化學(xué)開山祖師——波義耳
恩格斯贊揚(yáng)了英國科學(xué)家羅伯特·波義耳，他說波義耳是一位偉大的人，他把化學(xué)作為科學(xué)，因?yàn)樗?661出版的《懷疑派化學(xué)家》對化學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，奠定了化學(xué)的基礎(chǔ)。同時，化學(xué)史學(xué)家也把那一年看作是現(xiàn)代化學(xué)的開始。那么，波義耳是什么樣的科學(xué)家呢？對化學(xué)科學(xué)的發(fā)展做出了哪些突出貢獻(xiàn)？你為什么得到如此高的評價和地位？
博伊爾出生于愛爾蘭利茲莫的一個貴族家庭。當(dāng)時英國正處于資產(chǎn)階級革命時期。與此同時，現(xiàn)代科學(xué)開始萌芽并出現(xiàn)�，F(xiàn)代科學(xué)的偉人，如物理學(xué)家牛頓、意大利的伽利略、德國的開普勒和法國的笛卡爾都生活在這一時期�？梢哉f，博伊爾生活在一個“巨人”輩出的時代，這使他能夠站在巨人的肩膀上，向前看，做出重大發(fā)現(xiàn)。
他富裕的家庭為他的學(xué)習(xí)和未來的科學(xué)研究提供了更好的物質(zhì)條件。在他的童年時代，他似乎并不特別聰明。他很安靜，甚至有點(diǎn)口吃。但與他的兄弟們相比，他是最喜歡學(xué)習(xí)的。他喜歡閱讀，經(jīng)常堅持閱讀。8歲時，他的父親把他送到倫敦郊區(qū)的伊頓公學(xué)。三年后，他在當(dāng)時的歐洲教育中心日內(nèi)瓦呆了兩年。在這里，他學(xué)習(xí)法語、實(shí)用數(shù)學(xué)和藝術(shù)。1641年，在導(dǎo)師的陪同下，博伊爾前往歐洲，并于年底抵達(dá)意大利。即使在旅途中騎馬，博伊爾仍然無法放下書本，一邊騎馬一邊看書。在意大利，他讀了伽利略的名著《關(guān)于兩大世界體系的對話》。這本書給他留下了深刻的印象，他也非常欽佩伽利略本人。
17世紀(jì)中葉，他的父親死于一場戰(zhàn)斗。家庭狀況的突然變化和經(jīng)濟(jì)來源的中斷使波義耳回到了飽受戰(zhàn)爭蹂躪的英國。在倫敦，他遇到了科學(xué)教育家哈特勒，哈特勒鼓勵他學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)。當(dāng)時，醫(yī)生們自己制備藥物，所以醫(yī)學(xué)研究也必須開發(fā)藥物和做實(shí)驗(yàn)，這使博伊爾對化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了興趣。
為了學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，波義耳閱讀了許多醫(yī)學(xué)化學(xué)家的著作，并為自己創(chuàng)建了一個實(shí)驗(yàn)室。他整天被煤灰和煙霧籠罩，完全沉浸在實(shí)驗(yàn)中。
和當(dāng)時的許多科學(xué)家一樣，波義耳首先研究了空氣。通過研究空氣的物理性質(zhì)，特別是真空實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)識到真空產(chǎn)生的吸力就是空氣的壓力。他做了一系列實(shí)驗(yàn)來研究氣壓和體積之間的關(guān)系，并推導(dǎo)出氣壓和體積之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在《氣動彈性及其物理力學(xué)新實(shí)驗(yàn)》一書中，他明確提出“空氣的彈性與其體積成反比”。在隨后的15年里，法國物理學(xué)家馬里奧特在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上獨(dú)立提出了這一發(fā)現(xiàn)。因此，氣體體積隨壓力變化的定律稱為波義耳-馬洛特定律。這個定律應(yīng)該用今天更精確的科學(xué)語言表述如下：當(dāng)一定質(zhì)量氣體的溫度保持不變時，另一個壓力與體積成反比。
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，波義耳閱讀了許多以前的著作，了解了當(dāng)時的一些科研成果。這不僅開闊了他的視野，豐富了他的思想，而且為他整個實(shí)驗(yàn)的安排提供了指導(dǎo)，使他認(rèn)識到化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛意義。化學(xué)不應(yīng)該局限于制造藥物，而是一門在整個工業(yè)和科學(xué)中發(fā)揮重要作用的科學(xué)。因此，他認(rèn)為有必要重新理解化學(xué)，但首先要討論的是化學(xué)是什么。
根據(jù)自己的實(shí)踐和對許多材料的研究，波義耳主張化學(xué)研究的目的是了解物體的性質(zhì)，因此有必要進(jìn)行專門的實(shí)驗(yàn)來收集觀察到的事實(shí)。這樣，化學(xué)必須擺脫煉金術(shù)或醫(yī)學(xué)的從屬地位，發(fā)展成為一門致力于探索自然本質(zhì)的獨(dú)立科學(xué)。為了吸引人們的注意力，他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：“到目前為止，化學(xué)仍然被認(rèn)為只在藥品和工業(yè)產(chǎn)品的制造中有價值。然而，我們所學(xué)的化學(xué)絕不是醫(yī)學(xué)或藥學(xué)的仆人，我們也不應(yīng)該愿意成為技術(shù)和冶金的奴隸。化學(xué)本身，作為自然科學(xué)的一個獨(dú)立部分，是探索宇宙奧秘的一個方面。化學(xué)必須是“為了真理而追求真理的化學(xué)”。這是波義耳在《懷疑派化學(xué)家》中的第一個觀點(diǎn)，認(rèn)為化學(xué)應(yīng)該成為一門獨(dú)立的學(xué)科。
為了確定科學(xué)化學(xué)，波義耳認(rèn)為化學(xué)中最基本的概念之一必須首先解決：元素。古希臘哲學(xué)家柏拉圖認(rèn)為萬物之源有四個基本要素：火、水、空氣和土。亞里士多德進(jìn)一步明確提出了構(gòu)成萬物的四要素理論。后來，醫(yī)學(xué)化學(xué)家提出的硫、汞、鹽三元素理論也很流行。波義耳通過一系列實(shí)驗(yàn)對這些傳統(tǒng)的元素觀表示懷疑。他指出，這些傳統(tǒng)元素不一定是真正的元素。因?yàn)樵S多物質(zhì)，如金，不包含這些“元素”，并且不能分解金中的硫、汞、鹽和其他元素。相反，這些元素中的鹽可以分解。
那么，什么是元素？波義耳認(rèn)為，只有化學(xué)上不能分解的簡單物質(zhì)才是元素。例如，盡管黃金可以與其他金屬制成合金，或者溶解在王水中并隱藏起來，但它仍然可以嘗試恢復(fù)其原始形狀并再次獲得黃金。元素的定義應(yīng)該是具有相同電荷數(shù)的同種原子的總稱。通過這種方式，博伊爾確立了化學(xué)最基本的概念——元素的意義。
至于自然界中元素的數(shù)量，博伊爾認(rèn)為，萬物之源必定有多種元素。
現(xiàn)在看來，波義耳的元素概念本質(zhì)上與簡單物質(zhì)的概念相似。直到20世紀(jì)初，這種科學(xué)理解才變得清晰。這使化學(xué)第一次明確了它的研究對象。
同時，在《懷疑派化學(xué)家》一書中，波義耳還強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方法和對自然的觀察是科學(xué)思維的基礎(chǔ)，并提出了化學(xué)發(fā)展的科學(xué)道路。博伊爾深刻理解培根重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想。他反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“化學(xué)為了完成其光榮而莊嚴(yán)的使命，必須拋棄古老的傳統(tǒng)推測方法，像物理學(xué)一樣，建立在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。”波義耳正是這樣做的。波義耳將這些新的思想和理念引入化學(xué)，從理論上解決了當(dāng)時化學(xué)面臨的一系列問題。因此，我們可以說，波義耳的懷疑化學(xué)家可以被視為現(xiàn)代化學(xué)的開端。他本人也被稱為化學(xué)科學(xué)的“創(chuàng)始人”。
在波義耳眾多的科學(xué)研究成果中，有幾項(xiàng)是不可磨滅的化學(xué)成就。波義耳常說，如果想做一個好的實(shí)驗(yàn)，就必須要敏于觀察。這些成果是實(shí)驗(yàn)中敏銳觀察的結(jié)果。
在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中，波義耳發(fā)現(xiàn)五心子的水提取物和鐵鹽一起會產(chǎn)生一種不會沉淀的黑色溶液，這種溶液在很長時間內(nèi)不會變色。因此，他發(fā)明了制造黑墨水的方法，這種方法已經(jīng)使用了將近一個世紀(jì)。
在實(shí)驗(yàn)中，波義耳還發(fā)現(xiàn)，從硝酸銀中沉淀出來的白色物質(zhì)如果暴露在空氣中會變成黑色。這一發(fā)現(xiàn)促使人們在攝影中使用硝酸銀、氯化銀和溴化銀。
晚年，波義耳在制備磷以及磷和磷化物的研究方面也取得了成就。他按照“磷的重要成分是人體內(nèi)的某種物質(zhì)”的觀點(diǎn)努力工作，最終從動物尿液中提取磷。經(jīng)過進(jìn)一步研究，他指出磷只有在有空氣的情況下才會發(fā)光；磷在空氣中燃燒形成白煙。這種白煙與水迅速反應(yīng)，形成一種酸性溶液，即磷酸。當(dāng)磷與強(qiáng)堿一起加熱時，將得到一種氣體（磷化氫）。這種氣體在與空氣接觸時會燃燒，形成一縷白煙。這是當(dāng)時對磷的性質(zhì)的最早介紹。
波義耳的偉大成就歸功于他勤奮的學(xué)習(xí)和更多的實(shí)驗(yàn)。
環(huán)境對人們的成功也起著非常重要的作用。波義耳之所以取得如此巨大的成就，是因?yàn)樗钤诂F(xiàn)代科學(xué)的萌芽期，這使他能夠站在巨人的肩膀上，看得更高，望得更遠(yuǎn)。
