卡文迪许的连锁发现

提起卡文迪许实验室，几乎无人不晓。卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室，实际上就是物理系。

剑桥大学的卡文迪许实验室建于187l—1874年，是当时剑桥大学的一位校长威廉·卡文迪许私人捐款兴建的。他是18—19世纪，对物理学和化学做出过巨大贡献的科学家亨利·卡文迪许的近亲，实验室因此用他的名字命名。

亨利·卡文迪许是英国化学家、物理学家。1731年10月10日生于法国尼斯，1742—1748年，在伦敦附近的海克纳学校读书，1749—1753年，在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续50年之久。

从1771年起，卡文迪许全神贯注于电学的实验研究上，这是他的一个系统、持久的研究课题。直到1781年，普利斯特列在一项卡文迪许曾探索过的研究题目上有了新的发现，才请卡文迪许加入到气体的研究中。

1781年，普利斯特列宣称他做了一个“毫无头绪”的实验，他将卡文迪许发现的氢气和自己发现的脱燃素空气（氧气）混和在一闭口瓶中，然后用电火花燃爆，发现瓶中有露珠生成。他怀疑自己的实验结果，也无法解释自己的实验。当普利斯特列将这一情况告诉卡文迪许后，引起他的极大兴趣。

在征得普利斯特列的许可后，卡文迪许继续这一实验。由于他设计的实验较精确，很快得到结论。他在1784年发表的论文《关于空气的实验》中指出，氢气和普通空气混和进行燃爆，几乎全部氢气和1/5的普通空气凝结成露珠，这露珠就是水。他又采用氧气代替普通空气进行多次实验，同样获得了水。他还证明氢气和氧气相互化合的体积比为2.02∶1。由此，他确认了水是由氢气和氧气化合而成的，这一个实验发现了水是由氢和氧两个元素组成的化合物。

在上述实验中，卡文迪许遇到两个意外的问题。他发现，燃爆氢气与氧气的混和气体时，有时所产生的水有点酸味，用碱中和，再将水蒸发可得到少量的硝石。若氧气愈多，生成的酸也就多些，若氢气过量，则没有酸生成。这是为什么？为此，他继续做了一系列实验，终于解决了疑难。

在1785年发表的论文中，他指出，水的酸味是因为水中含有硝酸或亚硝酸，它们的生成则由于氧气中混有氮气，在电火花燃爆的高温中，氧气和氮气会化合，而氢气与普通空气混和燃爆时，由于大量氮气的存在，反应温度不够高，从而无法生成硝酸。这一精细的实验为人们提供了一种由空气制取硝酸的方法。

卡文迪许还发现，燃爆反应后的硝酸或亚硝酸用钾碱溶液中和，过量的氧气用硫化押溶液吸收掉后，试管里仍剩下一个很小的气泡，这气泡的体积约是氮气总体积的1/120。这部分气体的性质与氮气不一样，根本不参加化学反应。它究竟是什么呢？卡文迪许没法解释。但是，他为后人提出了一个研究课题，直到100年以后，英国化学家瑞利和拉姆塞才证实，这部分气体实际上是惰性气体。