登陆注册
6555900000040

第40章 电化学的兴起

18世纪,静电学的发展得到了长足的进步。例如区分了正电和负电、导体和非导体;发明了巨大的起电器和有效的贮电瓶——莱顿瓶;弄清了正负电间的相互作用力与电量、两极间距离之间的关系;认识到了静电感应现象;发明了验电器等等。化学家则发现了电火花可以引起氢氧、氮氧间的化学反应,这些都为电化学的发展奠定了基础。

1786年,意大利解剖医生伽伐尼偶然发现了金属对青蛙肌肉所引起的抽搐现象。1880年,意大利物理学家伏打辨明了这一现象源于两种金属之间的接触,并发明了以银、铜为极板的伏打电堆,接着又发明了所谓“杯冕”电堆,即世界上第一个可以提供持续、稳定电流的实用铜锌电池。他在研究金属起电现象的过程中发现了金属的如下起电顺序:锌-铅-锡-铁-铜-银-金-石墨。其中任何两种金属相接触时,都是位序在前的一种带正电,后面一种带负电。

◆电解时代的到来

伏打电堆发明后,化学家们立即使用这种新装置来研究电所引起的化学反应。1800年英国化学家尼科尔森和卡莱尔用伏打银锌电堆实现了水的电解,证明了水的化学组成是氢和氧。

1806年左右,英国化学家戴维发现了金属盐类水溶液在电解时,正负电极附近溶液中产生了酸和碱,证明溶液中的盐在电的作用下发生了分解反应,从而启发他提出了金属与氧之间的化学亲合力实质上是一种电力吸引的见解。这一事实和见解启发了贝采利乌斯提出了各种原子和分子都是偶极体,但却净荷不同的电性的学说,认为不同原子间的结合都是源于这种电性而产生的吸引力。这一假说即所谓“电化二元论”。1807年,戴维用强力的伏打电堆实现了对苛性钾和苛性钠的电解,制得了金属钾和钠。接着又电解了石灰、氧化锶和氧化钡,于是主要的碱金属和碱土金属先后都被发现。1886年,法国化学家莫桑于-23℃的低温下电解无水氢氟酸和氟氢化钾的混合物,终于分离出了单质氟。

◆氟的早期应用

早在1670年,德国玻璃工施瓦哈德偶然将萤石与硫酸接触,产生的蒸气(氟)使他所戴的眼镜蒙上了一层薄雾,并使镜片变得粗糙,说明玻璃已被腐蚀。尽管他不知道原因何在,但他用蜡保护玻璃的某些部分,使其他部分受到这种蒸汽的腐蚀,这样就刻蚀出美丽的花纹和精巧的图案,连当时的皇帝也对他的工艺表示赞赏。他因此技术赚了不少钱。

◆艰难的“氟”探索之路

1780年,著名的瑞典化学家杜勒经认真研究后认为:萤石接触硫酸所生成的蒸汽,是氢和一种未知的活泼元素结合而成的酸——被称之为“氟酸”。这位18世纪的化学家有个怪癖,喜欢用鼻嗅口尝的办法去鉴定他新发现的化合物。他曾吸入过剧毒氰化氢,幸免于死;这次他又吸入了“氟酸”,结果病了几年之后,在43岁的盛年就过早地离开了人世。

1813年,安培与英国化学家戴维已把这种待发现的新元素命名为氟。1836年,爱尔兰人诺克斯兄弟俩企图用氯与氟化汞反应以制取氟,不仅未获得成功,也因中毒而长期受到病痛的折磨。随后,比利时化学家劳埃脱企图重复上述实验,结果也因氟化氢中毒而献出了自己的生命。劳埃脱的学生弗莱明总结了前人失败的经验,他认为因为氟太活泼了,连合适的容器也难找,用化学方法是不可能得到氟元素的。1885年他决定采用当时已有的电解方法,并且制造了无水氟化氢,可干燥的氟化氢并不导电,他的试验仍然失败了。但他毕竟跨出了重要的一步,为他的学生莫桑的成功做了基础性的工作。

◆捕捉氟元素的高手——莫桑

莫桑(1852~1907)是个药房学徒出身的化学家,从1883年开始研究电解单质氟的工作。经过三年的艰苦工作,到1886年6月26日终于试验成功。莫桑用自己设计的铂制U形管,并将试验装置上的玻璃零件都换成了萤石制的。他向U形管中倒进“无水”氢氟酸,在白金电极上接通了电流。为了防止高温引起的对容器腐蚀,他还采用了冷冻剂给实验装置降温。这时从阳极放出了一种淡黄色、有特殊刺激性的气体,这正是他梦寐以求的氟元素!他用一块硅晶体去检验,果然发生了燃烧,冒出了火焰,这就是氟。

在实验中,莫桑耗费了岳父的大量钱财。他虽然在1906年荣获了诺贝尔化学奖,但第二年就去世了,终年只有54岁。

◆农业化学的开创者——戴维

戴维(1778~1829)是英国化学家,他的科研成就很多。1805年他获科普利奖章。1807年因在皇家学会演讲“论电的化学作用”,获拿破仑的3000法郎奖金,这是奖给当年最重要的电学研究项目的奖金。1816年获伦福德奖章。1827年获皇家奖章。

1800年,戴维开始研究电解,从理论上解释了电解过程,指出与电极具有相反电荷的带电质点能按相对亲合力的大小排列成一系列,这实际上是现代电化序的基础。1802年,戴维开创了农业化学,1807年,他用电解法离析出金属钾和钠;1808年又分离出金属钙、锶、钡和镁。他对碱金属的详细研究,为拉瓦锡所指出的“所有碱都含有氧”,提供了证明。最初戴维支持拉瓦锡关于所有酸中都含有氧的观点。但在1810年,他做了盐酸的定量分析研究后,提出所有酸含有氢而不是氧。1809~1815年研究氯及其化合物,证实氯是一个元素,解释了它的漂白作用,制得二氧化氯、氯与硫和磷的化合物。1813年他在法国研究碘,指出碘是与氯类似的元素,并制备出碘化钾和碘酸钾等许多碘的化合物。后还证实金刚石和木炭的化学成分相同。1815年发明矿用安全灯。1817年发现铂能促使醇蒸气在空气中氧化的催化作用。

◆法拉第与电化学

1830~1833年间,英国科学家法拉第致力于电流引起化学效应的研究,提出了一系列专门术语,如电极、正负极、离子、正负离子、电解质、电解作用等。不过他赋予这些术语的含义与今天的不同。他注意到了纯水和固体氯化铅是非导体,熔融的硝酸钾、硫酸钠、氯化铅等则是导电体。1833年,法拉第又通过一系列实验发现,电解出的物质量与通过的电流之间存在着正比关系,而电池的电压以及电解槽的电场强度并不影响电解量,只影响电解速率。他还发现,当相同的电量通过电路时,电解出的不同物质的相对量正比于它们的化学当量。他把这个量称为电化当量。但他从没有试图去找出电化当量与化学当量出现一致性的内在联系,更没有把这项发现引伸,与原子量的测定联系起来。所以这个规律直到半个世纪以后,当原子-分子学说确立时,才引起化学家们的注意。

在电化学研究过程中,法拉第发明了最早的量电计(1902年后改称库仑计),即在电路中串联一个电解水的电解槽,根据电解过程中释放出的氢气或氧气的体积来衡量流过的电流量。

同类推荐
  • 历代科技(上)

    历代科技(上)

    中华民族是世界上最古老的民族,中华文明是世界上最悠久的文明之一。中国有文字记载的历史近5000年之久,从公元前841年开始,有文献可考的编年史从未间断,至今已近3000年,这在人类历史的长河中是绝无仅有的。世界四大文明古国中,只有中国的历史始终传承有序,从未中断。
  • 一千个问题(上)(青少年必读书系(小学卷)(中学卷))

    一千个问题(上)(青少年必读书系(小学卷)(中学卷))

    青少年在成长过程中总会遇到许许多多的疑问,许多的事物对于他们来说都是新奇未知的。本书内容丰富广博,涉及一个学生应知必知的每个知识学科,脉络非常清晰,是以小学生的理解程度为标准编写而成的,能有效地帮助孩子建立起对整个世界的认识。
  • 人类与地球

    人类与地球

    在浩瀚无际的宇宙中,漂浮着一颗璀璨的星球——地球。地球是生活在这个蓝色星球上包括人类在内所有生物的摇篮,人类改变着这个星球的面貌,索取着宝贵的资源……本书分人类的家园、人类起源、文明与灾难、打造绿色地球四部分内容。
  • 生机百态的植物世界(新编科技大博览·B卷)

    生机百态的植物世界(新编科技大博览·B卷)

    由于全书内容涵量巨大,我们将其拆为A、B两卷。A卷包括:形形色色的现代武器、精彩绚丽的宇宙时空、日新月异的信息科学、握手太空的航天科技、穿越时空的现代交通、蓬勃发展的现代农业、日益重要的环境科学、抗衡衰亡的现代医学、解读自身的人体科学、走向未来的现代工业,共十卷。B卷包括:玄奥神秘的数学王国、透析万物的物理时空、奇异有趣的动物世界、广袤绮丽的地理、生机百态的植物世界、扑朔迷离的化学宫殿、蔚蓝旖旎的海洋、探索神秘的科学未知,共八卷。
  • 五千年中外名人之谜全集(世界卷)

    五千年中外名人之谜全集(世界卷)

    以翔实的资料,全新的视角,客观的描述来拨开笼罩在历史上知名人士头上的层层迷雾,揭示了这些名人事件的真相。对名人的关注与探究及他们的身世,性格,思想,归宿,轶事,感情纠纷等等方面,但是由于各种主观与客观的原因,很多关于名人的信息始终扑朔迷离,难辨真相,即便如此,也难以阻挡人们对名人种种时间的猜测之心与探索的脚步,作为名人,他们曾经叱咤风云,他们曾经名盛一时,无论生前身后他们的名字都为世人所熟知,但是究竟有谁真正理解他们呢?历史上的记载都是正确的吗?
热门推荐
  • 量劫之始

    量劫之始

    忘却生死,不忘初心。一念存心,万物为真。万念加身,假亦作真。假假真真,皆应凡尘。
  • Titus Andronicus

    Titus Andronicus

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 霸道太子娇蛮妃

    霸道太子娇蛮妃

    “报告太子殿下,是名女子。”太子殿下扬起嘴角,“让她进来!”西怜柚发誓,那天是她最倒霉的一天。不仅跌破了头还遇见了一个这辈子不想再遇见第二次的人。可惜没办法,这就是她的任务。又怎奈深陷其中无法自拔。“知道错了吗?!”太子殿下卧在床榻旁,慵懒的笑着。“错了。”人家真的知道错了了啦!西怜柚委屈的点点头。见太子殿下嗤笑一下便立马钻进他的怀里。“等一下!”西怜柚突然打断。伟大的太子殿下不耐烦的看看她。“有人在看啦!”西怜柚娇羞的说,将床帘的香幛放下……太子点下勾勾唇,他等这一天很久了。
  • 纨绔宅重生记

    纨绔宅重生记

    一个热血宅在家的死宅男,重生附在别人精神海里,带起一个垂死重伤,重伤垂死修真界小家族纨绔弃少的逍遥牛叉之路!是有后宫非种马。混在大势力中央,别人打架我打秋风。当然主角是宅男,弃少只是小弟。本文不搞基。
  • 牛杂与豆腐花

    牛杂与豆腐花

    我们每个人都有属于自己的学生时代,我们的故事献给那个特别的岁月……“嘿,新鲜美味的牛杂哦,快来一串吧!”“山水豆腐花,又香又甜咧!”每当放学铃响,在学校附近的的小贩吆喝声与身穿不同校服的学生交织在一起,这是我家乡一个来自南方的江城独特景色。说起中学时代特别是高中的年级,放学后,总会见到大街小巷包围着满满学生哥的牛杂档与学生妹的豆腐花摊,这里的故事就是从洋溢着牛杂味与豆腐花香中飘洒出来。
  • 等爱千年只为你

    等爱千年只为你

    数不清的泪我又哭了好几回幻化成蝶,埋葬我千年的等待佈朽啊,你肯定知道我在等你的归来
  • 迷糊厨王

    迷糊厨王

    小厨师勇斗富少,自己却又变身成了假冒富少的故事。主魂在都市,分魂在异界。然后,都市,历史,修真,玄幻,游戏等等各种类型的故事混杂在一起,各种滋味熔于一炉。
  • 你若无情,我依然爱你

    你若无情,我依然爱你

    她,丧母,把1岁半的弟弟养大,成为杀手,却有一段难以回首的过去,她,离挽歌。
  • 紫色的女人

    紫色的女人

    女人的心总是柔软的,可柔软的心为何总会千疮百孔?
  • 千金与少爷之手心里的宝

    千金与少爷之手心里的宝

    “别跑!你给我站住”好听的声音在别院中回荡姓名:叶雪隐,柳浩天年龄:17,17年月:3月初三;2月初三身份:叶家千金,相反与柳浩天青梅竹马长大性格:活泼好动;沉稳,帅气