【化学走廊】波义耳与真空泵

2016-02-22作者:梁琰, 著编辑:谢爽

波义耳于1627年1月25日出生在爱尔兰沃特福德郡。波义耳强调实验在科学研究中的重要性,并拥有高超的实验技艺。他优化了当时的很多实验装置,并在很多领域作出了突出的贡献。波义耳是现代化学的奠基人。他认为化学是一门自然科学,而不仅仅是实用的手艺或者神秘的炼金术(波义耳相信炼金术)。他通过实验证明古希腊的四元素说是不成立的,并提出了接近现代概念的元素理论。波义耳支持微粒学说,相信自然的机械本质。在这方面,他深深影响了包括牛顿在内的诸多科学家。1691年12月31日,波义耳在英国伦敦去世,享年64岁。



波义耳对科学的贡献总结如下:


• 发现波义耳定律(在一定温度下气体的体积和压强成反比)。


• 优化了真空泵并在真空中进行实验,发现声音无法在真空中传播、蜡烛无法在真空中燃烧等现象。


• 对燃烧和金属烧结给出了一些初级的解释。


• 强调化学检测的重要性,建立区分物质和检测物质纯度的实验方法,提出可以根据指示剂的颜色变化检测物质的酸碱性。



下图展示的是波义耳1660年的著作《关于空气弹性及其效应的物理-力学新实验》(New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Air, and Its Effects)中的真空泵。在真空泵的设计和制作方面,波义耳的助手胡克(Robert Hooke)贡献巨大。真空泵最早由居里克(Otto von Guericke)在1654年发明。1657年居里克进行了著名的马德堡半球实验,证明了大气压可以产生巨大的力量。在居里克真空泵的基础上,波义耳和胡克进行了大量优化设计,使真空泵更容易使用,而且可以在真空中进行并观测各种实验。



波义耳真空泵主要由直径约为38cm的球形玻璃容器和与之连接的抽气筒组成。玻璃容器上方有一个开口。实验对象通过这个开口转移至容器内部,然后盖上黄铜盖子并用胶状物质密封。抽气过程由连接玻璃容器和抽气筒的阀门及抽气筒上的小黄铜塞控制(请注意各步骤中带颜色的部件)。



在《关于空气弹性及其效应的物理-力学新实验》一书中,波义耳描述了43个实验,涉及物理、化学、生物学等多个学科。在化学方面,他发现蜡烛、煤炭等可燃物质无法在真空中燃烧。根据当时的“水火土气”四元素理论,波义耳原以为当“气”被抽出后,物质中的“火”应该更容易被释放出来,燃烧因而应该更旺盛,而实验结果正好与预期相反。在波义耳之后,众多科学家对于燃烧本质的研究最终导致了著名的化学革命。


内容来源:书问

作者梁琰
出版清华大学出版社
定价58元
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