圣日内维耶山上的一声爆响,为我们送来了电解定律

(跟风锂电池的诺奖热度,查阅了技术发展的一些史料,自感颇有趣味,整理如下,以供消遣。)

1812年的秋天,塞纳河左岸,金色的梧桐葱葱郁郁,小酒馆里人们三五成群。

正喝着咖啡叼着烟,表情各异地议论着帝国军队在莫斯科的战事,忽闻“嘭”的一声巨响,有机敏点的,已经从窗户和门口探出了头去。

遍寻不到那告白的气球,却见得圣日内维耶山上,巴黎综合理工大学的校舍处,腾起一缕青烟袅袅。

学校的化学实验室里,发生一起爆炸。

圣日内维耶山上的一声爆响,为我们送来了电解定律

(图片来源:Photos.com by Julien Fromentin

外行看个热闹,内行多少血泪。化学家皮埃尔·杜隆(PierreLouis Dulong)牺牲了自己的一只眼睛和两根手指。

一入化工深似海,从此待己不当人。18~19世纪的化学研究缺乏安全的分析和保护手段,甚至常常需要拿自己的身体验证材料的性状,诺贝尔(死于实验爆炸 )、舍勒(长期品尝试剂味道,新婚蜜月中死于慢性重金属中毒)等等先贤在探究真理的道路上前赴后继。对杜隆来说,少个把眼睛,断两根手指,比起新物质三氯化氮的发现而言,那都不算事儿。

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(图片来源:wikipedia)

 

杜隆的圈中好友,时任帝国大学总学监(相当现法国教育部长)的安德烈·安培(Andre-MaireAmpere)此刻还没有开始他史册留青的电流研究,而是对化学研究兴致颇高。早在两年前的1810年11月,他就同当时英国化学界权威、时任皇家学会秘书的汉弗里·戴维(HumphryDavy)展开了氢氟酸元素组成方面的讨论。信中,安培提出自己的设想,觉得氢氟酸也许和戴维早先发现的无氧盐酸一样,也是由氢和氯单独组成。而这次又是和氯有关的新动向,安培自然等不了要和英国笔友交流下看法。

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三氯化氮本尊

(图片来源:wikipedia)

 

①那个时代本来流行拉瓦锡(法国化学家,著有《化学基本论述》,大革命期间被奸佞罗织罪名送上断头台)提出的观点,认为一切酸都含氧,而戴维在1808年发现盐酸中只有氢气和氯气被电解出来。自1807年来,戴维已经用他同事尼科尔森搭建的伏打电池,接连发现了钠、钾、钡、镁等多种新物质,电解实验被他用得神乎其技。

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(图片来源:sciencephoto)

 

收到信时,戴维刚被授予了爵士封号,正和他的白富美新婚妻子在她娘家爱丁堡蜜月旅行,本应好好享受着人生巅峰的风光。可是天才往往和疯子都是一线之隔,戴维一路上都没有丢下他做实验的瓶瓶罐罐,尽管他还要安排时间来参加各种打猎钓鱼,来符合他在贵族圈的新身份。这份风尘仆仆横跨英吉利海峡的来信,正是一道及时雨。戴维见有这么有趣的玩意儿,又是在自己的专业领域,自然是要插一脚的。无奈随身的装备有限,施展不开拳脚。于是戴维丢下钓鱼竿,撇下钟情社交的新婚妻子继续流连在苏格兰乡间的各种聚会之间,匆匆辞过先行回到伦敦。

 

接下来的事情,顺风顺水。戴维娴熟地按照安培来信中的描述复制杜隆的实验,伴随“嘭”地一声爆响,向人们宣示英国也“成功”制备了不稳定的三氯化氮。不过是代价是,戴维也伤了一只眼睛。

 

19世纪初的英国没有推特,因为印刷业欠发达,连报纸都甚至需要去书店租赁阅读。但是作为英国皇家学院科普讲座的明星讲师,戴维可以堪称是当时伦敦的流量小生。那个时期,赴皇家学院听讲座成了伦敦民间,尤其是贵族圈子里的时髦。

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戴维在皇家学院的演讲

(图片来源:Linda Hall Library)

 

戴维有淡褐色的明亮眼眸,棕色卷发衬着大理石般白净的脸庞显得格外俊美。他声线动听口才横溢,又善于旁征博引生动举例,他在做化学通俗讲座的时候,700人的大讲演厅里,不乏夫人小姐们为他尖叫,甚至寄上14行情诗。1807年的一场大病,探病的人更是挤破门槛,甚至要每天贴布告公开病情进展才能控制人流。

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(图片来源: sites.google.com )


所以戴维伤了眼睛,就是粉丝失去了光明,这么大事情自然不难被自己的粉丝所捕获。尤其是当自己的粉丝还是媒体从业人员,比如德拉罗舍书店的订书工——迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)。


这一年的法拉第21岁了。7年前,14岁小法拉第刚刚在前老板里波的书店里送了一年报,因为手脚勤快聪明好学,被老板收为学徒,住进了书店的小阁楼里。在那里,法拉第邂逅了《大英百科全书》,知道毛皮和玻璃棒产生的电搜集起来,居然可以和天上的闪电一样“啪”地打出火花;他又从科普作家玛西特夫人的《化学漫谈》中读到了伏打电池、基于伏打电池的电解以及电解气体的再化合。这些变化在法拉第看来无疑如《一千零一夜》中的魔法一样性感不可方物。

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(图片来源:FineArt America)


多年来,虽然资金拮据,但是法拉第一直努力地省出每一便士,搜集各种可能的瓶瓶罐罐去攒自己心心念念的实验设备。而当他参加1812年早春戴维的那4次化学讲演的时候,终于能够一睹偶像风采的时候,更是在他心里一遍一遍力透纸背地描刻此生的志愿,贫穷再也限制不了他对科学殿堂的美好想象。


他需要更多的时间投身到科学研究中去,但是裁纸刀、纸面、布面、小牛皮面……这些老伙伴们此刻绊住了他的手脚。他在听完讲演后,很快想到要向戴维求助,谋一份皇家学院的工作,扫地,刷管子,不管什么都好,只要可以离科学近一点,再近一点。可惜当时戴维正在风笛声中和妻子恩爱有加,法拉第只能求助当时的皇家学院院长约瑟夫·班克斯(有的读者可能想起来了,就是他大嘴巴提前泄露伏特来信,导致尼科尔森抢先发表伏特电池的)。等了一周,才从守门的仆人口中得到了“不用回信”的答复。

很幸运,当你实实在在准备好的时候,命运会给你一个又一个机会。这次有机会直接给戴维爵士写信,法拉第言辞更加恳切,尤其还附上自己整理装订好的戴维演讲记录。仆役递上书信的时候,戴维看东西还很吃力。但是四开本大本书脊上几个烫金的大字还是格外显眼——“汉弗里·戴维爵士讲演录”。戴维很奇怪,因为他不记得委托过哪家出版社出版,他信手翻下去,很快发现居然是一本手抄本。娟秀的字迹,精美的插图,386页的篇幅里贯彻始终,这其中贯彻着多少爱戴和信任啊。戴维被感到了,虽然被医生禁止阅读,还是坚持认真地读完了法拉第的来信。

②法拉第曾经靠免费擦皮鞋的服务,向他的邻居,一位从法国流亡而来的前拿破仑御用画师那里系统学习过绘画

 

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(图片来源:The Thoughtful Pharaoh)


法拉第的父亲是铁匠,戴维出生在乡间一个木匠家庭,早年在药房做学徒,同法拉第一样没有接受过正规教育,相似的经历,更加引起了戴维的共鸣。在圣诞节前夕,戴维给法拉第回信,约定待他短暂离开伦敦返回后,在一月见面。


到了一月,戴维如约邀请法拉第到皇家学院会面。戴维询问了法拉第的情况和理想,对其表示关心和赞赏,法拉第备受鼓舞。只是不凑巧暂时没有合适的空缺,戴维答应如果情况有变立即联系法拉第。没出几日,戴维暴脾气的现助手因口角结结实实和做玻璃仪器的师傅干了一架,从而被解雇,恰合时宜地送上一颗人头。法拉第终于得偿所愿。后来的八九年光阴了,除了在欧洲旅行期间,法拉第受到刁蛮师母的不公正对待,师徒二人的合作颇为顺利。

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(图片来源:Science History Insititute)


使二人关系真正产生罅隙的事件发生在1821年的秋天。近几个月来,导师戴维正和学院的另一位科学家沃拉斯顿展开电磁学研究方面的讨论。1820年7月,丹麦物理学家奥斯特发现电流对磁体的作用以来,相关研究一直是欧陆大地的大热门。沃拉斯顿根据作用力和反作用力的原理,设计了直流电流平行靠近磁铁的实验,没有预想的发生转动,向同事戴维讨教,戴维也是不明所以。当时还没有磁场的概念(我们现在知道,是法拉第后来提出的),二位泰斗不知道电流受力情况也受与磁场相对位置影响,也难怪讨论不出个头绪。



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法拉第一直以来都对电感兴趣,虽然这个不是戴维给他分配的工作,但是他还是利用个人时间研究着这个问题。在三个多月的各方查阅资料和反复思考后,法拉第想通了其中的奥秘,并在1821年9月造出了通电导线绕磁体公转的装置,后来被公认为历史上第一个电动机。

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(图片来源:Maglab)

 

法拉第非常兴奋地想向导师和沃拉斯顿报告实验的结果,可不巧二人都外出。此时距离滑铁卢战役不过6年,法国的安培也在进行相关的研究,朋友们建议赶快发表,不要这个时候让“法国佬”在科学竞赛上又扳回一局,要知道等下一期的《科学季刊》就是3个月后了。法拉第听着也有道理,就发表出去,让工作告一段落,正好可以有机会带结婚3个多月的新婚妻子度度蜜月。

待蜜月归来,事情发展得有些让法拉第始料不及。虽然自己的科学研究并不是为了追求鲜花和掌声,但是也想不通怎么别人会指责他“剽窃了沃拉斯顿博士的研究成果”。他去向沃拉斯顿解释,沃拉斯顿倒是很宽容,也理解法拉第的实验和自己的设计本质上的区别。鉴于这项讨论里外里就他俩外加戴维三个知道,不难猜到,是谁对法拉第的发表如此介怀。在戴维看来,不经自己同意,而且发表自己研究的相关内容,无异于欺师犯上,是可忍孰不可忍。

一方面是法拉第自己避嫌,一方面也是来自导师的安排。今后很长一段时间,法拉第转而进行光学玻璃方面的研究,直到戴维1829年5月辞世。人之将死,其言也善。在弥留之际,戴维告诉别人:“法拉第是我一生最伟大的发现。”

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(图片来源:interestingengineering.com)


不需要再顾忌戴维的情绪,法拉第又回来自己钟爱的电磁领域。

有一个电学问题,法拉第一直耿耿于怀:静电可以感应出稳定静电,为什么伏打电流却感应不出稳定的电流?但是他敏感地注意到在电源接通的一瞬间,磁针是摆动的。就着这个线索,一路顺藤摸瓜,很快,在1831年10月发现了令他扬名立万的“电磁感应”。

1832年,法拉第继而进行电化学研究,首次用定量的方法观测了电解现象,提出“电极上析出的物质重量,和通过电极的电量成正比”,也就是“电解定律”。

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(图片来源:commons.wikimedia.org)

从圣日内维耶山上的爆炸,到电解定律的诞生,20年过去了。终于,理论武器锻铸完毕,现代电池呼之欲出。


(下期预告:争奇斗艳的各式现代电池)

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