《人類科學技術史-237》戴維與電化學的奠基

戴維與電化學的奠基

當伏打實驗的新的化學電源的消息報道在英國傳播后，這一新的發明即引起一個青年化學家的重視，正是他，后來在伏打的電化學成就的基礎上，從實驗和理論兩方面進一步為電化學的發展開辟了道路，他就是英國當時的青年化學家戴維(1778-1829年）。

1806年，戴維在已經進行的一些電化學實驗基礎上，寫成了《論電的化學作用》的實驗報告。同年，他又以此為題，在皇家家學會作了演講。這一著名的演講很快名揚歐洲大陸，剛剛稱帝不久的拿破侖也決定授予戴維3000法郎獎金，以獎勵他在電化學上的貢獻。

1807年，戴維在電化學實驗中又取得兩項重大成就。其一，他在伏打電堆的基礎上，制成了一個由250對銅片和鋅片組成的能產生強大電流的巨型電堆；其二，他以這種巨型電堆為電源，成功地實現了對草木灰(碳酸鉀）和蘇打(碳酸鈉）的電解，從中發現了兩種重要的新金屬元素鉀和鈉。他并沒有止步，仍試圖以電解法尋找新元素。最初他曾試圖以鉀為還原劑，對生石灰、重晶石、苦土進行電解，以圖從中尋找新元素，但經過多次實驗，均以失敗告終。戴維又設法尋找新的實驗方法，一方面，他對電堆再次進行改革，制出了一種由五百對銅板和鋅板組成的更大的電堆；另一方面，戴維在瑞典化學家貝齊力烏斯的來信中受到啟示，采用了一些新的電解法，終于在1808年6月成功地實現了對生石灰、重晶石、苦土及鍶礦石的電解，發現了鈣、鋇、鎂、鍶四種新的金屬元素。

戴維在實驗電化學方面的貢獻是巨大的。首先，他制成了新的能產生強大電流的伏打電堆，從而為電化學實驗找到了強大的電源。其次，他在貝齊力烏斯的啟示之下改進了電解方法，成功地電解了一些在過去被當作元素的化合物，并相繼發現了鉀、鈉、鈣、鋇、鎂、鍶這些新的金屬元素。正是從電源與電解兩方面，戴維為電化學的發展進一步奠定了實驗基礎。

戴維在進行實驗電化學研究的同時，即進行電化學的理論探索。如同他后來的助手法拉第(1791-1867年）所說過的那樣，他的電化學理論十分龐雜，但他的電化學理論還是有特色的，這就是他的電化學理論集中在電的化學效應上。

早在拉瓦錫的化合物結構理論中，就曾有對于化學親和力的一種朦朧的二元論見解。后來，德國物理學家和化學家格羅杜斯(1785-1822年）也曾在電解實驗中研究過化合物的結構理論。戴維在研究了他們的理論后認為，物質在溶液中被電解時，電流把物質分解為帶陽電與帶陰電的兩部分，帶陽電的部分被陰極吸引，而帶陰電的部分被陽極吸引，可見，物質是由兩部分構成的，而把它們結合在一起的化學親和力，即為它們之間的靜電引力。這就是戴維的二元論的電化學說。

戴維以他的二元論的電化學為基礎，對化學變化的本質進行了探討。他認為，化學變化的本質是電變化，他說："化學變化是由電變化引起的。除此之外，我再沒有別的假說了。"戴維以他的二元論的電化學說為基礎，對物質的化學結構理論也進行了探討。他認為，不同的原子在相互接觸時，即產生相互感應，并隨即在相互感應中分別帶上相反的電荷，這樣就使得它們在靜電力引力作用下結合在一起。

戴維的二元論的電化學說的基本要點，是認為原子的電勢起源于原子的接觸。不同的原子在相互接觸中產生相反的電荷，相反的電荷就會使不同的原子相互結合。因此，接觸理論是戴維的二元論的電化學說的基本特色。正因為如此，所以戴維的二元論的電化學說后來又被稱為接觸學說。此后，戴維的接觸學說被貝齊力烏斯進一步發展為極化學說，從而形成戴維——貝齊力烏斯的二元論的電化學說。

1809年，戴維在多次改進伏打電池的基礎上，試制成功一種用2000多組伏打電池組成的強大電源，并利用弧光放電的原理，發明了一種光照耀眼的弧光燈，又稱為電弧燈。它是在電燈發明之前，人們首次獲得的一種足以驅逐黑暗的強大光源。電弧燈的發明，使戴維的科學榮譽達到了他一生的頂峰。1812年4月8日，英國王子授命在倫敦的威斯敏斯特廣場為戴維舉行隆重的授爵儀式，授予他以"勛爵"稱號。1817年，戴維又以發明"礦用安全燈"而被授予"倫福德勛章"，1820年，他被選為英國皇家學會主席。

自戴維之后，電化學取得迅速的進步，而實驗電學即以電化學和此后由法拉第等人開創的電磁學為雙翼，旋即高高地飛騰起來。