数理化通俗演义-第26章

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一天英皇乔治三世在宫里闷坐，正为日渐拮据的财政发愁，忽有人来访，说他能点铁成金，而且还带来了黄金样品。英王一听，连忙召见，来人捧上样品，真个沉甸甸，黄灿灿，耀人眼目。英皇忙问，怎么个炼法。来人称：“臣自幼学习化学，现是皇家学会会员。现在所用炼金之法，并不像古术士那样火烧顽石，而是用最新化学方法使几种元素参加化学反应生成黄金。”英皇一听，又是皇家学会会员，又是最新方法，面前又摆着这一堆真金，喜得龙颜大开，忙命收下样品，并通知牛津大学授他一个博士学位。谁知这事惹起牛津大学和皇家学会的教授学者们的激烈争议，有人说也许真能点铁成金，有人说根本是异想天开，争论的结果还是请这位十八世纪的术士当众一试。那人也慨然应允，约好日期，他去准备。到那天，观众到齐，人们到实验室请他出台，谁知一推房门，他已伏在桌子上服毒身死。他本是自欺欺人，现在当然过不了这一关，只好一死了之。

　　却说化学就是这样在浑浑噩噩中摸索。有时柳暗花明，有时山重水复。直到英国出了个波义耳，才推翻了亚里士多德的“四元素”说，确立了元素的科学概念。法国出了个拉瓦锡又推翻了〝燃素说〞，确立了氧化物的科学思想，并且排出了最初的元素表。看来物质确实是可以越分越细的。就像力学在伽利略之后要有牛顿、电学在法第之后要有麦克斯韦，这化学也着实需要一个人出来在理论上概括一下了。

　　正是：

　　众人摸索千百年，

　　窗纸只待一人点。

　　历史宠爱幸运者，

　　勿将机遇来轻看。

　　各位读者，你道这个赶上机遇的幸运者是谁？他是英国一个教会中学的普通教员道尔顿（1766－1844）。

　　这道尔顿出生于一个贫寒的农民家庭，只读过几年小学就在家种地，但他顽强自学，1780年时终受聘到肯达尔城的一所教会中学任教。你想这个道尔顿在乡间耕锄之余还要寻书觅字，现在进了城更是如鱼得水，终日访贤问能，汲取知识。一日他听说城东住着一个叫约翰．戈夫的老人极是博学，便去造访。他轻轻叩门，里面一个苍老的声音应声道：“请进！”他推开门，只见迎窗背门坐着一位老者满头白发，听见有人进来也不转身，问道：“你是谁？”

　　“先生，我是约翰•；道尔顿，刚来的中学教员。”

　　“找我有什么事吗？”老人回过头来。

　　道尔顿这才看清，他已经双目失明，忙回答：“向您请教一点数学、化学方面的学问。”

　　“我能感觉到你很激动。大概是没想到我是个瞎老头吧。”

　　这老头虽是双目失明，感觉却十分敏锐。他转过椅子和道尔顿攀谈起来，不一会儿两人就成了好朋友。他们谈天说地，从数学说到物理，说到天文，说到化学，谈到高兴处，老人站起来走到一张大桌旁要给道尔顿亲自做几个实验。只见他伸手抽出一只试管，又从架上拿下一只瓶子倒出一点药粉，装入管内，又嚓地一声，划火柴点着酒精灯，将试管移向灯头加热，准备水缸，收集蒸汽，又测比重，又测压力。那双手熟练得他用什么物件，恰如那物件就正等在那里。那双眼倒不像是失明了，而是一个明眼人干这种事干得太熟了，懒得睁眼去看。道尔顿在一旁看得屏气凝神，真没想到此时会有这么一个奇人。实验做完他连忙请教老人何以有这样高超的技艺。老人答：“一是靠熟练，二是靠细心，要干的事没有不成。”自此道尔顿就常来请教，约翰•；戈夫老年无后也就以子相待，倾其胸中才学，教他希腊文、拉丁文、法文和物理、化学、数学。道尔顿在这个小城市教中学十二年，倒跟这位盲老人补习了大学的全部课程。各位读者，莫只说是道尔顿赶上了历史的机遇，但与他同时的人何止千万，而像他这等见缝插针、自学自强的人却着实不多，原来机遇却又是专奖给那些经过艰苦准备的人。

　　道尔顿经约翰•；戈夫指点，积十二年之功，已经是学富五车，才思敏捷，更可喜的是养成了一个勤观察爱思考的好习惯。他有一次为孝敬老母买了一条长筒袜子送回家里，不想老母一见立即不悦道：“孩子，就算你有孝心吧，也不能让我这样的年纪穿这樱桃红的艳色袜子去教堂作礼拜吧。”这一句话把道尔顿说得丈二和尚摸不着头脑。他说：“这明明是正合你老人家穿的深蓝色嘛，怎么会是樱桃红呢？”在场的人见状都哈哈大笑。后来道尔顿又拿各种颜色纸让他的学生去认，终于他成了第一个发现和研究色盲的人。于是他专门就此写了论文，并且留下遗嘱，死后请将自己的眼球拿去解剖，好探清色盲的原因。

　　道尔顿除研究色盲外，最长期的大量的工作就是观察天气，他一生记了二十万条观察记录，直到临死的前十五分钟还记了一条：今日微雨。他的生活极有规律，每天八点起床，先生好实验室的火炉，然后吃早饭，整个上午做实验，下午一点吃饭，然后再在实验室工作到五点，喝茶，再干到晚上九点，吃饭，休息。他在观察天气时对空气发生了兴趣。空气是那么自由均匀地流动，而盛在容器里，又给容器壁均匀的压强。他工作累了，在炉边喝茶时，那茶香又均匀地飘散到整个房间。看来气体是些极小的微粒，要不它怎能这样自由地、匀称地溶融呢？他想起德谟克利特的关于原子的设想，看来有一点道理。不过那毕竟还是一种哲学的推测，要变成化学的原子论，自然还得经过化学实验的验证。但是在无数次实验中，道尔顿早就发现这种元素的结合总是按一定的比例，比如把氢气和氧气放在一起化合，总是两份氢气和一份氧气结合成水。要是氢气用完了，氧气还有剩余，它永远也只能是氧气而不可能硬挤到水里去。这样，一个伟大的思想生成了。他在1808年终于写成《化学哲学的新体系》一书。指出：“化学的分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼此分离和再结合起来。物质的新的创造和毁灭，却不是化学作用所可能做到的。其所以不可能，正如我们不可在太阳系中放进一颗新的行星或消灭一颗现存的行星那样，或者正如我们不可能创造出或消灭一个氢原子一样。”就是说物质各由各自的原子组成，想把铁原子变成金原子是办不到的，千百年来那些梦想炼铁成金的人，不知个中底细，就这样一代一代地捞啊，捞啊，你想怎能不是一场空梦？

　　既然元素的原子各自不同，那么它的重量一定不同。但你想那原子何等的小，后来人们才知道，它的直径只有一亿分之一到一亿分之四厘米。拿五十万个原子摆在一根细头发丝的直径上也能放下，而一个原子的重量也只有1/100；000；000；000；000；000；000；000克（10^…23克）。道尔顿当时自然不能拿杆秤去称它一下，但是聪明的道尔顿却想出一个妙法，根据各种元素在化合反应时的比例，选择最轻的氢，定它的原子量为一，以它为基准，其他原素是氢的几倍就是它的原子量。各位读者可能还记得，本书第二十二、二十三回写到开普勒寻找行星间的运动规律，当然也不能用尺去量它们之间的距离。这真是任你小到再小，大到再大，秤不能称，尺不能量，可是人的思维却无孔不入，无远不至，轻而易举地解决了问题。这道尔顿在1803年9月6日就用他的这种办法很快列出了化学史上第一张有六种简单原子和十五种化合物原子的原子量表。为了区分这些各不相同的原子，道尔顿制定一套元素的符号表。道尔顿一下子成了名人。他并不注重名誉，但是戴维不和他商量就把他吸收为皇家学会会员。英国政府授予他金质奖章，柏林科学院授予他名誉院士，法国科学院授予他名誉理士。

　　正是：

　　无意逐利利上门，

　　不想求名名自来。

　　现在道尔顿开始走出那间拥挤的实验室，到欧洲各国去游历。但他不能像当年戴维那样，马车里有一个漂亮的妇人陪伴。他还是孤身一人，并且终身未娶。别人问他为什么人结婚，他用手指指脑袋说：“这里面让化学反应装满了，也就再装不下一个妻子。”

　　1822年，道尔顿出游来到法国。这法国当时也有一位名气极大的化学家叫盖吕萨克（1778－1850）。他盛情接待道尔顿，请他参观实验室，出席讲座，参加宴会。就在访问结束的那天，盖吕萨克又把道尔顿请到实验室里，说是请求指导一下实验。这实验说来极普通，就是氢氧化合成水。他取了两公升的氢和一公升的氧混在烧升瓶内，密封燃烧，生成了水蒸气，一量，得到的水蒸气是两公升。这时盖吕萨克说：“道尔顿先生，我们都认为同体积气体的原子数相同，那末你看刚才的反应是两个氢原子加一个氧原子生成了两个‘水原子’，这样一来岂不是每个‘水原子’里只能含有一份氢原子、半份氧原子了吗？按照你的原子论，原子是化学反应中最小的不可分的单位，这‘半个’又怎样解释呢？”

　　道尔顿的原子论问世以来已成功地解释了不少化学现象，比如反应物都成整数比，成整倍数等，今天盖吕萨克突然提出‘半个原子’的问题，叫他一下摸不着头脑。连日来只是听着恭维、祝贺、夸奖之词，现在突然被人将了一军，一时无法下台。他拍拍脑门，又看看烧瓶，只觉汗从额头出，话却无处寻。毕竟道尔顿如何收场，且听下回分解。

第四十一回
孤军深入化学不幸陷困境，天降奇兵物理仗义助其功
——光谱分析法的创立

　　上回说到在盖吕萨克的实验室里，盖吕萨克突然问道尔顿，怎么解释“水原子”里含有半个氧原子的问题。道尔顿一时语塞，无法下台。这个问题只用原子论是解释不了的，自然道尔顿无法回答。直到1811年意大利科学家阿伏伽德罗在原子论中引进了分子概念，创立了原子——分子论，这事才得以圆满解决。原来气体都是以分子状态存在的，化合物的分子都是由几种不同的原子构成的。而且在同温同压下，相同体积的气体所含原子数并不一定相同，而所含的分子数则是肯定相同的，都是6。02×1023个，后人将这数字叫阿伏伽德罗常量。在原子和宏观物质之间有了分子这一层过渡，许多化学反应就都很好解释了。这实在是化学的一大突破。所以恩格斯指出化学新时代是从原子论开始的，“近代化学之父不是拉瓦锡，而是道尔顿。”这是后话。

　　再说化学从拉瓦锡到道尔顿，确有很大发展。1789年，拉瓦锡的元素表上有33种元素，但实际上只有24种是真的。又过了四十年到戴维去世时，化学家已经敢肯定有53种不同元素的存在，19世纪初，人们又发现铱（Ir）、锇（Os）、铑（Rh）、钯（Pd）四种元素，1844年又发现钌（Ru），元素数字已上升到57种。但是这种发现却从此止步不前，20年过去了，世界上正是资本主义大发展的时期，陆地上修了铁路，大海里漂着轮船，空中载人气球也已上天，人们四处探险，收集矿石，收集标本，大型的冶炼，精密的化验，各种先进的手法都已用上了，但是“排空驭气奔如电，升天入地求之遍。上穷碧落下黄泉；两处茫茫皆不见。”像当年戴维一人就发现十来种元素，何等得意，而现在几十年全世界都发现不了一种元素，真是山穷水尽了。各位读者，原来科学的发展各学科间是相辅相成的。戴维当年本得力于电学帮忙，不想这化学得了物理的好处便只顾自己扬鞭催马，孤军深入，现在再无别的力量可以借助，于是便陷入泥滩进退两难。

　　却说化学这种裹足不前的局面直恼了一个人，叫他坐立不宁，寝食不安。这人叫本生（1811－1899），德国人。他的父亲是个教授，他大学毕业后也当教授，他一生就是极平静地读书、实验、讲课，他不用像拉瓦锡那样担心政治迫害，因为他从不介入政界；他没有失恋的痛苦，因为他一生就没有谈过恋爱。他每天的生活节奏像时钟一样准确，一样平稳。但是近来，他就连散步也要抬起脚将路边的石头踢出老远，来发泄他心中的烦闷。

　　这天黄昏时分，本生那高大的身躯又出现在布勒斯劳大学门口。他真是个像样的男子汉，浓眉大眼，宽肩厚胸，大礼帽顶在头上，雪茄烟挂在唇边，既有学者风度，又有军人气魄。只可惜近来眉间总有一缕愁云。这时迎面走来一个又瘦又小，脸上总抹不去笑容，嘴唇总不肯合拢，边走边和熟人说话开玩笑的人。他叫基尔霍夫（1824－1887），也是这个学校的教授。他一见本生，便故作吃惊地喊道：“我们的化学将军，为何这样心事重重？我这个物理小卒可否鞍前马后效一点绵薄之力？”说完也不等本生答话，便挽着他的手，向校园东边的路上散步而去。他的头刚比着本生的肩。他们是一对好友。

　　本生和基尔霍夫走在一起就开始诉苦了。他说：“我这个搞分析化学的，近来发明一种新方法，就是不管什么物质，在火里烧时都有一种固定的颜色。比如钠是黄的，钾是紫的。我想用这种方法也许能检查出新元素。可是最近又发现不同物质却可以烧出同一颜色，比如钾盐和锶盐都是深红的。刚刚摸到一个路口，却又是一条死胡同。真是走投无路啊。”

　　机灵的基尔霍夫不以为然地说道：“这有什么了不起。车路走不通走马路。要是我们搞物理的就不去看火焰的颜色，而是去看他们的光谱。”

　　“光谱？”

　　“对。牛顿发现的那种光谱。”

　　“我怎么就没有想起这一招呢？”

　　“将军，只因你的大帐下没有物理兵啊。如蒙不弃，我愿效劳。我手头还保存一块四十五年前大光学家夫琅和费亲自磨制的石英三棱镜呢。”

　　第二天，本生布置了一个暗室，还准备了他发明的“本生灯”。这种灯烧瓦斯气，灯头能大能小，火焰温度可高可低，最好的是它发的光是白色的，做实验时不会像酒精灯、蜡烛那样火焰总有颜色。基尔霍夫也抱来了几件仪器。说是仪器，其实简单得可笑。一块三棱镜，一个直筒望远镜，一个雪茄烟盒，一片打了一道窄缝的圆铁片。只见基尔霍夫先将烟盒内糊了一层黑纸，将三棱镜装在中央，再将烟盒打了两个洞，又将长筒望远镜一锯两截，分别插在烟盒的两个洞口上，一边是目镜，这便是用眼观察的窥管；一边是物镜，镜外再盖上那只有一条细缝的铁片，只许一线光进来。基尔霍夫那双灵巧的手，三下五除二便制成了世界上第一台分光镜。

　　实验开始了。先让阳光从铁片缝里射进，从窥管里看去，光谱上有一条条的黑线线这就是“夫琅和费线”，到底是什么意思，当时谁也不懂，先不去管它。

　　接着他们把本生灯的火焰对准铁片缝，然后本生用一根白金丝挑着各种盐往灯焰里送，基尔霍夫对着窥管看，一边读出光谱上的线条：钠盐——两条黄线；钾盐——一条紫线，一条红线。这时本生挑了一点钾盐，火焰发红，基尔霍夫对着窥管读道：“一条明亮的红线，一条较暗的橙线。”

　　“好，我再挑一点钾盐。”

　　火焰仍然发红，可是基尔霍夫喊道：“这是一条明亮的蓝线，几条红线、橙线、黄线－不对，你刚才放的什么？”

　　本生也不答话，又向灯上加了一点东西，