這四種奇醜無比的儀器，居然是化學四大門派的開山鼻祖？

提到化學實驗，就不得不說說那些實驗里各種各樣的瓶瓶罐罐。曾經有位化學界的強迫症泰斗約恩斯·貝爾塞柳斯，因為玻璃燒瓶不合心意——不夠圓，就憤然找玻璃工學習玻璃製造和焊接技藝，為世界各地的實驗室提供了基本的實驗器材的典範。

貝爾塞柳斯的實驗儀器設計手稿。圖片源來：Wikipedia

貝爾塞柳斯老爺子的經歷絕非偶然，在實驗儀器標準化之前，玻璃全靠自己燒，也不知誕生了多少放飛自我的產品。今天，我們就來聊聊那些奇形怪狀卻在化學發展史中扮演了重要角色的實驗儀器們。這些儀器分別開創了後世的四個化學門派——無機化學、有機化學、電化學和分析化學（註：人們常說的「四大化學」中，會把電化學替換為物理化學）。

思想革命

真空泵與無機化學

1654年，馬德保市長格里克通過著名的馬德堡半球實驗，證明了大氣壓的力量。其後的1660年，波義爾在格里克真空泵的基礎上進行了改進，使其更適合真空中實驗的觀察。

波義爾真空泵（原始插圖重繪）。圖片來源：Beautiful Chemistry

這個由球型玻璃容器和下方抽氣筒組成的簡陋儀器，實錘了「空氣」在燃燒的重要作用。也正是在這個儀器的實驗基礎上，拉瓦錫等科學家展開對燃燒本質的研究，引發了著名的化學革命，讓化學從古典玄學「鍊金術」翻身成為近代科學，也成功踏出了了無機化學研究的第一步。

新能量的大門

伏打電堆與電化學

雖然早在1660年格里克（沒錯還是那個馬德保市長）就發明了第一台「摩擦起電機」，但是這個原始的儀器能夠提供的電簡直少得可憐。直到1800年伏打發明了「伏打電堆」 ，人們才成功接觸到了電流。從此「電」就脫離了靜電的範疇，並且促進了「電化學」的迅速發展。今天，這個裝置已變成各種各樣的電池，從實驗室走向千家萬戶。

伏打電堆（原始裝置復原）通過鋅片、銅片以及含有鹽水的紙板組成 圖片來源：Beautiful Chemistry

小白福音

五球瓶與有機化學

在有機物的測定中，最為關鍵的是如何進行碳元素的準確測定。燃燒有機物、分析產生的二氧化碳是個使用至今的辦法。早期的化學家們苦於無法準確收集氣體、測量氣壓、計算體積，直到李比希「五球瓶」的出現，才成功解決了這個問題。

李比希五球瓶實驗裝置原始手稿。圖片來源：李比希博物館

五球瓶中的氫氧化鉀溶液，可以吸收有機物焙燒之後放出的二氧化碳，將氣體量的測定轉化為簡單的稱重，因而迅速得到了普及，並推動了分析化學、有機化學的發展。

實驗過程中液面的四種可能位置 (a)平衡 與大氣連通時 (b) 從B口抽氣驗漏 液面保持則不漏 (c)實驗開始後，由於二氧化碳的吸收導致液面上升 (d)結束後，從末端導入空氣，大球液面降低。圖片來源：Beautiful Chemistry

五球瓶同時解決了驗漏、氣體倒吸等問題，給了化學家們一雙精準定量的「巧手」，從此化學實驗脫離了「高冷」的範疇，初學者稍做培訓即可完成，這一模式仍舊是當今科學實驗室的典範。我們不得不對李比希的奇思妙想和精妙的玻璃工手藝點個贊。

五球瓶因為它的重要意義在許多地方留下了痕迹，如美國化學會（ACS）Logo。

借我慧眼

基爾霍夫光譜儀與分析化學

1666年，著名的物理學家牛頓通過三稜鏡將白光分成了彩虹。繼牛頓之後，基爾霍夫使用同樣的三稜鏡，將來自於不同化學元素的光分開，給了化學家能夠直接看到化學元素的慧眼。

在高溫、低亮度的本生燈的幫助下，被測物質灼燒後的光通過稜鏡被分成具有獨特顏色單一的亮線，這就是現在人們常說的光譜。在這個原理的幫助下，分析化學家能夠更加方便地發現新元素，並且能夠檢測到極少量元素。

基爾霍夫光譜儀 （原始裝置復原）圖片來源：Beautiful Chemistry

當然，在化學從古典蒙昧的「煉金」「煉丹」走向現代科學的路途中，不論這四大儀器還是平凡的試管、燒杯、漏斗等都扮演了重要的角色，伴隨科研工作者們點點滴滴的努力，為探究這個世界的真相貢獻了他們的全部。

參考文獻：

[1] J?ns Jakob Berzelius.『Chemical Heritage Foundation』. [2016-07-12].

[2] Robert Boyle, 『New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects』, 1660.

[3] Alessandro Volta, 『On Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Subsubstances of Different Kinds』, 1800.

[4] Justus von Liebig, 『Anleitung zur Analyse Organischer K?rper』, 1837.

[5] Gustav Kirchhoff, 『Chemical Analysis by Spectrum-Observations』，1860

知識點化學九年級上

化學是一門以實驗為基礎的科學。

編輯：張帥琰

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