戴維與電化學(xué)的奠基

當(dāng)伏打?qū)嶒?yàn)的新的化學(xué)電源的消息報(bào)道在英國傳播后，這一新的發(fā)明即引起一個(gè)青年化學(xué)家的重視，正是他，后來在伏打的電化學(xué)成就的基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面進(jìn)一步為電化學(xué)的發(fā)展開辟了道路，他就是英國當(dāng)時(shí)的青年化學(xué)家戴維(1778-1829年）。

1806年，戴維在已經(jīng)進(jìn)行的一些電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，寫成了《論電的化學(xué)作用》的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同年，他又以此為題，在皇家家學(xué)會(huì)作了演講。這一著名的演講很快名揚(yáng)歐洲大陸，剛剛稱帝不久的拿破侖也決定授予戴維3000法郎獎(jiǎng)金，以獎(jiǎng)勵(lì)他在電化學(xué)上的貢獻(xiàn)。

1807年，戴維在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中又取得兩項(xiàng)重大成就。其一，他在伏打電堆的基礎(chǔ)上，制成了一個(gè)由250對銅片和鋅片組成的能產(chǎn)生強(qiáng)大電流的巨型電堆；其二，他以這種巨型電堆為電源，成功地實(shí)現(xiàn)了對草木灰(碳酸鉀）和蘇打(碳酸鈉）的電解，從中發(fā)現(xiàn)了兩種重要的新金屬元素鉀和鈉。他并沒有止步，仍試圖以電解法尋找新元素。最初他曾試圖以鉀為還原劑，對生石灰、重晶石、苦土進(jìn)行電解，以圖從中尋找新元素，但經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，均以失敗告終。戴維又設(shè)法尋找新的實(shí)驗(yàn)方法，一方面，他對電堆再次進(jìn)行改革，制出了一種由五百對銅板和鋅板組成的更大的電堆；另一方面，戴維在瑞典化學(xué)家貝齊力烏斯的來信中受到啟示，采用了一些新的電解法，終于在1808年6月成功地實(shí)現(xiàn)了對生石灰、重晶石、苦土及鍶礦石的電解，發(fā)現(xiàn)了鈣、鋇、鎂、鍶四種新的金屬元素。

戴維在實(shí)驗(yàn)電化學(xué)方面的貢獻(xiàn)是巨大的。首先，他制成了新的能產(chǎn)生強(qiáng)大電流的伏打電堆，從而為電化學(xué)實(shí)驗(yàn)找到了強(qiáng)大的電源。其次，他在貝齊力烏斯的啟示之下改進(jìn)了電解方法，成功地電解了一些在過去被當(dāng)作元素的化合物，并相繼發(fā)現(xiàn)了鉀、鈉、鈣、鋇、鎂、鍶這些新的金屬元素。正是從電源與電解兩方面，戴維為電化學(xué)的發(fā)展進(jìn)一步奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

戴維在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電化學(xué)研究的同時(shí)，即進(jìn)行電化學(xué)的理論探索。如同他后來的助手法拉第(1791-1867年）所說過的那樣，他的電化學(xué)理論十分龐雜，但他的電化學(xué)理論還是有特色的，這就是他的電化學(xué)理論集中在電的化學(xué)效應(yīng)上。

早在拉瓦錫的化合物結(jié)構(gòu)理論中，就曾有對于化學(xué)親和力的一種朦朧的二元論見解。后來，德國物理學(xué)家和化學(xué)家格羅杜斯(1785-1822年）也曾在電解實(shí)驗(yàn)中研究過化合物的結(jié)構(gòu)理論。戴維在研究了他們的理論后認(rèn)為，物質(zhì)在溶液中被電解時(shí)，電流把物質(zhì)分解為帶陽電與帶陰電的兩部分，帶陽電的部分被陰極吸引，而帶陰電的部分被陽極吸引，可見，物質(zhì)是由兩部分構(gòu)成的，而把它們結(jié)合在一起的化學(xué)親和力，即為它們之間的靜電引力。這就是戴維的二元論的電化學(xué)說。

戴維以他的二元論的電化學(xué)為基礎(chǔ)，對化學(xué)變化的本質(zhì)進(jìn)行了探討。他認(rèn)為，化學(xué)變化的本質(zhì)是電變化，他說："化學(xué)變化是由電變化引起的。除此之外，我再?zèng)]有別的假說了。"戴維以他的二元論的電化學(xué)說為基礎(chǔ)，對物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)理論也進(jìn)行了探討。他認(rèn)為，不同的原子在相互接觸時(shí)，即產(chǎn)生相互感應(yīng)，并隨即在相互感應(yīng)中分別帶上相反的電荷，這樣就使得它們在靜電力引力作用下結(jié)合在一起。

戴維的二元論的電化學(xué)說的基本要點(diǎn)，是認(rèn)為原子的電勢起源于原子的接觸。不同的原子在相互接觸中產(chǎn)生相反的電荷，相反的電荷就會(huì)使不同的原子相互結(jié)合。因此，接觸理論是戴維的二元論的電化學(xué)說的基本特色。正因?yàn)槿绱?，所以戴維的二元論的電化學(xué)說后來又被稱為接觸學(xué)說。此后，戴維的接觸學(xué)說被貝齊力烏斯進(jìn)一步發(fā)展為極化學(xué)說，從而形成戴維——貝齊力烏斯的二元論的電化學(xué)說。

1809年，戴維在多次改進(jìn)伏打電池的基礎(chǔ)上，試制成功一種用2000多組伏打電池組成的強(qiáng)大電源，并利用弧光放電的原理，發(fā)明了一種光照耀眼的弧光燈，又稱為電弧燈。它是在電燈發(fā)明之前，人們首次獲得的一種足以驅(qū)逐黑暗的強(qiáng)大光源。電弧燈的發(fā)明，使戴維的科學(xué)榮譽(yù)達(dá)到了他一生的頂峰。1812年4月8日，英國王子授命在倫敦的威斯敏斯特廣場為戴維舉行隆重的授爵儀式，授予他以"勛爵"稱號(hào)。1817年，戴維又以發(fā)明"礦用安全燈"而被授予"倫福德勛章"，1820年，他被選為英國皇家學(xué)會(huì)主席。

自戴維之后，電化學(xué)取得迅速的進(jìn)步，而實(shí)驗(yàn)電學(xué)即以電化學(xué)和此后由法拉第等人開創(chuàng)的電磁學(xué)為雙翼，旋即高高地飛騰起來。