除开危险性,化学探索和化学发现都是浪漫的经历。在摆弄危险的物质时,我感觉到了童年的欢乐。当从书上读到以前的化学家遭逢的各种意外,我感到很吃惊。很少有博物学家被野生动物吞食掉或者被有害植物和昆虫害死;也很少有物理学家因为观看天空而丧失视力或者从屋顶跌下摔断腿;但是在做化学实验时,有很多化学家丧失了视力、失去腿甚至是生命。早期的磷研究者都曾将自己严重烧伤。本生在研究卡可基氰时,在爆炸中丧失了右眼的视力,并且还差一点丧生。后来的几名实验者,比如莫瓦桑试着在高温高压条件下将石墨变成钻石,由此差点把他自己和助手炸得粉身碎骨。他们受到了很大的打击,而他们同行的日子也不好过。汉弗莱·戴维是我崇拜的偶像之一,他差点就因吸入一氧化二氮窒息而死,他还中过氧化氮的毒,他的肺因为氢氟酸而灼伤。戴维还做过极易发生爆炸的三氯化氮实验,很多人在这种实验中失去了手指头和眼睛。他发现了使用氮和氯结合的新方法。这是他去拜访一位朋友时做的实验,突然引起了剧烈的爆炸。在这次爆炸中,戴维的眼睛受到伤害,丧失了部分视力,过了四个月才完全恢复。(没人告诉我们这次爆炸对他朋友家造成的损失。)
《元素大发现》一书用了很多篇幅来讲述“在研究氟的过程中牺牲的人”。尽管在18世纪70年代的时候就已经把氯元素从氢氟酸中分离出来了,但是与氯密切相关的一种更为活跃的元素--氟却很难得到。我从书上看到所有的早期实验者都曾经饱受被氢氟酸毒害的痛苦,在实验过程中,至少有两人丧生。经过了差不多一个世纪的危险尝试后,氟才在1886年的时候被分离出来。
读到此类历史的时候我被深深地吸引住了,不管结果如何,我很想立即就用氟做实验。氢氟酸是很容易得到的,戴维舅舅为了制造磨砂灯泡,使用了大量的氢氟酸,并且我在舅舅位于霍斯顿的工厂中看见过很多用大玻璃瓶装的氢氟酸。当我把“氟烈士”的故事讲给我父母听的时候,他们不再让我在屋里做氟的实验。父母作出的让步就是在我的实验室里放着一瓶覆盖着马来胶的小金属瓶盛着的氢氟酸,但是我很害怕,所以从未打开过这个瓶子。
后来回想起这些事的时候,我对能轻易得到这么危险的化学材料一事感到很吃惊。格里芬(和其他书的作者)总是轻描淡写地说可以使用剧毒物质。一段时间后,我没费什么力气就从药剂师的药房里找到了氰化钾。氰化钾主要被用来置于杀虫瓶中杀死昆虫,但如果不小心,自己的小命就可能被送掉了。几年中,我收集到了很多化学物质,多到可能糊里糊涂把整条大街都炸掉或是把附近的人都毒死。但是我非常小心--或者说是幸运。
实验室里有些气味臭不可闻,比如氨的气味或者是二氧化硫或硫化氢的气味,相比之下,外面花园的暗香和厨房里食物的味道就很令人舒服了。什么让咖啡变得那么浓香?丁香、苹果和玫瑰里的重要物质是什么?什么东西让洋葱、大蒜和萝卜具有那么刺鼻的气味?说到这一点,是什么使橡胶有一种特殊的气味?我特别喜欢热橡胶的气味,对我来说,这种气味好像具有少许的人情味(后来我了解到,橡胶和人的皮肤都含有会发出香味的异戊二烯)。黄油和牛奶过期的时候,为什么会变酸?什么东西让松节油那么好闻?除了这些自然味道之外,还有我爸爸在外科手术中使用的酒精和丙酮的味道,以及我妈妈产包里的氯仿和乙醚的味道。还有一种温和的、让人愉快的药物碘仿的味道。这些是用来消毒的。刺鼻的石碳酸是用来清洁厕所的(它的商标上有骷髅旗)。
植物各个组成部分的气味好像可以被蒸馏:叶子、花瓣、根以及树皮。我想用蒸馏的办法提取出一些精油,于是就从花园中采来了玫瑰花瓣、玉兰花和青草,并把它们一起放进水里煮。当它冷却、凝结之后(尽管沉重的褐色香精油比如洋葱或大蒜的会沉到底部),精油就在最上层。人们还可以用脂肪--乳脂和鸡脂--来提炼香油。这个过程也可使用丙酮或乙醚等溶剂。我的整个提取过程不是很成功,但是却成功地制成了一些薰衣草香露,并能用丙酮提取出丁香油和肉桂油。当我去参观汉普特斯西斯公园时,收获颇多,我收集到很多袋松针,并且从中提取出很多清新的松节油,它的气味让我想起了安息香酊。我感冒的时候,总会闻一闻安息香酊。
我喜欢水果和蔬菜的味道,在开始吃之前,我喜欢欣赏一下,闻闻它们的味道。我们的花园里有一棵梨树,我妈妈会把梨做成浓稠的蜜膏,如此梨的味道好像更加浓郁。但是我曾经看过书,说梨的味道也可以人工合成(与梨形糖果的做法一样),根本就不需要用梨,只需要用一种醇类就可以了,比如乙基、甲基或者戊基酒精等物质,在其上滴入醋酸蒸馏,就能形成各种香醋。像乙酸乙酯这么简单的东西可以产生难以名状的、好闻的梨的味道,这一点让我很是吃惊。而一点小小的化学变化就可以变出其他水果的味道:比如将乙基转化成异戊酯,人们可以得到熟透了的苹果的味道。其他小的改变也可变出香蕉、杏、菠萝或者葡萄等水果香料。这是我第一次体验到化学合成的魔力。
除了好闻的水果味外,还有很多难闻的味道。可以非常容易地用简单的材料来合成这些味道,或者直接从植物中提取出来。有时伦恩姨妈会教给我这些知识,她有着很渊博的植物学知识,给我介绍了一种名叫狗尿菜的植物。它是藜科的一种,臭臭的。如果用碱性溶液(我用的是苏打)来蒸馏,就能产生一种难闻的气味,如同腐烂的蟹或是鱼的味道。这就是三甲胺的气味,它的构成相当简单,而我原来以为死鱼散发的味道会有非常复杂的组成。伦恩姨妈告诉我,美洲有一种叫做臭菘的植物,会发出一种闻起来像死尸或者死鱼一般的味道。我问姨妈是不是可以给我弄来一些这样的植物,她说没办法,这也许是一件非常幸运的事情,免得真的被臭死了。
这样的气味激励着我去搞一些恶作剧。每周五妈妈总会买些新鲜的鱼,如鲤鱼和狗鱼,把这些鱼磨成粉来制作鱼丸,准备让大家在安息日的时候享用。一个周五,我往鱼里放了一点三甲胺,妈妈闻到这种气味的时候,一脸的苦相,把所有的鱼都扔掉了。
我对气味的兴趣使我想知道,我们应该怎样识别并划分气味,鼻子如何能够一下子将酯香、醛香和松香区分开来。我们不灵敏的嗅觉经常被拿来与狗的灵敏嗅觉比较。在家里老远的地方打开一个罐头,我们家那条名叫格里塔的狗也能嗅出那是不是它最喜欢的食物。尽管如此,人类的鼻子就像眼睛或者耳朵,还是有着复杂的化学分析器。气味没有一定的顺序,不像是乐符或者光谱的颜色;然而,鼻子却很厉害,能够根据气味的化学分子基本结构来做分类。所有的卤素化合物虽各有不同,却都有卤素特有的气味。氯仿闻起来非常像三溴甲烷(尽管不是完全一样),并且与四氯化碳(作为干洗剂出售)的气味很接近。大多数的酯都是成熟水果的气味。酒精是其中最简单的一种,不管怎样,酒精有酒味。醛类和酮类也有它们自己特有的气味。
气味类似难免引发误会。戴维舅舅告诉我,二氯化碳这种在“一战”中使用的可怕的毒气,却像新割的稻草一样,有一种令人迷惑的气味。这种甜美的带有乡村气息的味道让人想起了童年时代的秣草地,这是中了毒气的士兵们在临死之前闻到的最后的气味。
似乎难闻的化合物都含有硫(大蒜和洋葱的气味都来自两种相近而且简单的有机硫化物)。硫化物中最臭者乃硫醇。臭鼬的气味是因为丁硫醇,这是我从书上看到的,如果丁硫醇很稀薄,将是一种让人非常舒适的味道,但是一浓就臭得让人想逃之夭夭。(我多年之后读到赫胥黎的《滑稽的环舞》一书时,发现里边有一个讨厌的角色叫刘淳。刘淳,硫醇,我感到似曾相识的惊喜。)
考虑到所有有臭味的硫化物、有恶心气味的硒化物和碲化物,我认为这三类化合物应属同一类,可名之“臭素”。
在戴维舅舅的实验室中,我曾经闻到过一点硫化氢的气味,它闻起来像臭掉的鸡蛋或者是放屁的味道,有人告诉我,这也像火山的气味。制作这种物质的一种简单方法就是在硫化亚铁上浇上一些稀盐酸。(我通过加热铁和硫来制作硫化亚铁。)当我把盐酸浇在上面的时候,硫化亚铁开始冒泡,并立即产生很多令人窒息的硫化氢。我从屋里跑到花园中,走路的时候摇摇晃晃的,感觉非常不舒服,到现在我还记得住这种气体毒性有多么大。同时,恶魔般的硫化物(我制作了很多)还在放出毒烟,并且这些烟很快就弥漫到屋子里了。我父母居然容忍了我的这次实验,但是他们坚持,我再做这种实验的时候,一定要安装一个通风道,并减少试剂的用量。
当空气重新变得清新并安装上通风道以后,我决定制作其他的气体,像是把简单的氢化物和硫以外的元素结合在一起。我知道硒、碲很容易和硫结合,它们属于同一化学族。我采用了同样的方式:使硒或者碲与铁结合,然后再使硒化亚铁(或碲化亚铁)与酸起作用。如果说硫化氢的味道很难闻,那么硒化氢的味道比这难闻100倍,一闻到这种气味我就有一种莫名的恐慌,它让我窒息并使我流泪,让我想起烂萝卜或者是烂甘蓝。(那时候我很讨厌水煮或煮得太烂的甘蓝。在巴拉德菲尔德,我一天到晚都在吃这些玩意。)
我认为硒化氢的气味可能就是世界上最难闻的气味。碲化氢和它的气味很接近,也极难闻,好像是从地狱传出来的。我认为现代的地狱不能只有炙热的硫黄河,也应有沸腾的硒湖和碲湖。
几年之后,我读了约翰·赫塞的《广岛》,并且被他的语言感动:“当他走到丛林深处,看见了大约20个人。这20个人的悲惨遭遇都是一样的:所有人的脸都被烧毁了,眼窝深陷,已经熔化的眼睛里流出来的液体滑到面颊上。(当炸弹爆炸的时候,他们肯定仰起头看了。)”
我在后来的阅读中得知“调谐”最初是由18世纪的数学家欧拉首次提出的。欧拉认为物体之所以会有颜色,是因为它们表面上的“微粒”--原子,原子与不同频率的光调谐所致。一种东西看起来是红色的,是它的原子和照在上面的红色光线调谐的结果。不透明物体辐射的本质就是物体表面原子的振动。这些原子就像绷紧的弦,尽管没人弹拨,还是因空气中的某种振动而被“调谐”。物体表面的微粒和光线调谐后,就向各个方向发射出波。戴维·帕克在《眼中的火:从历史的角度探讨光的性质和含义》一书中这样阐述欧拉的理论:“我认为这是相信原子存在的人第一次提出它们有振动性的内部结构。在牛顿和波义耳的观念里,原子是又小又硬的球体的集合,欧拉的原子则很像乐器。他明察秋毫的能力在很晚之后才被发现,并且在被发现后,就没人记得这件事。”
当然,现在这些化学物质都买不到了,即使是学校或者图书馆也在被逐渐控制,使用那些危险性较小的试剂。莱纳斯·鲍林在他的自传中写到他是如何从当地的药剂师那里得到氰化钾的。“想想现在的情况多不一样。一个年轻人开始对化学感兴趣,并且有人给了这个年轻人一些实验材料。但是里边没有氰化钾,甚至没有硫酸铜和其他有趣的东西,因为所有有趣的化学物质都被认为是危险物质。因此,那些崭露头角的年轻研究者什么都做不了。齐格勒先生是我们家的朋友,想起他那么爽快地将近10克的氰化钾转交给我,我就感觉这是一件非常了不起的事情,那时我才11岁。不久之前,当我再次参观位于芬赤利的老建筑时,这座老建筑在50年前是格里芬的化学用品店,发现情况已今非昔比,那里那些卖化学制品和简单仪器的商店和供应商们都不复存在了。”