门得列耶夫认为他的周期表只是纯粹经验事实的叙述。但这样的关系却下可避免地使人回到物质有共同基础的老观念上去。许多人以为这个共同基础可能就是氢,他们想证明如以氢的原子量为单位,其他元素的原子量全都是整数。虽然许多元素的原子量接近整数,但有几个元素,例如氯(CI=35.45)顽固地不遵从这个方案,斯塔斯(Stas)等人增加测定原子量的精确度以后,也不能消除这个偏差。要证明物质具有共同基础并把原子量归结为整数,还得等候半个世纪;这种工作是当时的实验和理论能力办不到的。
电流
我们在上面叙述的各种类型的起电仪器,都主要是用来把静电荷赋予某种绝缘体的。的确,如果使起电机接地,形成一个导电通路,则在这电路中就有一点电流通过。不过,就是在最优良的摩擦起电机中,每一秒钟通过的电量也都非常之少,以致要想在这电路上发现电流,那是很困难的,虽然,如果在导线中留一个空气间隙,则这起电机所生的高电位差,可以产生可见的火花。
十九世纪初,伽伐尼或伏特电池的发明,开辟了一个新的研究领域。这种电池引起了一系列现象,最初,称为伽伐尼流,经过许多人的努力,慢慢地和另外一系列以电得名的现象联系起来。我们终于明白所谓伽伐尼流,正是电的流动,只是和起电机所生的电量比起来,大很多,但其电位差却比电机所生的电位差小得不计其数。由于在电路的任何一点上都不能发现积存的电,我们也不妨把电流比做一种不可压缩的流体在不可伸长的刚性管内的流动。
伏特电池是由于偶然的观察而发现的。这个发现,最初似乎要引到另外一个方向去。1786年左右,意大利人伽伐尼发现蛙腿在起电机的放电的影响下发生收缩。在这次观察之后,他又发现:如果使神经和肌肉同两种不相类似的金属连接起来,而使金属互相接触,也可以得到同样的收缩。伽伐尼把这些效果归因于所谓“动物电”;后来,另外一个意大利人帕维亚的伏特(Voita
of
Pavia)出来,证明这种基本现象并不依赖于一种动物物质的存在。1800年,伏特发明了以他的姓得名的电池。在十九世纪初年,这种电池成为一种研究的工具,在伏特和他的同时代的别国人手中,产生了一些很有趣味的结果。当时的科学杂志登满了奇异的新发现的消息。当时的人都用极大的热情去研究这些发现,其热烈的程度,不亚于一世纪以后,人们阐释气体中的放电与放射现象时,所表现出的那种热忱。
伏特所制的电池,是用一串锌盘、铜盘以及为水或盐水浸湿的纸张,按下列次序相叠而成的:锌,铜,纸,锌,如此类推……最后是一个铜盘。这样一种组合,其实就是一个原始的原电池组。每一对小盘为浸湿的纸隔开,而成一个电池,造成少许电位差。这些小电池的电位差加在一起,便成了电池组铜锌两端的相当大的总电位差(或不恰当地叫做电动力)。另一种装置法是把若干装有盐水或稀酸的杯子集合在一起,每个杯子装置一块锌片和一块铜片。前一杯子的锌片与次一杯子的铜片相联,这样一直继续下去,留下最先一个锌片和最后一个铜片,作为电池组的两极。伏特以为效果的来源在金属的联接处;因此圆盘和两极的金属片的次序才如以上所述。这些金属片或圆盘不久便发现是无用的,虽然它们在这种仪器的早期图画中占有重要地位。
如果我们从伏特的电池取用电流,其强度便迅速地衰减,主要由于铜片的表面上生了一层氢气膜。这种电极化,可用硫酸铜溶液围绕铜片来阻止,这样生成的物质是铜而非氢;或用碳棒代替铜片,把它放在氧化剂如硝酸或重铅酸钾的溶液中,这样所产生的氢气就立刻变为水。
化学效应
当伏特的发现的消息在1800年传到英国时,立刻就有人进行广一些基本观察,促成了电化学的诞生。尼科尔森(Nicholson)与卡莱尔(Carlisle)在把伏特电池的原来装置加以改变时发现:如果用两条黄铜丝连结电池的两极,再将两线的他端浸在水中,并使其互相接近,一端有氢气发生,另一端的黄铜线被氧化。如用白金丝或黄金丝来代替黄铜丝,则不发生氧化,氧以气体状态出现。他们注意到氢气的容积约为氧气的二倍,这正是氢氧二气化合成水的比例。他们说明这种现象就是水的分解。他们还注意到使用原来的装置时,电池内也有类似的化学反应。
不久,克鲁克香克(Cruichshank)分解了氯化镁、碳酸钠(苏打)和氨(阿摩尼亚)溶液,并且从银和铜的溶液中,将这些金属沉淀出来。这一结果以后导致电镀的方法。他又发现在阳极周围的液体变成碱性,而阴极周围的液体变成酸性。
1806年,戴维爵士(1778-1829年)证明酸与碱的形成是由于水中的杂质的缘故。他在以前已经证明,即使将电极放在两个林中,水的分解也可进行,但须用植物或动物材料将两个杯子联接起来。同时他还证明电效应与电池内化学变化有密切关系。
伏特认为伽伐尼现象与电是同一现象。这个问题成了许多人研究的题目。到1801年,沃拉斯顿(Wollaston)证明两者发生相同的效果之后,才确定两者确是同一现象。1802年,埃尔曼(Erman)使用验电器测量了伏特电池所提供的电位差。这时,才明白老现象表现“紧张中的电”,而新现象表现“运动中的电”。
按照公认的惯例,我们一致同意假定电向所谓正电方向流动,即在电池内由锌版流到铜版(或碳棒),在电池外沿着导线由铜流到锌。根据这个惯例,铜版称为电池的正段,而锌版称为负极。
第88章