1800年4月的某一天,英國皇家學會主席班克斯(Joseph Banks)收到一封來自義大利化學家伏打(Alessandro Volta)的信,信的開頭就寫道:
「我提到的裝置絕對會讓你感到驚訝,……」
被勾起好奇心的班克斯往下讀,原來伏打所說的裝置是將銀片與鋅片交替相疊,每對之間以浸了鹽水的布片隔開,再自堆疊起來的金屬片頂端與底部各接出一條銅線,形成迴路後便能持續產生穩定的電流。
班克斯果真大吃一驚,因為伏打所述聞所未聞。當時以人為方式產生電就只有靠摩擦產生靜電,通常是用起電器產生靜電,再貯存於「萊頓瓶」(Leyden jar)中。不過萊頓瓶一旦碰觸,所有靜電即瞬間傾洩而出,一次用盡,因此實用價值並不高。如果伏打設計的這個「伏打堆」(Volta Pile)真的管用,那可是劃時代的發明啊!
班克斯迫不及待地往下讀,卻發現信中的四張信紙只是論文的前幾頁,後面呢?原來當時正在打英法戰爭,伏打擔心戰火會延誤郵件的遞送,所以寫了幾頁就先寄給英國皇家學會,剩下的部分等寫完再補寄,以防其他人搶先一步發表,奪走發明者的頭銜。
按理說班克斯應該等第二封信寄來後,安排在英國皇家學會宣讀伏打的論文,在這之前不應洩露論文內容。但伏打的發明實在太匪夷所思,讓他難以按捺內心激動,等不及另一封信抵達,就忍不住將手中的上半篇論文拿給老友卡萊爾醫生(Anthony Carlisle)看,想說醫生並非圈內之人,應該不會有影響。
沒想到卡萊爾也按捺不住,隨即向身兼化學家與發明家的好友尼寇森(William Nicholson)透露論文內容。尼寇森原本就對電學頗有研究,他的同儕班奈特(Abraham Bennet)曾在1787年發明一種驗電器,利用兩片金箔接觸靜電後會彼此相斥而分開,便可根據分離的角度判斷靜電強度。第二年尼寇森再加以改良,成為最受歡迎的驗電器,伏打正是用它來進行伏打堆的研究實驗。
尼寇森和卡萊爾決定不等伏打的另一封信,就先按伏打所述如法泡製,也做個伏打堆出來,看看是否真如伏打所說的那樣,能持續產生穩定電流。卡萊爾醫生建議直接用17個銀幣做為銀片,再訂製同樣大小的鋅片,這樣就能在最短時間做出伏打堆。
一切就緒後,尼寇森和卡萊爾於1800年5月1日開始進行實驗,但發現電線與伏打堆頂端的鋅片老是接觸不良。他們想了想,乾脆在電線與鋅片接觸的地方滴了一大滴水,沒想到水滴上方竟出現些微氣體。尼寇森從聞到的味道推測可能是氫氣,他們決定第二天對此進行實驗。
#5月2日,他們從附近的運河取了一盆水,將連接伏打堆底部銀幣的銅線一頭浸入水盆中,另一條銅線再從水盆連接到伏打堆頂端的鋅片。只見鋅片接觸的銅線在水中那端不斷冒出微小的氣泡,也就是氫氣;而另一條銅線在靠近銀幣那端則逐漸失去光澤,氧化變黑。
他們改用不易氧化的白金取代銅線,結果連接鋅片的白金線在水中仍產生氫氣氣泡,而這次,另一條連接銀幣的白金線也在水中產生氧氣氣泡,不過數量明顯比較少。就這樣,他們兩人無意間發現水會電解出氫氣與氧氣,而成為最早發現電解反應的人。
不過尼寇森與卡萊爾還是很有君子風度的等到伏打的論文於6月26日在英國皇家學會宣讀後,隔月尼寇森才在自己創辦的科普刊物上刊登他們兩人的電解實驗,從此開啟了電化學這個全新的領域。英國化學家戴維(Humphry Davy)便是因此受到啟發,將各種礦石溶解後進行電解實驗,先於1807年發現仍不為世人所知的鈉和鉀,隔年又陸續電解分離出鈣、鍶、鋇、鎂、硼等新的化學元素,大幅推進化學的進展。
有趣的是,伏打當年進行伏打堆的實驗時,就曾將連接正、負極的銅線分別浸入不同的水盆中,然後將左、右手各放進這兩盆水,看看有什麼感覺或生理變化(萊頓瓶中的靜電就會讓人毛髮豎立)。如果他曾試著將銅線放入同一盆水,應該會看到水中出現氣泡,那就輪不到尼寇森與卡萊爾兩人發現電解反應,科學史上也就會少這麼一件耐人尋味的趣事了。
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