化学的进展-普利斯特里

时间:2024-06-18 12:44:02关键词:科学的进展

长久以来,一直享有氧的发现者荣誉之人,是普利斯特里而不是舍勒,因为他并未依靠舍勒发现了氧,而于1775年宣布他的发现,也就是在舍勒手稿因故延迟出版的前两年。我们尊崇他,因为他的研究使拉瓦锡给化学以新的形态;因为他是电学研究的开拓者之一;因为他在英国思想界大胆地谈论宗教和政府,以致盲信的暴徒将他在伯明翰的房子烧掉,而且使他逃亡美国。

他1733年生于约克郡,是一名反对英国国教的服饰家的儿子。他在科学、哲学、神学及语言方面的研究欲望很强,读过拉丁文、希腊文、法文、德文、意大利文、阿拉伯文,甚至一些叙利亚文和查德文。他最初是萨福克的一名不信奉英国国教的牧师,但他说话时结结巴巴,减少了他雄辩的吸引力。25岁时,他创立了一所私立学校,并将物理和化学实验加入课程中,使之生动有趣。28岁时,他成为沃灵顿反英国国教的学院的导师。他在那里教授5种语言,但他仍能找出时间做研究,并于1766年得到皇家学院的一笔奖金。同年,他在伦敦遇到富兰克林,受到富兰克林的鼓励,于1767年写了《电学的历史和现况》(The History and Present State of Electricity),这是一部令人佩服的便览。1767年,他受任为里兹的米尔·希尔教堂的牧师。后来他曾有这样一段回忆:“我被吸引去做定气方面的实验是我在公立酒厂附近居住一段时期而产生的结果。”——酒厂的麦芽汁发放出碳酸气。他把这种气体溶在水中,喜欢那种起泡的气味,这就是首次问世的“苏打水”。

1772年,他被任命为谢尔本公爵的图书馆管理员,因而解除了他的经济紧张。在科恩为他准备的房子中完成的一些实验,为他赢得了国际声誉。他将黑尔斯的排水集气法改良成排汞集气法,就是让各种物质混合反应所生的气体在水银的表面收集。1772年,他分离出二氧化氮、一氧化氮(“笑气”)及氯化氢;1773年,他发现氨气(与舍勒在不同的地方分别发现);1774年,他发现了二氧化硫;1776年,发现了过氧化氮。1775年3月15日,他写了一封信给皇家学院,宣布他发现了氧。在他的《对各种不同气体所做的实验及观察》的第二册中,他说明了他采用的方法。他说他使用能引起强烈燃烧的透镜:

借着它的帮忙我……研究到底各种物质(当加热时)会产生什么气体,将它们放进……一个倒置于水银槽而且充满水银的集气瓶中,用这样的仪器……1774年8月1日,我努力将气体从氧化汞中抽出,而且发现,利用这透镜气体很快把水银从集气瓶中排出而收集到……使我不胜惊奇的是,一支蜡烛在这种气体中能以相当强烈的火焰燃烧。

化学的进展-普利斯特里

与舍勒一样,他注意到一只老鼠在这种“缺乏燃素的气体”(他所称的氧)中比在普通的空气中活得更长久,他想他很可能已确定地得到了一种新的气体:

在确认老鼠在这种气体中能活得特别好及上面说过的一些其他试验后,读者将不致惊奇这些事情引起了我品尝这种气体的好奇心,我曾吸入这种气体,并将它从玻璃缸中吸抽出来满足我的好奇心。我还使用这种方法将充满这种气体的大瓶子压到普通空气的标准。对于我的肺部而言,我并没有感觉到它和普通空气有什么不同,但过了一段时间后我幻想自己的肺部感觉无比轻快。假以时日,谁又能说这种纯气体不会成为时髦的奢侈品?至今只有两只老鼠和我有呼吸它的特权。

他预测了这个“未来奢侈品”的一些形式:

从蜡烛在这种气体中能燃烧得更强烈这点来看,我们可猜测,某些重病患者吸入普通空气不足以快速带出二氧化碳时,它可能有助于这些病人肺部的健康。但我们也可从这实验中推想到,即使纯氧气可能像药一般非常有用,但对一具健康的身体却不太适合;因为蜡烛的燃烧,在纯氧中要比在普通空气中快,所以,我们能够说“活得太快”,而且在这纯气体中,动物体内的能量会很快被用尽。

由于一些有成果的假设及敏锐的观察,普利斯特里的实验工作取得非常辉煌的成就,但他理论上的解释大都遵循传统。他与斯塔尔和舍勒一样,认为物质燃烧时,燃素会从燃烧的物体中放出来。他认为,这些物体会与大气中的一个成分结合而形成“浊气”或“燃气”(现在的氮气);大气中的另一成分他命名为纯氧,就是拉瓦锡命名的氧。拉瓦锡主张燃烧的物质是从空气中吸附氧而不是放出燃素,普利斯特里到死仍保留旧有的观念。

1774年,他和谢尔本公爵一起到欧洲大陆旅行,并把氧的实验告诉后者。1780年他退休时,谢尔本给他150英镑的年金。普利斯特里以担任一个大的非国教会大会(以新会社闻名)副牧师的身份定居于伯明翰。他与瓦特、乔赛亚·韦奇伍德、达尔文、马修·博尔顿及其他一些人士加入了“月学社”(Lunar Society),讨论科学、技术和哲学上的最新观念。他乐观、谦虚、慷慨及“纯洁到没有污点的一生”,受到几乎所有阶层人士的爱戴,但他的一些邻居对他的基督教信仰表示怀疑。在《物质和精神的探究》这本于1777年出版的,他把任何东西甚至灵魂都看成物质,他坚持己见地认为这样完全合乎正统:

有学问的人深深知道……古时的人所说的那种非物质的东西,只不过是我们现在所称物质中“较好的一种”。一些像空气或呼吸的东西,最先给予“灵魂”一词……因此,以前的人没有将“扩张”和局部压力这些性质从心灵上除去。在他们的观念中,它跟物质具有一些共同的性质,能与它结合在一起,互相作用……因此看到……感觉或思想的力量……能够注入最巨大的物体……灵魂和肉体,事实上是同一种物质,必会一起死亡。

在同年出版的另一《哲学必要性学说的例证》中,普利斯特里继哈特利和休谟之后,极力否认意志的自由,而且在1782年出版的《基督教的腐化史》中,他不承认有奇迹,不承认有亚当、夏娃吃禁果的堕落,或有耶稣救世人免于受难与死及三位一体之说。所有这些教义他认为是基督教在发展中演成的“堕落和败坏”,它们都不能从基督及其十二门徒的教训中找到。普利斯特里接受的基督教只剩下对上帝的信仰——基于上帝神造的一些证据。他不屈顺死亡,主张上帝会在世界末日最后审判的来临时重造所有的死者。他真正的希望不是上面的天堂而是利用科学来战胜迷信与无知,从而在地球上建立一个乌托邦。18世纪正处于进步中的宗教很少能讲出比下面的语句更热切的观点:

所有的知识将被分割成更细小的单元,而且更加发扬光大,就像培根注意到的,知识是一种力量。事实上,人类的力量将会增加。大自然,包括它的资源及它遵循的法则,将更能被我们掌握。人类在世界上将过得更加舒适,他们也许会延长寿命,会越过越快乐,更能(我相信,更会倾向于)将自己的幸福传达给别人。因此,不论世界的开始怎样,结局将是光荣而像天堂一般,超出我们现在的想象之外……他们将为传播这永不磨灭的福音的纯洁之光而感觉快乐。

在普利斯特里的憧憬中,这种辉煌灿烂的进展部分是政治性的,并基于一个简单而人道的原则:“任何国家大多数人民的……利益和幸福是一个非常标准,凡是与该国有关系的任何东西最后都将以该标准而决定下来。”按照边沁所说,他在这里找到了他的功利哲学的一个来源。普利斯特里曾说,唯一公正的政府以谋求其人民的幸福为目的,这与基督教认为的一个不公正的政府必会被其人民推翻相当一致。对圣保罗“现世的权力是由上帝任命”这一警告,普利斯特里回答道:“基于同样的理由,之后的权力也将会由上帝任命。”

这样的反叛自然同情殖民地人民没有代表而仍须纳税的抗议,他更热诚地替法国大革命喝彩。伯克抨击法国大革命时,普利斯特里却拥护法国大革命,伯克在国会中攻击普利斯特里是异端。普利斯特里的一些朋友也和他一样具有这种激烈的看法。1791年7月14日,“伯明翰宪法学社”(Constitutional Society of Birmingham)在皇家旅社庆祝巴士底狱陷落周年纪念日时,普利斯特里却未参加。一大群人聚集在该旅社前,倾听他们的领袖对持异端邪说者和叛徒的攻击,而且用石头袭击旅社的窗户,参加庆祝的宾客纷纷逃走。群众涌到普利斯特里居住的房子前,兴高采烈地把它烧掉,包括他的实验室与仪器,他的图书与手稿。然后在伯明翰穿梭三天,发誓杀死所有的“哲学家”。普利斯特里逃到达德利,然后又到了伦敦。7月19日,他从伦敦写了一封信给伯明翰民众:

我以前的同乡和邻居们:

我和你们在一起住了11年后,你们对我和平的行为和态度已有相当的认识,也就是我对我职业的那份默默的职责及对哲学的那份关切,我非常不希望看到最近我和我的朋友从你们那里受到的伤害……幸好英国人的脑海中会浮现出对“谋杀”的恐惧,因此我希望你们可能未曾想到这点……但你们做过任何事情后,生命的价值又是什么呢?……你们已毁掉了最有价值、最有用的工具仪器……你们毁掉了一个除经历长时间外无法用钱再买得回来的图书馆……但我更感觉到,你们毁灭了我多年勤奋研究而得到的一些记载结果的手稿,这些书稿我将永没有能力重做;而且,你们对一位不至于伤害或从未想到要伤害你们的人做了这些事。

如果你们认为这样做有任何可为你们宗旨效劳,或损及我们的趋势,那你们就错了……如你们毁掉我、我的房子、我的图书及我的仪器10倍的人,用相当或超过你们以前拥有的精神和能力,将能够马上开始进行你们想做的,如果那10个被毁,100个将会出现……

在这件事上,我们是羊而你们是狼,我们将坚持我们扮演的角色,而且希望你们能有所改变。无论如何,我们还以祝福来代替诅咒,并祈求你们能很快地回返到以前那种勤奋、清醒的状态,因为伯明翰的居民过去是以清醒闻名的。

我是你们诚恳的祝福者普利斯特里

虽然如此,他申诉市政府要求赔偿,这笔损失他估计为4500英镑。查理·福克斯帮助他上诉,伯明翰给了他2502镑。他想在英国兴建一所新的住宅,但牧师、保皇党及他在皇家学院的同事都规避他。通过孔多塞,法国科学院表示愿意在法国给他安置一个家和实验室。1794年4月8日,他61岁时,他迁居到美洲,在诺森伯的乡镇上建立了他的新家,在富兰克林的宾夕法尼亚州,也在柯勒律治和骚塞梦想的可爱的萨斯奎汉纳河畔上。他重新开始了他的实验,并发现了一氧化碳的组成。他很受一些有学术地位的学术团体的欢迎,在宾夕法尼亚大学担任化学讲座教授。1796年,他在费城的普救说信徒之前,发表了一系列关于“基督教的证据”的讲述,他的听众包括副总统约翰·亚当斯及许多国会议员。这些集会形成了一个“唯一神教派的团体”。两年后,亚当斯总统的国务卿蒂莫西·皮克林认为他是一位不合时宜的外国人,建议将普利斯特里驱逐出境。杰斐逊1800年当选总统使普利斯特里不安全的顾虑消除,4年中平安无事。1803年,他写成最后一篇科学论文,仍为燃素说辩护。1804年,他死于诺森伯。1943年,宾州议会指定把他的家作为国家纪念物。

托马斯·佩恩以背叛的基督徒身份继承普利斯特里的战役之际,卡文迪什却在研究一些气体的化学成分。他生于贵族家庭,40岁时继承了一大笔财产。胆小、言词犹豫、对穿着不甚考究的他,在伦敦克拉汉姆·康芒的一个实验室孤寂地生活着。他的研究以实验前后的精密度著称,这些量度使拉瓦锡创立了物质不灭定律。

1766年,卡文迪什将他有关“虚气”——从固体得出的气体的实验报告呈送给皇家学院。他把锌或锡溶于酸中而制得他所称的“易着火气体”,他证明这就是燃素。我们现在称之为氢气,卡文迪什首先认出它是一种特殊的元素,而且测定了它的比重。1783年,他追随普利斯特里的一个实验,发现用电弧通过普通空气和“易着火气体”的混合物时,混合气体的一部分会凝结为露珠状的液体。他从这种电解实验中得出结论,水是由2.014体积的“易着火气体”和1体积的普利斯特里所谓的纯氧组成的——或者,我们可以说这就是我们现在所说的水。这是第一次明确地证实水为化合物而非元素(瓦特也在同年,即1783年,在不同的地方提出水的相同组成之说)。再次使用电弧于氢气和普通空气,卡文迪什得到了硝酸,而且下了结论,说明纯空气是由氧和氮组成的(爱丁堡的丹尼尔·拉瑟福德1772年曾发现氮为一特殊元素)。卡文迪什还得到了极少的他不能解释的剩余物,他计算出这种剩余物占原来数量的0.83%。这个谜到1894年才被雷利和拉姆齐解开,他们分离出这一部分,就是现在我们所称的氩,成为一新分离出的元素,并发现是普通空气的0.94倍重。卡文迪什的大略估计值被证实。