn)水不是元素，而是一種化合物，由氫、氧兩種元素組成。

氫氣最早由瑞士醫(yī)生帕拉塞爾蘇斯在16世紀(jì)制得，他是用鐵屑和醋酸反應(yīng)制得的，波義耳也曾制備并收集了氫氣，但真正對(duì)氫氣進(jìn)行詳細(xì)研究的是英國(guó)著名化學(xué)家卡文迪許(1731—1810)。卡文迪許分別用鋅、鐵、錫與硫酸或鹽酸反應(yīng)都制得了氫氣，而且不管用什么酸來(lái)溶解同樣質(zhì)量的某種金屬，均得到相同量的同樣氣體。1766年，他向皇家學(xué)會(huì)提交一篇關(guān)于“人工空氣”的論文，證明存在一種先前沒(méi)有被透徹研究過(guò)的氣體，這種氣體可以燃燒，不溶于水，也不溶于堿，與普通空氣可組成爆炸混合物，3體積人工空氣和7體積普通空氣的混合物爆炸最猛烈。卡文迪許所說(shuō)的人工空氣就是現(xiàn)在的氫氣，當(dāng)時(shí)也叫“可燃空氣”。氫氣的名稱是后來(lái)由拉瓦錫命名的，意思是“水素”。那時(shí)空氣還像水一樣被當(dāng)成純凈物，即元素，空氣與水一樣，被古希臘哲學(xué)家當(dāng)成“四元素”之一，所有的氣體都被認(rèn)為是空氣或空氣的變種。后來(lái)發(fā)現(xiàn)的二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕獾龋婚_始分別被命名為固定空氣、濁空氣、火焰空氣等。

1784年1月15日，卡文迪許在論文《關(guān)于空氣的實(shí)驗(yàn)》中報(bào)告了關(guān)于水的組成的研究成果。他指出，可燃空氣和普通空氣混合爆炸的實(shí)質(zhì)是可燃空氣與普通空氣中的一部分即脫燃素空氣(氧氣)發(fā)生的混合爆炸。卡文迪許曾在一根長(zhǎng)長(zhǎng)的帶有刻度的一端封閉的玻璃管里充入氫氣和氧氣，用兩根鉑金絲作電極，設(shè)法使鉑金絲電極間產(chǎn)生電火花后。就引發(fā)了氫氣與氧氣反應(yīng)生成露珠，并證實(shí)露珠是水。卡文迪許還發(fā)現(xiàn)氫氣與氧氣反應(yīng)的體積比是2.02：1。這是令人震驚的新聞，因?yàn)檫@不但破除了水是元素的陳見(jiàn)，而且是精確的定量實(shí)驗(yàn)。

卡文迪許曾被科學(xué)史家稱為“有學(xué)問(wèn)的人當(dāng)中最富有者”和“富人當(dāng)中最有學(xué)問(wèn)者”。他從前輩繼承了大量遺產(chǎn)，是名副其實(shí)的“富二代”。卡文迪許自己建立了一個(gè)大型圖書館，一個(gè)大型私人實(shí)驗(yàn)室，整天沉迷于科學(xué)研究。他的巨額財(cái)富保證了他不受干擾地終生從事他的喜好——科學(xué)研究。卡文迪許天性害羞，而且具有社交恐懼癥。有一次他出席宴會(huì)，一位奧地利科學(xué)家由于仰慕他而贊揚(yáng)了他幾句，哪知他聽(tīng)了之后卻面紅耳赤。手足無(wú)措。最終坐立不安，沖出室外坐上馬車回家了。卡文迪許終身未婚，于1810年2月24日去世，享年80歲。他身后留下的遺產(chǎn)據(jù)當(dāng)時(shí)估計(jì)在1000萬(wàn)英鎊以上，是一筆巨款。他的親屬用他的遺產(chǎn)在英國(guó)劍橋大學(xué)建起了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。卡文迪許實(shí)驗(yàn)室是世界最著名的實(shí)驗(yàn)室之一，共培養(yǎng)了20多個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

1782年，拉瓦錫用紅熱的槍筒分解了水蒸氣。1787年，他把過(guò)去稱為“可燃空氣”的氣體命名為“Hydrogen”(氫)，意思是“產(chǎn)生水的”，并確認(rèn)它是一種元素。1800年英國(guó)的尼科爾森(1753—1815)和卡里斯?fàn)?1768—1840)用伏打電堆電解水獲得成功，實(shí)現(xiàn)了在加熱條件下難以實(shí)現(xiàn)的使水分解為氫氣和氧氣的反應(yīng)。

責(zé)任編輯 侯秀姣