在化學實驗中較早使用天平的有英國化學家布萊克,他生活和工作于18世紀,那個時候,正是化學中不斷發現氣體、并開始建立理論的時期。布萊克在化學研究中非常重視實驗,而且是*個應用定量的方法研究氣體的人。1755年,他寫了一篇論文,內容是對石灰石等堿性物質的實驗研究。論文中提到,他發現將石灰石煅燒會產生氣體。于是,他在煅燒前稱量了石灰石的重量,煅燒后再次稱量重量,結果發現,石灰石經過煅燒重量減少了44%,他認為這個重量正是從中釋放出的氣體的重量。在此基礎上,他又進行了多方面的研究,比如,他將石灰石與酸作用,發現也有氣體產生,用石灰水吸收這種氣體,并進行了定量研究,他發現這種氣體的重量與煅燒石灰石產生的氣體的重量相等,由此他認識到,石灰石中固定著一種氣體,他稱之為“固定空氣”(即現在我們熟知的二氧化碳)。從布萊克的實驗研究中可以了解到,他進行了定量研究,定量研究需要稱量,而稱量離不開天平。歷史資料表明,布萊克確實使用了天平,他用過的天平至今仍保存在愛丁堡*博物館中,下圖即是布萊克用過的天平。
用繩子掛著稱盤,橫梁又掛在另一個稱鉤上。布萊克正是用這個天平進行化學實驗研究,而且做出了發現的,這個天平的使用,不僅在化學實驗中建立了定量方法,而且對天平的進一步發展、改良,也是重要的。
布萊克之后,英國化學家亨利·卡文迪許也進行過精密的定量實驗,據說還曾設計制造過天平,由于卡文迪許本人的生平資料不詳,現在很難確切知道他是何時和如何設計、制造天平的。后來,卡文迪許用過的天平曾在**展覽。這架天平放在柜內,天平的式樣從外面看不太清楚,
我們知道,法國化學家拉瓦錫,是一位非常重視定量研究的人,他經常使用天平,而且注意稱量的性。正是在的定量研究中,拉瓦錫確定了氧氣的存在,并且建立了科學的氧化燃燒理論。應用定量方法研究化學變化,必須假定化學變化前后物質質量守恒,由此拉瓦錫確立了質量守恒定律。拉瓦錫的研究工作得到天平的幫助,可是拉瓦錫本人卻很少設計和制造儀器,也沒有設計和制造過天平,不過,18世紀的法國,天平比較普及,有許多小店鋪就出售天平,拉瓦錫可能得益于這種良好的條件。我們在下圖看到的是18世紀的法國天平的式樣,或許是當時天平中的一種式樣。
18世紀末英國也已經制造出了一種天平,橫梁*嵌上一個鋼質的刀口。把它放在瑪瑙盤中,大大提高了精密度和靈敏度。當時出現了一些天平設計家和制造家,不過,據說天平的價格比較貴,而且要先預定,不像法國,天平雖不那么精密,但比較容易買到。下圖展示的是一個費德勒的人為*學會制造的一架天平,曾在倫敦科學博物館展出。
在英國,使用天平的不限于化學家和科學家,普通醫藥商店也常用天平,化學原子論的提出者道爾頓,在科學研究中經常使用天平,由于道爾頓在化學*的重要地位和他在英國科學界的影響,使他成了人物,成了化學家,他使用過的天平據說也成了不凡之物,后來為英國曼徹斯特文學和哲學會所有,并為該會收藏。道爾頓曾經是這個學會的會員。
19世紀20年代,倫敦有一位儀器設計家叫羅賓遜,他開始設計和制造分析天平,不僅英國,就連美國在一個時期里都使用這種天平。羅賓遜用空心材料做橫梁,把梁做成三角形,豎梁中部有指針。
有刻度橫梁和游碼的天平,大約也是在19世紀誕生的(前面介紹托盤天平時,在圖中橫梁上標有刻度和游碼),究竟誰是這種天平的發明人有不同說法,也存在爭議。可是1851年在倫敦召開了一次博覽會,英國和歐洲大陸國家的一些主要天平制造商都參加了,經博覽會審查團審議,zui后把zui高獎獎給了奧耶領,以表彰他在有刻度橫梁和滑動裝置(即游碼)天平的制造上所做的貢獻,由此看來,奧耶領的發明權得到了上的確認。
在很長時期里,天平制造業中流行一種理論,認為天平的橫梁越長天平越靈敏。但是有一個叫波爾·邦格的人卻不受這種理論的限制,1866年,他設計、制造了一架短橫梁分析天平。后來,在平天設計理論方面,他也有建樹。下圖所示的就是1866年邦格制造的zui早的一臺短梁天平。 羅馬時代晚期的錢幣天平
天平的改進,除了橫梁、接觸點、游碼、刻度等方面以外,還表現在其它方面,例如,19世紀前半期,已經出現了旋鈕天平。旋鈕天平有什么優點呢?原來,早期的天平,橫梁架在豎直的柱上,用時和不用時都是一樣的。后來分析天平出現了,分析天平的刀口用瑪瑙制成,為了減少刀口的損傷,不用平天時,將天平橫梁架在一個架子上,讓刀口不再受力,用時再將刀口架在支撐碗上。這些都是通過旋紐裝置控制的。現代分析天平都有旋紐裝置。下圖是1833年制造的一臺旋紐天平。
隨著科學的發展、技術的進步,天平的設計和制造不斷取得長足的進展。正是經過一代一代人的不懈努力,經過技術的積累和提高,才有了今天的各式各樣的現代天平。如今,在化學實驗室中,常用的天平有:托盤天平,正如前面講過的,用于度要求不高或測定物料的大致質量,可稱量100克、200克、500克乃至1000克;分析天平(常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平);電光天平,設有空氣阻尼裝置或電磁阻尼裝置,使天平既具有高靈敏度又能迅速阻止橫梁的搖動,電光天平從外觀上看不見砝碼,能看到放置要測物的稱盤,砝碼的加減用旋轉刻度盤操作,稱量的數值可通過投影刻度標尺直接讀出。
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