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化学史的启示——迈克尔·法拉第揭开化学史新篇章的物理精英班级：09化学姓名：庞成绩学号：200907101109通过半个学期的化学史学习，认识的更多的化学家，让我感触很深，给了我很多的启发。其中给我印象最深刻的是——迈克尔·法拉第。迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)1791年9月22日出生在英国伦敦的一个贫困的铁匠家庭。由于家境贫寒,他年幼便失去了接受教育的机会,开始了长达7年的装订图书的学徒生涯。然而,也正是这份工作让从没有进过学校的法拉第有机会接触了很多书,如《大英百科全书》、《化学漫谈》。这时的法拉第并没有表现出超人的天资,如果说他有什么奇特的地方,那就是他非常喜欢读书,而且对于他根本读不懂的书,却能够一遍又一遍的不厌其烦地读下去,一本《化学漫谈》他就看了7遍,书里描述的化学界的奥秘,让法拉第对化学产生了浓厚的兴趣。终于,一个偶然的机会让他遇到一个对他人生起转折作用的人———汉弗里·戴维。法拉第生活的艰辛和求知的渴望,使戴维对法拉第更是爱惜有加,法拉第终于结束了7年装订工的学徒生活,踏上一条通往科学殿堂的光明道路。说到法拉第的贡献,很多人都会想到他在电学方面的突出贡献。在物理课本中,他是第一个利用磁场产生电流的人。的确,我们现在生活在一个电气的时代,电动机在工厂里轰鸣,电车在飞驰,电灯照亮了千家万户,许多令人神往的幻想因为有了电都变成了现实。或许是法拉第在物理方面的光芒更易吸引世人的眼球,使得多数人都记得法拉第是一位物理学家而非化学家。然而,任何人没有理由因为他在物理方面贡献突出而遗忘这位物理精英在化学方面的贡献。1神秘钝化的拓荒者最先研究钝化现象的是法拉第,当时他从事的是钢铁腐蚀和防护问题的研究。在研究的过程中,法拉第发现当他把铁块放入浓硝酸(70%)里面时,铁与浓硝酸并不反应,而把铁块放入稀硝酸中,则很容易发生反应且反应剧烈。法拉第想,稀硝酸总是可以用浓硝酸稀释得到的,那么浓硝酸要稀释到怎样的浓度就反应了呢?带着这种疑问,法拉第做了这样的实验:先把一小块纯铁放入盛70%的浓硝酸的小烧杯中(室温条件),铁与浓硝酸不发生反应;再用滴管缓慢地向这烧杯中加入蒸馏水,直加到溶液体积是原来酸液的2倍,浓度约35%,铁与这稀释后的硝酸还是没什么变化!然而根据法拉第以前的实验记录:铁与35%的硝酸反应是很快的。那么为什么浓度从70%慢慢降为35%就不反应了呢?困惑的法拉第拿起玻璃棒,想去翻动一下铁块,看看它是否出了什么毛病。当他刚用玻璃棒的尖端触到铁块时,烧杯里发生了异常现象———铁块突然快速的反应起来,与他以前做的实验记录现象没有多大差别。就这样,这种奇异的钝化现象被法拉第发现了。人们称这个实验为法拉第钝化实验。对钝化现象的解释至今还不完全,人们对此主要有2种说法:一是氧化膜理论,即强氧化性酸将铁(或铝)氧化成一层虽薄却很致密的氧化膜,阻止了铁内部继续与酸反应;另一种则是吸附理论,认为铁等金属可吸附氧气,形成单分子氧气层,从而才形成钝态。钝化现象究竟是怎么回事还有待进一步探索。法拉第发现的这种钝化现象无论是对当时还是现在都有很大的实用意义。众所周知,金属的腐蚀是极其可怕的,能否使更多金属本身或人为地钝化起来,避免金属腐蚀所造成的浪费呢?这正是世界反腐蚀专家们的主攻方向。2“永恒体”不再永恒的开创者法拉第是最早研究气体液化的科学家之一。如果没有法拉第的实验也许到现在为止“气体是一种永恒体”还是一句真理。1810年戴维实验时发现氯气在饱和溶液中可以形成水合氯晶体(Cl2·8H2O),1823年法拉第在此基础上对氯气的化学性质进行了研究,研究过程中他意外地获得了液态氯。法拉第的实验装置很简单:一个封闭的“V”形玻璃管。他在管的一端放入能够产生氯气的水合氯晶体,把另一端浸在致冷混合液体中,当管的一端产生氯气时,他发现管的另一端竟有液态物质生成,后来明白这是因为产生的气体使管内的压力增大致使气体液化。在此基础上法拉第又重复实验,发现不仅Cl2如此而且其他气体如SO2、H2S、CO2、N2O、NH3、HCl等都可以液化。他的这些工作虽然当时没有带来明显的影响,但却消除了根植于人脑多年的永久性气体的概念,使人们对物质的气态和液态的关系有了正确的理解,冷冻也因此变得可能,这对当时的人来说是思维上的一个飞跃。它为后来临界温度的发现和空气液化等技术的开发开辟了道路。今天当我们享受用厨房里的液化气做出的饭菜时,当以液态氢和液态氧作为燃料和助燃剂的长征3号给国人带来骄傲时,是否会想到法拉第的贡献呢?3芳香族兴起的开路人在化学的发展过程中,虽然人类首先认识无机物,但化学结构理论却主要是从有机领域开始形成和发展的。随着碳四价和碳链观念的出现,化学家能根据碳原子“建造”的骨架来认识有机化合物的分子。按这种思路,化学家们虽然能方便解释脂肪族分子但面对芳香族分子却依然困惑。人们通过分析发现,所有的芳香化合物中,最简单的就是苯。而第一个发现苯并研究苯的人就是法拉第。也许很少有人在意甚至去研究日常用以照明的煤气,然而法拉第正是对这无人问津的煤气的研究而发现了苯。当时伦敦这个城市所用的煤气是将鲸鱼或鳕鱼的油滴到高温的炉子里产生的。在压缩储存这种气体时会有一种副产品———油状液体产生。1825年法拉第对这种油状液体进行细心的蒸馏,为了得到不同的组分的液体,他每隔10℃更换一次接收容器,为了得到更纯的组分他重复地精制这些馏分,最后法拉第终于蒸馏出一种在80℃~87℃沸点比较恒定特殊组分,法拉第继续研究在这个温度区间内获得的某种固定组分的物质,最后终于分离出一种新的碳氢化合物。这种碳氢化合物略带杏仁味,在通常情况下是一种无色透明的液体,当把这种液体放在冰水中冷却至0℃时,它就会结晶变成固体,在玻璃容器的器壁上长出树枝状的晶体。如果从冰水中取出容器,让温度慢慢上升,这种固体在5·5℃时熔化,如果把熔化后的液体暴露在空气中,最后它会完全挥发。法拉第当时测得这种化合物的熔点为5·5℃,沸点82·2℃,在15·5℃时它的比重是0·85,在数值上与现在所测得苯的熔点(5·5℃)、沸点(80·1℃)、10℃时比重为0·87865是比较接近的。法拉第还观察了这种液体:不导电,微溶于水,易溶于油、醚和醇。在阳光照射下,让氯气与这种物质作用,生成2种物质,一种是结晶,另一种是粘稠状的液体,这无疑就是现在所熟知的对二氯苯和邻二氯苯。法拉第实验时还发现,在60℃时,0·776g这种(苯)蒸气通过热的氧化铜分解产生的二氧化碳和水相当于0·711704g碳和0·064444g氢,说明这个化合物中碳和氢的重量之比为12∶1,当时法拉第并没有把这种有机化合物叫做苯(苯这个学名是后来由A·W·霍夫曼命名的)而称之为重碳氢化合物(bicarburetofhydrogen)。如果法拉第能采用现在的原子量标准(C=12,H=1)而不是当时的标准(C=6,H=1),那么他肯定能表达出苯的实验式是CH而不会是他当时所认为的C2H。法拉第还用引爆这种化合物的蒸气与氧气的混合物的方法,测得它的蒸气密度是2·44(以氧气的密度等于1为标准),但是由于当时有机物的分子结构学说还未建立,致使法拉第对此认识得还不够清楚,所以他也没有能够进一步推测出苯的分子式是C6H6。尽管如此,法拉第却是第一位分离出苯这种碳氢化合物的化学家,并第一次研究了苯的性质,测定了苯的组成。此外,从他研究苯的过程中可以看出,他的研究是建立在多组数据的基础上,而不仅仅停留在定性研究的层次上,这也正是他与当时其他的化学家所不同的地方,他首次将定量研究带入了当时的科学领域。法拉第在有机化学上除了发现苯以外,他还确定了萘的实验式,发现了萘磺酸的同分异构体等,他的这些工作为芳香族的兴起奠定了基础,促成了有机化学中一个崭新领域的诞生。4催化剂的始祖催化剂向来有“点金石”之称,而铂被认为是最早发现的催化剂之一。1820年,汉弗里·戴维曾研制出一种在欧洲风行多年的铂丝酒精灯。1826年法拉第通过实验发现铂丝灯之所以剧烈燃烧是因为铂可以对酒精氧化起催化作用,法拉第证明了铂是一种催化剂,并指出了存在抑制剂。人们利用铂丝的这种性质制作了玩具打火机、铂怀炉,后来随着电灯和汽油打火机的出现,这两样东西自然就过时。随着时光流逝,如今铂在现代化工业中占有很重要角色。铂催化剂对石油重整提高石油的辛烷值起重要作用,在制取芳香烃、氨的催化氧化、硅橡胶、硅凝胶的加成过程中铂也是必不可少的催化成分。如今,当各种各样的催化剂在不同领域大放异彩时,我们都不应该忘记催化剂的始祖,铂的发现者———法拉第。5电化学的创始者从17世纪末开始,人们在制药和进行一系列科学实验的过程中,对各种类型的化学反应进行了定量研究,人们已经意识到反应物与产物之间有确定的重量比例关系。18世纪末,随着第一个真正的电池组———伏打电堆的出现,化学家们开始动手使用伏打电堆引发化学反应。1800年,尼科尔森和卡里斯尔用电解堆电解了水。1807年汉弗里·戴维电解了熔融的苛性碱,得到了钙、镁、锶、钡等碱土金属。这些工作虽然并没有对电解反应的本质进行研究但却为电化学打下了牢固的实验基础。1832年,法拉第通过实验证明了“普通电”(指摩擦产生的静电)与伏特电、生物电、温差电、磁电等等都是本质相同的电现象,澄清了过去人们对电现象的混乱认识。法拉第在前人的基础上对电化学进行了更广泛的研究。他是这样进行研究的:在2块金属电极上放上被KI溶液浸泡过的滤纸,在电流的作用下KI被分解,纸的一端出现了许多棕色的斑点,随着电流的供给,棕色斑点逐渐扩大。法拉第就是靠这种简陋的测量方法,经过无数次缜密的观察、记录与总结,他指出在电解的过程中,电解质的析出量与电流强度和时间成正比,沉积物的重量与该物质的化学当量成正比[6],这就是著名的“法拉第电解定律”。法拉第在1834年以题为《关于电的实验报告》的论文将这一结论发表。该文中他首次明确定义了“电解质”、“电极”、“阳极”、“阴极”、“离子”、“阳离子”、“阴离子”等概念。从现在的角度看,获得电解定律是不困难的,但是在160多年前的环境下要发现电解定律需要艰苦的劳动和开拓性的思维。他的工作使化学家们的思想由单纯定性地认识这些化学反应扭转到定量地认识这些反应。电解定律的建立对于化学的发展起了显著的作用,它被应用于分析化学中进行物质的定量分析,也被用于测定一些重要的常数,例如当量、阿伏加德罗常数等。此外,1887年瑞典化学家阿伦尼乌斯(SvanteAugustArrhenius)建立的电离学说,就发展了“离子”的思想,创立了电离学说,并因此获得1903年诺贝尔化学奖。法拉第电解定律的发现使电学从静电学步入了动电学的阶段,并迅速在工业、交通、通讯等方面得到广泛应用。随后开始出现电动机、电报、电话、电镀等。不仅如此,法拉第在化学领域还有许多其他鲜为人知的发现。1826年前后,法拉第曾研究过天然橡胶,指出了橡胶的主要成分。1857年,法拉第以实验证明胶体有“丁达尔效应”。19世纪30年代,法拉第在研究真空放电实验中发现在稀薄空气中放电会产生辉光。法拉第曾经比较早的冶炼出不锈钢———镍钢和铬钢。此外在有机化学早期的发展过程中,罗朗(A·Laurent,1808-1853)“一元学说”的提出是源于对蜡烛燃烧释放刺激性气味这种现象的研究,而其实早在1821年法拉第就发现过这种现象,不过当时并未引起人们的注意。法拉第所有的化学贡献中大部分在当时并不受人注意,很多发现都是多年后才得到人们的理解与赞扬的。其实法拉第在物理方面最突出的贡献———电磁感应定律与他早年研究化学是分不开的。法拉第把热、电磁看成是化学现象,其本质是化学中的“能”的作用结果,只是表现不同而已。正是基于这种思想,法拉第开创了电磁学的新领域。除了是一名科学巨匠外,迈克尔·法拉第更有他独特的人格魅力。莎士比亚说:“人的生命短促,只有美德将它传到辽远的后世”。法拉第之所以至今被人们赞颂传扬,除了他的科学业绩外,还有他的心口如一、不计个人恩怨、谦虚谨慎、淡薄名利的美德。众所周知,如果没有戴维,法拉第可能一生都只能是个小书店的装订工,偶尔在自