《化學(xué)史》——4化學(xué)趣談

1、化學(xué)元素名稱趣談化學(xué)元素之最幾個(gè)重要的化學(xué)物質(zhì)及工藝演進(jìn)千分位誤差引出的重大發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素名稱趣談 在給化學(xué)元素命名時(shí)，往往都是有一定含義的，或者是為了紀(jì)念發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)，或者是為了紀(jì)念某個(gè)科學(xué)家，或者是表示這一元素的某一特性。例如 銪的原意是“歐洲”。因?yàn)樗窃跉W洲發(fā)現(xiàn)的。 镅的原意是“美洲”，因?yàn)樗窃诿乐薨l(fā)現(xiàn)的。 鍺的原意是“德國(guó)”、 鈧的原意是“斯堪的那維亞”、 镥的原意是“巴黎”、 鎵的原意是“家里亞”，“家里亞”即法國(guó)的古稱。 至于“釙”的原意是“波蘭”，雖然它并不是在波蘭發(fā)現(xiàn)的，而是在法國(guó)發(fā)現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)者居里夫人是波蘭人，她為了紀(jì)念她的祖國(guó)而取名“釙”。 “鍆”是為了紀(jì)念化學(xué)元素周期律的發(fā)

2、現(xiàn)者門捷列夫， “鋦”是為了紀(jì)念居里夫婦， “锘”是為了紀(jì)念瑞典科學(xué)家諾貝爾。 銫（天藍(lán)）、 銣（暗紅）、 鉈（拉丁文的原意為剛發(fā)芽的嫩枝，即綠色）、 銦（藍(lán)靛）、 氬（不活潑）、 氡（射氣）。 氮（無(wú)生命）、 碘（紫色）、 鐳（射線）。 化學(xué)元素之最 人體里含量最多的元素是氧，約占人體總重量的65。 目前提得最純的元素是半導(dǎo)體材料硅。其純度已達(dá)到12 個(gè)“9 ”，即：99.9999999999。雜質(zhì)含量不超過(guò)一千萬(wàn)億分之一。 熔點(diǎn)最高的元素是碳，要使碳熔化，需要3727 的高溫。熔點(diǎn)最低的是氦，在-271.7 時(shí)就可熔化。 最富延展性的是金，380 克金拉成細(xì)絲，可以由北京沿鐵路線延伸到上海

3、。用金壓成的薄片，5 萬(wàn)張疊加到一起，才有1 毫米厚。 導(dǎo)電性最好的是銀，相當(dāng)于汞的59 倍。 最昂貴的金屬是锎，1 克锎價(jià)值1000 萬(wàn)美元，為黃金價(jià)格的50 多萬(wàn)倍。 鹵族元素發(fā)現(xiàn)小史 氟、氯、溴、碘是活潑的非金屬元素，其發(fā)現(xiàn)過(guò)程幾乎延伸整個(gè)十九世紀(jì)，凝聚著世紀(jì)的滄桑，閃爍著世紀(jì)的輝煌。 鹵族元素都具有強(qiáng)烈的非金屬性，因而它們純凈的單質(zhì)都是經(jīng)氧化制得。從中我們總是碰到氧化還原反應(yīng)，并將看到拉瓦錫最初純樸的得氧即氧化反應(yīng)的概念，是怎樣演化、發(fā)展的。 無(wú)論是紐蘭茲的“八音律”中，還是邁耶爾或門捷列夫的元素周期表中，都有氟元素的位置，而且都給出了氟的正確原子量：19 。但是制備出游離態(tài)的單質(zhì)氟，

4、卻比元素周期表的發(fā)表晚了二十年左右。即氟的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是先確證、后制得，這與氯的發(fā)現(xiàn)過(guò)程剛好相反。 另外，大部分鹵族元素是由法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。這從一個(gè)側(cè)面反映了在啟蒙運(yùn)動(dòng)的影響下，在十八世紀(jì)下半葉和十九世紀(jì)上半葉，法國(guó)科學(xué)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，甚至取代英國(guó)成為世界科學(xué)的中心。 貝爾納德庫(kù)特瓦于1777年2月8日出生于法國(guó)的第戎。他的父親經(jīng)營(yíng)著一家硝石工廠，并在著名的第戎學(xué)院任教，經(jīng)常做一些精彩的化學(xué)講演。庫(kù)特瓦自小耳濡目染，十分喜愛(ài)化學(xué)。他后來(lái)分別在孚克勞、泰納和塞古恩的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。塞古恩是法國(guó)化學(xué)家，曾在拉瓦錫被送上斷頭臺(tái)的最后五年里擔(dān)任拉瓦錫的助手，進(jìn)行呼吸作用、量熱學(xué)研究。學(xué)成歸來(lái)，庫(kù)特瓦幫助父

5、親經(jīng)營(yíng)硝石工廠。 在第戎附近的諾曼底海岸上，許多淺灘生長(zhǎng)的海生植物被潮水沖到岸邊。退潮后庫(kù)特瓦常到海邊采拾些藻類植物。他把這些藻類植物曬干后燒成灰，再加水浸取，過(guò)濾。得到的溶液他稱做海藻鹽汁?，F(xiàn)在我們知道這種溶液里含有鈉、鉀、鎂、鈣的鹵化物、硫酸鹽等。 庫(kù)特瓦想從“海藻鹽汁”中提取氯化鈉、氯化鉀、硫酸鹽等。他首先蒸發(fā)溶液。在較高的溫度下，氯化鈉的溶解度最小，最先結(jié)晶析出。其次是氯化鉀和硫酸鉀。由于在灼燒藻類植物時(shí)，硫酸鹽被碳還原產(chǎn)生了硫化物， K2SO4 + 2C = K2S + 2CO2 為了氧化而除去這些硫化物，他加入了強(qiáng)氧化劑濃硫酸。不一會(huì)兒，容器里冒出了紫色蒸氣，宛如紫色的云彩冉冉上升

6、。這一現(xiàn)象使庫(kù)特瓦驚喜不已。最后，這種紫色蒸氣令人窒息地充滿了實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)蒸氣在冷的物體上凝結(jié)時(shí)，它并不變成液珠，而是成為一種紫黑色的帶有金屬光澤的晶體，也即發(fā)生了凝華現(xiàn)象。這事發(fā)生在1811年。也就是這一年，阿佛加德羅提出了分子假說(shuō)。 我們現(xiàn)在知道，這是因?yàn)闈饬蛩嵫趸隽说夥肿印?2KI + 2H2SO4（濃）= K2SO4 + I2 + SO2 + 2H2O 庫(kù)特瓦用這種新物質(zhì)做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。他發(fā)現(xiàn)這種新物質(zhì)不易與氧或碳發(fā)生反應(yīng)，但卻能與氫和磷化合，能與幾種金屬直接化合。尤為奇特的是這種新物質(zhì)不為高溫分解，這一特征使庫(kù)特瓦猜想可能是發(fā)現(xiàn)了一種新元素。 庫(kù)特瓦的實(shí)驗(yàn)室十分簡(jiǎn)陋，他就請(qǐng)另外兩

7、位法國(guó)化學(xué)家繼續(xù)這一研究，并允許他們自由地向科學(xué)界宣布這種新元素的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)。 1813年，這兩位化學(xué)家寫出了報(bào)告庫(kù)特瓦先生從一種堿金屬鹽中發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)，他們描述道：“從海藻灰所得的溶液中含有一種特別奇異的東西，它很容易提取，方法是將硫酸傾入溶液中，放進(jìn)曲頸甑內(nèi)加熱，并用導(dǎo)管將曲頸甑的口與球形器連接。溶液中析出一種黑色有光澤的粉末，加熱后，紫色蒸氣冉冉上升，蒸氣凝結(jié)在導(dǎo)管和球形器內(nèi)，結(jié)成片狀晶體。” 這兩位化學(xué)家之一相信這種結(jié)晶是一種新元素，它的性質(zhì)與氯相似，于是他就向法國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家安培和英國(guó)化學(xué)家戴維報(bào)告。戴維用直流電將碳絲燒成紅熱，然后與這種結(jié)晶接觸，并不能使它分解，證明了它是一種新元

8、素。 新的發(fā)現(xiàn)使庫(kù)特瓦很高興。他制出很純的碘，分送給化學(xué)界的朋友。 后來(lái)，庫(kù)特瓦的硝石工廠停業(yè)。他的晚年在貧困中度過(guò)。1838年9月27日，庫(kù)特瓦在巴黎逝世，享年61歲。為電解制氟做出重要探索的弗雷米，他的祖父曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“把庫(kù)特瓦僅僅看成是一位制造硝石的平凡的商人是不公道的，他是一位技藝很高的化學(xué)家，他應(yīng)該由于發(fā)現(xiàn)碘而受到獎(jiǎng)賞，絕不應(yīng)該聽(tīng)任他因貧困而死去?！?溴首先是由法國(guó)化學(xué)家巴拉爾發(fā)現(xiàn)的。 1802年9月30日，巴拉爾出生于法國(guó)的蒙彼利埃。他出生于一個(gè)普通的家庭，父母整天忙于制酒。巴拉爾的教母發(fā)現(xiàn)他很聰明，一心要培養(yǎng)他成才。巴拉爾十七歲時(shí)畢業(yè)于蒙彼利埃中學(xué)，接著升入藥物學(xué)院學(xué)習(xí)藥物學(xué)，二十

9、四歲時(shí)獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。下圖是巴拉爾的畫像。 1824年，22歲的巴拉爾在研究鹽湖中植物的時(shí)候，將從大西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜燃燒成灰，然后用浸泡的方法得到一種灰黑色的浸取液。他往浸取液中加入氯水和淀粉，溶液即分為兩層：下層顯藍(lán)色，這是由于淀粉與溶液中的碘生成了加合物；上層顯棕黃色，這是一種以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的現(xiàn)象。 這棕黃色是什么物質(zhì)呢？巴拉爾認(rèn)為可能有兩種情況：一是氯與溶液中的碘形成了新的化合物氯化碘；二是氯把溶液中的新元素置換出來(lái)了。于是巴拉爾想了些辦法，先試圖把新的化合物分開(kāi)，但都沒(méi)有成功。巴拉爾分析這可能不是氯化碘，而是一種與氯、碘相似的新元素。 他用乙醚將棕黃色的物質(zhì)經(jīng)萃取和分液提出

10、，再加苛性鉀，則棕黃色褪掉（ Br2 + 2KOH = KBr + KBrO + H2O）。加熱蒸干溶液，剩下的物質(zhì)與濃硫酸、二氧化錳共熱， 2KBr + 2H2SO4 +MnO2 = K2SO4 + MnSO4 + Br2 + 2H2O KBr + KBrO + H2SO4 = K2SO4 + Br2 + H2O 就會(huì)產(chǎn)生紅棕色有惡臭的氣體，冷凝后變?yōu)樯罴t棕色液體。 巴拉爾判斷這是與氯和碘相似的在室溫下呈液態(tài)的一種新元素。他將這種新元素定名為muride。 由法國(guó)科學(xué)院三位化學(xué)家于1826年8月14日共同審查了巴拉爾的新發(fā)現(xiàn)。他們簽署的意見(jiàn)這樣寫道：“關(guān)于溴是否是一種極簡(jiǎn)單的個(gè)體，今日我們更

11、有知道的必要，我們已經(jīng)做過(guò)的不多幾次的實(shí)驗(yàn)也許還不足以證明它確實(shí)是極簡(jiǎn)單的個(gè)體，然而我們認(rèn)為至少是很有可能的。巴拉爾先生的報(bào)告作得很好，即使將來(lái)證明溴并不是一種單體，他所羅列的種種結(jié)果還是能夠引起人們極大的興趣的。總之，溴的發(fā)現(xiàn)在化學(xué)上實(shí)為一種重要的收獲，它給巴拉爾在科學(xué)事業(yè)上一個(gè)光榮的地位。我們認(rèn)為這位青年化學(xué)家完全值得受到科學(xué)院的鼓勵(lì)?！钡麄儾毁澇砂屠瓲枌?duì)溴的命名，把它改稱為bromine，含義是惡臭。 另外在1825年，德國(guó)海德堡大學(xué)學(xué)生羅威,往家鄉(xiāng)克羅次納克的一種鹽泉水中通入氯氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)溶液變?yōu)榧t棕色。他把這種紅棕色物質(zhì)用乙醚萃取提出，再將乙醚小心蒸發(fā)，得到了紅棕色的液溴。所以說(shuō)羅威

12、也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了溴，雖然比巴拉爾晚了一年。 其實(shí)早在巴拉爾之前，德國(guó)化學(xué)大師李比希就得到了一家工廠送來(lái)請(qǐng)他分析的一瓶液體，但他沒(méi)有經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析，就認(rèn)定瓶里的液體是氯化碘，實(shí)際上那是一瓶溴。直到他聽(tīng)到巴拉爾發(fā)現(xiàn)溴的消息，才認(rèn)識(shí)到自己犯了一個(gè)大錯(cuò)誤。從此，李比希為了警戒自己，特地把那個(gè)瓶子放在一只被他稱為“錯(cuò)誤之柜”的箱子中，作為永遠(yuǎn)的教訓(xùn)。 瑞典化學(xué)家舍勒于1774年用濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng)制得了氯氣。但它究竟是游離態(tài)的單質(zhì)氣體還是化合態(tài)的氣體，仍然不清楚。 后來(lái)法國(guó)化學(xué)權(quán)威貝托雷繼續(xù)研究氯氣。他發(fā)現(xiàn)溶有氯氣的水溶液，在有光照的地方可以分解成鹽酸和氧氣。（ Cl2 + H2O = HCl + HC

13、lO, 2HClO = 2HCl + O2）。 貝托雷以此判斷出氯氣是鹽酸和氧結(jié)合成的很松散的化合物(氯 鹽酸氧基)，因此露置在陽(yáng)光下就分解了。 當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)用過(guò)許多強(qiáng)烈的藥劑或其它手段來(lái)處理氯氣，都未能使它分解為鹽酸和氧。貝托雷的判斷顯然跟其它一些研究是矛盾的。 他得出這個(gè)錯(cuò)誤判斷的表面原因，似乎在于他忽視了水和氯氣的反應(yīng)。但更深層的原因，是他深受拉瓦錫“所有的酸中都含有氧基”結(jié)論的影響。 拉瓦錫在提出燃燒的氧化理論的同時(shí)，提出了“氧是成酸元素”的論點(diǎn)，認(rèn)為一切酸中均含有氧。按照這一理論，鹽酸應(yīng)是一種氧化物的水化物，如硫酸、磷酸一般（我們姑且把它寫成 HClOm ）。而氯氣是鹽酸經(jīng)二氧化錳氧

14、化得來(lái)的，應(yīng)該含有更多的氧（即應(yīng)該寫成 HClOm+n ），當(dāng)時(shí)將氯氣稱作“氧化鹽酸”。結(jié)果氯氣不僅不是一種單質(zhì)，反而比鹽酸具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更大的分子量。 1809年法國(guó)化學(xué)家蓋呂薩克和泰納，用分解法研究鹽酸的組成。當(dāng)時(shí)金屬鉀已被戴維用電解法制得，并證明鉀是一種元素。于是他們就用金屬鉀和鐵等與鹽酸氣（HCl）反應(yīng)，看它是不是能夠放出氯氣。實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果后，他們說(shuō)：“我們考察金屬鉀對(duì)于鹽酸氣的反應(yīng)。在尋常溫度時(shí)，這個(gè)反應(yīng)很慢；但鉀熔融時(shí)立刻在鹽酸氣中發(fā)光燃燒，結(jié)果得到氯化鉀和氫。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中收集的氫氣之量，恰與鉀和水接觸時(shí)發(fā)生的相等。我們?cè)诎导t熱時(shí)，用鹽酸氣通過(guò)擦凈的鐵屑，許多氫氣放出，而不覺(jué)有

15、鹽酸混合在內(nèi)，同時(shí)得到氯化鐵；殘?jiān)F屑并沒(méi)有氧化。當(dāng)中等溫度時(shí)，用鹽酸氣通過(guò)既熔而又研成細(xì)粉的一氧化鉛，又收集到氫，不過(guò)已與氧化合變成水的狀態(tài)了。” 這些實(shí)驗(yàn)證明，不是氯氣分解成鹽酸和氧，而是鹽酸分解成氯和氫。 在同一年蓋呂薩克和泰納用合成法證明了鹽酸的組成。他們把同量的氫氣和氯氣混合在一起，靜置數(shù)日，或稍微加熱，或露置日光中，都能化合成鹽酸氣。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了鹽酸氣是氫氣和氯氣的化合物，而且是這兩種氣體化合而成的唯一物質(zhì). 蓋呂薩克和泰納的實(shí)驗(yàn)，對(duì)鹽酸的組成作出了正確的結(jié)論，但是氯氣在他們的眼里仍然是一種化合物。原因如上文所說(shuō)，拉瓦錫的“氧是成酸元素”的論點(diǎn)已深深地印在廣大化學(xué)家的腦子里。蓋呂

16、薩克和泰納是深信這個(gè)論點(diǎn)的，因而他們認(rèn)為氯是某種“基”的氧化物。既然氯氣是某種基的氧化物，那么鹽酸就應(yīng)該是某種基跟氧和氫的化合物(鹽酸 某種基 氧 氫). 如果聯(lián)系貝托雷的結(jié)論，可以看出他們的矛盾之處。而最終解決這個(gè)問(wèn)題的是戴維。 戴維在研究碲的化學(xué)性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)碲化氫是一種酸，但是它并不含有氧，使他開(kāi)始懷疑氧是否存在于所有的酸中。為了尋找更多的證據(jù)，戴維開(kāi)始研究起鹽酸。按照拉瓦錫的觀點(diǎn)，舍勒用濃鹽酸與二氧化錳作用制得的黃綠色氣體是氧化鹽酸，而鹽酸是由氧和另外一種未知的基所組成的，氧化鹽酸則是由這種基與更多的氧化合而成的。但是戴維想盡了一切辦法也不能從氧化鹽酸中把氧奪取出來(lái)。他說(shuō)：“即使木炭被伏打

17、電堆燒成白熱狀態(tài)，也不能使氧化鹽酸氣發(fā)生任何變化，我多次重復(fù)這種實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都是一樣，因此我懷疑這些物質(zhì)中是否存在著氧?！?他重做蓋呂薩克和泰納合成鹽酸的實(shí)驗(yàn)，并證實(shí)氯和氫化合成鹽酸的結(jié)論是正確的，除了稍有水的痕跡外，沒(méi)有其它雜質(zhì)。既然實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氯氣或鹽酸中有氧存在，為什么我們硬要說(shuō)它們含有氧呢？他感到只有認(rèn)為氯是一種元素，那么有關(guān)氯的所有實(shí)驗(yàn)才能得到合理的解釋。1810年11月，戴維在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)宣讀了他的論文，正式提出氯是一種元素。 戴維宣稱，只要不存在水，氧化鹽酸所發(fā)生的一切反應(yīng)都不會(huì)產(chǎn)生氧，他認(rèn)為最好把氧化鹽酸看成是一種不能被分解的物質(zhì)元素。他認(rèn)為事實(shí)表明，拉瓦錫和法國(guó)化學(xué)學(xué)派所持的

18、見(jiàn)解，表面看起來(lái)很漂亮，也能令人滿意，但是從現(xiàn)在已經(jīng)掌握的知識(shí)來(lái)考察，它不過(guò)是建立在假設(shè)基礎(chǔ)上的理論。戴維以無(wú)可辯駁的事實(shí)確認(rèn)所謂的“氧化鹽酸”決不是一種化合物，而是一種化學(xué)元素，他將這種元素命名為Chlorine（中譯名為氯），意為黃綠色的。他指出所有的劇烈發(fā)光、發(fā)熱的反應(yīng)（如鐵絲、銅絲、氫氣在氯氣中的燃燒）都是氧化反應(yīng)，氯和氧一樣都可以助燃，氧化反應(yīng)不一定非要有氧氣參加，經(jīng)氧化反應(yīng)生成的酸中也不一定含有氧。戴維在確認(rèn)氯是一種單質(zhì)而非化合物的同時(shí)，出色地發(fā)展了拉瓦錫的燃燒的氧化理論。 戴維還提出，在酸中氧是非本質(zhì)性的，無(wú)氧酸中不含氧；但是酸中都含有氫，氫在酸中具有重要意義。這個(gè)見(jiàn)解未引起人們

19、的注意。直到1837年，德國(guó)化學(xué)大師李比希對(duì)酸類進(jìn)行了全面的綜合分析研究之后，放棄了酸的二元論（酸基 + 水），振興了戴維關(guān)于酸的氫學(xué)說(shuō)。 在化學(xué)元素發(fā)現(xiàn)史上，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、參加人數(shù)最多、危險(xiǎn)最大、工作最難的研究課題，莫過(guò)于氟單質(zhì)的制取了。自1810年安培指出氫氟酸中含有一種新元素氟，到1886年法國(guó)化學(xué)家莫瓦桑制得單質(zhì)氟，歷時(shí)76年之久。為了制取氟氣，進(jìn)而研究氟的性質(zhì)，許多化學(xué)家前仆后繼，為后人留下了一段極其悲壯的歷史。他們不惜損害自己的身體健康，甚至被氟氣或氟化物奪去了寶貴的生命。 早在十六世紀(jì)，人們就開(kāi)始利用氟化物了。1529年阿格里柯拉就描述過(guò)利用螢石（氟化鈣）作為熔礦的熔劑，使礦石在

20、熔融時(shí)變得更加容易流動(dòng)。1670年，玻璃加工業(yè)開(kāi)始利用螢石與硫酸反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氟酸腐蝕玻璃，從而不用金剛石就能在玻璃上刻蝕出人物、動(dòng)物、花卉等圖案。1768年馬格拉夫發(fā)現(xiàn)螢石與石膏和重晶石不同，判斷它不是一種硫酸鹽。他用濃硫酸處理螢石得到了氟化氫。1771年化學(xué)家舍勒用曲頸甑加熱螢石和濃硫酸的混合物，曾發(fā)現(xiàn)玻璃瓶?jī)?nèi)壁被腐蝕。后來(lái)很多化學(xué)家研究氫氟酸，發(fā)現(xiàn)它的性質(zhì)很象鹽酸，比鹽酸穩(wěn)定，但它對(duì)玻璃和一些硅酸鹽礦物的腐蝕性卻很強(qiáng)。另外，它有劇毒，揮發(fā)出的蒸氣更危險(xiǎn)。安培的雕像 1810年，戴維確認(rèn)氯氣是一種元素而非化合物的同時(shí)，也指出酸中不一定含有氧元素。這一突破性的見(jiàn)解給法國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家安培很

21、大的啟發(fā)。他根據(jù)對(duì)氫氟酸性質(zhì)的研究指出，其中可能含有一種與氯相似的元素。他將這種未知的元素稱為“fluorine（氟）”，意思是有強(qiáng)腐蝕性的。氟化氫就是這種元素與氫的化合物。他將這一觀點(diǎn)告訴戴維，反過(guò)來(lái)啟發(fā)戴維用他強(qiáng)有力的伏打電堆致力于制備純凈的氟元素。由此我們看到科學(xué)家間的相互交流對(duì)科學(xué)的發(fā)展具有多么大的意義！沒(méi)有交流就沒(méi)有科學(xué)的發(fā)展。 當(dāng)溴、碘被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)后，人們將各種氟化物與相應(yīng)的其它鹵化物對(duì)比，發(fā)現(xiàn)它們有極相似的性質(zhì)，故判斷氟、氯、溴、碘屬于同類型的元素，并測(cè)得了氟的原子量為19。于1864年發(fā)表的元素表中就列出了氟的正確的原子量。但這時(shí)距離電解分離出氟氣還差二十二年。 1813年戴維用

22、電解氟化物的方法制取單質(zhì)氟，用白金做容器，結(jié)果陽(yáng)極的白金被腐蝕了，還是沒(méi)有游離出氟。他后來(lái)改用螢石做容器，腐蝕問(wèn)題雖解決了，但也得不到氟。而戴維則因氟化氫的毒害而患病，“出師未捷身先病”，不得不停止了實(shí)驗(yàn)。 接著喬治諾克斯和托馬斯諾克斯弟兄二人把一片金箔放在玻璃接收瓶頂部，再用干燥的氯氣處理氟化汞。實(shí)驗(yàn)證明金變成了氟化金，可見(jiàn)反應(yīng)產(chǎn)生了氟。但是他們始終收集不到單質(zhì)的氟氣，也就無(wú)法確證他們已經(jīng)制得了氟。在實(shí)驗(yàn)中，弟兄二人都嚴(yán)重中毒。 繼諾克斯弟兄之后，魯耶特不避艱辛和危險(xiǎn)，對(duì)氟作了長(zhǎng)期的研究，最后竟因中毒太深而獻(xiàn)出了寶貴的生命。不久，法國(guó)化學(xué)家尼克雷也同樣殉難。 照耀我們的真理之光是如此明澈，這

23、時(shí)很難聯(lián)想到盜火者普羅米修斯所經(jīng)歷的苦難。 德國(guó)化學(xué)家許村貝格曾指出，氫氟酸中所含的這種元素是一切元素中最活潑的，所以要將這種元素從它的化合物中離析出來(lái)將是一件非常困難的事情。 法國(guó)自然博物館館長(zhǎng)、工藝學(xué)院教授弗雷米也認(rèn)為，電解可能是制取單質(zhì)氟的唯一有效的方法。弗雷米曾分別高溫加熱氟化鈣、氟化鉀和氟化銀使之熔融，然后電解。雖然陰極能析出金屬，陽(yáng)極上也產(chǎn)生了少量的氣體，但是他即使想盡了一切辦法，也始終未能收集到氟氣。他想，一定是溫度太高了，產(chǎn)生的氟氣立即與容器和電極發(fā)生反應(yīng)而消失了。什么氟化物不需加熱就呈液態(tài)呢？他又電解無(wú)水氟化氫，但是它雖呈液態(tài)卻不導(dǎo)電。只有電解含水的氟化氫液體，才有電流通過(guò)，

24、但卻只能收集到氫氣、氧氣和臭氧?？磥?lái)是電解產(chǎn)生的氟與水反應(yīng)生成了氧氣和臭氧。 與此同時(shí)，英國(guó)化學(xué)家哥爾也用電解法分解氟化氫，但是在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生了爆炸，顯然是產(chǎn)生的少量氟氣與氫氣發(fā)生了劇烈的反應(yīng)。他還試驗(yàn)過(guò)各種電極材料，如碳、金、鈀、鉑，但是在電解時(shí)碳電極被粉碎，金、鈀、鉑也不同程度地被腐蝕。 這么多化學(xué)家的努力，雖然都沒(méi)有制得單質(zhì)氟，但是他們的心血沒(méi)有白費(fèi)。他們從失敗中獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為后來(lái)莫瓦桑制得氟氣摸索了道路。 1852年9月28日，亨利莫瓦桑出生于巴黎的一個(gè)鐵路職員家庭。因家境貧困，莫瓦桑中學(xué)未畢業(yè)就到巴黎的一家藥房當(dāng)學(xué)徒，在實(shí)際中獲得了一些化學(xué)知識(shí)和技藝。他懷著強(qiáng)烈的求知欲

25、，常去旁聽(tīng)一些著名科學(xué)家的講演。1872年他在法國(guó)自然博物館館長(zhǎng)、工藝學(xué)院教授弗雷米的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)化學(xué)。1874年到巴黎藥學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室工作，1877年25歲時(shí)才獲得理學(xué)士學(xué)位。1872年莫瓦桑成為弗雷米教授的學(xué)生，開(kāi)始了真正的化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作。但他一開(kāi)始是研究生理化學(xué)的。當(dāng)時(shí)幾乎所有的化學(xué)家都在研究有機(jī)化學(xué)。法國(guó)化學(xué)家杜馬在1876年發(fā)表感想說(shuō)：“我國(guó)的化學(xué)研究領(lǐng)域大部分為有機(jī)化學(xué)所占領(lǐng)，太缺少無(wú)機(jī)化學(xué)的研究了?！本驮谶@時(shí)，莫瓦桑轉(zhuǎn)而研究無(wú)機(jī)化學(xué)。年輕的莫瓦桑知道制取單質(zhì)氟這個(gè)課題難倒了許多化學(xué)家，可是莫瓦桑對(duì)氟的研究卻非常感興趣，不但沒(méi)有氣餒，反而下定決心要攻克這個(gè)難關(guān)。由于工作的變化，這項(xiàng)研

26、究沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行，直到十年后才得以集中精力開(kāi)展研究。莫瓦桑先花了好幾個(gè)星期的時(shí)間查閱科學(xué)文獻(xiàn)，研究了幾乎全部有關(guān)氟的著作。他認(rèn)為已知的方法都不能把氟單獨(dú)分離出來(lái)，只有戴維設(shè)想的方法還沒(méi)有試驗(yàn)過(guò)。戴維曾預(yù)言：磷和氧的親合力極強(qiáng)，如果能制得氟化磷，再使氟化磷和氧作用，則可能生成氧化磷和氟。由于當(dāng)時(shí)戴維還沒(méi)有辦法制得氟化磷，因而設(shè)想的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。 于是莫瓦桑用氟化鉛與磷化銅反應(yīng)，得到了氣體的三氟化磷。他把三氟化磷和氧的混合物通過(guò)電火花，雖然也發(fā)生了爆炸反應(yīng)，但得到的并非單質(zhì)的氟，而是氟氧化磷（POF3）。 莫瓦桑又進(jìn)行了一連串的實(shí)驗(yàn)，都沒(méi)有達(dá)到目的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索，他終于得出了這樣的結(jié)論：他的實(shí)驗(yàn)

27、都是在高溫下進(jìn)行的，這正是實(shí)驗(yàn)失敗的癥結(jié)所在。因?yàn)榉欠浅；顫姷?，隨著溫度的升高，它的活潑性也就大大地增加了。即使在反應(yīng)過(guò)程中它能夠以游離的狀態(tài)分離出來(lái)，它也會(huì)立刻和任何一種物質(zhì)相化合。顯然，反應(yīng)應(yīng)該在室溫下進(jìn)行，當(dāng)然，能在冷卻的條件下進(jìn)行那就更好一些。他還想起他的老師弗雷米說(shuō)過(guò)的話：電解可能是唯一可行的方法。他想如果用某種液體的氟化物，例如用氟化砷來(lái)進(jìn)行電解，那么怎樣呢？這種想法顯然是大有希望的。莫瓦桑制備了劇毒的氟化砷，但隨即遇到了新的困難氟化砷不導(dǎo)電。在這種情況下，他只好往氟化砷里加入少量的氟化鉀。這種混合物的導(dǎo)電性很好，可是在電解幾分鐘后，電流又停止了。原來(lái)陰極表面覆蓋了一層電解出的砷

28、。莫瓦桑疲倦極了，十分艱難地支撐著。他關(guān)掉了聯(lián)通電解裝置的電源，隨即倒在沙發(fā)椅上，心臟病劇烈發(fā)作，呼吸感到困難，面色發(fā)黃，眼睛周圍出現(xiàn)了黑圈。莫瓦桑想到，這是砷在起作用，恐怕只好放棄這個(gè)方案了。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象不是一次，他曾因中毒而中斷了四次實(shí)驗(yàn)。莫瓦桑的愛(ài)妻萊昂妮看到他漫無(wú)節(jié)制地給自己增加工作，而且又經(jīng)常冒著中毒的危險(xiǎn)，對(duì)他的健康狀況極為擔(dān)心。休息了一段時(shí)間后，莫瓦桑的健康狀況有了好轉(zhuǎn)，他繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。剩下唯一的方案是電解氟化氫。他按照弗雷米的辦法，在鉑制的容器中蒸餾氟氫酸鉀（KHF2），得到了無(wú)水氟化氫液體。他用鉑制的U型管作容器，用強(qiáng)耐腐蝕的鉑銥合金作電極，并用氯仿作冷卻劑將無(wú)水氟化氫冷卻

29、到-23C進(jìn)行電解。在陰極上很快就出現(xiàn)了氫氣泡，但陽(yáng)極上卻沒(méi)有分解出氣體。電解持續(xù)近一小時(shí)，分解出來(lái)的都是氫氣，連一點(diǎn)氟的影子也沒(méi)有。莫瓦桑一邊拆卸儀器，一邊苦惱地思索著，也許氟根本就不能以游離狀態(tài)存在？當(dāng)他撥掉U型管陽(yáng)極一端的塞子時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)塞子上覆蓋著一層白色粉末狀的物質(zhì)?？刹皇敲?，原來(lái)塞子被腐蝕了！氟到底還是分解出來(lái)了，不過(guò)和玻璃發(fā)生了反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)使莫瓦桑受到了極大的鼓舞。他想，如果把裝置上的玻璃零件都換成不能與氟發(fā)生反應(yīng)的材料，那就可以制得單體的氟了。熒石不與氟起作用，用它來(lái)試試吧，于是他用熒石制成試驗(yàn)用的器皿。莫瓦桑把盛有液體氟化氫的U型鉑管浸入制冷劑中，用熒石制的螺旋帽蓋緊管口

30、，再進(jìn)行電解。 多少年來(lái)化學(xué)家夢(mèng)寐以求的理想終于實(shí)現(xiàn)了！1886年6月26日，莫瓦桑第一次制得了單質(zhì)的氟氣！這種氣體遇到硅立即著火，遇到水即生成氧氣和臭氧，與氯化鉀反應(yīng)置換出氯氣。 莫瓦桑的論文遞交法國(guó)科學(xué)院后，法國(guó)科學(xué)院為了確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)，指定了一個(gè)由三人組成的審查委員會(huì)，其中包括莫瓦桑的老師弗雷米和有機(jī)化學(xué)家貝特羅。 莫瓦桑以最細(xì)心的準(zhǔn)備工作來(lái)迎接審查。當(dāng)他的老師等三位化學(xué)界的前輩到來(lái)時(shí)，他的電解裝置竟然出現(xiàn)了前所未有的故障沒(méi)有一點(diǎn)電流通過(guò)，當(dāng)然也不會(huì)有一點(diǎn)氟的蹤影。 三位科學(xué)家離開(kāi)后，莫瓦桑經(jīng)過(guò)幾天的努力，終于找到了這次實(shí)驗(yàn)失敗的原因，是因?yàn)閷⒎瘹渚频锰儍?。以往?shí)驗(yàn)電解的氟化氫中都含

31、有氟化鉀，殘留的氟化鉀使液體可以導(dǎo)電。而這次莫瓦桑仔細(xì)將氟化氫蒸餾了又蒸餾，其中不再含氟化鉀，所以不能導(dǎo)電。查明原因之后，莫瓦桑再次實(shí)驗(yàn)獲得成功，審查委員會(huì)終于確認(rèn)了他的發(fā)現(xiàn)。 為了表彰莫瓦桑在制備氟方面所做出的突出貢獻(xiàn)，法國(guó)科學(xué)院發(fā)給他一萬(wàn)法郎的拉卡澤獎(jiǎng)金。莫瓦桑用這筆錢償還了實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用。四個(gè)月后，他被任命為巴黎藥學(xué)院的毒物學(xué)教授，同時(shí)還建造了一座不大的私人實(shí)驗(yàn)室供他進(jìn)行科學(xué)研究。在這里，他繼續(xù)改進(jìn)氟的制法，用銅制的電解容器代替價(jià)格昂貴的鉑制容器，進(jìn)行了規(guī)模較大的實(shí)驗(yàn)，每小時(shí)能電解出五升氟氣。他進(jìn)一步制備出許多新的氟化物，如氟代甲烷、氟代乙烷、異丁基氟等。其中四氟化碳的沸點(diǎn)是-15C，很適合

32、做制冷劑。這是最早的氟里昂。 他將研究成果寫成了氟及其化合物一書，這是一本研究氟的制備及其氟化物性質(zhì)的開(kāi)山之作。1906年莫瓦桑獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。關(guān)于獲獎(jiǎng)成就是這樣寫的：通過(guò)電解氟化鉀的無(wú)水氟化氫溶液首次離析出單質(zhì)氟，并對(duì)這一元素的性質(zhì)及與其它元素的反應(yīng)作了充分的研究。此外還發(fā)明了“莫瓦桑電爐”，并用它制備了很多新化合物。 “莫瓦桑電爐”使化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到2000C，從而開(kāi)辟了高溫化學(xué)這一新的領(lǐng)域。不止這些，莫瓦桑在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的很多領(lǐng)域都有獨(dú)到的突破。 諾貝爾獎(jiǎng)令世人仰慕，卻不能給莫瓦桑的生命以更多的時(shí)間。1907年2月6日，莫瓦桑得了闌尾炎。手術(shù)很成功，但他的心臟病卻加劇了。他終于認(rèn)識(shí)到多年以

33、來(lái)一直沒(méi)有關(guān)心自己的身體健康。莫瓦桑不得不承認(rèn)：“氟奪走了我十年的生命”。2月30日，這位在化學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)上閃爍著光芒的化學(xué)家永遠(yuǎn)地隕落了。這時(shí)，莫瓦桑還不到55歲。 下面是莫瓦桑獲得的諾貝爾獎(jiǎng)?wù)潞陀嘘P(guān)成就證書。幾個(gè)重要的化學(xué)物質(zhì)及工藝演進(jìn) 野火、摩擦生火 煤炭（石炭、黑金、烏薪、燃石）冶煉 石油（石漆、水肥、石脂、猛火油、石腦油、雄黃油）燃料、潤(rùn)滑、防水、蠟燭。第一次名稱出現(xiàn)在有記載的沈括的夢(mèng)溪筆談 天然氣，晉朝四川用作煮鹽 陶器，伴隨著用火的開(kāi)始出現(xiàn) 瓷器，必須用高嶺土作胎，表面有釉，燒成溫度很高 陶瓷的顏色都是無(wú)機(jī)金屬氧化物的顏色 高超的技藝卻沒(méi)有形成科學(xué) 玻璃是埃及人發(fā)明的（陶土加堿土碳

34、酸鈉高溫?zé)郏?純銅（天然紅銅，硬度低熔點(diǎn)高） 青銅（錫或鉛的加入降低熔點(diǎn)提高硬度） 銅鎳合金（白銅） 銅鋅合金（黃銅） 火煉銅（木炭燃燒熔融并充當(dāng)還原劑） 水煉銅（鐵置換硫酸銅） 隕鐵 鐵礦 木炭冶鐵 加熱鍛打 滲碳成鋼 生鐵鑄造千分位引起的誤差惰性氣體的發(fā)現(xiàn)瑞利勛爵瑞利原名斯特拉特，因?yàn)樗娓副挥?guó)皇室封為瑞利勛爵，他是第三世，故稱瑞利勛爵第三。其父輩在科學(xué)上都沒(méi)有什么聲望，到瑞利勛爵第三，成了科學(xué)巨人?？茖W(xué)史習(xí)慣上不稱他為斯特拉特，而簡(jiǎn)稱瑞利。 1842年11月12日，瑞利生于倫敦附近的埃塞克斯。他自幼體弱多病，學(xué)習(xí)時(shí)常因病中斷。1861年，他進(jìn)入劍橋大學(xué)的三一學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)。開(kāi)始他的學(xué)業(yè)

35、平平，但不久他以突出的才能超過(guò)了班上學(xué)習(xí)最好的同學(xué)。1865年他以優(yōu)等成績(jī)畢業(yè)。當(dāng)時(shí)劍橋的主試人指出：“瑞利的畢業(yè)論文極好，不用修改就可以直接付印?！?866年，瑞利開(kāi)始在劍橋任教，直到1871年。這一年，他結(jié)了婚，妻子是后來(lái)的首席國(guó)務(wù)大臣的妹妹。1872年，他因嚴(yán)重的風(fēng)濕病不得不去埃及和希臘過(guò)冬，同時(shí)開(kāi)始寫作兩卷本的聲學(xué)原理。這部物理學(xué)上不朽的名著一直寫了六年，直到1877年第一卷才初次出版。1879年，著名的物理學(xué)教授麥克斯韋去世，空缺的劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任職位由瑞利繼任。瑞利對(duì)科研事業(yè)熱情極高，投入了全部身心。他擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任之后，擴(kuò)大了招生人數(shù)，把原只有六、七個(gè)學(xué)生的小組

36、發(fā)展為擁有七十多位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的先進(jìn)學(xué)派，其中包括女性，反映了瑞利男女平等的觀念。瑞利要求學(xué)生都要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)物理、研究物理。由他開(kāi)創(chuàng)的這種培養(yǎng)學(xué)生的方法從此在歐美的大學(xué)流傳開(kāi)來(lái)。瑞利還帶頭捐出500英鎊，同時(shí)還向友人募集了1500英鎊，為實(shí)驗(yàn)室添置了大批的新儀器，使實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究設(shè)備得到充實(shí)。后來(lái)，該實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)了多位諾貝爾獎(jiǎng)得主。1884年接替瑞利任實(shí)驗(yàn)室主任的湯姆生，在這里發(fā)現(xiàn)了電子，榮獲1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。湯姆生的學(xué)生盧瑟福，發(fā)現(xiàn)了放射性衰變規(guī)律，提出了半衰期的概念。他接替湯姆生任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任后，還是在這里，利用a-射線發(fā)現(xiàn)了原子的“行星式”有核結(jié)構(gòu)，第一次打開(kāi)了原子的

37、大門，于1908年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。盧瑟福培養(yǎng)了很多的學(xué)生，其中有成功解釋了氫原子光譜的丹麥物理學(xué)家玻爾，發(fā)現(xiàn)了原子序數(shù)與它的X-射線波長(zhǎng)間關(guān)系的莫斯萊。還培養(yǎng)了中國(guó)人霍秉權(quán)，霍老于1934年在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，回國(guó)后任鄭州大學(xué)物理系教授。下圖是卡文迪許實(shí)驗(yàn)室一角配有實(shí)驗(yàn)儀器的教室。 瑞利在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室最初的研究工作主要是光學(xué)和振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)，后來(lái)的研究幾乎涉及物理學(xué)的各個(gè)方面。他用精密的實(shí)驗(yàn)建立了電阻、電流和電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到建立基本單位準(zhǔn)確性的重要意義，瑞利建議英國(guó)政府成立國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室自1900年建立以來(lái)，一直是國(guó)際上重要的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。 瑞利是注重嚴(yán)格定量研究的物理學(xué)家

38、。例如他測(cè)量氣體密度時(shí)，想到玻璃容器受大氣壓的影響，在充滿氣體和抽成真空時(shí)體積是不一樣的，因而所受空氣的浮力也是不一樣的。他將這微小的差別計(jì)算在內(nèi)，可見(jiàn)他的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)極為嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)研究結(jié)果要求極為精確。由他測(cè)定的氣體密度值，經(jīng)過(guò)了一百多年，有些還在使用。這種追求至真的作風(fēng)使得他在測(cè)定氮?dú)饷芏葧r(shí)發(fā)現(xiàn)并抓住了“千分位的誤差”，從而與拉姆塞共同發(fā)現(xiàn)了氬。這一成就使瑞利榮獲了1904年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1905年，瑞利當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席。從1908年直到1919年去世，他是劍橋大學(xué)的名譽(yù)校長(zhǎng)。千分位誤差 瑞利對(duì)氣體密度的測(cè)定花費(fèi)了他二十多年的時(shí)間，目的是為了驗(yàn)證普勞特假說(shuō)。什么是普勞特假說(shuō)呢？早在18

39、15年，曾積極宣揚(yáng)原子論的蘇格蘭化學(xué)家湯姆遜，在他主編的哲學(xué)年鑒上發(fā)表了英國(guó)化學(xué)家普勞特的文章，指出各種氣體的密度精確地是氫氣密度的整數(shù)倍。由此他推測(cè)氫原子可能是各種元素的“元粒子”。這就是普勞特關(guān)于元素的氫母質(zhì)假說(shuō)。湯姆遜認(rèn)為“該假說(shuō)是非常站得住腳的”。他為使原子量的數(shù)值符合這一概念積極奮斗了幾年之久。他總試圖讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果去符合他預(yù)先想好了的結(jié)論，這種治學(xué)作風(fēng)曾受到貝采里烏斯的嚴(yán)厲批評(píng)。貝采里烏斯在1826年發(fā)表的原子量與湯姆遜基于普勞特假說(shuō)的臆斷值有明顯的差別。當(dāng)時(shí)歐洲大陸接受貝采里烏斯的原子量，而英國(guó)的化學(xué)家則接受湯姆遜的數(shù)值。1859年，曾反對(duì)貝采里烏斯電化二元論的杜馬發(fā)表文章支持普勞特

40、假說(shuō)。他說(shuō)元素的原子量是氫原子量四分之一的整數(shù)倍。這就是說(shuō)，氫原子是四個(gè)“氫元粒子”的牢固結(jié)合體，在化學(xué)反應(yīng)中這些“氫元粒子”總是不分開(kāi)。其它元素的原子也是“氫元粒子”的牢固結(jié)合體，其數(shù)目多數(shù)是4的整數(shù)倍，即普勞特所說(shuō)的“氫的整數(shù)倍”。比利時(shí)化學(xué)家斯達(dá)廣泛使用當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的各種制備純物質(zhì)的方法，用二十五年時(shí)間精確測(cè)定的原子量否定了杜馬的結(jié)論。但普勞特假說(shuō)依然引起人們的興趣。興趣歸興趣，當(dāng)時(shí)誰(shuí)也想不到，大約半個(gè)世紀(jì)后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了同位素，普勞特假說(shuō)重新煥發(fā)了異彩，人們似乎再度發(fā)現(xiàn)了“元粒子”氕原子核（質(zhì)子）。由此我們看到科學(xué)與偽科學(xué)相伴而生，在比較與斗爭(zhēng)中看到了真理的曙光。瑞利在驗(yàn)證普勞特假說(shuō)

41、的過(guò)程中，是怎樣有所發(fā)現(xiàn)的呢？讓我們看看他的自述吧。 “20多年來(lái)，我一大部分精力從事氣體密度這個(gè)題目的研究，這些正是普勞特假說(shuō)所涉及的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)列尼奧宣稱氧氣的密度是氫氣密度的15.96倍。這個(gè)數(shù)值與16相比，看來(lái)是在實(shí)驗(yàn)誤差范圍以內(nèi)。 “我的工作同庫(kù)克同時(shí)進(jìn)行的工作一樣，沿用了列尼奧的方法，使用的球形容器和一個(gè)外形體積相同的樣品容器（密封的）保持平衡。在這樣的條件下，實(shí)驗(yàn)就不受空氣密度起伏的影響。這個(gè)考慮非常重要，因?yàn)樵谟命S銅和白金做砝碼的常規(guī)稱量中，氣壓的高低要比球形容器內(nèi)是真空或裝有一個(gè)大氣壓的氫氣造成更大的表觀誤差。庫(kù)克最初宣布的結(jié)果是和列尼奧的結(jié)果相同的，但在他們倆的計(jì)算中都忽略了

42、一個(gè)修正值。他們都假設(shè)球形容器內(nèi)不論是真空還是裝有一個(gè)大氣壓的氣體，其外部體積都是相同的。其實(shí)在充滿氣體的情況下體積應(yīng)比較大。做了修正后，庫(kù)克的實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為和我同時(shí)宣布的數(shù)值一致，即15.882。這樣，此數(shù)值與普勞特假說(shuō)的差異增大了，重新測(cè)定差異也未必減小。“我的注意力開(kāi)始轉(zhuǎn)向氮?dú)?。我使用一種處理方法作了一組測(cè)試。這個(gè)方法是哈庫(kù)特首先發(fā)明的，后由拉姆塞介紹給我的：空氣先通過(guò)液態(tài)氨，再通過(guò)一個(gè)管子，管中放有熾熱的銅。空氣中的氧在管中被氨中的氫吸收生成了水，3O2 + 4NH3 = 6H2O + 2N2 剩余的氨再用硫酸吸收。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，銅僅僅起了增加接觸面和指示器的作用。只要銅還發(fā)亮，我們就可

43、肯定氨在起作用。 “我對(duì)這樣處理過(guò)的氣體進(jìn)行了一組測(cè)試，結(jié)果都一致。起初我打算就此結(jié)束對(duì)氮?dú)獾膶?shí)驗(yàn)，但后來(lái)我仔細(xì)考慮，這次所用的方法不是列尼奧的方法，而后者無(wú)論如何是值得一用的方法。因此我又回到比較正統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)程序，不用氨而使空氣直接通過(guò)熾熱的銅。按照此想法又進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果又一次完全一致。但是使我驚奇不解的是，兩種方法得出的密度值相差千分之一。這個(gè)差值雖小，但完全超出了實(shí)驗(yàn)誤差范圍。氨法給出的密度值較小，于是產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：差值是否由某些已知條件引起的？經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究，對(duì)此做出了否定的回答。我很困惑，不知道該怎樣繼續(xù)研究。實(shí)驗(yàn)中有一條好規(guī)矩：當(dāng)差值一開(kāi)始就存在時(shí)，我們總是要設(shè)法放大這個(gè)

44、差值，而不是憑感情放棄它。兩種氮?dú)獾降子惺裁床顒e？一種氮?dú)馊縼?lái)自空氣，另一種氮?dú)饧s有五分之一來(lái)自氨。在氨法中用氧氣代替空氣是放大這個(gè)差值的最有希望的辦法，因?yàn)檫@樣一來(lái)，實(shí)驗(yàn)中的全部氮?dú)舛紤?yīng)來(lái)自氨。這個(gè)實(shí)驗(yàn)立刻獲得了成功。來(lái)自氨的氮?dú)獗葋?lái)自空氣中的氮?dú)廨p約千分之五。這個(gè)差值比較大，可以進(jìn)行滿意的分析。一種可能的解釋是：空氣中有一種比氮?dú)庵氐臍怏w；另一種可能的解釋（這種見(jiàn)解最初相當(dāng)受化學(xué)界朋友的支持）是：經(jīng)過(guò)液態(tài)氨處理的氣體中存在一種游離狀態(tài)的氮。由于這種游離氮應(yīng)當(dāng)是不穩(wěn)定的，因此我作了一次實(shí)驗(yàn)，將樣品保存了八個(gè)月，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)密度沒(méi)有改變?！?這就是許多史料都提及的一段實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)。瑞利用電解水、加

45、熱氯酸鉀和高錳酸鉀等三種不同的方法制取的氧氣，密度完全相等。經(jīng)過(guò)十年的努力，他測(cè)得氧氣和氫氣的密度比是15.882:1 ,削弱了普勞特假說(shuō)的影響。而他用不同的方法制取的氮?dú)猓芏葎t有微小的差異。由氨制得的氮?dú)饷芏仁?.2508g/L，由空氣制得的氮?dú)饷芏仁?.2572g/L，前者要小千分之五左右。對(duì)此，他自己反復(fù)驗(yàn)證了多次。盡管差別很小，但是瑞利發(fā)現(xiàn)，這個(gè)“誤差”總是表現(xiàn)為由空氣除去氧、二氧化碳、水以后獲得的氮?dú)?，比由氨和其它氮的化合物獲得的氮?dú)饷芏却螅徽`差雖小，但是不對(duì)稱。瑞利起初認(rèn)為，之所以由空氣制得的氮?dú)饷芏却笠恍?，可能有四種解釋： （1）由大氣所得的氮?dú)?，可能還含有少量的氧氣。 （2）

46、由氨制得的氮?dú)猓赡芑祀s了微量的氫氣。 （3）由大氣制得的氮?dú)猓蛟S有類似臭氧O3的N3分子存在。 （4）由氨制得的氮?dú)?，可能有若干分子已?jīng)分解，游離的N原子把氮?dú)獾拿芏冉档土恕?第一個(gè)假設(shè)是不可能的，因?yàn)檠鯕夂偷獨(dú)獾拿芏认嗖畈淮?，必須雜有大量的氧，才有可能出現(xiàn)千分之五的差異。與此同時(shí)，瑞利又用實(shí)驗(yàn)證明：他由氨制得的氮?dú)?，其中不含氫氣。第三個(gè)解釋也不足置信，因?yàn)樗捎脽o(wú)聲放電使可能混雜N3的氮?dú)獍l(fā)生變化，并沒(méi)發(fā)現(xiàn)氮?dú)獾拿芏扔兴兓床淮嬖贜3。第四種假設(shè)經(jīng)過(guò)八個(gè)月的實(shí)驗(yàn)也排除了。 瑞利感到困惑不解。1892年，他將這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在英國(guó)的自然周刊上，尋求讀者的解答，但他一直沒(méi)有收到答復(fù)。共同

47、發(fā)現(xiàn)氬 1894年4月19日，瑞利在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)宣讀了他的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。隨即蘇格蘭化學(xué)家、倫敦大學(xué)教授拉姆塞提出愿與瑞利合作研究。他說(shuō)兩年前就看到瑞利發(fā)表在自然周刊上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，今天聽(tīng)了報(bào)告更感到空氣中可能還含有未知的密度更大的成份。瑞利聽(tīng)出了這話的分量。另外有人向瑞利提起了一百多年前卡文迪許所作的實(shí)驗(yàn)，他放電使氧氣與氮?dú)饣?。正是這位與拉瓦錫同時(shí)代的卡文迪許，英國(guó)的貴族科學(xué)家，以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為樂(lè)，身后留下了大量的實(shí)驗(yàn)記錄和大筆的財(cái)產(chǎn)。他的親屬（他自己沒(méi)有后代）1871年捐款給劍橋大學(xué)建立了著名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。瑞利曾任實(shí)驗(yàn)室主任，當(dāng)然很容易就找到了當(dāng)年卡文迪許的實(shí)驗(yàn)記錄?？ㄎ牡显S將電火花引入空氣時(shí)產(chǎn)

48、生了紅棕色硝酸氣（NO2）。為了深入研究，他用兩只酒杯裝滿水銀，又把U型管倒立在兩個(gè)酒杯上，使水銀密封U型管內(nèi)的空氣。在這之前他在水銀面上放少量苛性鉀，以吸收硝酸氣（NO2）。然后通過(guò)水銀插入導(dǎo)線，在U型管內(nèi)放電，使氣體不斷減少。O2 + N2 = 2NO , 2NO + O2 = 2NO2 , 2KOH + NO + NO2 = 2KNO2 + H2O當(dāng)管內(nèi)的氧氣消耗殆盡時(shí)，再通入一些氧氣，繼續(xù)放電。如此反復(fù)，卡文迪許率領(lǐng)著他的仆人們，利用摩擦起電，一直搖了三個(gè)星期的起電盤。最后管內(nèi)殘留少量不再反應(yīng)的氣體時(shí)，卡文迪許用他的“硫肝液”吸收掉剩余的氧氣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)還有一個(gè)小氣泡，說(shuō)不清是什么氣體。

49、他在實(shí)驗(yàn)記錄中寫道：“在U型管里剩下的小氣泡是由于某種原因而不與脫燃素氣（氧氣）化合的濁氣，但它又不象普通的濁氣（氮?dú)猓?，因?yàn)槭裁措娀鸹ǘ疾荒苁顾c脫燃素氣（氧氣）化合。空氣中的濁氣（氮?dú)猓┎皇菃我坏奈镔|(zhì)，還有一種不與脫燃素氣（氧氣）化合的濁氣，其總量不超過(guò)全部空氣的一百二十分之一?！?瑞利利用他比卡文迪許先進(jìn)得多的儀器，重復(fù)了當(dāng)年卡文迪許的實(shí)驗(yàn)，得到了曾被稱作“濁氣”的那種氣體。而同時(shí)，拉姆塞分別用熾熱的銅和苛性鈉除去了空氣中的氧氣、二氧化碳和水蒸氣，最后用熾熱的鎂粉吸收了氮?dú)猓?3Mg + N2 = Mg3N2也剩下一點(diǎn)氣體。這期間他們互相通信、密切合作。還是看看瑞利的自述吧：“假如來(lái)自空

50、氣的氮比“化學(xué)”氮重是由于空氣中存在一種未知的成分，那么，下一步就應(yīng)通過(guò)吸收氮來(lái)分離這種成份。這是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù)。拉姆賽和我起初是分別進(jìn)行工作，后來(lái)則是合作從事了這項(xiàng)工作。有兩種方法是可行的：第一種方法是在電火花作用下使氮?dú)馀c氧氣化合并用堿吸收酸性化合物?？ㄎ牡显S最早就是用此方法驗(yàn)證了大氣的主要成份和硝石中的氮是同一種東西。第二種方法是完全用熾熱的鎂來(lái)吸收氮?dú)?。用這兩種方法都分離出了同一種氣體，數(shù)量約占空氣體積的百分之一，密度約為氮?dú)獾?.5倍?！皬臍怏w的處理方式就可看出，它不被氧化，也不被熾熱的鎂所吸收，進(jìn)一步設(shè)法使它化合也沒(méi)有任何結(jié)果。不要認(rèn)為這種氣體是很稀少的，一個(gè)大廳中它的重量，一個(gè)

51、人是搬不動(dòng)的?！崩啡麑⑦@種氣體充入氣體放電管中，發(fā)現(xiàn)了原來(lái)未曾見(jiàn)過(guò)的紅色和綠色等各種譜線。再經(jīng)光譜學(xué)家克魯克斯分析，剩余氣體的譜線多達(dá)200余條。通過(guò)光譜分析可以判斷這是一種新的氣體元素。 在合作了四個(gè)月后的1894年8月13日，瑞利和拉姆塞以共同的名義宣布了一種惰性氣體元素的發(fā)現(xiàn)。英國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)主席馬丹提議把這種氣體命名為Argon（氬），即“懶惰”、“遲鈍”的意思。 在這之后，他們又想：氬會(huì)不會(huì)是放電或氮?dú)馀c鎂劇烈反應(yīng)的產(chǎn)物呢？為了排除這種可能性，瑞利和拉姆塞又作了大量的物理實(shí)驗(yàn)，希望結(jié)果不受化學(xué)反應(yīng)的影響。他們采用了氣體擴(kuò)散速度比的實(shí)驗(yàn)法，即將空氣通過(guò)多孔性的長(zhǎng)管，分子量較小的氮?dú)夂脱鯕?/p>

52、就會(huì)較多地通過(guò)管壁擴(kuò)散到管外去，最后排出的氣體就會(huì)含有較重的氣體，其密度也會(huì)隨之增加。管道越長(zhǎng)分離得越徹底。這樣，他們用物理方法也得到了氬。 瑞利于1919年病故，比他的精誠(chéng)合作者拉姆塞晚逝3年，享年77歲。據(jù)拉姆塞的學(xué)生特拉弗斯說(shuō)，瑞利與拉姆塞之間往返信件極多，彼此關(guān)系十分融洽，共同為科學(xué)而努力，毫無(wú)名利之爭(zhēng)。瑞利逝世后，他的實(shí)驗(yàn)室曾供科學(xué)界參觀，凡是來(lái)訪問(wèn)的科學(xué)家，對(duì)瑞利使簡(jiǎn)便的儀器發(fā)揮出巨大的作用莫不驚異。瑞利實(shí)驗(yàn)室中的一切重要設(shè)備雖外形粗糙，但關(guān)鍵部位都制造得十分精細(xì)。瑞利用這些儀器做了極為出色的定量分析。后人經(jīng)常記起這位偉大科學(xué)家的名言：一切科學(xué)上的最偉大的發(fā)現(xiàn)，幾乎都來(lái)自精確的量度

53、。拉姆塞爵士 拉姆塞1852年10月2日生于英國(guó)的格拉斯哥。他的父母結(jié)婚時(shí)，都已年近四十，自慮已沒(méi)有生育子女的希望，沒(méi)想到第二年就生下小拉姆塞。拉姆塞的父母都是善良聰明的蘇格蘭人，家庭幸福美滿，他們努力使拉姆塞受到良好的教育。 拉姆塞從小喜歡大自然，極善音律，愛(ài)讀書也愛(ài)收藏書，而且很喜歡學(xué)習(xí)外語(yǔ)。他幼年時(shí)的許多行為，使成年人都感到吃驚。他小時(shí)經(jīng)常坐在格拉斯哥自由圣馬太教堂里，寂寞地好像是聽(tīng)卡爾文教徒講道，大人們不明白這位活潑好動(dòng)的孩子，為什么能安靜地坐著。人們總看見(jiàn)他在閱讀圣經(jīng)，走近一看才明白，原來(lái)小拉姆塞看的不是英文版的圣經(jīng)，而是看的法文版，有時(shí)又看德文版。他是在用這種方法學(xué)習(xí)法文和德文。拉

54、姆塞去教堂的另一目的是看教堂的窗子，因?yàn)槟谴吧翔偳吨S多幾何圖形，他通過(guò)那些圖形驗(yàn)證學(xué)校學(xué)的幾何定理。 拉姆塞14歲時(shí)，被格拉斯哥大學(xué)文學(xué)院破格錄取為大學(xué)生。他極肯鉆研，他的同班同學(xué)菲夫回憶拉姆塞剛上大學(xué)時(shí)的情形說(shuō)：“拉姆塞剛?cè)氪髮W(xué)時(shí)，我們沒(méi)學(xué)化學(xué)，但他一直在家中做各種實(shí)驗(yàn)。他的臥室四處都放著藥瓶，瓶里裝著酸類、鹽類、汞等等。那時(shí)我們才剛剛認(rèn)識(shí)，他買化學(xué)藥品和化學(xué)儀器很內(nèi)行對(duì)我印象很深。下午，我們常在他家會(huì)面，一起做實(shí)驗(yàn)，如制取氫、氧，由糖制草酸等。我們還自制了許多玻璃用具，自制了本生燈，拉姆塞是制造玻璃儀器的專家。我相信，學(xué)生時(shí)代的訓(xùn)練，對(duì)他的一生大有好處，除了燒瓶和曲頸瓶以外，所有的儀器，

55、都是我們自制的。” 1870年，拉姆塞大學(xué)畢業(yè)后，去德國(guó)海德堡大學(xué)拜本生為師繼續(xù)學(xué)習(xí)。一年以后，由本生推薦到蒂賓根大學(xué)繼續(xù)深造，他在那里獲博士學(xué)位。1872一1880年間，拉姆塞在格拉斯哥學(xué)院任教。1880年他28歲的時(shí)候，由于教學(xué)和研究方面都有了較出色的成績(jī)，被倫敦大學(xué)聘為化學(xué)教授。1888年他被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席，1895年因發(fā)現(xiàn)惰性氣體元素族而榮獲戴維獎(jiǎng)?wù)?。同年他還被選為法國(guó)科學(xué)院院士，1911年擔(dān)任英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)主席。1902年，英國(guó)政府授予他爵士的榮譽(yù)稱號(hào)。下面是拉姆塞爵士的照片。 拉姆塞學(xué)問(wèn)很淵博，也是科學(xué)界中最優(yōu)秀的語(yǔ)言學(xué)家。1913年，他在化學(xué)學(xué)會(huì)國(guó)際會(huì)議上擔(dān)任主席時(shí)，使全世

56、界各地代表大為驚奇和愉快的是，他先講英語(yǔ)，后講法語(yǔ)，再講德語(yǔ)，間或也用意大利語(yǔ)，無(wú)不流暢自如，從容清晰。這主要得益于他自小的刻苦練習(xí)。 太陽(yáng)元素 1890年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所的地球化學(xué)家西爾布蘭德觀察到，當(dāng)把瀝青鈾礦粉放到硫酸中加熱時(shí)，就會(huì)放出一種氣體，經(jīng)實(shí)驗(yàn)這種氣體也是惰性的。1895年，對(duì)“惰性”兩字十分敏感的拉姆塞和特拉弗斯讀到報(bào)告后立即重復(fù)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他們把放出的氣體充入放電管中進(jìn)行光譜分析，原以為要出現(xiàn)氬的光譜，但卻出現(xiàn)了黃色的輝光，在分光鏡中出現(xiàn)了很亮的黃色譜線這不是27年前發(fā)現(xiàn)的“太陽(yáng)元素”么？他們又將這種氣體標(biāo)本寄給權(quán)威的光譜專家克魯克斯。克魯克斯證實(shí)這確是“太陽(yáng)元素”氦。189

57、5年3月17日，拉姆塞把他研究太陽(yáng)元素氦的情況，寫信給布卡南說(shuō)：“那種瀝青鈾礦經(jīng)無(wú)機(jī)酸處理以后，放出的惰性氣體，克魯克斯認(rèn)為它的光譜有些是新的。我從處理方法上來(lái)看，我敢確定它不是氬?，F(xiàn)在我們正忙于繼續(xù)制取，數(shù)日以后，我希望能制得足量的做密度測(cè)定，我想，也許就是我們尋求已久的氦吧。”不到一周，拉姆塞就證明了這種物質(zhì)是氦。他非常高興，在3月24日給他的夫人的信中這樣寫道：“先講一個(gè)最新的消息吧，我把新氣體先封入一個(gè)真空管，這樣裝好以后，就在分光鏡上看到它的光譜，同時(shí)也看到氬的光譜，這種氣體是含有氬的，但是忽又見(jiàn)到一種深黃色的明線，光輝燦爛，和鈉的光線雖不重合，可也相差不遠(yuǎn)，我惶惑了，開(kāi)始覺(jué)得可疑。

58、我把這事告訴了克魯克斯，直到星期六早晨，克魯克斯拍來(lái)電報(bào)。電文如下：從鈾礦中分離出的氣體，為氬和氦兩種氣體的混和物?！边€有一族 元素氦、氬發(fā)現(xiàn)以后，拉姆塞在他開(kāi)拓的領(lǐng)域繼續(xù)深入研究。當(dāng)時(shí)的元素周期表還沒(méi)有氦和氬的位置。這兩種元素不與任何元素化合，即化合價(jià)為零，理應(yīng)另列一縱行作為零族放在第一主族堿金屬的左邊。氦的原子量為4，排在鋰的左邊十分合適；但氬的原子量為39.88，而鉀的原子量為39.1，這樣就出現(xiàn)了原子量大的排在前面的情況。是氬不純凈還是氬的原子量測(cè)定有問(wèn)題？為了確證氬的原子量，拉姆塞又作了大量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果依然。他是元素周期律的堅(jiān)信者，這個(gè)先進(jìn)的理論是他做出杰出發(fā)現(xiàn)的一個(gè)思想基礎(chǔ)。他想，應(yīng)尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能隨意改動(dòng)氬的