书城童书我的第一本化学探索发现全纪录
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第4章 化学家的故事(4)

尽管家资万贯,他的生活却非常俭朴。他身上穿的永远是几套过时陈旧的绅士服。他吃得也很简单,就是在家待客,照样是羊腿一只。许多人都说,卡文迪许是18世纪英国有学问人中最富者、有钱人中最有学问者。这的确毫不夸张。

这些钱该怎么用,卡文迪许从不考虑,有一次,经朋友介绍,一老翁前来帮助他整理图书。此老翁穷困可怜,朋友本希望卡文迪许给他较厚的酬金。哪知工作完后,酬金一事卡文迪许一字未提。事后那朋友告诉卡文迪许,这老翁已穷困潦倒,请他帮助。卡文迪许惊奇地问:“我能帮助他什么?”朋友说:“给他一点生活费用。”卡文迪许急忙从口袋掏出支票,边写边问:“2万镑够吗?”朋友吃惊地叫起来:“太多,太多了!”可是支票已写好。由此可见,钱的概念在卡文迪许的头脑中是很淡薄的。

在当时,贵族的社交生活花天酒地,卡文迪许却从不涉足。他只参加一种聚会,那就是皇家学会的科学家聚会。目的很明确:为了增进知识,了解科学动态。当时的目击者是这样描述的:卡文迪许来参加聚会时,总是低着头,屈着身,双手搭在背后,悄悄地进入室内,然后脱下帽子,一声不响地找个地方坐下,对别人都不理会。若有人向他打招呼,他会立即面红耳赤,羞涩不堪。

有一次聚会是一位会员做实验示范。这位会员在讲解中发现,一个穿着旧衣服、面容枯槁的老头,紧挨在身边认真听讲。当他看了他一眼,老头急忙逃开,躲在他人身后。过一会儿,这老头又悄悄地挤进前面注意地听讲。这奇怪的老头正是卡文迪许。

许多熟人都知道卡文迪许性情孤僻,不喜欢与人谈话。在他的朋友中,能与卡文迪许交谈的没有几个人。化学家武拉斯顿算是其中一个,他总结了一条经验:“与卡文迪许交谈,千万不要看他,而要把头仰起,两眼望着天,就像对空谈话一样,这样才能听到他的一些见解。”就是这样,卡文迪许的话也不多,他沉默寡言得出奇,在同龄人中,可能是话说得最少的人了。

这种怪僻性格的形成与他从小生长的环境有一定关系。他两岁时,母亲因生育他弟弟而病逝,从此他失去了母爱。他父亲忙于社交活动,撇下他交由保姆看管,与外界极少往来。直到11岁才被送入一所专收贵族子弟的学校,在学校里他仍然很少与别人交往,这就使他显得特别孤独、羞怯。

由于这种古怪的性格,卡文迪许长期深居独处,整天埋头在他科学研究的小天地里。他把他家的部分房子进行了改造:一所公馆改为实验室,一处住宅改为公用图书馆,把自家丰富的藏书供大家使用,父亲死后,他又将他的实验基地搬到乡下的别墅。将别墅富丽堂皇的装饰全部拆去,大客厅变成实验室,楼上卧室变成观象台。甚至在宅前的草地上竖起一个架子,以便攀上大树去观测星象。至于践踏了那些名贵的花草,他毫不在乎。这些都表明,对于科学研究他简直像着了魔一样。

在社交生活中,他沉默寡言,显得很孤僻,然而在科学研究中,他思路开阔,兴趣广泛,显得异常活跃,上至天文气象,下至地质采矿、抽象的数学、具体的冶金工艺,他都进行过探讨,特别在化学和物理学的研究中,他有极高的造诣,取得许多重要的成果。

在18世纪末以前,曾经有不少人做过制取氢气的实验,所以实际上很难说是谁发现了氢,卡文迪许对氢的发现和研究作出了很大贡献。

18世纪60年代中期,卡文迪许向英国皇家学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》,讲了他用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得“易燃空气”(即氢气)。他发现一定量的某种金属分别与足量的各种酸作用,所产生的这种气体的量是固定的,与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸;又发现氢气与氧气化合生成水,从而认识到这种气体和其他已知的各种气体都不同。

他弄清楚了气球在空气中所受浮力问题,通过精确研究,证明氢气是有重量的,只是比空气轻很多。他是这样做实验的:先把金属和装有酸的烧瓶称重,然后将金属投入酸中,用排水集气法收集氢气并测体积,再称量反应后烧瓶及内装物的总量。这样他确定了氢气的比重只是空气的9%。

从这个故事中可看出卡文迪许严谨的科研作风和他对化学的重大贡献。一百多年后,剑桥大学建立了一座物理实验室,以卡文迪许的名字命名,这就是著名的卡文迪许实验室,它在几十年内,一直是世界现代物理学的一个重要研究中心。

卡文迪许于1767年发表的一篇论文也引人瞩目。这篇文章介绍了他关于水和固定空气(即“二氧化碳”)的实验。将一个深水井的井水进行煮沸,发现有固定空气逸出,同时产生白色沉淀。他认为白色沉淀和固定空气原先都是溶于水的,它们可能是溶于水中的石灰质。为了证明这一看法,他在清澈的石灰水中通入固定空气,开始时产生乳白色沉淀,继续通入固定空气后,沉淀复又溶解,溶液再次澄清透亮。这时他将这溶液煮沸,立刻就像井水那样释放出固定空气并产生白色沉淀。

卡文迪许的这一实验和他的解释使人们认清了一个常见的自然现象——喀斯特地貌。在石灰岩遍布的地区,含有二氧化碳的雨水或泉水流经石灰岩地层,慢慢地溶解部分石灰石,形成重碳酸盐溶液。这些溶液在石岩中缓慢下滴时,可能因温度变化或水汽蒸发,二氧化碳乘机逸去,碳酸钙结晶析出,日积月累,逐渐形成了石钟、石乳、石笋等奇特的景象。这样,喀斯特地形构造有了科学的解释。

卡文迪许从事科研不图名、不图利。当许多人推崇他发现氢气时,他谦逊地说:“这事早有别人注意到了。”

在拜金主义流行的今天,怎样对待金钱是一个重大的问题。青少年应当学习卡文迪许对待金钱的态度,让自己那颗被金钱和名誉冲昏的头脑冷静下来,明白自己要的是什么。

气体化学之父

约瑟夫·普利斯特里,18世纪英国著名的化学家。在制取出氧气之前,他就制得了氨、二氧化硫、二氧化氮等许多气体,所以被人们称为“气体化学之父”。

普利斯特里刻苦好学,兴趣广泛。他曾自学过古文、数学、自然哲学导论等知识,这些知识使他形成了善于独立思考的性格。18岁那年,由于经常与基督教的牧师来往,他遭到了姑母的激烈责备。从此,他成了家庭的叛逆者。

普利斯特里的妻子是当时英格兰最大的铁器制造商艾萨克的女儿,结婚后,普利斯特里仍然专心地埋头科学研究。后来,由于他们的儿女先后出世,家庭经济负担加重。加上各教派之间的矛盾日益尖锐,普利斯特里放弃了教师职业,当上了牧师,家庭收入虽增加不多,但他却有了更多的空闲时间自由地从事科学研究和著书立说。

有一次,普利斯特里偶然遇到了美国科学家富兰克林。富兰克林向他讲述了自然科学方面许多有趣的问题,一下子吸引了他。从此,普利斯特里开始对自然科学发生兴趣。他常常在空闲的时候,做着各种化学实验。特别是在英国舍尔伯恩伯爵的图书馆里工作期间,他阅读了不少自然科学方面的著作,这使他更加爱上了化学。

18世纪70年代初的一天,普利斯特里在一个密闭的瓶子里放进一支点着了的蜡烛,蜡烛很快就熄灭了。接着,他又往瓶里放进一束带着绿叶的薄荷枝。十天后,他重新再往瓶里放进一支点燃了的蜡烛,蜡烛竟能够燃烧。

于是,普利斯特里又做了另一个实验:在两个密闭的瓶子里都插进点燃了的蜡烛,待它熄灭之后,在一个瓶里放进薄荷枝,而另一个瓶子里什么也不放。经过几天,当他再把点燃了的蜡烛放进去时,放了薄荷枝的瓶里的蜡烛能继续燃烧着,而在另一个没有放薄荷枝的瓶里,蜡烛刚一伸进去,立即熄灭了。

这究竟是怎么回事儿呢?普利斯特里对这个奇怪的现象很感兴趣。于是,他便开始钻研这个问题。

偶然一次机会,他得到了一个大型凸透镜(火镜),开始研究某些物质在凸透镜聚光产生的高温下放出的各种气体。他研究的物质中有“红色沉淀物”(氧化汞)和“汞灰”(亦称水银烧渣)。普利斯特里把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上,用一个直径30厘米、焦距为50厘米的火镜将阳光聚集在氧化汞上。很快他就发现氧化汞被分解了,放出一种气体,将玻璃罩内的水银排挤出来。他以排水集气法把这种气体收集起来,然后研究其性质。发现蜡烛会在这种空气中燃烧,火焰非常明亮。同时,普利斯特里还把一只小老鼠放到充满这种气体的瓶子里,小老鼠在瓶子里显得挺快活,挺自在!

“老鼠既然在这气体里能舒舒服服地生活,我自己也要亲自来试试看!”普利斯特里在论文中写道:“我用玻璃管从一个大瓶里吸进这种气体到肺中,我竟觉得十分愉快。我的肺部在当时的感觉,好像和平常呼吸空气时没有什么区别,但是,我自从吸进这气体后,觉得经过好久,身心还是十分轻快舒畅。唉,又有谁知道,这种气体在将来会不会变成时髦的奢侈品呢?不过,现在世界上享受到这种气体的快乐的,只有一只老鼠和我自己!”

普利斯特里把自己新发现的气体命名为“失燃素的空气”——这也就是现在我们所称的“氧气”。

纵观普利斯特里的一生,他37岁起研究气体化学,直到终生。他曾分离并论述过的大批气体,数目之多超过了与他同时代的任何人。可以说他是18世纪下半叶的一位业余化学大师。是他发明了带有酸味的“气水”。他的《用排水集气法收集“空气”》一书,深受读者欢迎,非常畅销,当年就被译成法文。普利斯特里因此名扬世界, 并荣获英国皇家学会的铜质奖章。

普利斯特里对气体化学的研究成果,一是以其强烈的求知欲与非凡的勤奋态度为基础的,二是得益于他自己精湛的实验技能。为此,皇家学会曾授予他卡普里奖。他出版过巨著《关于种种空气的实验与观察》。以后他的研究成果又汇集于《与自然科学各个部门有关的实验与观察》一书。

19世纪初,普利斯特里死于美国宾夕法尼亚州的诺赞巴兰镇,终年71岁。普利斯特里一生主要靠自学成为一位化学大师,其刻苦奋勉精神,堪称今人之典范。

许多化学家的品质除了刻苦好学和兴趣广泛之外,往往还有一个共同的特点——善于独立思考。这个特质使化学家们不为原有的理论所限制,并作出卓越的成就。在当今纷繁复杂的社会,独立思考的能力对青少年同样重要。

勇于尝试剧毒的舍勒

卡尔·威尔海姆·舍勒是瑞典著名化学家,氧气的发现人之一,同时对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多种气体都有深入的研究。舍勒一生完成了近千个实验,因吸过有毒的氯气和其他气体,身体受到严重伤害,人们在他的笔记中发现,他还亲口尝过有剧毒的氢氰酸,他记录了:“这种物质气味奇特,但并不讨厌,味道微甜,使嘴发热,刺激舌头。”这种亲尝剧毒品的记载,平静得令人吃惊。

舍勒生于瑞典的斯特拉尔松。由于经济上的困难,舍勒只勉强上完小学,年仅14岁就到哥德堡的班特利药店当了小学徒。舍勒在工作之余勤奋自学,他如饥似渴地读了当时流行的制药化学著作。

同时他自己动手,制造了许多实验仪器,晚上在自己的房间里做各种各样的实验。他曾因一次小型的实验爆炸,引起药店同事的许多非议。舍勒在药店里边工作,边学习,边实验。经过近8年的努力,他的知识和才干大有长进,从一个只有小学文化的学徒,成长为一位知识渊博、技术熟练的药剂师。

读书对舍勒启发很大。他认为真正的财富并不是金钱,而是知识和书籍。因此,他特别注意收藏图书,每月的收入除了吃穿用,剩下的几乎全部用来买书,他买了近40卷化学藏书。他曾回忆说,我从前人的著作中学会很多新奇的思想和实验技术,尤其是孔克尔的《化学实验大全》,给我的启示最大。

实验,使舍勒探测到许多化学的奥秘,据考证,舍勒的实验记录有数百万字,而且在实验中,他创造了许多仪器和方法,并就此提出了自己的看法。舍勒的好友莱茨柯斯说:“舍勒的天才完全用于实验科学,他有惊人的记忆力和理解力,但似乎他只记住与化学有关的事情,他把许多事情都与化学联系起来加以说明,他有化学家独特的思考方式。”

33岁时,舍勒几经辗转,来到科平城,在寻找工作时发现科平城有一所位置和规模都很理想的药店,药店的主人波耳已经去世,波耳的遗孀不懂药店业务,不善经营,已经负债颇巨。舍勒受雇于药店后,改善了药店的经营管理,又亲自研制和生产了许多新药,药店很快就兴旺起来了。这样,波耳的遗孀妮古娅对舍勒十分满意,在她眼里,舍勒简直就像上帝一样神奇伟大,因此,她主动把药店全部转让给舍勒,希望他使药店继续兴旺,舍勒也很高兴地接受了这个建议。

舍勒的研究涉及化学的各个分支,在无机化学、矿物化学、分析化学,甚至有机化学、生物化学等诸多方面,他都做出了出色贡献。

舍勒最重要的贡献是发现了氧,并对氧气的性质做了很深入的研究。

同时他还发现了砷酸、铝酸、钨酸、亚硝酸,他研究过从骨骼中提取磷的办法,还合成过氰化物,发现了砷酸铜的染色作用,后来很长一段时间里,人们把砷酸铜作为一种绿色染料,并把它称为“舍勒绿”。

舍勒还是近代有机化学的奠基人之一。他证明了植物中含有酒石酸。舍勒还从柠檬中制取出柠檬酸的结晶,从肾结石中制取出尿酸,从苹果中发现了苹果酸,从酸牛奶中发现了乳酸,还提纯过没食子酸。统计表明,舍勒一共研究过21种水果和浆果的化学成分,探索过蛋白质、蛋黄、各种动物血的化学成分。

舍勒还曾研究过许多矿物,如石墨矿、二硫化铜矿等,提出了有效鉴别矿物的方法。他在研究萤石矿时,发现了氢氟酸。同时探索了氟化硅的性质,他还测定过软锰矿(二氧化锰)的性质,证明软锰矿是一种强氧化剂。

18世纪80年代中期,舍勒因严重的风湿病去世,年仅43岁。在他的墓地前立有一块朴素的方形墓碑,碑上的浮雕是一位健美男子,高擎着一把燃烧的火炬。这个墓碑形象地反映了舍勒勤奋刻苦的一生。就像他自己所说:“化学这种尊贵的学问,乃是我一生奋斗的目标。”

为了化学研究,化学家们往往不顾自身的性命,舍勒就是这样的一个人。他亲自尝试剧毒物质,使自己的身体受到严重伤害。他的这种研究精神值得青少年学习。

燃素说的推翻者——拉瓦锡

安东·尼罗朗·拉瓦锡,18世纪法国著名化学家,氧气的发现者。

安东·尼罗朗·拉瓦锡,出生于巴黎一个富裕的律师家庭。11岁时,他进入当时巴黎的名牌学校——马沙兰学校,后来升入法政大学,21岁毕业并取得律师的资格。在大学里他已对自然科学产生了浓厚的兴趣,主动学习数学、天文学、植物学、地质矿物学和化学。