原创盖－吕萨克

 2011-9-14 10:10  2398 9 9 分类: 工程师职场

我喜欢的科学家，实践能力非常强，且有着敏捷的思维和对工作的热情。大量制备钠钾的方法，研究碘，发现硼。还有他的盖－吕萨克定律，随便哪一项都是伟大的成就。

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。

　　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。

化学家的姻缘

英国著名化学家盖里萨克由于与一位年青的商店女售货员笔迹相似，终于结成伴侣。

事情是这样的：一次盖里萨克到商店里买衬衣，刚走到柜台旁，就发现地上有一张纸片，上面写满了化学方程式。他捡起粗看，正是自己的笔迹。“为什么我的草稿竟掉在这里?”他心里虽然觉得十分奇怪，但却毫不犹豫地把纸片塞连衣袋里。这时，站在柜台里的一位年轻姑娘忍不住笑起来：“先生，那是我丢掉的废纸!”盖里萨克以为是姑娘开玩笑，便争辩说：“什么，是您丢掉的度纸?分明是我的笔迹。”姑娘笑得更厉害了。为了证明自己说的是事实，她从柜台底层拿出一本化学课本给盖里萨克看：“这是我自修的化学课本，那是我的演算草稿纸。”盖里萨克把度纸片打开细看，尽管是“自己的笔迹”，但奇怪的是，上面所写的却是初等的化学习题解答。作为一个化学家，自己所研究演算的显然不是这类题目。

天下竟有这样的巧合，两人的笔迹竟然如此相似!他忍不住叫姑娘给他一张纸，照样写了几行字。那姑娘看了，也感到十分惊奇：世界上无论多么高明的笔迹鉴定专家，要把两人的笔迹区别开来，恐怕是十分困难的。这次笔迹引起的巧遇，使他们结成朋友；对化学的共同爱好，又似强烈的催化剂，使他们纯真的友情迅速发展成为甜蜜的爱情。婚后，她成为盖里萨克的秘书和得力的助手。如今，在伦敦的大英博物馆里收藏着盖里萨克的手稿，其中有一部分就是她抄写的。然而，谁也分不清楚到底哪些是盖里萨克的真正手迹。

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