正文 第十二章 自學成才的道爾頓(1 / 3)

道爾頓出生在英格蘭北部一個窮鄉僻壤。父親是一位兼種一點薄地的織布工人,母親生了6個孩子,有3個因生活貧困而夭折。道爾頓6歲起在村裏教會辦的小學讀書。剛讀完小學,他就因家境困難而輟學,但是他酷愛讀書,在幹農活的空隙還堅持自學。

到15歲時,道爾頓的學識已有很大提高,於是他離家來到附近的肯達爾鎮上,在他表兄任校長的教會學校裏擔任助理教師。在這所學校裏,他仍然堅持一邊努力工作,一邊發奮讀書,無論是數學、自然科學,還是哲學、文學的書籍,他都廣泛涉獵。據說在這所學校的12年中,他讀的書比後來50年的還多。正是這種勤奮學習為他當時的教學和以後的科研奠定了堅實的基礎。27歲時,道爾頓來到了曼徹斯特,受聘於一所新學院擔任數學和物理學講師。他開始係統地學習化學知識。在學習中,道爾頓有一種可貴的韌勁。每當遇到較難的運算題,他總是堅持要把難題解出,當同學們都放學回家了,他卻常常端坐在教室裏用心思考,絞盡腦汁,埋頭解題。

就這樣,道爾頓依靠不懈的努力自學成才。他曾說過:“如果我比我周圍的人獲得更多的成就的話,那主要———不,我可以說,幾乎純粹地———是由於不懈的努力。一些人比另外一些人獲得更多的成就,主要是由於他們對放在他們麵前的問題比起一般人能夠更加專注和堅持,而不是由於他的天賦比別人高多少。”這是道爾頓的切身體會,也是他成功的經驗總結。虛心地求教和不倦地自學終於使道爾頓成為一位知識淵博的學者。

道爾頓在曼徹斯特發表的第一篇文章是關於色盲的研究文章。這個成果是偶然發現的。聖誕節要到了,道爾頓為母親買了一雙深藍色的襪子表示自己對老人的孝敬。當他把襪子送給母親時,母親卻厲聲責問他:“為什麼買一雙紅色襪子?”因為依照當地的宗教習俗,紅色是不祥的,婦女禁忌紅色,由此道爾頓才發現自己的辨色能力與眾不同。後來他經過認真地調查研究,發現他哥哥也和他一樣,也具有不正常的辨色能力,同時也有一些人具有這一病症。為此他撰寫了論文,提出人類中存在著色盲這一病症。道爾頓的這一發現引起了社會公眾的重視,所以在英國,色盲常被稱為道爾頓症。

33歲時,道爾頓借了一間工作室,又在工作室附近租了一間簡陋的民房,開始他清貧的以科研為主的生活。

道爾頓的生活很有規律,幾乎每天都是早餐前先去實驗室生火,吃完早餐後即開始工作,一直幹到午餐時才出來。吃罷午餐,又繼續進實驗室工作,一直忙到晚上9點,晚餐後稍作休息,就進書房讀書至夜半。這種生活就像時鍾運轉一樣有規律。“午夜方眠,黎明即起”,成為道爾頓勤奮治學生活的真實寫照。工夫不負有心人,勤奮的學習,刻苦的鑽研,使道爾頓在攀登科學的山路上取得了一個又一個的成果。

從1801年起,他陸續完成了《關於極光》、《關於氣壓計》、《論降雨》、《關於溫度計》、《混合氣體的組成》、《論水蒸氣的力》、《論蒸發》、《論氣體受熱膨脹》等論文。其中最突出的成果是,他在《論氣體受熱膨脹》的論文中清楚地提出了氣體的熱膨脹定律:“任何氣體每上升一定溫度時發生的體積膨脹是相同的。”在同一時期,法國化學家蓋·呂薩克也提出了氣體的體積隨溫度而改變的這一定律,所以現在人們常稱氣體熱膨脹定律為道爾頓———呂薩克定律。

此後不久,道爾頓又進一步地提出了著名的混合氣體的分壓定律:混合汽體的壓力等於各組成部分在同樣條件下所具有的壓力之和。

牛頓在他的力學理論中,指出在物質微粒的運動中,同性相斥、異性相吸。根據這一思想,道爾頓假設在混和汽體中,一類汽體的原子並不排斥另一類氣體的原子,僅僅是同類原子相互排斥,那麼怎樣證實氣體原子的存在呢?

道爾頓認為,必須去測定各種原子的相對質量和不同原子合成新粒子的組成。為此道爾頓作了一些大膽的假設和推理。首先他從物理學的角度出發,假定相同體積的氣體在同溫同壓下,含有相同數目的原子。若這一假定能成立,他便可以通過測量相對的蒸汽密度來換算氣體原子的相對質量,但是,他在氧氣、氫氣合成水的實驗中發現,水的蒸氣密度反而小於氧氣的蒸氣密度。於是他懷疑采用蒸氣密度法來測算原子相對質量行不通。

采用物理學的實驗方法行不通,道爾頓轉向了化學。根據水的化學分子結構進行實驗,得到了氧和氫化合的質量比,又由氨氣的分析得到了氮和氫化合的質量比。有了這些質量比還不夠,還必須知道化合物的微粒究竟由幾個原子組成,才能換算出原子的相對質量。對此,道爾頓提出了由原子構成微粒(分子)的基本原則。

他的基本觀點可歸納為三點:(1)化學元素均由非常微小、不可再分的微粒組成,這種微粒稱為原子。原子在一切化學變化中均保持自己的獨特性質,具有不可再分性。(2)同一元素所有原子的質量、性質都完全相同。不同元素的原子質量和性質各不相同,原子質量是每一種元素的基本特征之一。(3)不同元素化合時,這些元素的原子按簡單整數比結合成化合物。

盡管道爾頓提出的原子論被後人發現存在許多錯誤,但是他關於原子的描述、原子量的計算是一項意義深遠的開創性工作。他第一次把純屬臆測的原子概念變成一種具有一定質量的、可以由實驗來測定的物質實體。

道爾頓的原子學說為近代化學和原子物理學奠定了基礎,是科學史上一項劃時代的成就。

1844年的一天清晨,道爾頓在他安靜的臥室裏,像一個熟睡的嬰兒似的,沒有一點痛苦的表情,心髒停止了跳動。他走完了他艱辛、果敢、睿智、富於意義的一生。這是一位將一生毫無保留地獻給科學事業的偉大學者。乘氣球升空的蓋·呂薩克19世紀初的一天,天氣晴朗,萬裏無雲,炎熱的天氣,不見一絲微風。蓋·呂薩克自己的好友、法國化學家比奧用浸有樹脂的密質綢布做成一個巨大的氣球,裏麵充進氫氣。膨脹的氣球在陽光下閃閃發光,蓋·呂薩克與比奧坐進了氣球下麵懸掛的圓形吊籃裏。

氣球徐徐上升,他們揮手同歡呼的送行者們告別。大家呼喊著祝福他們:“一路平安!”這真是罕見的場麵。

送行的人群逐漸消失在他們下麵無邊無際的深淵中。“咱們開始工作吧!”比奧說道。

“我正在觀察磁針的偏差。”

“我們升起多高了?”

“距海平麵5800米。”

“我覺得耳朵很疼,頭暈。”

高空反應使比奧的狀況越來越不好,最後,他們勉強采集了一些空氣樣品,不得不著陸了。

這兩位勇敢的研究家忘我升空的消息引起了極強烈的反應,到處都在談論著這兩位航行家。

但是,蓋·呂薩克對首次探險的收獲並不滿足。一個半月以後,他隻身進行了第二次升空探索。為了減輕負荷,提高升空高度,他盡量輕裝。

當氣球升至7016米時,他毅然把椅子等隨身物件扔了下來,使氣球繼續上升。正在田間勞作的人們看到天上落下許多東西,都不清楚究竟發生了什麼事。

這次,蓋·呂薩克創造了當時世界上乘氣球升空的最高紀錄。兩次探測的結果表明,在所到的高空領域,地磁強度是恒定不變的,所采集的空氣樣品,經分析證明,空氣的成分基本上相同,但在不同高度的空氣中,含氧的比例是不一樣的。

在氣體的實驗中,蓋·呂薩克發現,氧與氫化合時,氧氣的體積差不多,總是氫氣體積的一半。於是,他想到這簡單的體積關係,可能同物質的原子結構有關。

他往容器裏充滿等體積的氮和氧,然後讓混合物通過電火花。於是就產生了新的氣體———一氧化氮。他發現,一體積的氧和一體積的氮,經化合得到了兩體積的一氧化氮。進一步研究許多不同氣體間的化學反應,使他注意到,在所有參加反應的氣體體積和反應後生成的氣體體積之間,總是存在著簡單的比例關係。由此他發現了一個重要的基本化學定律———氣體化合體積定律。

發明製造堿金屬的新方法,是蓋·呂薩克在無機化學中的又一貢獻。

法國人庫特瓦在從海草灰中製取鉀鹽的過程中,發現了一種未知的新物質,庫特瓦成功地分離出這種物質,並把它交給化學家克萊曼·德索爾母進行研究,但這位化學家沒有發表任何研究成果,就把這種新物質交給了英國化學家戴維。

蓋·呂薩克得知這個消息後,非常著急,他對克萊曼說:“你們太輕率了,法國人可以研究出這種新物質,可你們把它交給了一個英國人,這回戴維將會發現這個新元素,為他的祖國爭得榮譽。”

為了為自己的祖國爭光,蓋·呂薩克決心要和戴維比賽一下,他從庫特瓦那裏取回了僅存的那一點新物質,開始了夜以繼日的研究。

幾天以後,蓋·呂薩克成功地得到了這種純淨的元素。它是一些小小的鱗片般的東西,像金屬一樣閃閃發亮,加熱時它們很快便蒸發,沉甸甸的深紫色的蒸氣充滿了燒瓶。

“我們把這種元素叫做碘吧。”蓋·呂薩克自豪地看著這些紫色的精靈,碘的意思是紫羅蘭。

蓋·呂薩克還特別重視把科學理論成果轉化為生產力。他對硫酸製造工藝的改進,就是他對硫化物研究成果的重要應用。

19世紀初流行鉛室法製硫酸工藝:為了把二氧化硫氧化為三氧化硫,在含有二氧化硫的空氣中加入二氧化氮,就會生成三氧化硫和一氧化氮。

用水把三氧化硫吸收後,剩餘的氣體通過高大的煙囪排到大氣中去,但是,當這些氣體和空氣混合在一起時,其中的一氧化氮立即就轉變為二氧化氮。二氧化氮是有毒的棕褐色氣體,這種棕褐色煙霧從煙囪裏冒出,不僅毒害著周圍的生物,而且也毒害著工廠裏的工作人員,硫酸工廠附近的植物全部被毒死。這些硫酸廠就像在荒漠上的一座座凶險惡毒的火山,永不停息地升騰著毒性的煙團。必須采取緊張措施解決這個問題,一些生產硫酸的工廠主向蓋·呂薩克提出了請求。

蓋·呂薩克投入了緊急的研究之中。他查明,氮的幾種氧化物能溶解在硫酸裏,他將這種溶液叫做含硝硫酸,它是無毒的。

“不要讓這種廢氣從煙囪中排出,”蓋·呂薩克對廠主解釋道,“應當設法化廢為利。為此,要建造一座吸收塔,塔高10—15米,塔內有耐酸的材料作襯裏,廢氣從塔的底部進入,將硫酸從塔的上部噴淋下來,當氮的氧化物遇到硫酸時便和它化合,成為含硝硫酸,含硝硫酸向下流去,可以收集起來重新利用,而排向大氣的就隻有無毒的氣體。”

19世紀40年代,蓋·呂薩克的想法在實踐中被采用,在生產硫酸的工廠裏出現了吸收塔,這種塔至今仍然被稱作“蓋·呂薩克塔”。

除了上述研究,蓋·呂薩克還探討了氰化物並首次製得了氰。他將氰化汞與濃鹽酸一起蒸餾,製成無水氫氰酸,開創了對氫氰酸的組成、性質的係統研究。同年,他加熱分解氰化汞,發現生成一種可燃氣體,經研究確定其組成成分為碳、氮二元素,他命名該氣體為“氰”。

72歲時,蓋·呂薩克在巴黎逝世。炸藥的“父親”———諾貝爾1833年10月21日,諾貝爾出生在瑞典首都斯德哥爾摩一個勤奮的家庭。父親伊曼紐爾·諾貝爾是一位頗有才幹的機械師、發明家。由於經營不佳,在瑞典屢受挫折,就在小諾貝爾出世的前一年,一場火災燒毀了他家的全部家當,他們的生活完全陷入窮困潦倒的境地,靠借債度日。為躲避債主上門,伊曼紐爾隻好單身離家出走,先到芬蘭,後到俄國謀生。諾貝爾的兩個哥哥就像安徒生童話裏那個賣火柴的小女孩一樣,也站在街頭巷尾賣過火柴,以便賺幾個錢幫助維持家庭生計。在那場大火中,諾貝爾的母親為了救出孩子幾乎喪了命,精神和健康都受到影響,加上生活艱難,諾貝爾從出生的第一天起,就體弱多病,全靠母親的精心照料,才活了下來。

由於健康不佳,他的童年沒有像別的孩童那樣調皮、活潑和歡快,當別的孩童們在一起玩耍時,他隻能充當一個旁觀者。童年生活的這一遭遇使得他的性格變得孤僻、內向。他到了8歲才上學,卻隻讀了一年,而這是他受過的唯一的學校教育。

伊曼紐爾的一些發明在俄國受到歡迎,經濟狀況開始好轉,諾貝爾全家便遷居到俄國的彼得堡。在俄國由於語言不通,諾貝爾和兩個哥哥都進不了當地的學校,隻好在家裏請教師指導他們學習俄、英、法、德等語言。當有了一定的俄語基礎後,再跟俄國教師學習自然科學和工程技術。

體質虛弱的諾貝爾學習特別勤奮,學識不亞於他的兩個哥哥,他那好學的態度,不僅得到教師的讚揚,也贏得父兄的喜愛。然而,由於諾貝爾的二哥要回瑞典,兄弟三人隻好停止了學業。諾貝爾來到他父親開辦的工廠當助手。他細心觀察、認真思索,凡是經他耳聞目睹的那些重要學問都被他敏銳地吸收進去,生活本身就成為了他的大學。正是通過刻苦、持久的自學,他才逐步成長為科學家。

諾貝爾的父親很關心小諾貝爾的興趣愛好,常常講科學家的故事給他聽,鼓勵他長大後做一個有用的人。有一次,諾貝爾看見父親在研製炸藥,睜著圓圓的大眼睛問:“爸爸,炸藥傷人,是可怕的東西,你為什麼要製造它呢?”父親回答說:“它可以用來開礦、築路,許多地方需要它啊!”諾貝爾似懂非懂地點點頭,說:“對,我長大了也要做炸藥。”諾貝爾跟著父親,看父親設計和研製水雷、水雷艇和炸藥,耳聞目見,在他幼小的心靈中,萌發了獻身科學的理想。父親也非常希望他學機械,長大後成為機械師。

17歲時,諾貝爾以工程師的名義遠渡重洋。到了美國,在有名的艾利遜工程師的工場裏實習。實習期滿後,他又到歐美各國考察了4年,才回到家中。在考察中,他每到一處,就立即開始工作,深入了解各國工業發展的情況。

當時,許多國家迫切要求發展采礦業,加快采掘速度,炸藥不能適應這種生產需要,對它進行改良成為一個亟待解決的大問題。了解了各國工業狀況的諾貝爾,堅定了改進炸藥生產的決心。就在這個時候,一個驚人的消息傳來了:法國發明了性能優良的炸藥。其實,這個消息是不確切的。原來,法國有名的軍械專家皮各特將軍,在研究改進子彈的射程和速度時,發現用現有的炸藥,不可能有更好的結果,必須改良炸藥。於是,陸軍部組織力量,著手研究炸藥了。這件事促使諾貝爾全力以赴研究炸藥。

諾貝爾一天到晚關在實驗室裏查閱資料,一次又一次地做著各種炸藥試驗。他的父母明白搞炸藥的危險,對他改變專業很不高興。有一天,父親對他說:“孩子呀,你的職業是搞機械,應當集中精力幹分內的事,別的方麵還是不要分心為好。”諾貝爾說:“改進炸藥是很重要的,一旦用在生產上,就會給人類創造極大的財富。危險當然免不了,我盡量小心就是了。”從此,諾貝爾經常向親戚朋友宣傳解釋改進炸藥的重要意義。這樣,同情、讚助他的人越來越多,連反對他的父母,也被他的堅強意誌感動,隻好默認了。