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约瑟夫·路易·盖-吕萨克

盖-吕萨克

约瑟夫·路易·盖-吕萨克(Joseph Louis Gay-Lussac,1778年12月6日-1850年5月10日),法国化学家和物理学家,以对气体之研究而知名。他也在毒品方面做出许多发现。

约瑟夫·路易·盖-吕萨克,法国化学家。1778年12月6日生于圣莱奥纳尔,1850年5月10日卒于巴黎。1797年入巴黎综合工科学校学习 。1800年毕业,法国化学家C.-L.贝托莱请他到他的私人实验室当助手。1802年他任巴黎综合工科学校的辅导教师,后任化学教授。1806年当选为法国科学院院士。1809年任索邦大学物理学教授。1832年任法国自然历史博物馆化学教授。

 

生平简介

 

盖-吕萨克出生于法国上维埃纳省的圣利奥纳德,并在其家乡就学,其父为法官,在法国大革命时期被监禁。1797年考入巴黎高等理工学院,1800年毕业后留校教书。不久他转到国立桥路学院,此后成为化学家克劳德·贝托莱的助手。1802年他回到巴黎理工大学任安图昂·弗朗索瓦·富克鲁阿的助手。

1804年盖-吕萨克和物理学家毕奥等人带着气压计、温度计、湿度计、静电计等仪器,还有青蛙、小鸟等实验动物,乘坐拿破仑时代的气球,升上5800米的高空,进行空气测量和实验。1805年盖-吕萨克发现了一体积的氧气和两体积的氢气燃烧会生成水。1806年当选为法国科学院院士。1809年他成为巴黎理工大学的化学教授。1812年,他发现了氯气。1818年,任法国政府的火药制造厂总监。

从1808年至1832年他任索邦大学的物理教授。后来他任巴黎植物园的化学教授后才放弃了在索邦大学的教授位置。1829年,任法国造币厂首席化验员。1831年他被选为上维埃纳省的众议员,1839年他进入参议院。晚年的盖-吕萨克因实验不慎,坩埚发生爆炸,受到重伤,一直患有严重的关节炎,后来健康逐渐恶化,仍坚持进入实验室工作。1850年5月9日在巴黎逝世。

1809年盖-吕萨克结婚,两人有五个孩子,其中他的长子儒勒后来成为尤斯图斯·冯·李比希的助手。

 

盖吕萨克是一位法官的儿子。他年轻时在埃科尔工业大学在贝托莱*、居顿·德莫沃*和福尔克拉*的指导下学习。盖吕萨克在该校受到贝托来的特殊照顾和鼓励,不久他就同贝托莱的儿子一道用氯漂白亚麻布制品的工厂工作。他的表现很快就证明他是完全无愧于贝托莱的友谊的。1802年他证明,各种不同的气体随温度的升高都是以相同的数量膨胀的。查理*比他早几年也作出了同样的发现,但他没有公布于众,因此这一现象往往被称做盖吕萨克定律。这是一个极为重要的发现,阿伏伽德罗*在10年后用它来表达他那个长期以来被人忽视的假说,这就是:在相同温度下各种不同气体含有相同粒子数。 1804 年年轻的盖吕萨克同比奥*一起进行了一次气球升空试验,后来他自己又做了一次。这些试验就是首批用于科学考察的气球升空试验。在一次这样的飞行中,盖吕萨克使气球达到了4英里的高度,超过了阿尔卑斯山顶峰的高度。他发现在这样的高度上无论是空气的组成或地球的磁力都没有变化。在当时英国是欧洲列强中继续打算摧垮拿破仑的先锋。英国也是在化学上取得惊人进展的中心, 这些进展是戴维*的功劳,他在1807年和1808年利用电的作用分离出许多新的元素。在法国革命的兴起中,政府的民族主义变得相当强烈,他们有意识地打算利用科学来提高国家的威望。拿破仑为盖吕萨克和他的旧友、同事泰纳渔产*提供了资金,以建造一个大型电池,作为一巨大的电源,以便使法国可以填补上“元素空白点”。这个电池被证明是不必要的。盖吕萨克和泰纳洋利用戴维自己制出的一种元素钾,在不用电的情况下从事填补元素空白的工作。他们用钾来处理氧化硼时得到了硼,这是首次获得的元素形态的硼。1808年6月21日他们宣布了这项成果。戴维比他们晚九天,他是在6月30日宣称他独立地分离出硼。拿破仑取得了科学上的胜利,而盖吕萨克被任命为索邦大学的物理教授,他任教授职一直到1832年。盖吕萨克进一步又作出了许多更重要的发现。1809年他发现,几种气体形成化合物时,它们是按体积比化合的,而此体积比可以表示为很小的整数比。例如2份的氢同1份的氧化合成水;1份的氢同1份的氯化合氯化氢;3份的氢同1份的氮化合成氨。这个按体积比的化合(也是定经定律的一种形式---译注)被研究出来,这项成果中包括有多才多艺的洪堡*的帮助。在化合物中的元素体积间的这种关系可以卓在成效地用来测定原子量,白则里*就是这样做的。然而,道尔顿*拒绝接受盖吕蒸克的成果,他坚持认为组成原理只能用于重,而且认为盖吕萨克测出的原子量仍然是错误的。阿伏伽德罗假说被仍来解释盖吕萨克定律,但是这一定律仍然被忽视达半个世纪之久。以后盖吕萨克对各种氰化物进行了一列的研究,最后得出的结论证明氢氰酸或氰化氢不含有氧。这项研究终于证明酸是右以不含有氧的,而且至少证实了拉瓦锡*在这方面是错误的(据此,人们得出的结论是:氢是酸中的主要成分)。盖吕萨克还进一步研究了库图瓦*所发现的碘,证明这是一种新元素。他为分析化学家的武器库增加了一项新技术,这就是应用了碱和滴定法(严格地按同泰纳尔利用他们的分析技术首次测定了糖的元素组成。 1831年盖吕萨克在路易·菲力普的机关报政权下被选为法国下院议员,1839年他又进入上院,作为一名立法委员度过了他的晚年。

盖-吕萨克

 

科学成就

 

盖-吕萨克1805年研究空气的成分。在一次实验中他证实:水可以用氧气和氢气按体积1∶2的比例制取。1808年他证明,体积的一定比例关系不仅在参加反应的气体中存在,而且在反应物与生成物之间也存在。1809年12月31日盖-吕萨克发表了他发现的气体化合体积定律(盖-吕萨克定律),在化学原子分子学说的发展历史上起了重要作用。他1802年发现了气体热膨胀定律。1813年为碘命名。1815年发现氰,并弄清它作为一个有机基团的性质。1827年提出建造硫酸废气吸收塔,直至1842年才被应用,称为盖-吕萨克塔。

在他生活的时代,炼金术的教条还对化学起巨大影响,盖-吕萨克以勇敢无畏的科学精神,奋力探索,使人们摆脱了许多错误看法,推动了化学的进一步发展。 盖-吕萨克首先发现了气体化合体积定律,又发明了碱金属钾、钠等的新制备方法,继而发现了硼、碘等新元素,在化学上取得了巨大成就。由于盖-吕萨克的杰出成就,法国成了当时最大的科学中心。

 

主要成就

 

1802年盖-吕萨克发现了气体在恒压、升温时的线性膨胀的定律(查理-盖-吕萨克定律)。

1804年他与让·巴普蒂斯特·比奥一起乘热气球上升到6.4千米高处研究地球大气层。他打算收集不同高度的大气来测量温度与湿度的变化。

1805年他与他的好友和科学同行亚历山大·冯·洪堡一起发现大气随高度气压降低时其成分不发生变化。

1808年他与泰纳尔合作分离出硼。

1815年他制造出氰。

1827年设计盖-吕萨克塔,用以改进硫酸的生产。

在巴黎大学附近有一条街道是以他命名的,在他的出生地有一个广场以他命名。盖-吕萨克葬于著名的巴黎拉雪兹神父公墓(Cimetière du Père-Lachaise)。

 

生平事迹

 

约瑟夫·路易·盖-吕萨克(Joseph Louis Gay-Lussac,1778—1850),法国物理学家、化学家。他1778年12月6日出生在法国利摩日地区的圣·雷奥纳尔镇。盖-吕萨克的父亲是当地的一名检察官,他们的家境在当地是比较富裕的。但是,在盖-吕萨克11岁那年,法国爆发了1739年资产阶级大革命。不久,革命的浪潮冲击了这个家庭。1793年,其父困涉嫌而被捕。家庭的社会地位和经济生活发生了重大变化。盖-吕萨克在本地只受过初等教育,以后就到了巴黎。1797年,他进入巴黎工业学校学习。他之所以选择这所学校,一是因为该校学生一律享受助学金,可以减轻家庭的负担,二是该校学术水平较高,有不少著名的专家学者都在这里任教。像贝托雷这样的著名化学家,就在这里讲授有机化学课程。盖-吕萨克由于勤奋好学,热爱化学专业和实验技术,深得贝托雷等一些教授的赏识。

1800年毕业于巴黎工艺学院,贝托雷留他给自己作助手。通过日常工作的接触,老教授发现这个学生思维敏捷,实验技巧很高,他深信自己发现了一个有培养前途的好苗子。于是,他放心地把自己的实验室交给了年轻的盖-吕萨克,让这个青年协助自己进行科学研究工作。盖-吕萨克非常重视科学观察和实验。他总是认真地把实验数据及时地一一记录下来,每当坐下来的时候,他就全神贯注地研究起那些实验现象,分析实验数据。经过认真的反复思考,谨慎地得出自己的给论。他尊重事实而不迷信权威。因此,他能够洞察人们所不知的奥秘。发现科学真理。当时,贝托雷正在同化学家普鲁斯特围绕着定比定律进行一场激烈的学术争论。贝托雷让盖。吕萨克以实验事实来证明自己的观点,给对方以驳斥。然而,盖-吕萨克经过反复的实验,所记录到的事实都证明其导师的观点是错误的。他毫不犹豫地将这个结果如实地汇报给老师。贝托雷看完他的实验记录之后,不禁露出了微笑。他对盖-吕萨克说:“我为您而感到自豪。象您这样有才能的人,没有理由让您当助手,哪怕是给最伟大的科学家当助手。您的眼睛能发现真理,能洞察人们所不知的奥秘,而这一点却不是每一个人都能作到的。您应该独立地进行工作。从今天起,您可以进行您认为必要的任何实阶……”

他的老师高度赞赏他的敏捷思维、高超的实验技巧和强烈的事业心,特将自己的实验室让给他进行工作,这对盖-吕萨克的早期研究工作起了很大作用。1809年升任该校化学教授。1808~1832年兼任巴黎大学物理学教授,1832~1850年任巴黎国立自然史博物馆化学讲座教授。盖-吕萨克在物理学、化学方面都做出了卓越的贡献。

盖-吕萨克在物理学方面主要从事分子物理和热学研究,在气体性质、蒸汽压、温度和毛细现象等问题的研究中都作出了出色的贡献,对于气体热膨胀性质的研究成果尤为突出。1801年他与J.道尔顿各自独立地发现了气体体积随温度改变的规律,发现了一切气体在压强不变时的热膨胀系数都相同。这个热膨胀系数经历半世纪后由英国物理学家开尔文确定了它的热力学意义,建立了热力学温标。盖-吕萨克研究了前人测定不同气体热膨胀系数很不一致的原因后指出:必须使实验气体充分干燥。他通过多种不同气体的反复实验,精确地计算后得出气体膨胀系数的数值是0.00375或1/266.6,现代理想值为1/273.15。

盖-吕萨克于1802年发表了有关的论文《气体热膨胀》文中记叙道:“我的实验都是以极大的细心进行的。它们无可争辩地证明,空气、氧气、氢气、氮气、一氧化氮、蒸汽、氨气,粗盐酸、亚硫酸、碳酸的气体,都在相同的温度升高下有着同样的膨胀……我能够得出这个结论:一切普通气体,只要置于同样条件下,就可以在同样温度下进行同样的膨胀……各气体在冰点与沸点之间所增加的体积,根据一百分度的温度计,是等于原体积的100/26666。”后来把气体质量和压强不变时体积随温度作线性变化的定律叫盖-吕萨克定律。1807年盖-吕萨克还率先测出气体的比定压热容cp和比定容热容cv的比值y=cp/cv=1.372。同年他发现了空气膨胀时温度降低,压缩时(无热交换)温度升高。

而盖-吕萨克在化学上的贡献,首先在气体化学方面,他发现了气体化合体积定律。他的工作始于对空气组成的研究。他为了考察不同高度的空气组成是否一样,冒险乘坐气球升入高空进行观察与实验。1804年8月2日,天气晴朗,万里无云,炎热的天气,不见一丝微风。他和自己的好友、法国化学家比奥用浸有树脂的密织绸布做成一个巨大的气球,里面充进氢气。膨胀的气球在阳光下闪闪发光,盖-吕萨克与比奥坐进了气球下面悬挂的圆形吊篮里。气球徐徐上升,他们挥手同欢呼的送行者们告别。贝托雷教授亲临现场,随着大家呼喊着:“一路平安”。他们在缓慢上升的气球吊篮里,忙着进行空气样品的采集,不断测量着地磁强度。紧张的工作使他们顾不上由于高空反应带来的头昏、耳痛等身体的 不适。冻得浑身发抖,仍顽强地坚持这次考察活动,终于取得了大量第一手资料。但是,盖-吕萨克对首次探险的收获并不满足。一个半月以后,他单身进行了第二次升空探索。为了减轻负荷,提高升空高度,他尽量轻装。当气球升至7016米时,他毅然把椅子等随身物件扔了下来,使气球继续上升。正在田间劳作的人们看到天上纷纷落下许多东西,都不清楚究竟发生了什么事。而盖-吕萨克却创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。两次探测的结果表明,在所到的高空领域,地磁强度是恒定不变的;所采集的空气样品,经分析证明,空气的成分基本上相同,但在不同高度的空气中,含氧的比例是不一样的。

Gay-Lussac and Biot ascend in a hot air balloon, 1804. Illustration from the late 19th century

1808年发表了今天以他名字命名的盖-吕萨克气体反应体积比定律,这对以后化学发展影响很大。此时他被选人法国研究院。他还发现了硼,还有其他多种贡献。特别值得一提的是他的爱国主义精神。他总是把自己的研究工作和祖国荣誉联系在一起。1813年法国两位化学家在海草灰里发现了一种新元素,但在尚未分离出来时无意地把原料都给了戴维,盖-吕萨克知道后十分激动地说:“不可原谅的错误!空前严重的错误!居然倾其所有,拱手送给了外国人。戴维会发现这种元素,并把研究成果公之于世。这样,发现新元素的光荣就会属于英国,而不属于法国了。”于是他和两位化学家一起立即动手,从头做起,昼夜不停,终于与戴维同时确证了新元素──碘,为祖国争得了荣誉。

盖-吕萨克还为探明高空与地面的空气成分及磁现象的差别做出了开拓性贡献。1804年8月23日他和好友毕奥携带实验器具乘气球上升,在6500英尺(约2000米)的高度开始实验,并继续实验直到13000英尺(约4000米)的高度。同年他又单独乘气球上升到7016米高空进行实验。实验结果表明,6300米高处的空气和地球表面附近的空气组成成份相同,地磁强度几乎也没有变化。1805年3月他与亚历山大·冯·洪堡一起为准确地测定地球磁极位置进行了历时一年的考察工作。两人在一起还利用各种方法计算了空气中氧的比例。盖-吕萨克对原子论的发展也作出了贡献。1808年他总结提出在相同温度和相同压强下相同体积的不同气体的原子数目相同的假说,后来经过阿伏加德罗的修正,这个假说更为完善,成为阿伏加德罗定律。

在气体的实验中,盖-吕萨克发现,氧与氢化合时,氧气的体积差不多,总是氢气体积的一半。于是,他想到这简单的体积关系,可能同物质的原子结构有关。据此,他进而想到,其它气体在化合反应中可能都具有类似情况。但当时由于他的导师布里松教授的逝世,他不得不暂时中断了实验工作,返回巴黎。1806年,在法国科学院的庆祝大会上,盖-吕萨克当选为该院正式院士。其后,他继续自己对气体化学反应的研究。他往容器里充满等体积的氮和氧,然后让混和物通过电火花。于是就产生了新的气体一氧化氮。

他发现: 一体积的氧和一体积的氮,经化合得到了两体积的一氧化氮。 进一步研究许多不同气体间的化学反应,使他注意到,在所有参加反应的气体体积和反应后生成的气体体积之间,总是存在着简单的比例关系。由此发现了一个重要的基本化学定律——气体化合体积定律,这个定律的发现,本来是从气体化学反应的角度,对道尔顿的原子论做了有力的证明,受到了化学界不少专家的重视。但唯独道尔顿本人难以理解和接受这一成果。他认为这会导致原子的破裂,从而违背他关于原子不可分割的基本思想。于是一场旷日持久的学术争论开始了。虽然,1811年意大利化学家阿佛加德罗提出的分子概念,有助于统一这一矛盾,然而化学家们普遍受着形而上学思维方式的支配, 致使分子论的观点被冷落了近半个世纪。直到1860年分子论被普遍接受后,随着这场争论的平息,盖-吕萨克的气体化合体积定律,才得到了理论上的正确解释。

发明制备碱金属的新方法,是盖-吕萨克在无机化学中的又一贡献。当盖-吕萨克埋头于气体化学研究之际,英国化学家戴维以电解法制得了金属钾和钠,而震动了整个科学界。碱金属钾和钠像石蜡一样柔软,轻得能漂浮于水面之上,在常温下能与水发生激烈反应,产生火焰。消息传到巴黎,拿破仑就命令盖-吕萨克及其密友泰纳,用电解法制取金属钾和钠,提供给他们电力很强的电池。

工作开始后,他俩发现,以电解法制得的新金属量很少。有没有别的简便方法呢?他们就此转入了新制备方法的摸索工作。他们抛开了电池,而把铁屑分别同苛性钾(KOH)和苛性钠(NaOH)混合起来,放在一个密封的弯曲玻璃管内加热。结果,在高温下熔化的苛性碱与红热的铁屑起化学反应,生成了金属钾和钠。这种方法既简单又经济,而且可以制出大量的钾和钠。然而,这种方法却有较大的危险性。在实验中曾几次发生爆炸事故,差点夺去了这两位科学家的生命,盖·吕萨克曾被炸伤,卧床40多天。但他们还是坚持用新方法制得的钾和钠进行实验,研究它们的各种性质与实际用途。他们测得钾的比重为0.874 (现代值:0℃时为0.859),比戴维测的(0,6左右)更精确。他们的工作立即受到戴维本人的赞赏,新方法也很快被推广。

硼元素的发现,是盖·吕萨克研究金属钾的用途时派生出来的另一成果。19世纪初,硼酸的化学成分还是一个谜。1808年6月,盖-吕萨克和泰纳宣布,他们曾把钾作为试剂去分解硼酸,实验中,当把钾作用于熔化的硼酸时,得到了一种橄榄灰色的新物质。经过了5个月的深入研究后,他们肯定了这是一种新的单质,取名为硼(bore)。还提出了发现新元素的专利申请。同年l1月30日,他们在《理化年报》上撰文,豪迈地宣称:“硼酸的组成如何,现在已不成问题了。实际上,我们已经能够把硼酸随意地进行分解或 重新合成了。”

1809年,盖-吕萨克与泰纳开始研究卤族元素。氯是1774年由瑞典化学家舍勒最早发现的。但当时误认为这种黄绿色的气体是化合物,1785年贝托雷则把它视为盐酸与氧的化合物,称之为“氧化盐酸”。1809年2月,盖·吕萨克根据他们反复实验的结果,在阿尔库伊学会的会议上,大胆地提出,‘氧化盐酸”是单质,不是化合物。这一见解引起了戴维的高度重视。1810年l1月,他在英国皇家学会宣读论文时,正式提出“氧化盐酸”是一种元素,命名为氯。

碘是1811年由法国人库特瓦首先发现的。他曾从海草灰中提取钾盐,但在制取过程中发现了一种未知的新物质,这种物质能腐蚀铜锅和实验器皿,给钾盐生产带来很大困难。库特瓦成功地分离出这种物质,把它交给化学家克莱曼和德索尔姆进行研究。但这两位化学家没有发表任何研究成果,就把这种新物质交给了英国化学家戴维去研究。得知此事后,盖·吕萨克非常着急,为了给自己的祖国争得荣誉,他日以继夜地工作着,要争取时间先于戴维宣布这一新的科学成果。他成功了,几天后他终于制得了这一新元素,并将它命名为碘,他还研究了碘的一些住质,并证明在氢碘酸中无氧。不久,戴维关于碘的研究报告也发表了,但盖。吕萨克为国争光的宏愿已经实现。

氟化物的研究,也曾是盖·吕萨克同泰纳合作的题目之一。吸入氟化氢蒸气曾给他们的身体带来过巨大痛苦,但这并没有动摇盖·吕萨克献身化学的决心。1809年,他们把氟化钙与硼酸混和加热;企图制备纯“氟酸”,以研究其性质。实验的结果却意外地制成了一种所谓的氟酸气”。后来证明,这种气体是硼的氟化物,即氟化硼(BF3)。同年,他制成了无水氢氟酸(HF)。

除了上述研究,盖-吕萨克还探讨了氰化物并首次制得了氰J1811年,他将氰化汞与浓盐酸一起蒸馏,制成无水氢氰酸,开创了氢氰酸的组成、性质的系统研究。同年,他加热分解氰化汞,发现生成一种可燃气体,经研究确定其组分为碳、氮二元素,他命名该气体为“氰”。

在从事科研和教学的同时,盖-吕萨克还积极参加由贝托雷等化学家举办的学术会议,由此结识了很多著名的专家学者,拉普拉斯、洪堡德、泰纳等人都是他的挚友与合作者。在学术交流中,他虚心求教于人,又不迷信古今的权威,善于独立思考。1809年,盖-吕萨克被任命为工业学校的化学教授和索尔蓬纳的物理学教授。他与泰纳合作,以充分的实验事实证明钾和钠都是元素,纠正了认为这两种金属都是氢的化合物的传统观念。又如,自拉瓦锡之后,形成一个传统的错误观点,认为一切酸中都必含有氧。硫化氢具有酸性,因此硫磺也含有氧。盖-吕萨克通过实验证明,硫、磷等物质中都不含氧,它们是元素,不是化合物。同样,氯化氢的水溶液是酸但不含氧。所以酸类可分为含氧酸和无氧酸两类,并非所有的酸都含氧。

盖-吕萨克是近代的一位伟大化学家,同时还是一位多才多艺的人。他的科学生涯始于物理学。1805年与洪堡德合作,曾周游欧洲各地,详细地考察过地磁的分布及其规律。1322年,他研究气体的热膨胀问题,发现了一条重要的定律:一定质量的气体,在压强不变的条件下,温度每升高(或降低)1℃,增加(或减少)的体积,等于它在0℃时体积的100/26666(现今为1/273)。这就是著名的盖-吕萨克定律。1826年,他被选为彼得堡科学院的名誉院士。

他特别重视把科学理论成果转化为生产力。他对硫酸制造工艺的改进,就是他对硫化物研究成果的重要应用。19世纪初流行铅室法制硫酸工艺,但氧化氮不能回收,造成严重污染。1827年,他建议在铅室后面,安装一个淋洒冷硫酸的“吸硝塔”,解决了工艺吸收氧化氮消除污染、降低硫酸成本的难题。为此,人们称吸收塔为“盖-吕萨克塔”。

盖-吕萨克不仅是杰出的科学家,也是一位社会活动家。1830年,他被任命为巴黎植物园的化学教授,同时当选为国民议会的议员。长期的繁忙和危险的工作,潮湿的实验室,使他身患严重的关节炎,健康状况日益恶化,但他顽强地同病魔博斗,坚持研究工作。1850年5月9日,这位著名化学家在巴黎逝世。这对当时世界科学中心的法国,无疑是个巨大的损失。

Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)

 

趣闻轶事

 

老师,是您错了

 

两位化学家正在进行一场激烈的学术争论。

“既然我们谁也说服不了谁,那就让实验事实说话吧。”贝托雷对普鲁斯特说。

“应该如此”。普鲁斯特回答。

贝托雷回到他的实验室,看见他的助手盖·吕萨克正疲倦地坐在椅子上。

“怎么样,我让你实验的结果出来了吗?”贝托雷亲切地问。

“出来了。”盖-吕萨克抖擞精神站了起来。

“拿给我看!”

“但是,老师,”盖-吕萨克犹豫了一下,还是说道,“是您错了”。

“哦?”贝托雷皱起了眉头,接过实验报告,看了起来,脸上显出深深地失望。

但是,对于大科学家来说,真理比自尊心更可贵,贝托雷看完盖-吕萨克反复实验做出的报告后,脸上露出了微笑,他站起来,用手拍拍这位助手的肩膀,说道:“我为您感到自豪,像您这样有才能的人,没有理由让您当助手,哪怕是给最伟大的科学家当助手,您的眼睛能发现真理,能洞察人们所不知的奥秘,而这一点却不是每一个人都能作到的。您应该独立地进行工作,从今天起,您可以进行您认为必要的任何实验。如果您愿意的话,请留在我的实验室里工作吧,如果有一天,我能自称是像您这样的研究家的导师的话,将十分高兴。祝您幸福,盖-吕萨克。”

贝托雷走了,他连自己的失败也忘了,因为他非常高兴地看到:世界上又出现了一位伟大的化学家!法国将为有这样一位骄子而自豪!

 

升空探索

 

1804年8月2日,天气晴朗而炎热,万里无云,没有一丝微风。人们往巨大的气球里填充着氢气,用树脂浸过的密织绸布在阳光下闪闪发光。

为了研究大气现象和地磁现象的有关问题,盖-吕萨克和他的好友,另一位科学家比奥决定要升到高空去采集样品了。

气球逐渐膨胀起来,几个小时后,气球离开了地面,平稳地上升。

盖-吕萨克和比奥坐在圆形吊篮里。“一路平安!”贝托雷教授高声地为他们送行。

“祝你们成功!”另一位教授布里松也跟着大声祝贺。但很快,他的声音被聚集在一起的教授、科学工作者和大学生们的欢呼声淹没了。

这真是罕见的场面,气球越升越高,孩子们高声欢叫着。

送行的人群逐渐消失在他们下面无边无际的深渊中。“咱们开始工作吧,”比奥说道。

“我正在观察磁针的偏差。”

“我们升起多高了?”

“距海平面5800米。”

“我觉得耳朵很疼,头晕。”

高空反应使比奥的状况越来越不好,最后,他们勉强采集了一些空气样品,不得不着陆了。

这两位勇敢的研究家忘我升空的消息引起了极强烈的反应,到处都在谈论着这两位航行家,当人们第一次飞行的谈论还没有平息时,盖-吕萨克就已决定再次进行升空试验了。

一个半月以后,他单身进行了第二次升空探索。为了减轻负荷,提高升空高度,他尽量轻装。当气球升至7016米时,他毅然把坐着的椅子等随身物件仍了下来,使气球继续上升。 正在田间劳作的人们看到天上纷纷落下许多东西,还以为是出现了妖怪呢。

盖-吕萨克创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。两次探测的空气样品证明,在高空领域,地磁强度是恒定不变的,空气的成分也基本相同,只有氧气的含量随着高度而减少。

 

征服钾和钠

 

英国人戴维用电流成功地分解了氢氧化钾和氢氧化钠,制得了两种新的金属。它们像蜡一样柔软,并能漂浮在水面,与水发生激烈反应,冒出火焰。

法国科学院为此授予戴维一枚勋章。同时也给本国的科学家提出任务:提炼出这两种金属,任务最终交给了盖-吕萨克和另一位年轻科学家泰纳。在工业学校下面腾出两大间房,制作了大功率的电池组,一切就绪,盖-吕萨克和泰纳开始工作了。

泰纳从炉子上拿下坩埚,熔化的苛性钾在坩埚里闪闪发光,泰纳小心地把溶液倒入安有电极的容器里,盖-吕萨克点着灯,然后接上电源,电极周围立刻出现很多小的气泡。这表明反应开始了。

“我觉得,分离钾进行得很慢。”泰纳一面观察着反应过程,一面说道。

“需要算出来一个小时能析出多少钾,然后算出生产率是多少。”盖-吕萨克答道。

“数量不会大的。”

“这种方法看来不行。这样制得钾会比金子还要贵一倍!”

“应该探索出一个花费较少的方法。”

“是不是改用化学上常用的盐类?”盖-吕萨克若有所思。

他们改用了另一种方法,把带铁屑的苛性钾和苛性钠放进封闭容器里加热,这种方法比以前好多了,可以制备出大量的金属钾和金属钠。但是,这个方法很危险,有几次发生了猛烈爆炸,这两位科学家差点因此丧命。

虽然如此,这两位年轻的科学家并未停止工作,他们陆续制备了大量的钾和钠,可以随便用来进行各项实验了。

“钾是化学反应能力特别强的元素,它能从化合物中置换出许多元素,能不能利用钾提取硼酸中所含有的元素呢?”盖-吕萨克对泰纳说。

“这个建议很高明。”泰纳高兴地说道,“如果把硼酸加热必定得到氧化物,但是,目前谁也不能把含在氧化物里的那个元素提取出来。”

他们决定试一试。

他们把硼酸加热,得到了硼酸的晶体,把晶体研碎之后,放入瓷坩埚中。再从矿物油(钾必须贮存在矿物油中)中取出一块钾,仔细撩净,然后用刀子切成极小的块,也放入瓷坩埚中。把盖子盖紧,就开始加热。激烈的反应开始了,淡黄绿色的火苗呼呼地从坩埚和坩埚盖之间的缝隙中冒出来,几分钟后,坩埚和坩埚盖被烧得通红。

反应结束后,盖·吕萨克小心地揭下坩埚盖,坩埚里满是深褐色的粉末。他们开始对这种粉末进行分析,几个星期后,他们确定它是一种新的物质——一种新元素。他们把它叫做硼。

 

揭示原形

 

1809年,盖-吕萨克同时被任命为工业学校化学教授和索尔蓬纳的物理学教授,但是,他仍然和泰纳一起搞实验工作,他们决定测定金属钾中氢和钾的数量比,以及金属钠中氢和钠的数量比。

因为,在当时,这两种金属都被认为是氢的化合物,原因是这两个金属在酸中溶解时均能放出氢气。

他们的实验是这样的,将纯净的氧气充满圆柱形的筒里,然后拿一块称过重量的钾或钠放进去,再点燃氧气。当氧气烧完后,由于金属中氢和氧的作用,将会生成水,把水干燥以后,收集起来,就能测出水的数量,进而测出氢的含量。但是奇怪,实验做完了。居然一滴水也没有。

“真是不可思议,难道是我们错了?”

他们又重复了一次实验,结果依然没有生成水。

“也许整套装置没很好地吹净?”

又换了一套装置,一次,两次……十次实验做完了,结果仍然一样。

“那就只好看看生成的氧化物究竟发生了什么变化吧。”

对氧化物的分析表明:其中也不含有一点水份。

这个观察结果成为以后许多重大的新发现的起点,那种关于金属的错误认识被抛弃了。钾和钠的原形被揭示出来了,新的认识也由此建立。

 

和戴维竞赛

 

1811年,法国人库特瓦在从海草灰中制取钾盐的过程中,发现了一种未知的新物质,库特瓦成功地分离出这种物质,并把它交给化学家克莱曼和德索尔母进行研究,但这位化学家没有发表任何研究成果,就把这种新物质交给了英国化学家戴维。

盖-吕萨克得知这个消息后,非常着急,他对克莱曼说:“你们太轻率了,法国人可以研究出这种新物质,可你们把它交给了一个英国人,这回戴维将会发现这个新元素,为他的祖国挣得荣誉。”

为了为自己的祖国争光,盖-吕萨克决心要和戴维比赛一下,他从库特瓦那里取回了偶尔留下的一点那种新物质,开始了夜以继日的研究。

几天以后,盖-吕萨克成功地得到了这种纯净的元素。一些小小的鳞片般的东西,像金属一样闪闪发亮,加热时它们很快便蒸发,沉甸甸的深紫色的蒸气充满了烧瓶。

“我们把这种元素叫做碘吧。”盖-吕萨克自豪地看着这些紫色的精灵,碘(iode)的意思是紫罗兰。

不久,戴维的研究报告也发表了,他们的竞争促进了科学的发展。盖-吕萨克也实现了为国争光的宏愿。

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“盖-吕萨克塔”

 

盖-吕萨克在化学和物理学各个领域里富有成果的工作,受到欧洲科学的公认,1829年他当选为彼得堡科学院名誉院士。

就在这个时候,一些生产硫酸的工厂主向盖-吕萨克提出了请求。为了把二氧化硫氧化为三氧化硫,在含有二氧化硫的空气中加入二氧化氮,就会生成三氧化硫和一氧化氮。用水把三氧化硫吸收后,剩余的气体通过高大的烟囱排到大气中去,但是,当这些气体和空气混合在一起时,其中的一氧化氮立即就转变为二氧化氮。二氧化氮是有毒的棕褐色气体,这种棕褐色烟雾从烟囱里冒出,不仅毒害着周围的生物,而且也毒害着工厂里的工作人员,硫酸工厂附近的植物全部被毒死。这些硫酸厂就像在荒漠上的一座座凶险恶毒的火山,永不停息地升腾着毒性的烟团。必须采取紧急措施解决这个问题。

盖-吕萨克投入了紧急的研究之中。他查明,氮的几种氧化物能镕解在硫酸里,他将这种溶液叫做含硝硫酸,它是没毒的。

“不要让这种废气从烟囱中排出,”盖-吕萨克对厂主解释道:“应当设法化废为利。为此,要建造一座吸收塔,塔高10—15米,塔内有耐酸的材料作衬里,废气从塔的底部进入,将硫酸从塔的上部喷淋下来,当氮的氧化物遇到硫酸时便和它化合,成为含硝硫酸,含硝硫酸向下流去,可以收集起来重新利用,而排向大气的就只有无毒的气体。”

1840年,盖-吕萨克的想法在实践中被采用,在生产硫酸的工厂里出现了吸收塔,这种塔至今仍然被称作“盖-吕萨克塔”。

长期的繁忙和危险的工作,潮湿的实验室使他身患严重的关节炎,身体状况日益恶化,但他顽强地同病魔斗争,坚持研究工作,1850年5月9日,这位著名的化学家在巴黎逝世。

 

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