书城童书钨舅舅
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第6章 恋上金属(2)

这很不可思议,也让我非常吃惊,看到一块发亮的金属在那么短的时间内就转变成了一团氧化物,我还是有点害怕。这让我想到了咒语或者是符咒,有点像我在梦中看到的解体。这还让我将水银看成了恶魔、金属的破坏者。是不是没一种金属抵挡得了水银?

“别担心。”舅舅说,“我们使用的金属是非常安全的。如果我把这一小块钨放到水银里,它根本就不受任何影响。即使再过上一百万年,它还会和现在一样光亮。”在这样易变动荡的世界里,至少还有钨这样稳定的东西。

舅舅继续说:“你已经看到了,当表层被破坏的时候,铝很快就会和空气里的氧发生作用,接着就会形成这种白色氧化物,也就是氧化铝。这和铁生锈的过程很相似,铁锈是一种氧化铁。很多金属暴露在外的时候,都希望得到氧并与之发生作用,然后变成氧化物,从而失去光泽。有些金属甚至从水里吸收氧,所以你必须将它放在一个密封的管子里或者放在油里以避免它被氧化。”舅舅还让我看一些放在油瓶里的、表面有点白白的块状金属。他从瓶子里捞出了一块,并用他的袖珍折刀将其切开。看到这块金属那么柔软,我感到很吃惊,我从来没见过这样切金属的方式,而且切面光亮。舅舅说这就是钙,它非常活跃,从不以纯金属的形态存在于自然界,都是以化合物或者矿物的形式存在,要得到钙必须利用萃取法。舅舅说,多佛的白色悬崖大多是白垩,其他则是石灰岩--这些都是碳酸钙,只是形式不一样,碳酸钙是地壳的主要成分。在我们说话期间,钙已经彻底氧化了,它明亮的表面现在变成了暗淡的灰白色。舅舅说:“它慢慢就变成了石灰--氧化钙。”

舅舅在柜子前的介绍和演示早晚会回到他至爱的金属--钨。他说:“一开始的时候,没人意识到钨是一种多么完美的金属。在所有的金属中,钨的熔点是最高的。钨比钢还要硬,并且能耐高温--真是一种非常理想的金属!”

在舅舅的办公室里,有很多钨条和钨块。他用一些钨做镇纸,其他的虽然没有太多实际用途,但也能给其拥有者和制造者带来乐趣。通过比较,钢条甚至是铅都没有那么实在,好像有些孔洞,不够坚固。他还说:“这些钨块极密实。它们和武器一样具有杀伤力--比铅的杀伤力还要强。”

舅舅说,20世纪之初,人们试图制作钨弹。但是它们太硬了,不利于工作--尽管人们有时候用钨来做钟摆。如果有人想称地球的重量,天平的另一边必须是密度极大、极其密实的一块东西,戴维舅舅建议用钨球来测量。他说没有比这更好的方法了。舅舅计算过,直径61厘米的一个钨球,重量可达2270公斤。

舅舅告诉我,白钨矿(Scheelite)是钨矿石的一种。这种矿石是以瑞典伟大的化学家卡尔·威尔海姆·舍勒(Scheele)的名字来命名的,他第一次发现白钨矿里还有一种新元素。这种矿石密度极大,矿工们便把它们叫做“重石”或者钨;后来大家逐渐这样称呼这一新元素。橙色水晶中的白钨矿在紫外线的照射下会呈现出天蓝色的光泽。舅舅将白钨矿和其他荧光矿石放在他办公室一个专门的柜子里。十一月的晚上,灵顿路呈现出一片奇观。当舅舅打开他的伍氏灯的时候,柜子里的石头突然发出橘色、绿松色、深红色和绿色的耀眼光芒,真是五彩缤纷。

尽管白钨矿是钨的最大来源,但是刚开始时金属钨是来自名叫钨锰铁矿的矿石中。事实上,有时钨就被叫做钨锰铁矿,直到现在它的化学符号还是“W”。这一点让我非常高兴,因为我中间的名字是“Wolf”。钨矿和锡矿经常会紧密地结合在一起,钨的存在使得分离锡的过程更为困难。舅舅说,这就是为什么一开始的时候人们将其称为钨锰铁矿,因为钨像一匹饥饿的狼,把“锡”偷走了。我喜欢钨锰铁矿这个名字,喜欢它的锋利、动物的本性、猎食的召唤,如神秘的狼。这个名字也将钨舅舅和我紧紧联系在一起。

舅舅说:“在这里,自然界赐给你纯金属,比如金、银和铜。在南非和乌拉尔,自然界还会给你提供铂。”舅舅从他的柜子里拿出纯金属--闪闪发光的红铜和暗淡的银丝、南非矿工们淘出的金砂。舅舅说:“想想人们第一次看见这些金属的情形:它突然在阳光的照耀下反射光芒,或突然在岩石上或者溪水的底部闪闪发光。”

舅舅说,大多数金属都是以氧化物,有时也被叫做矿灰的形式存在的,并且大家都知道这些矿石是不能溶解、不能燃烧和熔化的,就像18世纪一位化学家所说“缺乏金属的灿烂色彩”。然而,据了解矿灰和金属很接近,如果和煤炭一同加热,实际上能够转化成金属;如果在空气中加热纯金属,纯金属就会变成矿灰。在这些过程中,究竟发生了什么呢?不得而知。舅舅说,在理论背后可能有一种更为深奥的实用知识。尽管不能准确地知道到底发生了什么,人类还是可以熔化矿灰,制造出金属。

他能想象出金属第一次熔化的情形:原始人拿着含有铜矿的石头--可能是绿孔雀石--围在火堆边,当木材变成木炭的时候,原始人突然间发现绿色的石头在滴“血”,有红色的液体跑出来,那就是熔化的铜。

舅舅还说,我们现在都知道,把煤炭和氧化物一起加热的时候,煤炭里的碳就会和氧化物中的氧反应,并由此还原氧化物,只留下纯金属。舅舅说,如果不知道怎样还原,我们能得到的纯金属也就只有几种。就不用说什么青铜器时代,更不用说铁器时代了,也不会有18世纪那些让人惊艳的发现--18种新的金属(包括钨)从它们各自所在的矿石中被提炼出来。

戴维舅舅让我看了一些从白钨矿中获得的纯氧化钨,和舍勒以及钨的发现者科特迪瓦兄弟当年制造的氧化钨一样。我将瓶子拿起来。瓶子里有深黄色的粉末,这些粉末重得出奇,几乎和铁一样重。舅舅说:“我们所要做的,就是把它放在坩埚里和碳一起加热,直到其发红发热。”

舅舅还将那黄色粉末和碳混合到一起,并将坩埚放在大熔炉的一角。几分钟过后,他用长长的火钳将坩埚取出。当其冷却的时候,我看到让人兴奋不已的变化。碳不见了,大部分的黄色粉末也不见了,都变成了暗沉的灰色金属。这与科特迪瓦在1783年看到的是一样的。

舅舅说:“我们还有另外一种方法,那种方法更让人吃惊。”舅舅将氧化钨与铝粉混合到一起,然后在上边放一些糖、过氯酸钾和少许硫酸。糖、过氯酸钾和硫酸碰到一起立即就会着火,之后会点燃铝和氧化钨,它们燃烧得非常剧烈,爆出一串串的火花。火花熄灭后,我在坩埚中看到了一个白热的小钨球。舅舅说:“这是最强烈的反应之一。他们把此过程称为热爆炸。你应该能明白为什么要这样说。它能产生3000℃甚至更高的温度,这么高的温度,足够使钨熔化了。你看见了,为了能够承受高温,我使用了加了一层氧化镁的特殊坩埚,不然连坩埚都会熔化。做这个实验要非常小心,稍稍不慎,就可能产生爆炸。在战争年代,人们用这种方法来制造燃烧弹。如果操作得宜,这是生产诸如铬、钼、钨、钛、锆、钒、铌、钽等金属的好方法,现在这个方法已经开始运用了。”

我们把钨粒刮出来,用蒸馏水将钨粒冲洗干净,并用放大镜仔细地检查清楚,最后称了一下它们的重量。舅舅拿出了一个0.5毫升的小量筒,量筒里装了0.4毫升的水,然后将钨粒放进去。水上升了0.05毫升。我将确切的数字匆匆地记了下来进行计算。钨的重量近1克,它的比重是19。舅舅说:“很好。科特迪瓦在18世纪80年代第一次炼制出钨的纯金属的时候得出的也是这个数值。”

“现在我这里已经有了好几种不同的金属颗粒。你为什么不练习称重量,量一下它们的体积并计算出它们的比重呢?”接下来的时间里,我兴冲冲地忙碌起来,我发现舅舅似乎有意要考考我,给了我各种各样的东西--从比重还不到2的一块色泽暗淡的银色金属到比重超过20的铱锇合金(我认识铱锇合金)。当我计算出一个黄色小颗粒的比重为19.3时,发现其比重与钨一样。舅舅说:“你都明白了。金子的比重差不多和钨的比重一样,但是银的比重要稍微小点,因此很容易区分纯金和镀金的银,但是纯金和镀金的钨,就不那么好区分了。”

舍勒是戴维舅舅的偶像之一。舍勒不仅发现了钨酸和钼酸(由钼酸得到新元素钼),还有氢氟酸、硫化氢、砷化氢和氰酸以及10多种有机酸。戴维舅舅说这一切都是舍勒自己做的,没有任何人的帮忙,没有其他人的赞助,没有大学的职位或者是薪水支撑,只有他独自一人工作。在瑞典的一个小乡镇,舍勒尽力量入为出。他发现了氧,绝非偶然,而是通过多次不同的实验才获得成功。他还发现了氯,在他的方法指导下,后来的人才陆续发现锰、钡等10来种新元素。

戴维舅舅说,卡尔·威尔海姆·舍勒将其毕生的时间和精力都献给了工作,他的一生不图名利,无论什么知识,他都愿意和每一个人分享。舍勒的慷慨大度让我很感动,他的头脑和智慧更让人钦佩。实际上舍勒把一些元素的真相告诉了他的学生和朋友,帮助他们成为重要元素的发现者--约翰·加恩发现了锰;彼得·耶尔姆发现了钼,科特迪瓦兄弟发现了钨。

据说只要是和化学有关的事物,舍勒都过目不忘。他从不会忘记一种物质的外观、质地和气味或者是该事物在化学反应中转变的方式,他从不会忘记他读过的书或者别人告诉他的化学现象。对其他的事情,他好像都漠??关心,唯独为他最钟爱的事业--化学而献身。正是这种对科学的狂热,观察万物又全部铭刻于心的专业态度让舍勒取得非凡成就。

在我看来,卡尔·威尔海姆·舍勒就是科学史上的浪漫传奇。他对科学表现出疯狂的痴迷,并献上发自内心的爱恋。以前,我很少想到长大后要做什么,觉得长大成人是难以想象的事,但是现在,我清楚自己的目标了,我要做一名化学家,像舍勒一样的化学家,我要为化学界谱写新的传奇,探索所有尚未被发现的物质,包括矿石,认真地分析它们、揭开它们的秘密,进而发现未知的奇迹以及更多的新金属。