数理化通俗演义 作者:梁衡-第29章
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星期，最后弯管中还剩下一个很小的气泡，任你怎样通电，它也再无丝毫的表示。卡文迪许当时就断定，看来空中的氮气（当时叫浊气）不是单一物质，一定还有一种不与氧化合的气体，而且他还算出了这种气体不会超过全部空气的1/120。
啊，原来如此。这真是：
踏破铁鞋无寻处，得来却在故纸中。
却说瑞利找见卡文迪许的笔记，喜得手直发痒，立即架起仪器，重做这个109年前的气泡试验。不过，他现在已有了最新设备，这气泡立时就得。他又将此事通知拉姆赛，拉姆赛用其他方法也获得了同样的气泡。看来，这东西肯定是一种未发现的元素了，而且十有八九就是洛克尔和让逊在太阳上发现的那个氦。现在又用得上基尔霍夫发明的那个雪茄烟盒子照妖镜了。他们兴冲冲地取来分光镜，谁知不照犹可，一照忽如一盆凉水贴着半个身子从头到脚淋了下来。读者或许要问，怎么会是半边凉呢？原来瑞利满以为这回他一定捕到了那个已有26年没有归案的逃犯——氦，不想分光镜里的谱线却又是另外一种，所以浑身就凉了半边。可是他再仔细一看，这谱线是橙、绿两条，和其他已有元素也对不上号，不禁又激动起来。种瓜不收反得豆，他没有逮住“氦”，却发现了另一种新元素。瑞利给他起了个新名字叫“氩”，这在希腊文里是不活动的意思。同时拉姆赛在伦敦也找到了氩。这是1894年8月的事。
却说瑞利和拉姆赛种瓜得豆，找氦得氩后，拉姆赛总不死心。这时，他们找见氩的消息传出，一位化学家给拉姆赛写信说，钇铀矿和硫酸反应会生成一种气泡，不能助燃，也不能自燃，说不定就是你的氩。拉姆赛连忙一试，这种气体的光谱竟和氩又是不同。他实在想不出这又是一种什么新玩艺儿，便连同装着新气体的玻璃管和分光镜一起送给当时最权威的光谱专家克鲁克斯，请他鉴定。1895年3月23日，拉姆赛正在实验室里工作，突然收到一份电报：
“你送来的气体，原来就是氦。——克鲁克斯。”
真是有心裁花花不活，无心插柳柳成荫，想不到追查了27年的氦，倒这样轻易地被逮捕归案了。
但是拉姆赛脾气很犟，他总觉得氦这样躲躲藏藏地和他作对，虽然找见了也不痛快。而且，氦既然很不易和其他元素结合，那么它一定会独立存在于空气中，所以他决心要在空气中直接找到氦。他知道氦、氩都有惰性，已不易通过化学反应将他们分离，这回他换了一个物理的办法，就是将空气冷凝到零下192℃，变为液体，根据它们蒸发的先后次序不同，再将他们一一分开。
这天上课了，拉姆赛教授走进课堂，他在桌上放了一个特制杯状大器皿。里而是冷凝的液态空气。学生们从没有见过空气会像水一样盛在杯子里，都瞪大眼睛看教授要做些什么。只见拉姆赛拿起一个小橡皮球在器皿里浸了浸，往地上一扔，球没有像往常那样蹦起来，却嚓啦一声跌了个粉碎。只听教室里齐刷刷地“呀”了一声，学生们惊得一个个眼睛溜圆。教授不慌不忙，又往一只装满水银的试管里插进一根铁丝，连试管往器皿里一泡，再抓住铁丝往出一拉，竟拉出一根水银“冰棍”，拉姆赛拿起一个钉子，用这根冰棍，当当当，几下就将钉子钉到墙里，这时教室里又叫起一片笑声。但是还不等笑声散去，教授又从口袋里掏出一块面包，大家还没有看清怎么一回事，面包早在器皿里打了一个滚，又捞了上来。拉姆赛说：“快将窗帘拉上！”只见室内一暗，这面包竟发出天蓝色的光。但是这时学生们却有点急了，那宝贵的液态空气越蒸发越少，难道花那么多钱就为今天变一阵魔术吗？不想，拉姆赛乾脆宣布实验结束，大家回家吃午饭。他将那杯液态空气大敞着口，锁上门，扬长而去。
原来拉姆赛心中有一个既定主意。他想氦一定比氧、氮蒸发的慢，最后留在器皿底下，慢慢来收拾也不会跑掉。下午，拉姆赛将器皿底那点已经不多的空气经过除氧、除氮处理，收得一个小小的气泡，再用那个分光镜一照，氦没有找见，可是又出现了一种新谱线－这一定又是一种新元素了。这又是种瓜得豆，种豆收麦，跌跤拾宝，阴差阳错。拉姆赛把这种新元素定名为“氪”（希腊文隐藏之意）。这天是1898年5月24日。
没有找见氦，拉姆赛并不气馁。他想，你没有留在最后就说明你先蒸发走了。这回他学聪明了，将液化空气一点点蒸发分馏，然后逐次抽样，用分光镜检查。他先查出一种新元素把它定名为“氖”（希腊文“新”之意），然后终于找见了那个最狡滑的氦，接着在1898年7月12日又找见了“氙”（希腊文“陌生”之意）。这样拉姆赛用分馏法加光谱法，在不到半月内就连克三城，发现了三种最不易为人看到的惰性元素。到此为止，那个氦已让人发现过三次了。第一次在太阳上，第二次在钇铀矿里，第三次在空气里。因为找它，又牵出了一串惰性元素。后来拉姆赛说：“寻找氦使我想到了老教授找眼镜的笑话。他拚命在地下找，桌子上找，报纸下找，找来找去，眼镜就在自己的额头上。氦被我们找了一大圈，原来它就在空气里。”
正是：
种瓜不成反得豆，阴差阳错终能收。
只要张网细打捞，鱼虾蟹蚌都不丢。
第四十三回
运筹帷握一副彩牌定乾坤，决胜千里三国学人拜下风
——元素周期律的发现 前几回说到化学家们为发现新元素真是废寝忘食，绞尽脑汁。他们在元素王国这片陌生的土地上东奔西突，左砍右杀。各人祭起自己的法宝，八仙过海各显神通。那戴维用的是一把电斧，东劈西砍发现了钾、钠等十几种元素；那本生、基尔霍夫用的是一柄光剑，一路刺开去找见了钝和铷；瑞利和拉姆赛则使的一把牛耳尖刀，专爱一层一层地剥竹笋，这就是分馏法，他们终于发现了氦、氛、氩、氪、氙等惰性气体。到此化学家们已将所能使的各种化学、物理方法都已用尽。十九世纪中期，元素也已发现到了第63种，又是山穷水尽再无路了。而且就是已发现的这63种元素也够使化学家们眼花绕乱的。你看：有那硬的、一刀剌下不伤分毫；有那软的，指甲掐去如碰豆腐；有那性格沉稳的，任怎样摆弄也不去与别人结合；有那脾气暴躁的，放在空气中就冒火；更有那一物多变的，如磷，有红，有黄；如碘，有时棕色，有时紫色。就是一块灿烂的黄金，当把它打成极薄的箔片时竟会变成蓝绿，而且还透明呢。现在不要说再去发现新元素了，就是先把这63种分分类，排排队也无从下手。这化学，真是刚从泥滩里拔出来，又在森林里迷了路，不知如何是好。
话说公元1867年俄国彼得堡大学里来了一位三十三岁的化学教授门提列夫（1834－1907）。此人身材修长，眉清目秀，一看就是那种才华横溢，精力过人的青年学者。只要他一出台讲课，教室门里门外，窗沿上，台阶下都挤满了学生。那奇妙的化学变化伴着他沉稳的手势和多彩的语言，直把听者吸引得就如钉钉死、胶粘住一般。连学校当局也暗自高兴聘了一个好教授。但是这门捷列夫却有两样毛病，一是爱喝酒，二是爱玩牌。他平时备课，桌子上就是少了纸笔也少不得一滴白兰地一只银杯。要是有一点伤风感冒的小病，他从不上医院，最妙的办法就是一仰脖子，咕嘟嘟半瓶酒下肚，然后拉过一件老羊皮懊，浑身一裹，往沙发上一滚，呼噜噜地睡上一觉，什么头痛脑热都会在梦里云散烟消。他身为化学教授大部分时间不是在实验室渡过，而是将自己关在书房里，手里总捏着一副纸牌，颠来倒去，整好又打乱，乱了又重排，也不邀请牌友，也不去上别人家的牌桌，真不知他这个牌是怎样的玩法。
再说化学界因为那些难以捉摸的元素正闹得乱轰轰的，莫衷一是。1869年3月，俄罗斯化学会专门邀请各方专家进行了一次学术讨论。学者们有的带着论文，有的带着样品，有的带看自己设计的仪器当场实验，各抒己见，好不热闹。而那个门捷列夫只身空手，裹一件黑色外衣，蓄着一把小胡子，静坐在桌子的一角，三天来不言不语，只是瞪着一双大眼睛看，竖起耳朵听，有时皱皱眉头想。这天眼看会议日程将完，主持人躬身说道：“门捷列夫先生，不知你可有什么高见？”只见门捷列夫也不答话，起身走到桌子的中央，右手从口袋里抽了出来，随即就听唰啦一声，一副纸牌甩住了桌面上，在场的人无不大吃一惊。门捷列夫爱玩纸牌，化学界的朋友也都略有所闻，但总不至于闹到这步田地，到这个严肃的场合来开玩笑。在座的有一位长者寿眉双重，银须齐胸，他叫齐宁，是门捷列夫的老师，过去很赏识门捷列夫的才华，推荐他来校任教。今天他见学生这样开玩笑心中早已不快。只见门捷列夫将那一把乱纷纷的牌捏在手中，三两下便已整好，并一一亮给大家看。这时人们才发现这副牌并不是普通的扑克，每张牌上写的是一种元素的名称、性质、原子量等，共是63张，代表着当时已发现的63种元素。更怪的是这副牌中有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。门捷列失真不愧为一个玩纸牌的老手，他用拇指和食指轻轻一捻，纸牌由红到紫使成一排，再一捻又是一排。这样前排靠着后排，整整齐齐，竟在桌上列成了一个牌阵。要是竖看就是红、橙、黄……分别各成一列。门捷列夫将这个牌阵排好，叫大家看个明白，然后用手一搅，满桌只见花花绿绿，横七竖八，不过是一堆五彩乱纸片。他说：“这混乱的一团；就是我们最感头疼的元素世界。实际上这些元素之间有两条暗线将它们穿在一起。第一，就是原子量。尽管不同元素有时会有相似的某种特性，尽管同一元素不同情况下又会表现出不同的颜色、形状，但有一点它们却永不会变，就是各自有自己特有的、互不重复的原子量。因此，我们可以根据原子量的大小将它们排成一条长蛇。”
说着，门捷列夫十指拨弄一番，一堆乱牌变成整齐的一线。谁知这一排，却明显地看出那七种颜色的纸牌就像画出的光谱段一般，有规律地每隔七张就重复一次。门捷列夫又将其一截截地断开，上下对齐说：“可见，按原子量的大小，元素的性质在做看有周期的重复。如果竖看看，每一列的元素性质相似，这就是第二条暗线——原来每列元素的化合价相同。你们看，左边这列红纸牌上标的是：氢、锂、钠、钾、铷、铯，它们都是一价元素，性质活泼，除氢外都是硷金属。它们构成相似的一族，而在这一族里因原子量的递增，元素的活泼性也在递增，锂最轻，原子量是7，也最安静，落到水里只发一点嘶嘶声，钠的原子量是23，落到水面上就不安地又叫又跑；钾的原子量是40，落到水面上会尖叫着乱窜、爆响，还起火焰；要是排尾的那个铯，原子量是133，简直不能在空气里呆一秒钟，立即就会自己燃烧起来。这63种元素，原来就这样暗暗地由原子量这条线穿起来，又分成不同的族，每族有相同的化合价，按周期循环，这就是周期律，元素周期律。”
只见门捷列夫双手像变魔术一样将那副纸牌在桌上变来变去，口中念念有词讲着每一个元素的性质，滚瓜烂熟，如数家珍。他放下红纸牌又拿起绿牌，说了第一族又说第二族，周围的人直听得目瞪口呆，他们这些在实验室钻了十年、几十年，手上也不知被烧起多少伤疤，掉了几层皮的专家、教授，想不到一个青年人玩玩纸牌就能得出这番道理，要说不服气吧，好像有理，要说真是这样，又哪能这样容易。这时突然有人说道：
“先生，我看你那几张牌也未必就能将元素规律演试清楚。你看六年前发现的新元素铟，原子量是75。4应排在砷和硒之间，可是这样一来砷无法和它相似的磷在一族里，硒也被挤出了硫那一族，岂不是扰得四邻不安？这还算什么规律？”
“先生，莫急。我看那铟的原子量很可怀疑，它的性质和铝相似，按我推算它的原子量应是113。1（后来测得是114。82），它本来就不应该挤在砷后面，应排到镉与锡之间去，这不就大家都相安无事了吗？”
这时，一直坐在旁边看着的齐宁早已气得胡子掀起毛高，他一拍桌子站起来，以师长的严厉声调高声说道：“快收起你这套魔术吧。身为教授、科学家不在实验室里老老实实做实验，却异想天开，摆摆纸牌就要发现什么规律。这些元素难道就由你这样随便摆布吗？”
门捷列夫一见是老师发了脾气，忙将纸牌收拢，毕恭毕敬地解释道：“不是我不做实验，是前人，戴维、本生、基尔霍夫他们已经做了够多的实验，发现了这么多元素，我们该从理论上做一点思考了。开普勒当年从他的老师第谷手中接过了700颗桓星的观察资料，并没有按照师嘱再去观察第一千颗，他做了理论思考，终于发现了能解绎众星运行的三定律；勒维烈之前有多少人在观察寻找天王星外的新星，他并没有把主要精力放在实地观察，而是做了理论推算，一下就准确地找见了海王星。在研究元素的过程中人们使用的武器够多了，有光，有电，有分馏法，这些都不够了，现在需要理论，化学该有自己强大的理论武器问世了。”
“你这是什么理论？像是说梦，像是小孩玩积木。你何不按字母顺序去排元素周期呢？那样不是更省事，更整齐吗？”这齐宁老头越说越激动，一边就收拾皮包准备离去，别人见状也都纷纷站起，这场讨论不了了之。
再说门捷列夫回到家里后还是继续推着这副纸牌，遇有哪个地方的顺序接连不上时，他就断定一定还有什么新元素未被发现，暂时补上一张空牌，再根据它所在的族起一个“类铝”或者“类硼”等样的名字。他这样一口气预言了十一种未知元素，那副纸牌也已是74张。自从那天在会上碰了钉子，他闭门谢客，每日起来烛自玩一会儿纸牌，翻几本新到的杂志，便叫助手安东拿过酒瓶自斟自酌，倒也悠闲。这样一连过了几年，忽一日他正品酒翻书，突然大叫一声，将酒杯扔出老远。安东不知出了什么事，急忙推门进来。门捷列夫一下扑上去，双手摇着安东的肩膀喊道：“我们胜利了，他们这回要投降了，有人已经证实了我的预言！”
原来他刚才看到一个材料。法国科学院宣布他们的科学家布瓦博德朗在1875年9月发现了一种新元素——镓。而且那发现过程是多么艰苦，多么神秘。这个布瓦博德朗是一个光谱分析的好手，在1875年8月27日深夜3点多钟，他在分析从庇里牛斯山送来的一种闪锌矿时捕捉到一微紫色光线。他对这个新发现没有把握，但又怕别人抢了先，于是连忙写了一个备忘录，用火漆封好，寄交法国科学院备案。又过了三个星期，他手头的这种新物质已经积累到一毫克，他又测了它的比重、原子量，于是就正式宣布他发现了新元素。
再说门捷列夫见有人发现了新元素，喜得酒杯也扔了，牌也不�
