罗伯特·波义耳

罗伯特·波义耳(1627-1691)英国化学家、物理学家。出生在爱尔兰的一个贵族家庭。1659年用实验阐明气压升降的原理,并发现著名的气体定律(波义耳—马略特定律)。在化学方面,他将当时习惯使用的定性试验归纳为一个系统,初次引入化学分析的名称,开始了分析化学的研究。1661年写出《怀疑的化学家》一书,批判了点金术士的唯心主义“元素”观,将元素定义为不能分解的物质,使化学开始了在科学基础上的研究,对破除迷信和提倡科学精神起了很大的作用。

1.公元1627年1月25日,波义耳出生在爱尔兰的一个贵族家庭里。父亲科克伯爵有钱有势,整天忙于财务帐册,对书本知识不感兴趣。母亲性格温顺,在他4岁时就去世了。波义耳有一个姐姐和一个哥哥,他最小。

2.波义耳诚实而勤奋,父亲特别喜爱他,为他请来了最好的家庭教师,8岁时又送他和哥哥到伊顿公学学习。他很爱读书,特别是历史故事和诗歌。他思路开阔,勤于思考,记忆力强,是一名优秀学生。

3.青少年时期,波义耳十分钦佩意大利著名科学家伽利略。1641年,他特意来到了意大利。可惜伽利略不久就去世了。但伽利略的新科学理论对他产生了深刻的影响,他决心像伽利略那样不迷信权威,勇于开创科学实验的道路。

4.波义耳认为,实验室的研究工作具有头等重要的意义。波义耳18岁时从意大利回到伦敦,经常和那些与他观点相同的科学家在一起聚会,讨论试验结果,研究新兴的科学问题。

5.他把在伦敦继承的领地斯泰尔桥的建筑加以改造,实现了拥有大型试验室的愿望。1645年,实验室开始进行物理学、化学和农业化学等的研究工作。他常同时研究几个问题。通常他给助手讲明一天的工作,就回到工作室向秘书口授哲学论文。

6.一天,波义耳在做化学实验时无意中将盐酸沫溅到了紫罗兰花上。很快,他发现紫罗兰花发生了变化,全都变成红色的了。于是,他和助手从植物的花及根中提取了各种颜色的浸液,试验它们在酸或碱的作用下所发生的变化。

7.他发现,浸泡过石蕊浸液的蓝色纸条,遇酸变红,遇碱变监。由此他指出,一些植物的液汁能作为确定酸性,碱性或中性的指示剂。他还发现,用加银盐溶液的方法,可以测试出氯化物。这些,都对化学定性分析作出了重要贡献。

8.1652年初,波义耳回到了爱尔兰。由于缺少实验的必要条件,他开始研究医学,并且对解剖学和生理学的研究也入了迷。当时,聚集在牛津大学的许多科学家,都一再邀请波义耳到那里去。于是在1654年,波义耳来到了牛津。

9.波义耳租了几间房子,建立了自己的实验室。一年后,青年罗伯特·胡克来实验室当助手,他们研究改进了德国人盖立克新发明的泵。改进后的空气泵就像现在的打气筒,它有个相反的阀能抽出空气。这在当时是个了不起的发明。

10.利用空气泵,波义耳研究了许多问题。他发现物质在真空中难以燃烧,磁铁却能通过真空起作用。他把钟吊在密闭的容器中证明,声音要靠空气传播。因为容器中空气越少,钟的滴达声越小,把空气渐渐放入,声音便从无到有。

11.利用空气泵,波义耳又研究了意大利物理学家托里拆利的真空实验。托里拆利实验是在一根长一米、一端封闭的玻璃管里装满水银,用拇指堵住管口倒置在水银槽里,松开拇指后,管里水银降到高出糟里水银面约76厘米的地方,便不再下降。

12.水银柱为什么不再下降?这个问题当时争论激烈。托里拆利认为,这是大气压力对槽中水银面作用的结果,所以这套装置,实际上就是一个气压计。波义耳同意他的看法,并且用实验加以证明。

13.波义耳把实验的水银槽放在密闭的容器中,把里面的空气抽空。有趣的情况出现了,玻璃管中的水银柱开始不断下降。等到把空气一点点送进去,管中的水银柱又逐渐升到原来的位置。波义耳用实验证明,水银柱不再下降是大气压力的结果。

14.结论遭到比利时物理教授李纳斯的反对。他也设计了一个实验:在一根两端开口的玻璃管中灌满水银,两头用拇指按住,把一端放入水银槽中并松开拇指,按在另端的拇指就会感到一种拉力。他认为是这个拉力把水银柱拉到76厘米的地方。

15.实验是最好的回答。波义耳用一根一端封闭的J型管从长的开口处灌入水银。水银流入管子却不能升到短的那头的顶端。因为空气被堵在这里了。长管和短管的水银面相等。长管开口处水银面仍是76厘米水银柱,短管中空气体积为48小格。

16.波义耳开始不断往长管一端加水银。封闭在短管中的空气体积开始变小。他惊喜地发现:当长管中水银液面比短管中水银液面高出76厘米,即压强增加一倍时,短管中的空气恰好从48小格缩小到24小格,正是原来体积的一半。

17.他又往长管中灌水银,发现压强为大气压3倍时,短管中的体积就缩小至16格。由此,他得出了著名的气体定律:在温度不变的条件下,一定质量的气体的压强,跟它的体积成反比。波义耳以精密的实验,批驳了李纳斯的错误。

18.1661年,他在皇家学一会宣布了他的这一发现。他的实验方法,使当时的科学界耳目一新。但最令人敬佩的是他始终如一的求实精神。他总是那么诚实,老老实实地在报告中写出实验中的成功与失败,开诚布公,直言不讳。

19.《手动机械的新实验》是他的第一部科学巨著。作品发表后,人们都称他研究真空所用的泵为波义耳泵。波义耳觉得这种提法与事实有出入。等这本著作再版时,他便实事求是地说明,这个泵主要是助手罗伯特·胡克搞成的。

20.波义耳的《手动机械的新实验》一书出版后,不仅科学家谈论真空和空气的弹性,就连英国国王,也要求波义耳私下给他做一次表演。朝廷要授予他贵族称号,教会要给他安排一个显赫高位,他一一谢绝了。他视功名如浮云,只爱科学实验。

21.在那个时代,还没有真正的化学科学,只有从事炼金术的炼金术士掌握一些化学知识,他们以古希腊四元素论为依据,错误地认为所有物质都是由土水气火四元素组成的,以为改变物质中这四种元素的比例,就能使普通金属变成贵重金属。

22.波义耳对此提出质疑。他通过实验证明前人的理论是错误的,第一个提出了科学的元素概念,使化学走上了正路。1661年,他在著名的《怀疑的化学家》中,提出了什么是元素,什么不是元素的看法,给元素下了一个明确的定义。

23.波义耳提出了正确的元素概念,被公认为近代化学的奠基人。虽然他没解决怎样得到元素及元素有哪些种的问题,但他确信元素肯定有许多种,这些元素是确定的、实在的、单一纯净的物质,用一般的化学方法无法把它分解成更简单的物质。

24.1663年伦敦皇家学会成立,他被一致选举为学会委员会成员。这一时期正是波义耳创造力极盛的阶段。在他的笔下出现了一部接一部的哲学、物理学和化学等方面的著作。波义耳的研究成果,在当时产生了极大的影响。

25.他与另一位德国化学家研究了火。发现,把不同的物质放在火焰上会使火焰产生不同的颜色。如,铜盐在火焰上燃烧,火焰会变绿,等等。这一成果发表在1664年的《关于颜色的试验和思考》中,这一发现为后来的燃素理论奠定了基础。

26.波义耳名声四起,常应邀入宫,甚至被提议担任“皇家矿业”公司的成员,并被任命为东印度公司经理。但这些都未使他放弃工作,他又写下了《流体静力奇谈》,《根据微粒理论产生的形状和性质》,在《论矿泉水》中对矿泉水分析方法作了描述。

27.1670年,也就是波义耳搬到伦敦姐姐家两年后,瘫痪第一次迫使他在床上躺了11个月。波义耳是一个意志坚强的人,他为自己治疗,服用自己配制的各种新药,设计恢复身体功能的体操,坚持锻炼。

28.即使是在这样的情况下,他也不肯让自己的脑子停下来。每天他都和助手一起工作。由助手念书给他听,记下他口授的文章,包括新实验的设想。因此,他得病后的一年里,他还是写出了不少有价值的论文和书籍。

29.磷是德国一个叫勃兰特的炼金术士于1669年发现的,他一直不愿把提炼方法公诸于众。1680年,化学家克拉夫脱带着磷的样品访问英国,向波义耳透露人体中就有磷。波义耳认为人体中能产生磷的部分是头发、骨头、尿,便着手研究。

30.波义耳花了一年多时间,经多次试验,终于从人尿中提驭了磷。在《关于冰冷的夜光的新实验和新观察》中,他谈到不少有关磷的性能,引起了科学界的注意,被公认为独立发现磷的人。他发现的白磷在很长时间内被称作波义耳磷。

31.波义耳十分厌恶知识保密,认为这是妨碍科学成长的巨大障碍。他总是把自己的发现全部公诸于世。他提倡,各种成果和情报共同使用,分歧观点公开讨论。他也始终言行一致,有了新的发现,就尽快公开发表,供大家阅读和使用。

32.波义耳温和、诚实、无私,给所有认识他的人都留下了深刻的印象。在争论的时候,问题不管多大,争论程度不管多激烈,他绝不嘲笑或者谩骂对方,始终是真诚相待,彬彬有礼。

33.1680年,53岁的波义耳健康情况急剧恶化。他已经不能在实验室工作,也不能更多地参加研究工作了。为了使近35年的研究成果得以阐述,他谢绝了让他担任皇家学会会长的建议,来到祖传的庄园。

34.1691年,波义耳和姐姐凯塞琳都得了重病,凯塞琳于1691年11月23日去世。波义耳4岁丧母,一辈子没结过婚,姐姐是一生中对他支持最大的人,也是他最亲近的人。她的去世对波义耳是个极大的打击,一个星期后波义耳也去世了。