92.徐寿翻译国外科学著作
在我国,系统地介绍近代化学的基础知识大约始于19世纪60年代。在这方面,徐寿做了重要的工作,许多科学史专家都公推徐寿为我国近代化学的启蒙者。
徐寿一生著作很多,在化学方面主要有《化学鉴原补编》、《化学考质》、《化学求数》等书籍。他的著作系统地介绍了19世纪七八十年代化学知识的主要内容。他还于1875年在上海创立了“格致书院”,公开讲演自然科学知识,进行化学演示实验,对我国近代化学的发展起了重要的促进作用。
氧气的名称就是徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气,所以就命名为“养气”即“养气之质”,后来,为了统一就用“氧”代替了“养”字。
徐寿还翻译了很多国外的科学著作。在他生活的年代,不仅没有外文字典,甚至连阿拉伯数字也没有用上。要将西方的科学技术的术语用中文表达出来,是项开创性的工作,做起来困难重重。
西方的拼音文字和我国的方块汉字,在造字原则上有极大不同,几乎全部的化学术语和大部分化学元素的名称,在汉字里没有现成的名称,这是徐寿在译书中遇到的最大困难之一。为此,徐寿花费不少心血,对金、银、铜、铁、锡、硫、碳等大家较熟悉的元素,他沿用前制,根据它们的主要性质来命名。对于其他元素,徐寿巧妙地应用了取西文第一音节而造新字的原则来命名,例如钠、钾、钙、镍等。徐寿采用的这种命名方法,后来被我国化学界接受,一直沿用至今。
徐寿一生不图科举功名、不求高官厚禄,致力于引进和传播国外先进的科学技术,对近代科学技术在我国的发展做出了不朽的贡献。
93.侯德榜制碱
纯碱,又叫“苏打”,是制造肥皂、玻璃、纸张、冶金等不可缺少的工业原料,甚至烤面包、做馒头也少不了它。西方国家生产纯碱已有100多年历史,但是工艺落后,生产成本高。著名化学家侯德榜研究出一种先进的制造方法,使中国制碱业跨入世界先进行列。
第一次世界大战期间,国际托拉斯垄断了制碱业,我国许多民族工业被迫停产。强烈的振兴民族工业的热情,使侯德榜回国后投身于制碱工业。
当时较为先进的苏维尔制碱工艺由英美等国严密垄断,对外绝对保密,外人无从染指。侯德榜抱着外国人能做到的中国人也能做到的决心,全身心扑在改进制碱工艺和设备上,终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1926年,“红三角”牌纯碱闯进了在美国费城举办的万国博览会,获得金质奖章。
针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低,制碱成本高,废液、废渣污染环境和难以处理等不足,侯德榜经过上千次试验,在1943年研究成功了联合制碱法。这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵,解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这是世界制碱工艺的重大突破,赢得了国际化工界的极高评价,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。
94.亭子间中的发明
20世纪20年代初,十里洋场上海滩,外货倾销,到处是日商“味の素”的巨幅广告。著名化工实业家吴蕴初发出了“为何我们不能自己制造”的感叹。他买了一瓶回去仔细分析研究,发现“味の素”就是谷氨酸钠,1866年德国人曾从植物蛋白质中提炼过,吴蕴初开始在自家的小亭子间里着手试制。
没有现成资料,他四处搜集,并托人在国外寻找文献资料;没有实验设备,他拿出炽昌新牛皮胶厂支付他担任厂长的工资,购置了一些简单的化学实验、分析设备;人手不够,他就让妻子当助手,经常通宵达旦。他凭着在兵工学堂学得的化学知识,走南闯北试制耐火砖、火柴、牛皮胶等积累的化学实践经验,认识到从蛋白质中提炼谷氨酸,关键在于水解过程。他白天上班,夜间埋头做实验。试制中,盐酸的酸气和硫化氢的臭气,迷漫四溢,邻居意见纷纷。他的妻子就向人家说好话、赔不是。经过一年多的试验,吴蕴初终于制成了几十克成品,并找到了廉价的、批量生产的方法。
1921年春,吴蕴初结识了酱园老板张逸云,张逸云愿意出资5000元,由吴蕴初出技术合伙试办厂子。很快,首批产品问世,吴蕴初将这种产品取名“天厨味精”。他们打出“天厨味精,完全国货”的大旗,味美、价廉、国货,大得人心,销路一下就打开了。
1926年~1927年,为了进一步保障味精的产销,吴蕴初在中国驻英、法、美三国使馆协助下,先后取得这些国家给予的产品出口专利保护权,开中国轻化产品获得国际专利之先声。吴蕴初由此成为闻名遐迩的“味精大王”。
95.在实验上下工夫的波义耳
化学史家将1661年作为近代化学的开始年代,因为这一年有一本对化学发展产生重大影响的著作出版问世。这本书就是《怀疑派化学家》,它的作者是英国科学家罗伯特·波义耳。
在波义耳众多的科研成果中,有几项不能磨灭的化学成就。波义耳常说,“要想做好实验,就要敏于观察。”这几项成就都是波义耳在实验中敏锐观察的结果。
在一次紧张的实验中,放在实验室内的紫罗兰被溅上了浓盐酸。爱花的波义耳急忙将冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下,然后插在花瓶中。
过了一会儿,波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。由此,他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色,其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显。它遇酸变成红色,遇碱变成蓝色。利用这一特点,波义耳用石蕊浸液把纸浸透,然后烤干,制成了实验中常用的酸碱试纸——石蕊试纸。
在实验中,波义耳还有两次重大发现。一次是他发现五信子水浸液和铁盐在一起,会生成一种不生沉淀的黑色溶液。这种黑色溶液久不变色,于是,他发明了一种制取黑墨水的方法,这种墨水几乎用了一个世纪。
另外一次是波义耳发现从硝酸银中沉淀出来的白色物质,如果暴露在空气中,就会变成黑色。这一发现为后来人们将硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上,做了先导性工作。
波义耳能在科学中取得一些重大的成就,原因正如他所说:“人之所以能效力于世界,莫过于勤在实验上下工夫。”
96.严谨认真的卡文迪什
卡文迪什出身于英国贵族家庭,家里几代都是做官的。但他却性情孤僻,不喜交际。他从小就表示,长大了不愿做官,而决心当一名科学家。
长大后,卡文迪什进入科学界。他最初研究空气,他指出,除了平常的空气外,还有其他不同种类的气体,比如,比一般空气重的固定空气(即二氧化碳)等。后来,他又研究了氢,并且实验证明氢这种气体不仅能够燃烧,而且用两倍体积的空气和它混合,放在火的近旁,立刻就会产生爆炸。
一次,卡文迪什用电火来爆发氢与空气的混合体时,偶然发现器具中凝集着许多小水点,严谨认真的卡文迪什并没有放过实验中的这一微小现象。他反复进行研究和实验,结果发现这些小水点是氢氧化合物。
水组成元素的发现,为化学史开辟了新纪元。因为水的用途很广,凡是化学变化,无不是靠水的帮助而做成功的。自从知道了水的真正性质后,化学家才知道了水和其他物质化合的道理。
其实,在卡文迪什之前有个叫柏利斯力的科学家,做过同他一样的化学试验,也曾偶然发现器具中凝集着许多小水珠。但柏利斯力自以为是器具没有擦干所致,将这种现象忽略过去了,因此而失去了一次重大发现的机会。
97.普里斯特利钻研气体
约瑟夫·普里斯特利是英国著名的化学家。在化学领域中,他首先对空气发生了兴趣,思考着不少有关空气的问题,还进行了多种有趣的实验。例如,他点燃一根蜡烛,把它放到预先放有小老鼠的玻璃容器中,然后盖紧容器。他发现:蜡烛燃了一阵之后就熄灭了,而小老鼠也很快死了。这一现象使普利斯特列想到,空气中大概存在着一种东西,当它燃烧时空气就会被污染,因而成为不能供动物呼吸,也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。
当时,科学家们将一切气体统称为空气。为了确定究竟有几种空气,普利斯特列曾多次做实验。他认为,在啤酒发酵、蜡烛燃烧以及动物呼吸时产生的气体,就是早先人们所称的“固定空气”(实则二氧化碳)。他对这种“固定空气”的性质做了深入研究。他证明,植物吸收“固定空气”可以放出“活命空气”(实则氧气),还发现“活命空气”既可以维持动物呼吸,又能使物质更猛烈地燃烧。
普利斯特列想设法制取这种“活命空气”。他取了一根一端封闭的玻璃管,装入水银,用手指堵住管口,将开口的一端置入盛有水银的槽中,再将装有硝酸和铜屑的另一根管子与装有水银的管子连接在一起。然后,他开始加热混合物质。
经过短时间加热,产生的无色气体将水银排出管外,管内充满了新的物质(一氧化氮)。普利斯特列小心地取出管子,打开管口,俯身一嗅。突然,他愣住了:一种挥发的无色气体,转眼间就变成了棕红色的蒸气,它的强烈气味很像硝酸,因此,他称它为“硝石空气”(实则二氧化氮)。他虽然未能制得“活命空气”,却发现了两种新气体:一氧化氮和二氧化氮。
他继续试验,又发现了许多新气体,普利斯特列给它们定名为“碱空气”(氨)、“盐酸空气”(氯化氢)以及二氧化硫等。此后多年,普利斯特列一直在研究气体,并写成了《论各种不同的气体》一书,大大丰富了气体化学。
98.舍勒制取氧气
舍勒一生对化学贡献极多,其中最重要的是发现了氧,并对氧气的性质做了很深入的研究。
舍勒发现氧的时间始于1767年对亚硝酸钾的研究。起初,他通过加热硝石得到一种他称之为“硝石的挥发物”的物质,但对这种物质的性质和成分,他尚不能解释。
为了深入研究这种现象,舍勒废寝忘食。他曾对朋友说:“为了解释这种新的现象,我忘却了周围的一切,因为假使能达到最后的目的,那么,这种考察是何等的愉快啊!而这种愉快是从内心中涌现出来的。”舍勒反复多次做了加热硝石的实验,他发现,将硝石放在坩埚中加热到红热时,会放出气体,而加热时放出的干热气体,遇到烟灰的粉末就会燃烧,放出耀眼的光芒。这种现象引起舍勒的极大兴趣,“我意识到必须对火进行研究,但是我注意到,假如不能把空气弄明白,那么,对火的现象则不能形成正确的看法。”舍勒的这种观点已经接近“空气助燃”的观点。
舍勒正式发现氧气是在1773年以前,比普利斯特列发现氧气要早一年。他制取氧气的方法比较多,主要有:加热氧化汞;加热硝石;加热高锰酸钾;加热碳酸银、碳酸汞的混合物。
舍勒将这些实验结果整理成一本书,书名叫《火与空气》,此书书稿1775年底送给出版家斯威德鲁斯,但一直到1777年才出版,书稿在出版社压了两年。舍勒发现氧的优先权,因出版商的耽误而被人夺去了,但化学界仍承认他是氧的独立发现人。
舍勒认为化学“是尊贵的学问,是奋斗的目标。”舍勒逝世后,人们为了纪念他在化学上的成就,在科平城和斯德哥尔摩为他建立了纪念塑像。
99.化学界的“伟大建筑师”拉瓦锡
1789年,随着法国资产阶级大革命爆发,化学家拉瓦锡的历史名著——《化学概论》也出版了。
在《化学概论》中,拉瓦锡第一次用清晰的语言将质量守恒定律表达出来,用实验进行了验证,“无论是人工的或是自然的作用都没有创造出什么东西。物质在每一化学反应前的数量等于反应后的数量,这可以算是一个公理”。拉瓦锡的发现很快被各国科学家所接受,在科学界广为传播,产生了深远的影响。
为什么拉瓦锡能发现质量守恒定律呢?重要原因是他有正确的科学思想,他坚信“无中不能生有”这一深刻的物质观。拉瓦锡喜欢在实验中使用天平,重视对物质变化中的质量测定,从量的变化中发现规律,从量的变化中求得质的认识。后人曾评价说:拉瓦锡不仅用称量证明他的化学反应过程中质量不变的思想,还在实验中特别注意不使物质(尤其是气体物质)受到损失,这是他研究方法的一大特点。
另外,拉瓦锡的成功,还在于他强调实验就是认识的基础,他的座右铭是“不靠猜想,要靠事实”、“思想是事实的化身”、“没有充分的实验根据,我从不推导严格的定律”,这是他研究工作的准绳。
总之,拉瓦锡的伟大之处就在于,他能继承别人的实验事实,用定量的测定加以补充,通过严格的逻辑推理,得出明确的结论,建立新的概念,发现新的定律,再对化学现象作出正确解释。正如化学史家柏廷顿所说,拉瓦锡是化学界一位善于编排和组织的“伟大建筑师”。
100.道尔顿研究原子
约翰·道尔顿幼年时家贫,没有钱上学,但他以惊人的毅力,自学成才。道尔顿既具有敏锐的理论思维头脑,又具有卓越的实验才能,尤其是在对原子的研究方面取得了非凡的成果。他被称为“近代化学之父”,是近代化学的奠基人。
1799年,为了把大部分精力投入到科学研究中,道尔顿离开了学院。他在几个富人家里做私人教师,每天教课时间不超过两小时。这样,既能谋生又保证了他的科研工作。他很重视气体和气体混合物的研究。
道尔顿找到两种很容易分离的气体,分别测量了混合气体和各部分气体的压力。结果很有意思,装在容积一定的容器中的某种气体压力是不变的,引入第二种气体后压力增加,但它等于两种气体的分压之和,两种气体单独的压力没有改变。道尔顿由此做出一个重要的结论:气体在容器中存在的状态与其他气体无关。用气体具有微粒结构来解释就是,一种气体的微粒或原子均匀的分布在另一种气体的原子之间,因而这种气体的微粒所表示出来的性质与容器中没有另一种气体一样。从那以后,道尔顿开始研究更多关于原子的问题。
1804年以后,道尔顿又对甲烷和乙烯的化学成分进行分析和实验。在这次实验中,他发现了倍比定律:相同的两种元素生成两种或两种以上的化合物时,若其中一种元素的质量不变,另一种元素在化合物中的相对重量成简单的整数比。道尔顿认为,倍比定律既可以看作是原子论的一个推论,又可以看作是对原子论的一个证明。
1808年,道尔顿的化学著作《化学哲学的新体系》正式出版。书中详细记载了道尔顿的原子论的主要实验和主要理论。自此,道尔顿的原子论正式问世。
原子论建立以后,道尔顿名震英国乃至整个欧洲。他相继被选为柏林科学院名誉院士、慕尼黑科学院名誉院士、莫斯科科学协会名誉会员,还得到了当时牛津大学授予科学家的最高荣誉——法学博士。
101.阿佛加德罗提出分子假说
意大利化学家阿佛加德罗是第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成的人。他的分子假说奠定了原子分子论的基础,推动了物理学、化学的发展,对近代科学产生了深远的影响。那么,阿佛加德罗是在什么情况下,提出了分子假说的呢?
在英国化学家道尔顿正式发表科学原子论的第二年,法国化学家盖-吕萨克提出了一个新的假说:在同温同压下,相同体积的不同气体含有相同数目的原子。当道尔顿得知盖-吕萨克的这一假说后,立即公开表示反对。因为道尔顿在研究原子论的过程中,也曾作过这一假设,后来被他自己否定了。他认为不同元素的原子大小不会一样,其质量也不一样,因而相同体积的不同气体不可能含有相同数日的原子。双方展开了学术争论。
他们都是当时欧洲颇有名气的化学家,对他们之间的争论,其他化学家不敢轻易表态。 但阿佛加德罗对这场争论发生了浓厚的兴趣。1811年,他写了一篇题为:“原子相对质量的测定方法及原子进入化合物的数目比例的确定”的论文,在文中,他首先声明自己的观点来源于盖·吕萨克的气体实验事实。接着,他明确地提出了分子的概念,认为单质或化合物在游离状态下能独立存在的最小质点称作分子,单质分子由多个原子组成,他修正了盖-吕萨克的假说,提出:“在同温同压下,相同体积的不同气体具有相同数目的分子。”“原子”改为“分子”的一字之改,正是阿佛加德罗假说的奇妙之处。这一假说,后来被称为“阿佛加德罗定律”。
102.盖-吕萨克的升空探索
盖-吕萨克是法国著名的化学家,他不仅思维敏捷、实验技巧高超,而且有很强烈的事业心。为了考察不同高度的空气组成是否一样,盖-吕萨克曾冒险乘坐气球升入高空进行观察和实验。
1804年8月的一天,天气晴朗、万里无云,炎热的天气中不见一丝微风。盖-吕萨克和自己的好友、法国化学家比奥用浸有树脂的密织绸布做成一个巨大的气球,里面充进氢气。盖-吕萨克与比奥坐进了气球下面悬挂的圆形吊篮里。气球徐徐上升,他们挥手同欢呼的送行者们告别。
他们在缓慢上升的气球吊篮里,忙着进行空气样品的采集,不断测量地磁强度。紧张的工作使他们顾不上由于高空反应带来的头昏、耳痛等身体不适。他们冻得浑身发抖,仍顽强地坚持这次考察活动,终于取得了大量第一手资料。但是,盖-吕萨克对首次探险的收获并不满足。一个半月以后,他单身进行了第二次升空探索。
为了减轻负荷,提高升空高度,盖-吕萨克尽量轻装。当气球升至7016米时,他毅然将椅子等随身物件扔了下来,使气球继续上升。正在田间劳作的人们看到天上纷纷落下许多东西,都不清楚究竟发生了什么事。这一次,盖-吕萨克创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。
两次探测的结果表明,在所到的高空领域,地磁强度是恒定不变的。他们所采集的空气样品,经分析证明,空气的成分基本上相同,但在不同高度的空气中,含氧的比例是不一样的。
1808年,他发表了气体反应体积比定律,也就是盖-吕萨克定律:参加同一反应的各种气体,在同温同压下,其体积成简单的整数比。这个定律对以后的化学发展影响很大。
103.戴维发现化学新元素
汉弗莱·戴维出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村。当他读完小学后,父亲送他到彭赞斯城读书,寄养在外祖父家。在城里有一件新鲜事吸引了他,那就是医士配制药物时物质的各种奇异变化。
此后,他时常偷偷躲入顶楼,用碗、杯、碟作器具,学着做起实验来。他偶尔会在实验中惹了麻烦,遭到外祖父的训斥,但这丝毫也没有减弱他对化学实验的热爱。
1806年,他采用新的电解的方法研究化学元素。开始时,他用苛性钾的饱和溶液进行电解,但是并未分离出金属钾,只是把水分解了。戴维决定改变这种做法,电解纯净的苛性钾,但是干燥的苛性钾并不导电。他又将苛性钾烧至熔化,接通电流后,阴极白金丝周围很快出现了燃烧得很旺的淡紫色火苗。戴维还是一无所获。他冷静思考后,判断苛性钾的确分解了,但分解产物在高温下又立刻烧掉了。
后来,戴维在密闭的坩埚中电解潮湿的苛性钾,终于得到了一种银白色的金属。戴维将它投入水中,开始时它在水面上急速转动,发出嘶嘶的声音,然后燃烧,放出淡紫色的火焰。他确认自己发现了一种新的金属元素。
由于这种金属是从钾草碱中制得的,所以,戴维将它定名为“钾”。从那以后,他又用电解的方法制得了金属钠、镁、钙、锶、钡和非金属元素硼,成为化学史上发现新元素最多的人。
104.维勒偶然合成人工尿素
现在,尿素早已在农业生产上大量使用。科学家们也已创造出数以百万计的碳氢化合物,而且每天都在增加新的品种。有机合成化学工业的产品几乎影响到人们生活的每一个角落。可是,谁会想到,人类第一次合成出有机化合物纯粹是偶然事件。
弗里德里希·维勒是德国化学家。他幼时喜欢化学,尤其对化学实验感兴趣。他求学期间,既攻医学也学化学,但他的主要精力却是放在无机化学方面。
在某一次化学实验中,维勒把氰酸和氨放在一起,创造出一种由一个碳原子、一个氧原子、两个氮原子和四个氢原子组成的白色物质。维勒注意到,曾有一个化学家发现过一种物质,原子种类和个数与他所创造的物质相同,但颜色却是蓝的。
两种不同物质的原子种类与数目完全相同,这在当时被认为是不可能的,但实际上却发生了。因此,维勒重复了实验,再一次得到薄薄的白色结晶,证明了自己所创造的物质是与那位化学家发现的物质并不相同。但是这是什么物质呢?维勒认为这就是早年他学医时,从人们小便中分离出来的尿素。可是,当时人们认为尿素是不能人工制造的,但维勒却在这件偶然发生的事上看到了别人忽视的实质现象。
维勒将硝酸加进自然的尿素和他所创造出的白色物质中,得到的结果完全相同。他确信自己成功地做出了前人未能做的事——人工合成尿素。对于这件伟大发明,他在论文中承认,他预先并没有想到会取得这样大的成果。
105.贝采里乌斯提出新概念
琼斯·雅可比·贝采里乌斯是瑞典化学家,现代化学命名体系的建立者,硅、硒、钍和铈元素的发现者,他与道尔顿和拉瓦锡并称为“现代化学之父”。
贝采里乌斯也是开创有机化学研究领域的杰出化学家。1814年,贝采里乌斯通过精确的实验证实,有机物也遵守定组成定律。从那以后,他开始对有机物进行深入研究。
他最早引用了“有机化学”的概念。但由于当时科学条件限制,有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物,即只能从有机物制造有机物。这给了人们一种错觉,似乎有机物均属“有生机之物”或“有生命之物”,并只有在一种非物质的“生命力”的作用下才能形成,而不能在实验室里用化学方法合成。这种“生命力论”束缚了有机化学的发展。
当维勒人工合成尿素之后,贝采里乌斯受到了极大的启发。他想到自己也曾发现过雷酸银和氰酸银,这是两种组成相同而性质不同的物质,当时误认是由于实验误差造成的。在维勒之后,他发现酒石酸和葡萄酸也有类似情况,于是,他认为必须提出一个新概念。他说:“我建议把相同组成而不同性质的物质称为‘同分异构’的物质。”同分异构现象的发现以及从理论上的阐明,是在物质组成和绪构理论发展中迈出的重要一步,它开始了分子结构问题的研究,促进了有机化学的发展。
106.古德伊尔改良橡胶制品
生活中,橡胶制品很常见,大到汽车轮胎、游泳圈,小到外科医生手术用的超薄的橡胶手套,还有小学生常穿的雨鞋。但是,最初的橡胶制品没有现在这么优良。那么,是谁改良了橡胶制品呢?他就是查尔斯·古德伊尔。
古德伊尔30岁前曾帮父亲经营五金业,后来破产。于是,他改行制作和改良橡胶产品,并为此专心致志、坚韧不拔地奋斗。
最初的橡胶都是没有经过硫化的生橡胶,人们几乎不知道它有什么正当的用处,稍有商业价值的是做涂擦铅笔字迹的橡皮。到了1823年,苏格兰人查尔斯·麦金托什利用它的气密性涂在布上制雨衣。但由于生橡胶的固有缺陷,一到热天就变软、发粘,到冷天又变硬,产品并不理想。
古德伊尔曾用生橡胶制作橡胶高筒靴,这种高筒靴在冬季非常好用,可是一到夏季便发粘变皱。一般的经营主遇到这种情况马上会甩手不干,迅速改行。但古德伊尔决心改进橡胶质量。
有位好心的药剂师赠送他几种药剂,让他进行橡胶的改质研究。当时的有机化学尚处于摇篮期,橡胶的化学结构非常复杂,他没有化学基础知识,只能像当时一些搞橡胶研究的人一样,边摸索边干。
最初,他成功地用氧化镁和石灰水对橡胶进行处理,使橡胶的表面光滑、美观。但问题是,这种橡胶一接触到醋和酸,其光滑的表面便会溃烂。
1839年2月,他将橡胶和硫磺、松节油混溶在一起,将其倒入带把的锅内,边拿着锅,边和朋友交谈。突然,锅从手中脱落,锅中的混合物掉在烧得通红的炉子上。这块橡胶本应受热后溶化,但并未溶化,仍保持原态,最后烧焦。他对这次偶然事件并未放过。他认为:这种烧焦的过程,如果在适当的时候能予以制止的话,那一定会形成不粘的橡胶混合物。
他反复进行了多次试验。为了获得最佳性质的橡胶,他对掺入橡胶的比例、加热到多少温度、何时停止加热等方法弄得一清二楚。在此期间,他试制出了几十种橡胶产品。最终确立了橡胶加硫的新方法,制作出品质优良的橡胶制品,他被称为“橡胶制品的鼻祖”。
107.李比希的“错误之柜”
尤斯图斯·冯·李比希是德国化学家,他最重要的贡献在于农业和生物化学,他被称为“化学之父”。他还发现了氮对于植物营养的重要性,因此也被称为“肥料工业之父”。
取得过很多成就的李比希也曾在科研上犯过粗心的错误。在著名化学家巴拉尔发现元素溴的前4年,李比希曾收到一瓶棕红色的液体,是一位德国商人给他的,据说是海藻灰的滤液。商人希望李比希能分析说明这瓶液体的成分。以当时李比希的实验设备和实验技术,完全有条件从这瓶液体中发现新元素溴。但是,李比希根本就没有做认真的化学分析,只用肉眼看了看,就匆忙断定,瓶中之物是“氯化碘”。然后,他就将这瓶液体放在柜子里,一放就是四年。
1826年8月,巴拉尔宣布发现了新元素溴,这种元素性质介于氯和碘之间,这一发现震惊了化学界。李比希看到了巴拉尔的报告以后,顿时想起四年前被他放到柜子里的那瓶“氯化碘”。他赶紧翻箱倒柜,找出了那瓶棕色液体,认真地进行了化学分析,分析结果使他激动又痛心。
原来,那瓶棕色液体既不含有氯,也不含有碘,更不是他猜测的“氯化碘”,其成分正是巴拉尔发现的新元素溴。如果4年前,李比希采取严格的科学态度,认真分析那瓶棕色液体,那么发现元素溴的不是巴拉尔,而将是李比希。
李比希与一个重大的科学发现失之交臂,他懊悔极了,恨自己粗心大意,恨自己进行了大半辈子的化学研究,却缺乏严格的科学态度。为了警诫自己,他将那瓶棕色液体放在原来的柜子里,并将柜子搬到大厅中,在上面贴上一个工整的字条——错误之柜。李比希要用“错误之柜”警惕自己,教育学生。
108.巴拉尔发现溴
1802年9月30日,巴拉尔出生于法国的蒙彼利埃。他出身于一个普通的家庭,父母都是制酒的,但他的教母发现他很聪明,因此一心培养他,让他受教育。
1824年,巴拉尔将从大西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜烧成灰,然后用水浸取得到了一种灰汁。他往灰汁中加入氯水和淀粉,溶液就分成了两层。溶液的下层显蓝色,这是因为淀粉与溶液中的碘生成了加合物;上层显棕黄色,这是一种从未被别人观察到的现象。
对于这样的现象,巴拉尔认为可能有两种解释:第一,氯与灰汁中的碘形成了化合物;第二,上层的棕黄色溶液中含有一种新元素,可能是氯从灰汁中将它置换出来的。于是,巴拉尔采用种种方法,企图将这种物质分解,但都没有获得成功。巴拉尔断定这种物质不是氯化碘,而是一种与氯和碘都相似的新元素。
巴拉尔又发现,如果用乙醚和苛性钾与这种棕黄色溶液一起充分振荡(其中的溴已变成溴化钾),再往其中加入浓硫酸和二氧化锰,将此混合物蒸馏,就会产生一种红棕色的气体,它被冷凝以后,成为一种液体。根据这种现象,巴拉尔推断这是一种在室温下呈液态的元素,他将这种元素定名为muride。
法国科学院于1826年8月审查了巴拉尔的新发现,由盖-吕萨克等3位著名的化学家共同审查。他们不赞成使用muride这个名称,而将它改称bromine(中译名为溴),含义是恶臭。最后,他们签署了意见:“关于溴是否是一个极简单的个体,今日我们更有知道的必要,我们已经做过的不多几次的实验也许还不足以证明它确实是极简单的个体,然而我们认为至少是很有可能的。巴拉尔先生的报告作得很好,即使将来证明溴并不是一个单体,他所罗列的种种结果还是能够引起人们绝大的兴趣的。总之,溴的发现在化学上实为一种重要的收获,它给了巴拉尔在科学事业上一个光荣的地位。我们认为这位青年化学家完全值得受到科学院的鼓励。”
109.本生创立光谱分析法
1852年,著名化学家罗伯特·威廉·本生在海德堡任教授,从事化学教学和研究。本生很擅长做实验仪器,他制成了本生电池、水量热计、蒸气量热计、滤泵和热电堆等实验仪器。
他研制的实验煤气灯,后来被称为“本生灯”,一直到现在,许多化学研究人员在实验室中还使用这种灯。不同成分的化学物质,在本生灯上的烧时,出现不同的焰色,这一点引起他极大的注意,成了他以后建立光谱分析的机遇。
本生在他发明的灯上的烧过各种化学物质,他发现,钾盐灼烧时为紫色,钠盐黄色,锶盐洋红色,钡盐黄绿色,铜盐蓝绿色,钙盐砖红色。起初,他认为,他的发现会使化学分析极为简单,只要辨别一下它们的烧时的焰色,就可以定性地知道其化学成分。但后来经过研究发现,事情绝不那样简单,因为在复杂物质中,各种颜色互相掩盖,使人无法辨别,特别是钠的黄色,几乎把所有物质的焰色都掩盖了。本生又试着用滤光镜把各种颜色分开,效果比单纯用肉眼观察好一些,但仍不理想。
1859年,本生和物理学家基尔霍未开始共同探索通过辨别焰色进行化学分析的方法。他们决定制造一架能辨别光谱的仪器。他们将一架直筒望远镜和三棱镜连在一起,设法让光线通过狭缝进入三棱镜分光,这就是第一台光谱分析仪。
“光谱仪”安装好以后,他们就用它系统地分析各种物质,本生负责烧各种化学物质,基尔霍夫负责观察、鉴别和记录。他们发现用这种方法可以准确地鉴别出各种物质的成分。
1860年5月,本生和基尔霍夫用他们创立的光谱分析法,在狄克海姆矿泉水中,发现了新元素铯;1861年2月,他们在分析云母矿时,又发现了新元素铷。此后,光谱分析法被广泛采用。1861年,英国化学家克鲁克斯用光谱法发现了铊;1863年德国化学家赖希和李希特也是用光谱法发现了新元素铟,以后又发现了镓、钪、锗等。
110.热衷于研究炸药的诺贝尔
闻名世界的“诺贝尔奖”是以一个人的名字命名的,他就是瑞典化学家、发明家和炸药的发明者——诺贝尔。
诺贝尔的父亲是一位颇有才干的发明家,倾心于化学研究,尤其喜欢研究炸药。受父亲的影响,诺贝尔从小就表现出顽强勇敢的性格,他经常和父亲一起去实验炸药。多年随父亲研究炸药的经历,也使他的兴趣很快转到应用化学炸药方面。
1862年夏天,诺贝尔开始研究硝化甘油。这是一个充满危险和牺牲的艰苦历程,死亡时刻都在陪伴着他。他在一次进行炸药实验时,发生了爆炸事件,实验室被炸的无影无踪,5个助手全部牺牲,连他最小的弟弟也未能幸免。此后,政府不准诺贝尔在市内进行实验。
诺贝尔将实验室搬到市郊湖中的一艘船上继续实验。经过反复实验,诺贝尔发明了硝化甘油炸药。当时,矿山开发、河道挖掘、铁路修建及隧道的开凿,都需要大量的烈性炸药,所以,硝化甘油炸药的问世受到了普遍的欢迎。但是,这种炸药本身有许多不完善之处。存放时间一长就会分解,强烈的振动也会引起爆炸,在运输和贮藏的过程中曾经发生了许多事故。针对这些情况,瑞典和其他国家的政府发布了许多禁令,禁止任何人运输诺贝尔发明的炸药,并明确提出要追究诺贝尔的法律责任。
面对这些考验,诺贝尔没有被吓倒,他又在反复研究的基础上,发明了以硅藻土为吸收剂的安全炸药,这种被称为“黄色炸药”的安全炸药,在火烧和锤击下都表现出极大的安全性。这使人们对诺贝尔的炸药完全解除了疑虑,诺贝尔再度获得了信誉,炸药工业也很快地获得了发展。
在安全炸药研制成功的基础上,诺贝尔又开始了对旧炸药的改良和新炸药的生产研究。两年以后,一种以火药棉和硝化甘油混合的新型胶质炸药研制成功。这种新型炸药不仅有高度的爆炸力,而且更加安全,既可以在热辊子间碾压,也可以在热气下压制成条绳状。
胶质炸药的发明在科学技术界受到了普遍的重视。诺贝尔在已经取得的成绩面前没有停步,当他获知无烟火药的优越性后,又投入了混合无烟火药的研制,并在不长的时间里研制出了新型的无烟火药。
诺贝尔一生的发明极多,获得的专利有200多种,其中仅炸药就有100余种。在他生命的垂危之际,他仍念念不忘对新型炸药的研究。
111.门捷列夫与化学元素周期表
门捷列夫是著名的化学家,他从小热爱劳动,喜爱大自然,学习勤奋。23岁时,他成为彼得堡大学最年轻的一位副教授。
当时,大多数科学家都热衷于研究物质的化学成分,尤其是醉心于发现新的元素,对化学变化数量方面的知识远远超过对其本质方面的研究。门捷列夫认为:单纯地收集和积累事实不是科学的方法。他确信杂乱无章的现象绝不是自然的本来面目,只是人们对它的规律性还缺乏认识而已。他决心找出化学元素性质变化的规律。
面对当时已知的63种元素,他经过反复探索和比较,发现只有按照元素的原子量来编排元素是最理想的。接着,他又确定用元素的化合价,来比较元素的性质。
门捷列夫做了很多卡片,在每一张卡片上都写上了元素的名称、原子量、化合物的化学式和主要性质。之后,他把卡片加以系统整理。他先是把卡片分成3组,按元素的原子量大小排列,但毫无结果。
他打乱了这种组合,又把它们排成几行,再把各行中性质相似的元素排成横行,这一次,出现了完全没有料到的情况。每一行元素的性质都是按照原子量的增大而自上而下地逐渐变化着。门捷列夫在化学元素符号的简单排列中发现了规律,他把其他工作都放到了一旁,集中力量解决元素的排列问题。
1869年,门捷列夫正式发表了世界上第一张化学元素周期表,取得了具有划时代意义的重要发现。门捷列夫的周期表一印再印,仍供不应求。一些反对过他的人也向他道贺:“俄国科学界随着您闻名世界了!”
荣誉和赞扬纷至沓来。世界上许多著名的大学和学术团体授予他荣誉称号,一些著名的国家科学院选举他为本院的院士,他还荣获了戴维金质奖章。门捷列夫成了举世闻名的化学家。
112.尊重事实的范特霍夫
1901年,诺贝尔化学奖的第一道灵光降临在荷兰化学家范特霍夫身上。这位一生痴迷实验的化学巨匠,不仅在化学反应速度、化学平衡和渗透压方面取得了骄人的研究成果,而且开创了以有机化合物为研究对象的立体化学。
在科学研究中,范特霍夫始终以尊重事实为第一规则。而他能在化学领域中取得成功,很重要的原因就是他尊重事实。过去的有机结构理论认为有机分子中的原子都处在同一个平面内,这一理论与很多现象是矛盾的,使很多现象都无法得到合理的解释。范特霍夫通过多次精心的实验,首先提出了碳的四面体结构学说,与旧的有机结构理论相抗衡。
新的理论遭到了当时一些权威人士的反对,德国的有机化学家哈曼·柯尔比就是其中一个。这位老科学家撰文将范特霍夫斥责了一顿。不仅如此,他还不远千里,从德国来到荷兰,要和范特霍夫一见高下。
当柯尔比气势汹汹地冲进范特霍夫的办公室时,范特霍夫已经恭恭敬敬地等候他了,范特霍夫相信自己有足够的事实证据使这位老先生信服他的理论。待柯尔比的火气稍稍减退之后,范特霍夫平心静气地向他陈述了自己的观点,条理清楚、论证有力。范特霍夫讲完后,非常诚恳地请柯尔比用事实来批评自己的理论。
这位老权威暗暗吃了一惊,他觉得眼前这个年轻人不可小视,讲述观点时有条有理,论证时周密严谨,很有大家风范。至此,柯尔比被折服了,刚来时的火气完全消失了,他还力邀范特霍夫去普鲁士科学院工作。
范特霍夫就是凭着实事求是的态度,让人们心悦诚服地接受他的理论。他永远都注视着事实,他的视野里只有这一样东西。
113.奥斯特瓦尔德制作烟花
奥斯特瓦尔德是德国著名的化学家,也是物理化学这一学科的创始人之一。
11岁时,奥斯特瓦尔德偶尔看到一本制作烟花的书。书中提到的化学药品除惯用名和学名外,还标注了化学式。奥斯特瓦尔德向老师询问化学式的意义,老师只是告诉他,到五年级时就会明白的。他只好在无人指导的情况下自己动手摸索、制作烟花。
父母对他的举动都很支持。母亲把省下的零用钱全交给他,让他购买硝石、硫磺、锑等化学药品,还把厨房的研钵、筛子、器皿让给他用。父亲将地下室的一间屋子腾了出来,供他实验。
即使这样,他还是没有足够的钱去购买用于制取浓硝酸的曲颈瓶、玻璃管等器具。奥斯特瓦尔德一方面利用寒假到建筑工地干零活挣钱,一方面作贴花画筹措铜币。在备足了起码的药品和仪器后,他按照书中的说明和图示精心操作、反复试验,终于成功地制出了他渴望已久的烟花。望着五彩缤纷的焰火冲向夜空,奥斯特瓦尔德真是喜出望外。
制作烟花的成功,鼓舞了奥斯特瓦尔德,引发了他对化学实验的兴趣。在实验的过程中,他不仅提高了实验化学的技能,而且在实验的过程中悟出了一些书上没有讲的,解决问题的途径和简便方法,这些活动使奥斯特瓦尔德一生受益匪浅。
114.能斯特提出热力学第三定律
化学热力学,主要是吉布斯和范特霍夫在19世纪后半期建立起来的,这一领域后来由德国化学家W·能斯特于1906年提出的热力学第三定律而得到发展。
1906年,能斯特在研究低温条件下物质的变化时,将热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中,发现了一个新的规律,这个规律被表述为:“当绝对温度趋于零时,凝聚系(固体和液体)的熵(即热量被温度除的商)在等温过程中的改变趋于零。”1912年,能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理:“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。”这就是热力学第三定律。
当时,要想检验这一定律的有效性是不容易的。能斯特不得不亲自收集大部分必需的数据,花了很长的时间才证明他的理论是正确的。这一理论对化学的发展有重要的意义。由于在热力学方面的成就,能斯特获得了1920年诺贝尔化学奖。
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