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《元素家族》
氢的发现史:老宅男or百万富翁
鲁超   
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我们的故事将从古希腊的泰勒斯说起,他算是人类历史上第一个哲学家,也是一个很有意思的人。他喜爱研究天文,经常仰望星空,有一天竟然不慎落入井里,被仆人耻笑。他为了证明自己,继续仰望星空,预测到第二年橄榄会大丰收,于是租下米利都所有的榨油机,第二年哄抬物价,在那个没有物价局的年代,狠狠的猛赚了一笔。他这样做只是为了证明如果哲学家想做生意的话,是可以比别人赚得多的,不过他们有比赚钱更重要的事情要做。

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第一个哲学家:泰勒斯

这算是我们伟大先知的轶闻了,实际上他作为第一个哲学家绝非浪得虚名,他在天文、几何、政治学、工程学都有造诣,被称为“科学之祖”!今天我们要谈到他在哲学方面的贡献,他是第一个提出“什么是万物本原”这个哲学问题的人。

他不仅提出问题,还给出自己的解答:“水”!他认为“水生万物,万物复归于水!”

亚里士多德在《形而上学》里这样记录到:“他(泰勒斯)得到这个想法,也许是由于观察到万物都以湿的东西为养料,热本身就是从湿气里产生,靠湿气维持的(由此产生万物的东西即是本原)。这是引起他的想法的一个事实。另一个事实是:万物的种子都有潮湿的本性,而水是潮湿本性的来源。”

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泰勒斯认为地球是一个圆盘,漂浮在水上。

从我们现在的角度看来,泰勒斯的水元素理论过于粗糙,在他之后又有其他哲学家提出别的理论,比如赫拉克利特提出万物的本原是火,阿那克西美尼认为风才是万能的,而齐诺弗尼斯由于在山顶看到贝壳,认为土才是宇宙万物的基本要素。

最后,恩培多克勒看实在是太乱了,干脆一锤定音,提出“水、火、土、气”是四大元素。亚里士多德继续发展了这一观点,并指出这四种元素相互作用,就有了热、干、湿、冷四种感觉。

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西方人试图用四元素来解释世界,这种观念一直沿袭到现在的很多电脑游戏的设计中

就这样,四大元素理论成为之后两千多年化学的基础。一直到了16、17世纪,一些医生、药剂师偶然发现,金属落到酸里面,会有一些气体产生,这种气体可以燃烧。18世纪,英国化学家普利斯特里发明了排水集气法,把这种可燃气体收集起来,对此的研究才开始深入起来。

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普利斯特里的仪器装备,制取氢气有一定危险性,小朋友们要注意。

普利斯特里是一个爱恶作剧的人,他把这种可燃气体和空气混合在一起装在试管里,碰到朋友来访,就演示给他的朋友们看,只见他一点火,试管立马吐出长长的火舌,并发出震耳欲聋的爆炸声,将他的朋友们吓一跳,他把他的道具叫做“爆鸣气”。(这样的实验我们在家里也可以做)

这样的恶作剧他干了很多次,终于有一天,他发现演示之后的试管里会出现一些露珠,一开始他以为是试管没有擦干净,或者是因为英国的空气太潮湿。后来,他把试管擦的很干净,也用了干燥的空气,还是发现有水滴,他只能推论,金属碰到酸液产生的可燃气体可以燃烧生成水。

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爱恶作剧的普里斯特利,其实他是一个化学家、神学家、政治理论家、教育家

真正对氢气进行了深入研究的,还得请出我们今天的主人公:卡文迪许,一个英国老宅男。

他终身未婚,把自己一个人宅在家里,不是整天游戏和看片,而是每天捣鼓瓶瓶罐罐,直到他死前一天,他还在做实验。他是如此孤僻,以至于他和他的仆人都要通过书信来交流。他的成就又是如此巨大,他的同胞牛顿提出了万有引力定律,而他第一个得出了引力常数G的数值,并推算出了地球的密度。他还在在电学方面有很多的成果,但是由于一直没有发表,都被欧姆、法拉第、库伦等人捷足先登了,一直到几十年后的麦克斯韦得到了他的文稿,大家才发现这个宅老头是如此之牛,麦克斯韦感叹:“卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实。”

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卡文迪许通过扭秤实验算出了引力常数G,在那个年代,能通过如此精妙的实验设计做出这样的发现,我只能说两个字:太强!

读到这里,可能很多朋友会以为这个宅老头可能就是个穷酸书生吧,但其实……他是一个百万富翁。有一次他的仆人说缺钱,他直接开了张支票:5万英镑。

每次看到这里,我都不禁感叹唏嘘。看看我们身边,一部分人先富起来了,富裕了以后,人对待生活的态度也在不断变化,一部分人确实在用自己的财富反哺社会,帮助身边的人;也有一部分人觉得自己还不够富裕,跟阿猫阿狗相比,自己还有很多不如意的地方,因此在“致富”的道路上越走越远;更多的人开始沉湎于金钱的享乐,忘记了自己曾经的梦想。

其实我们应该想想,人生的目的是什么?高者胸怀宇宙,狭者至少也应该追求自己的兴趣爱好,卡文迪许的故事是不是可以给我们一些启发?

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一辈子在自己家里做实验的隐者:亨利·卡文迪许

回到我们的宅老头吧,卡文迪许首先发现不管变换什么样的酸液,定量的金属只能产生定量的可燃气体,他还确定了可燃气体的比重只有空气的9%。他继续仔细研究了一下普利斯特里的恶搞实验,不仅是定性的重复爆炸去吓唬别人,而是用不同比例混合可燃气体和空气,反复做定量实验研究这些爆炸。

这个时候,瑞典人舍勒和英国人普里斯特利已经发现了氧气,卡文迪许就用纯氧代替空气进行试验,他不仅证明,试管里的露珠就是水,而且证明了2体积可燃气体和1体积纯氧恰好化合成水。这其实可以宣布水不是元素,是可燃气体和纯氧的化合物了。可惜的是,我们的宅老头是燃素学说(关于什么是燃素,我们写到氧的时候再具体说)的笃信者,他竟然认为可燃气体=水+燃素,而氧气自然就=水-燃素。

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卡文迪许用来收集氢气的装置

所幸没过一两年,法国大牛拉瓦锡用天平打破了燃素理论,终于确定了可燃气体和氧一样,都是元素,而水是化合物,他用氢(Hydrogen)来命名可燃气体,意思是形成水的物质。终于,从泰勒斯到拉瓦锡,人类用了2000多年的时间,才终于打破了“水是不可分割的”这样的认识,人类认识自然是一条多么艰苦曲折的道路啊。

不管怎样,卡文迪许对于氢元素发现的贡献是最多的,拉瓦锡没有跟他抢功,把氢元素发现者让给了卡文迪许,让我们永远铭记这位伟大的老宅男吧。

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卡文迪许(左)和拉瓦锡(右),那个时代的最精英。

小测试:

1, 谁是提出“水是万物始基”的人?

A) 泰勒斯

B) 亚里士多德

C) 赫拉克利特

D) 恩培多克勒

2, 氢元素的发现者是谁?

A) 普利斯特里

B) 卡文迪许

C) 拉瓦锡

D) 舍勒

3, 根据本文,卡文迪许都有哪些发现?(多选)

A) 万有引力常数

B) 推算地球密度

C) 发现氢气

D) 发现万有引力

-完-
我要评论
小分子团水 2018-01-24 11:34
作为一个化学系本科生,所学的知识都是非常专业性的,科普性不足。元素家族以幽默风趣的讲述方式,以化学元素为基本来讲述化学对人类、对社会方方面面的影响,十分不错!
钱一二 回复 小分子团水 不错
2018-02-26 15:41 回复
笑笑 2017-12-28 20:32
个人一点心得愚见,算几点体会:文章节奏特别稳当,彰显了作者深厚的文字功底和隐藏的相关知识的广博,文中俏皮地使用了一些幽默的句子,还选定了化学元素这一主题,非常契合学生业余生活的需要,引导大家深入记忆这些元素。另外跟本人正相反,使用了大量图片,这些图片本人仔细研究了一下,不是从网上复制的,而且图片整体效果规整,高人耶~
科普作品
元素家族
| 目录  (共17章)
评委点评 评语汇总

虽然,化学元素的科普,是一个很老的题材。但作者显然将最新的科研进展,融合到化学元素的科普中,时效性、时代性都很强。 写作风格幽默风趣,配图恰当,适合手机、网络等新媒体传播。

2018-01-08 20:01 郑永春 ——

全作以较为通俗的语言讲述了,十种元素从发现,到部分生活中的实际应用等方面的内容,从文字角度应该是不错的作品,老少皆宜。但在选取图片上,感觉部分图片选取的质量不高,需要改进。

2018-01-10 13:37 匿名 ——

一篇内容非常丰富的科普文章,相信如果不限制字数的他作者完全可以把现在所有已知元素全部写一遍。而且文中的科普内容不光是这些元素的化学性质,还有他们奇妙的特性以及科学家们发现他们的故事。可以勾起读者继续把他读完的欲望。而且据我所知作者鲁超自己也在运营一个科普相关的公众账号,这种不计回报的科普精神值得学习。

2018-01-24 15:39 匿名 ——

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