歷史

波義耳

波義耳于1627年1月25日出生在愛爾蘭沃特福德郡。波義耳強調實驗在科學研究中的重要性，并擁有高超的實驗技藝。他優化了當時的很多實驗裝置，并在很多領域作出了突出的貢獻。波義耳是現代化學的奠基人。他認為化學是一門自然科學，而不僅僅是實用的手藝或者神秘的煉金術（波義耳相信煉金術）。他通過實驗證明古希臘的四元素說是不成立的，并提出了接近現代概念的元素理論。波義耳支持微粒學說，相信自然的機械本質。在這方面，他深深影響了包括牛頓在內的諸多科學家。1691年12月31日，波義耳在英國倫敦去世，享年64歲。波義耳對科學的貢獻總結如下：

·發現波義耳定律（在一定溫度下氣體的體積和壓強成反比）。

·優化了真空泵并在真空中進行實驗，發現聲音無法在真空中傳播、蠟燭無法在真空中燃燒等現象。

·對燃燒和金屬燒結給出了一些初級的解釋。

·強調化學檢測的重要性，建立區分物質和檢測物質純度的實驗方法，提出可以根據指示劑的顏色變化檢測物質的酸堿性。

上圖展示的是波義耳1660年的著作《關于空氣彈性及其效應的物理-力學新實驗》（New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Air, and Its Effects）中的真空泵（按原始插圖重繪，CG復原圖見第60頁）。在真空泵的設計和制作方面，波義耳的助手胡克（Robert Hooke）貢獻巨大。真空泵最早由居里克（Otto von Guericke）在1654年發明。1657年居里克進行了著名的馬德堡半球實驗，證明了大氣壓可以產生巨大的力量。在居里克真空泵的基礎上，波義耳和胡克進行了大量優化設計，使真空泵更容易使用，而且可以在真空中進行并觀測各種實驗。

波義耳真空泵主要由直徑約為38cm的球形玻璃容器和與之連接的抽氣筒組成。玻璃容器上方有一個開口。實驗對象通過這個開口轉移至容器內部，然后蓋上黃銅蓋子并用膠狀物質密封。抽氣過程由連接玻璃容器和抽氣筒的閥門及抽氣筒上的小黃銅塞控制，具體過程見下圖（請注意各步驟中帶顏色的部件）。

在《關于空氣彈性及其效應的物理-力學新實驗》一書中，波義耳描述了43個實驗，涉及物理、化學、生物學等多個學科。在化學方面，他發現蠟燭、煤炭等可燃物質無法在真空中燃燒。根據當時的“水火土氣”四元素理論，波義耳原以為當“氣”被抽出后，物質中的“火”應該更容易被釋放出來，燃燒因而應該更旺盛，而實驗結果正好與預期相反。在波義耳之后，眾多科學家對于燃燒本質的研究最終導致了著名的化學革命。我們在本書中將從化學實驗裝置的角度講述這段精彩的化學史。