《人类科学技术史-237》戴维与电化学的奠基

戴维与电化学的奠基

当伏打实验的新的化学电源的消息报道在英国传播后，这一新的发明即引起一个青年化学家的重视，正是他，后来在伏打的电化学成就的基础上，从实验和理论两方面进一步为电化学的发展开辟了道路，他就是英国当时的青年化学家戴维(1778-1829年）。

1806年，戴维在已经进行的一些电化学实验基础上，写成了《论电的化学作用》的实验报告。同年，他又以此为题，在皇家家学会作了演讲。这一著名的演讲很快名扬欧洲大陆，刚刚称帝不久的拿破仑也决定授予戴维3000法郎奖金，以奖励他在电化学上的贡献。

1807年，戴维在电化学实验中又取得两项重大成就。其一，他在伏打电堆的基础上，制成了一个由250对铜片和锌片组成的能产生强大电流的巨型电堆；其二，他以这种巨型电堆为电源，成功地实现了对草木灰(碳酸钾）和苏打(碳酸钠）的电解，从中发现了两种重要的新金属元素钾和钠。他并没有止步，仍试图以电解法寻找新元素。最初他曾试图以钾为还原剂，对生石灰、重晶石、苦土进行电解，以图从中寻找新元素，但经过多次实验，均以失败告终。戴维又设法寻找新的实验方法，一方面，他对电堆再次进行改革，制出了一种由五百对铜板和锌板组成的更大的电堆；另一方面，戴维在瑞典化学家贝齐力乌斯的来信中受到启示，采用了一些新的电解法，终于在1808年6月成功地实现了对生石灰、重晶石、苦土及锶矿石的电解，发现了钙、钡、镁、锶四种新的金属元素。

戴维在实验电化学方面的贡献是巨大的。首先，他制成了新的能产生强大电流的伏打电堆，从而为电化学实验找到了强大的电源。其次，他在贝齐力乌斯的启示之下改进了电解方法，成功地电解了一些在过去被当作元素的化合物，并相继发现了钾、钠、钙、钡、镁、锶这些新的金属元素。正是从电源与电解两方面，戴维为电化学的发展进一步奠定了实验基础。

戴维在进行实验电化学研究的同时，即进行电化学的理论探索。如同他后来的助手法拉第(1791-1867年）所说过的那样，他的电化学理论十分庞杂，但他的电化学理论还是有特色的，这就是他的电化学理论集中在电的化学效应上。

早在拉瓦锡的化合物结构理论中，就曾有对于化学亲和力的一种朦胧的二元论见解。后来，德国物理学家和化学家格罗杜斯(1785-1822年）也曾在电解实验中研究过化合物的结构理论。戴维在研究了他们的理论后认为，物质在溶液中被电解时，电流把物质分解为带阳电与带阴电的两部分，带阳电的部分被阴极吸引，而带阴电的部分被阳极吸引，可见，物质是由两部分构成的，而把它们结合在一起的化学亲和力，即为它们之间的静电引力。这就是戴维的二元论的电化学说。

戴维以他的二元论的电化学为基础，对化学变化的本质进行了探讨。他认为，化学变化的本质是电变化，他说："化学变化是由电变化引起的。除此之外，我再没有别的假说了。"戴维以他的二元论的电化学说为基础，对物质的化学结构理论也进行了探讨。他认为，不同的原子在相互接触时，即产生相互感应，并随即在相互感应中分别带上相反的电荷，这样就使得它们在静电力引力作用下结合在一起。

戴维的二元论的电化学说的基本要点，是认为原子的电势起源于原子的接触。不同的原子在相互接触中产生相反的电荷，相反的电荷就会使不同的原子相互结合。因此，接触理论是戴维的二元论的电化学说的基本特色。正因为如此，所以戴维的二元论的电化学说后来又被称为接触学说。此后，戴维的接触学说被贝齐力乌斯进一步发展为极化学说，从而形成戴维——贝齐力乌斯的二元论的电化学说。

1809年，戴维在多次改进伏打电池的基础上，试制成功一种用2000多组伏打电池组成的强大电源，并利用弧光放电的原理，发明了一种光照耀眼的弧光灯，又称为电弧灯。它是在电灯发明之前，人们首次获得的一种足以驱逐黑暗的强大光源。电弧灯的发明，使戴维的科学荣誉达到了他一生的顶峰。1812年4月8日，英国王子授命在伦敦的威斯敏斯特广场为戴维举行隆重的授爵仪式，授予他以"勋爵"称号。1817年，戴维又以发明"矿用安全灯"而被授予"伦福德勋章"，1820年，他被选为英国皇家学会主席。

自戴维之后，电化学取得迅速的进步，而实验电学即以电化学和此后由法拉第等人开创的电磁学为双翼，旋即高高地飞腾起来。