【科學哪裡來】 戴維發現最多元素的人

文/怪醫鳥博士 |2022.01.06
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上回說到伏打(Alessandro Volta)針對伽伐尼(Luigi Galvani)的「動物電」,發明了「伏打堆」相抗衡之。但伏打原先只想證明不同金屬的接觸會產生「物理電」,一開始並沒想到其實他的實驗有個矛盾處!聰明的你可有想到?圖/怪醫鳥博士
上回說到伏打(Alessandro Volta)針對伽伐尼(Luigi Galvani)的「動物電」,發明了「伏打堆」相抗衡之。但伏打原先只想證明不同金屬的接觸會產生「物理電」,一開始並沒想到其實他的實驗有個矛盾處!聰明的你可有想到?圖/怪醫鳥博士

文/怪醫鳥博士

上回說到伏打(Alessandro Volta)針對伽伐尼(Luigi Galvani)的「動物電」,發明了「伏打堆」相抗衡之。但伏打原先只想證明不同金屬的接觸會產生「物理電」,一開始並沒想到其實他的實驗有個矛盾處!聰明的你可有想到?

矛盾在這裡:「如果是不同的金屬接觸就會產生電,那為何中間還要墊個沾食鹽水或稀硫酸的布?」當時有幾位化學家,立刻看出其中的奧妙:「是金屬電位差加上食鹽水的『化學作用』產生了電!」他們進一步推想,化學作用產生電,那反過來電應該可以產生化學作用囉?若是再加上,伏打堆的正極會產生氫氣,則更加深電可以

分解物質的想法!

槽式電池 善於電解



英國的尼科爾森(William Nicholson)和卡利斯列(Anthony Carlisle)率先利用伏打堆的電,把水分解成氫氣和氧氣。1800年蘇格蘭的克魯克香克(Cruickshank)進一步把伏打堆改良成槽式電池,注入稀硫酸在木槽裡,避免一旦伏打堆的溼布乾掉,即斷電的窘境。這槽式電池還可以串聯,產生強大又源源不絕的直流電。

當時化學界正著迷於尋找「元素」,英國化學神人──戴維(Humphry Davy)剛發現一氧化二氮(笑氣)可以作為麻醉之用,進而聲名大噪。(他甚至親身試驗笑氣無毒,還可以減輕牙痛!)

戴維認為電既然可以分解水,應該也可以分解其他的物質!聰明的戴維很快地,就把槽式電池變成他玩「電解」的好工具。1807年他首先電解苛性鈉,也就是「氫氧化鉀(KOH)」溶液,結果得到氧氣和氫氣,跟電解水是一樣的。

溼潤導電 分離金屬



首先,戴維想到實驗過程不要有「水」的存在──因為電解氫氧化鉀跟電解水都是產生氫和氧,推論不出正確的因果。他先把氫氧化鉀暴露在空氣中,由於氫氧化鉀容易吸水氣,很快就變潮溼形成導電體。這時戴維用強力的電力加以電解,結果氫氧化鉀開始熔融,並在電極旁出現了金屬顆粒。這金屬顆粒一接觸空氣就很容易燃燒並發出紫色火焰,戴維興奮極了,他知道自己終於分離出了一種新的金屬。

這種金屬活性很大,在自然界中幾乎立刻就會跟水、空氣起反應,所以找不到純金屬的狀態。由於當時都從草木灰等各種灰燼裡分析,戴維把它命名為pot-ash(鍋-灰,potash),也就是potassium的由來,中文稱為「鉀」。

戴維先是用類似方法再去分離出鈉、鈣、鋇、鎂、鍶……等等許多元素;後來他又利用這些新元素的活性去得到硼──他在兩年內發現了7種元素,是發現最多元素的科學家!

又因為他的發現促使更多化學家,發現其他元素,所以戴維後來被稱為「無機化學之父」,也開啟了電化學時代的來臨!



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