羅伯特·波義耳

羅伯特·波義耳

羅伯特·波義耳(Robert Boyle,1627-1691),英國化學家,化學史家都把1661年作為近代化學的開始年代,因為這一年有一本對化學發展產生重大影響的著作出版問世,這本書就是《懷疑派化學家The Sceptical Chemist》,它的作者是英國科學家羅伯特·波義耳。革命導師馬克思、恩格斯也同意這一觀點,他譽稱"波義耳把化學確立為科學"。

  • 中文名
    羅伯特·波義耳
  • 外文名
    RobertBoyle
  • 國籍
    英國
  • 出生地
    愛爾蘭的利茲莫城
  • 出生日期
    1627年1月25日
  • 逝世日期
    1691年12月30日
  • 職業
    自然哲學家
  • 其他作品
    《懷疑派化學家》

​人物簡介

羅伯特·波義耳(Boyle,R.1627-1691)出身于愛爾蘭的貴族,家境富裕。自幼受過良好的教育,8歲入伊頓學校,11歲能操法語和拉丁語,12歲去法國、瑞典、義大利旅遊和學習。4年後回到英國住多爾塞特,博覽了科學、哲學和神學等方面的書籍。波義耳27歲遷居牛津,同胡克等許多科學家進行每周一次的學術交流,自稱他們的聚會是“無形大學”,後來這個組織發展為世界第一個學會組織──英國皇家學會。1663年該學會受英王查爾斯第二之特許,設會所于倫敦。

羅伯特·波義耳

波義耳崇信弗·培根的唯物主義哲學和實驗方法論。在17世紀初期,弗·培根一方面提倡科學,宣傳功利主義的科學觀。他的科學思想在英國的傳播對皇家學會的建立起了極其關鍵的作用。另一方面,培根幾乎傾全力研究實驗方法論。為新興的近代科學提供新工具。對歐洲尤其是英國的近代科學的先驅者牛頓、胡克、波義耳等產生了重大的影響,波義耳在培根思想的影響下,在青年時就建立了自己的實驗室。

生平經歷

家庭背景

波義耳生活在英國資產階級革命時期,也是近代科學開始出現的時代,這是一個巨人輩出的時代。波義耳在1627年1月25日生于愛爾蘭的利茲莫城。就在他誕生的前一年,提出“知識就是力量”著名論斷的近代科學思想家弗朗西斯·培根剛去世。偉大的物理學家牛頓比波義耳小16歲。近代科學偉人,義大利的伽利略、德國的開普勒、法國的笛卡爾都生活在這一時期。

波義耳出生在一個貴族家庭,家境優裕為他的學習和日後的科學研究提供了較好的物質條件。童年時,他並不顯得特別聰明,他很安靜,說話還有點口吃。沒有哪樣遊戲能使他入迷,但是比起他的兄長們,他卻是最好學的,酷愛讀書,常常書不離手。8歲時,父親將他送到倫敦郊區的伊頓公學,在這所專為貴族子弟辦的寄宿學校裏,他學習了3年。隨後他和哥哥法蘭克一起在家庭教師陪同下來到當時歐洲的教育中心之一的日內瓦過了2年。在這裏他學習了法語、實用數學和藝術等課程,更重要的是,瑞士是宗教改革運動中出現的新教的根據地,反映資產階級思想的新教教義熏陶了他。此後波義耳在實際行動中雖然未參與任何一派,但是他在思想上一直是傾向于革命的。

他和他的兄弟們

1641年,波義耳兄弟又在家庭教師陪同下,遊歷歐洲,年底到達義大利。旅途中即使騎在馬背上,波義耳仍然是手不釋卷。就在義大利,他閱讀了伽利略的名著《關于兩大世界體系的對話》。這本書給他留下了深刻的印象,20年後他的名著《懷疑派化學家The Sceptical Chemist》就是模仿這本書的格式寫的。他對伽利略本人更是推崇備至。

波義耳的哥哥們和他們的父親一樣,在英國的資產階級革命中都是保皇派。1644年,他父親在一次戰役中死去。家庭情況的突變,經濟來源的中斷,使波義耳回到戰亂的英國。回國後他隨著同情革命的姐姐萊涅拉夫人一起遷居到倫敦。在倫敦他結識了科學教育家哈特·利泊,哈特·利泊鼓勵他學習醫學和農業。

從醫的始末

波義耳在家裏是14個兄弟姐妹中最小的一個:在他三歲,母親不幸去世。也許是缺乏母親照料的緣故,他從小體弱多病。有一次患病時,由于醫生開錯了葯而差點喪生,幸虧他的胃不吸收將葯吐了出來,才未致命。經過這次遭遇,他怕醫生甚于怕病,有了病也不願找醫生。並且開始自修醫學,到處尋找葯方、偏方為自己治病。哈特利伯的鼓勵使他下決心研究醫學。當時的醫生都是自己配製葯物,所以研究醫學也必須研製葯物和做實驗,這就便波義耳對化學實驗發生了濃厚的興趣。

在研究醫學的過程中,他翻閱了醫葯化學家的許多著作,他很崇拜比他大50歲的比利時醫葯化學家海爾蒙特。海爾蒙特不論白天黑夜,完全投入化學實驗,自稱為“火術的哲學家”。這就成為波義耳學習的榜樣。波義耳為自己創造了一個實驗室,整日渾身沾滿了煤灰和煙,完全沉浸于實驗之中。波義耳就是這樣開始了自己獻身于科學的生活,直到1691年底逝世。

英國皇家學會的元老

一批對科學感興趣的人,其中包括教授、醫生、神學家等,從1644年起定期地在某一處聚會,討論一些自然科學問題。他們自稱它為無形學院。1648年因為倫敦戰局不穩,更因為資產階級革命派的軍隊攻佔了牛津,革命派首領克倫威爾任命無形學院的成員維爾金斯擔任牛津大學瓦當學院的院長,無形學院的部分成員也紛紛遷往牛津,活動的中心從倫敦轉移到牛津。1660年,因政局趨于穩定,活動中心又轉回到倫敦。隨著無形學院的隊伍擴大,在1660年的一次集會上,宣布正式成立一個促進物理—數學實驗知識的學院。不久經國王查理二世批準,這學院變成以促進自然科學知識為宗旨的英國皇家學會。皇家學會根據培根的思想,十分強調科學在工藝和技術上的套用,建立起新的自然哲學,成為著名的學術團體。

波義耳1646年在倫敦就參加了無形學院的活動。後來由于厭倦首都上層社會生活中的空虛,更重要的是想集中精力做一些科學實驗,于是遷往他父親一所偏遠的庄園,在那裏讀書、進行科學實驗,一住就是8年。庄園的生活雖然安靜,但是對于波義耳的科學活動畢竟有很多不便之處,特別是他很想念那些無形學院的朋友們。1654年,他遷往牛津,寄宿在牛津大學附近一個葯劑師家裏。以後他又建立了自己設備齊全的實驗室,並為自己聘用了一些助手,有些助手還是些很有才華的學者。例如羅伯特·胡克後來也戌為一個著名的科學家,他發現了形變同應力成正比的固體彈性定律,製成了顯微鏡,觀察到植物細胞。這些助手在波義耳領導下進行觀察和實驗,並幫助波義耳收集整理科學資料和來往信件。這樣就在波義耳的周圍形成了一個科學實驗小組,波義耳的實驗室也一度成為無形學院的集會活動場所。波義耳的一系列科研成果都是在這裏取得的,那本劃時代的名著《懷疑派化學家》也是在這裏完成的。據統計,在1660一1666年的6年裏,他寫了10本書,在《皇家學會學報》上發表了20篇論文。在牛津,波義耳一直是無形學院的核心人物,正式成立一個促進實驗科學的學術團體也是波義耳的主張。不過當皇家學會在倫敦成立時,波義耳身在牛津,所以沒有成為該學會的第一批正式會員,但是大家都公認波義耳是皇家學會的發起人之一,固而被任命為首屬幹事之一。

1668年,波義耳得知他姐夫去世的訊息後,決定從牛津遷往倫敦,和他親愛的姐姐萊涅拉夫人住在一起。到倫敦後,他又在他姐姐家的後院建造了一所實驗室,繼續進行他的研究工作。對于社交活動,他看得很淡漠,甚至有點厭惡。但是他卻把自己的科學活動與皇家學會密切地聯系起來,因而在皇家學會贏得很高的聲譽,是科學界公認的領袖。1671年他因勞累而中風,經過很長時間的治療才痊愈。因此1680年波義耳被選為皇家學會會長時,他因為體弱多病又討厭宣誓儀式而拒絕就任。

人物逝世

1689年後波義耳本來就不是很好的健康繼續惡化,他退出了一切社會活動,結束了與皇家學會的關系,公開對不能接待來訪者進行道歉。在這種閒居中,他打算整理思想和文章,並希望從事一些秘密的傳給後人的化學研究。1691年12月30日,他姐姐去世後僅僅一周,波義耳去世。葬于聖馬丁教堂墓地,按照他的遺囑,他捐贈他寫的關于上帝存在討論的演講稿,以供後來學者進行討論。

傑出貢獻

波義耳在科學研究上的興趣是多方面的。他曾研究過氣體物理學、氣象學、熱學、光學、電磁學、無機化學、分析化學、化學、工藝、物質結構理論以及哲學、神學。其中成就突出的主要是化學。

和當時的許多科學家一樣,波義耳首先研究的對象是空氣。通過對空氣物理性質的研究,特別是真空實驗,他認識到真空所產生的吸力乃是空氣的壓力。他做了一系列實驗來考察空氣的壓力和體積的關系,並推導出空氣的壓力和它所佔體積之間的數學關系。在他的著作《關于空氣彈性及其物理力學的新實驗》中,他明確地提出:“空氣的彈性和它的體積成反比”。法國物理學家馬略特在此後15年也根據實驗獨立地提出這一發現。所以後人把關于氣體體積隨壓強而改變的這一規律稱作波義耳一馬略特定律。這一定律用當今較精確的科學語言應表達為;一定質量的氣體在溫度不變時,它的壓強和體積成反比。

在化學實驗中,波義耳讀了不少前人的有關著作,也了解到當時的一些科研成果。這不僅開闊了他的眼界,豐富了他的思想,同時也為他整個實驗的安排提供了指導。當時德國有位工業化學家格勞伯,大半生從事化學實驗,對金屬冶煉、酸鹼鹽的製取有較多的研究,對于振興德國的工業做出了重大貢獻,格勞伯的事跡以及他的關于化學實驗的著作《新的哲學熔爐》給了波義耳一個重要的啓示,使他認識到化學在工業生產中所具有的廣泛意義,化學不應隻限于製造醫葯,而是對于整個工業和科學都有著重要作用的科學。為此,他認為有必要重新來認識化學,首先要討論的是什麽是化學。

波義耳根據自己的實踐和對眾多資料的研究,主張化學研究的目的在于認識物體的本性,因而需要進行專門的實驗)收集觀察到的事實。這樣就必須使化學擺脫從屬于煉金術或醫葯學的地位,發展成為一門專為探索自然界本質的獨立科學。這就是波義耳在《懷疑派化學家》中所闡述的第一個觀點。為了引起人們的重視,他在書中進一步強調指出:“化學到目前為止,還是認為隻在製造醫葯和工業品方面具有價值。但是,我們所學的化學,絕不是醫學或葯學的婢女,也不應甘當工藝和冶金的奴僕,化學本身作為自然科學中的一個獨立部分,是探索宇宙奧秘的一個方面。化學,必須是為真理而追求真理的化學”

羅伯特·波義耳

為了確定科學的化學,波義耳考慮到首先要解決化學中一個最基本的概念:元素。最早提出元素這一概念的是古希臘一位著名的唯心主義哲學家柏拉圖,他用元素來表示當時認為是萬物之源的四種基本要素:火、水、氣、土,。這一學說曾在兩千年裏被許多人視為真理。後來醫葯化學家們提出的硫、汞、鹽的三要素理論也風靡一時。波義耳通過一系列實驗,對這些傳統的元素觀產生了懷疑。他指出:這些傳統的元素,實際未必就是真正的元素。固為許多物質,比如黃金就不含這些“元素”,也不能從黃金中分解出硫、汞、鹽等任何一種元素。恰恰相反,這些元素中的鹽卻可被分解。那麽,什麽是元素? 波義耳認為:隻有那些不能用化學方法再分解的簡單物質才是元素。例如黃金,雖然可以同其它金屬一起製成合金,或溶解于王水之中而隱蔽起來,但是仍可設法恢復其原形,重新得到黃金。水銀也是如此。

至于自然界元素的數目,波義耳認為:作為萬物之源的元素,將不會是亞裏士多德的“四種”也不會是醫葯化學家所說的三種,而一定會有許多種。現在看來,波義耳的元素概念實質上與單質的概念差不多,元素的定義應是具有相同核電荷數的同一類原子的總稱。現在這種科學認識是波義耳之後,又經三百多年的發展,直到20世紀初才清楚的。波義耳當時能批判四元素說和三要素說而提出科學的元素概念已很不簡單,是認識上一個了不起的突破,使化學第一次明確了自己的研究對象。在《懷疑派化學家》一書中,在明確地闡述上述兩個觀點的同時,波義耳還強調了實驗方法和對自然界的觀察是科學思維的基礎,提出了化學發展的科學途徑。波義耳深刻地領會了培根重視科學實驗的思想,他反復強調:“化學,為了完成其光榮而又庄嚴的使命,必須拋棄古代傳統的思辨方法,而象物理學那樣,立足于嚴密的實驗基礎之上。”波義耳正是這樣身體力行的。波義耳把這些新觀點新思想帶進化學,解決了當時化學在理論上所面臨的一系列問題,為化學的健康發展掃平了道路。如果 把伽利略的《對話》作為經典物理學的開始,那麽波義耳的《懷疑派化學家》可以作為近代化學的開始。

科研成果

在波義耳眾多的科研成果中,還有幾項不能磨滅的化學成就。波義耳常說,“要想做好實驗,就要敏于觀察。”這幾項成就都是實驗中敏銳觀察的結果。

波義耳女友去世後,他一直把女友最愛的紫羅蘭花帶在身邊。在一次緊張的實驗中,放在實驗室內的紫羅蘭,被濺上了濃鹽酸,愛花的波義耳急忙把冒煙的紫羅蘭用水沖洗了一下,然後插在花瓶中。過了一會波義耳發現深紫色的紫羅蘭變成了紅色的。這一奇怪的現象促使他進行了許多花木與酸鹼相互作用的實驗。由此他發現了大部分花草受酸或鹼作用都能改變顏色,其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明顯,它遇酸變成紅色,遇鹼變成藍色。利用這一特點,波義耳用石蕊浸液把紙浸透,然後烤幹,這就製成了實驗中常用的酸鹼試紙——石蕊試紙。

也是在這一類實驗中,波義耳發現五倍子水浸液和鐵鹽在一起,會生成一種不生沉淀的黑色溶液。這種黑色溶液久不變色,于是他發明了一種製取黑墨水的方法,這種墨水幾乎用了一個世紀。

在實驗中,波義耳發現,從硝酸銀中沉淀出來的白色物質,“如果暴露在空氣中,就會變成黑色。這一發現,為後來人們把硝酸銀、氯化銀、溴化銀用于照相術上,做了先導性工作。

晚年的波義耳在製取磷元素和研究磷、磷化物方面也取得了成果,他根據“磷的重要成分,乃是人身上的某種東西”的觀點,頑強努力地鑽研,終于從動物尿中提取了磷。經進一步研究後,他指出:磷隻在空氣存在時才發光;磷在空氣中燃燒形成白煙,這種白煙很快和水發生作用,形成的溶液呈酸性,這就是磷酸,把磷與強鹼一起加熱,會得到某種氣體(磷化氫),這種氣體與空氣接觸就燃燒起來,並形成縷縷白煙。這是當時關于磷元素性質的最早介紹。

波義耳所以取得這麽大的成就,正如他所說:“人之所以能效力于世界,莫過于勤在實驗上下功夫。”

波義耳定律

波義耳定律(Boyle's law,有時又稱 Mariotte's Law):在定量定溫下,理想氣體的體積與氣體的壓力成反比。是由英國化學家波義耳(Boyle),在1662年根據實驗結果提出:“在密閉容器中的定量氣體,在恆溫下,氣體的壓強和體積成反比關系。”稱之為波義耳定律。這是人類歷史上第一個被發現的“定律”。

公式:V=k/P

V是指氣體的體積

P指壓強

k為一常數

這個公式又可以繼續推導,理想氣體的體積與圧強的乘積成為一定的常數,即:

PV=k

如果在溫度相同的狀態下,A、B兩種狀態下的氣體關系式可表示成:

PAVA=PBVB

習慣上,這個公式會寫成:

p2=p1V1/V2

波義耳定律的偉大意義 

波義耳建立的理論——波義耳定律,是第一個描述氣體運動的數量公式,為氣體的量化研究和化學分析奠定了基礎。該定律是學習化學的基礎,學生在學習化學之初都要學習它。

羅伯特·波義耳

波義耳具有實驗天賦,還證實了氣體像固體一樣是由原子構成的。但是,在氣體中,原子距離較遠,互不連線,所以它們能夠被擠壓得更密集些。早在公元前440年,德謨克裏特就提出原子的存在,在隨後的兩千年裏人們一直爭論這個問題。通過實驗,波義耳是科學界相信原子確實是存在的。

波義耳定律的發現歷程 波義耳生于伯爵之家,是英國科學協會的會員。在1662年科學協會的會議上,羅伯特·胡克(Robert Hooke)宣讀了一篇論文,論文描述法國關于“空氣彈性”的實驗。17世紀,科學家對空氣特征產生了濃厚興趣。

法國科學家製造了一個黃銅氣缸,中間裝有活塞,安裝得很緊。幾個人用力按下活塞,壓縮缸裏的空氣。然後,他們松開活塞,活塞彈回來,但是沒有全部彈回來。不論他們隔多長時間做一次實驗,活塞總是不能全部彈回來。

通過這項實驗,法國科學家聲稱空氣根本不存在彈性,經過壓縮,空氣會保持輕微的壓縮狀態。

波義耳宣稱法國科學家的實驗不能說明任何問題。他指出,活塞之所以不能全部彈回來,是因為他們使用的活塞太緊。有人反駁道,如果活塞稍松,四周就會漏氣,影響實驗。

羅伯特·波義耳許諾要製造一個松緊適中的絕好活塞,證明上述實驗是錯誤的。

兩周後,羅伯特·波義耳手持“U”形大玻璃管站在眾會員面前。這個“U”形玻璃管是不勻稱的,一支又細又長,高出3英尺多,另一支又短又粗,短的這支頂端密封,長的那隻頂端開口。

波義耳把水銀倒進玻璃管中,水銀蓋住了“U”形玻璃管的底部,兩邊稍有上升。在封閉的短管中,水銀堵住一小股空氣。波義耳解釋,活塞就是任何壓縮空氣的裝置,水銀也可以看作“活塞”。向法國實驗所期望的那樣,波義耳的做法不會因為摩擦而影響實驗結果。

波義耳記錄下水銀重量,在水銀和空氣交界處刻了一條線。他向長玻璃管中滴水銀,一直把它滴滿。這時,水銀在短玻璃管中上升到一半的高度。在水銀的擠壓下,堵住空氣的體積變成不到原來的一半。

在短玻璃管上,波義耳刻下了第二條線,標示出裏面水銀的新高度和堵住空氣的壓縮體積。

然後,通過“U”形玻璃管底部的閥門,他把水銀排出,直到玻璃活塞和水銀的重量與實驗開始時的重量完全相等。水銀柱又回到它實驗開始的高度,堵住的空氣又回到它當初的位置。空氣果真有彈性,法國科學家的實驗是錯誤的,波義耳是正確的。

羅伯特·波義耳用玻璃活塞繼續實驗,發現了很多值得註意的事情。當他向堵住的空氣施加雙倍的壓力時,空氣的體積就會減半;施加3倍的壓力時,體積就會變成原來的1/3。當受到擠壓時,空氣體積的變化與壓強的變化總是成比例。他建立了一個簡單的數學等式來表示這一比例關系,現在我們稱之為“波義耳定律”。就認識大氣、利用大氣為人類服務而言,這一定律是極為重要的。

《懷疑派化學家》1661年出版,《化學家的故事》,《礦泉的博物學考察》,《關于空氣彈性及其物理力學的新實驗》 《關于火焰與空氣關系的新實驗》,《形式與性質的起源》(1666年,一書總結了原子論哲學的要點

相關詞條

其它詞條