第6章 與化學家相約(6)
- 與科學家相約(科學知識大課堂)
- 李楠 金昌海 崔今淑
- 5462字
- 2015-04-20 11:30:02
諾貝爾開始全力以赴地研究“安全硝化甘油炸藥”。必須想出一個辦法,使硝化甘油炸藥既不減弱爆炸威力,又能安全地搬運。因為,所有的事故幾乎都發生在運輸途中。諾貝爾已經感到,為了便于運輸又安全,應該把液體的硝化甘油炸藥制成固體的。“把液體硝化甘油冷凍如何?”溫克勒爾建議道。“這樣恐怕不行,熔化后還是液體,在比較熱的國家就沒有辦法用。”諾貝爾想:如果用一種物質把硝化甘油吸進去怎么樣?他順著這條思路進行試驗。經過反復實驗,他選中了硅藻土。硅藻土多孔,具有很強的吸進硝化甘油的能力,實驗效果很好。溫克勒爾高興極了。他臉上那種灰心喪氣的表情頓時云消霧散,眼睛里閃爍著期待的光輝。“這回再試驗一次爆炸威力吧!”諾貝爾內心感到緊張,他十分擔心這最后的實驗失敗。試驗結果非常成功。這種吸進了硝化甘油的硅藻土發生了劇烈的爆炸,把巖石炸得粉碎。“怎么摔打都不爆炸,不淌不流,重量輕而容易搬運,易于保管,性能穩定,爆炸力與硝化甘油炸藥不相上下。好極了,諾貝爾,真有你的!”溫克勒爾興奮得上前同諾貝爾擁抱起來。“我日思夜想的安全炸藥終于研制成功了!”他立刻把這個消息告訴了父母、哥哥和朋友們。“祝賀你,諾貝爾!”“諾貝爾先生,給這種炸藥起個名字吧!”最后定名為達納炸藥。“達納”在希臘語中是“力量”的意思,“達納炸藥”就這么傳世了。訂單從四面八方飛來,專利走遍西歐。諾貝爾并不因此而滿足,又在著手改良這種達納炸藥。因為使用炸藥的人請求“制出一種威力更大的炸藥”。達納炸藥的成分因拌有硅藻土,爆炸威力不會再大。硅藻土畢竟是土,它本身既不能燃燒,也不能爆炸。他想:如果把硅藻土換成某種有爆炸性能的物質,那不是爆炸力更大嗎?他按著這樣的想法開始了新一輪的研究工作。諾貝爾又拿出了他那股頑強的勁頭,從早到晚,有時忘記了吃飯,也忘記了睡眠,埋頭研究新的達納炸藥。
有一天,諾貝爾的手被試管給劃破了,助手給他貼了一塊名叫硝棉膠的創傷膏。那天夜里,很晚了諾貝爾的手指還是很痛。到此時他還沒有想出硅藻土的替代物,他躺在床上陷入了沉思。他有點奇怪,這么點傷,手指為什么痛得這么厲害?是否有什么物質通過硝棉膠滲到傷口中去了?諾貝爾好像突然悟出了什么,立刻從床上爬起來,跑進實驗室。諾貝爾取出硝棉膠液,把它同硝化甘油混合到一起。試驗著各種比例,最后形成一種最合適的狀態,如藥膏一樣的稠狀物質。它像是漿糊狀的硝化甘油。
爆炸力肯定不錯。終于找到了!諾貝爾很興奮,一直凝視著盛在玻璃器皿里的剛剛誕生的炸藥。一束陽光照在實驗臺上,它好像是特意來祝賀諾貝爾的成功。上班的助手看到諾貝爾穿著睡衣呆在實驗室里,吃了一驚。“先生發生了什么事?”諾貝爾笑容可掬地說新炸藥試制成功了。“您說什么?是找到代替硅藻土的物質了?”“年輕人,是你給我貼的藥膏啟發了我。”他把自己的思路和實驗過程向助手講了一遍。“您真偉大!一夜之間又做出了新發明。先生該給這種炸藥起個名字。”“就叫膠質炸藥吧。”膠質炸藥于1878年發明,立刻在英國、法國、德國取得了專利權。這種炸藥不怕砸也不怕摔,點火也不燃燒,所以無論運輸和使用都十分安全。“從各個方面看,膠質炸藥是最好的炸藥,最安全的炸藥。”
諾貝爾對自己的發明總不滿足。不管周圍人怎樣稱贊他的優秀發明,他都認為還有改進之處,并且一直在琢磨著改進的實驗。這是因為他從未丟掉作為一個發明家的高尚品德——由衷地希望人類幸福。
幾年之后,諾貝爾又在著手研究起無煙火藥。全世界的科學家都十分關注這項研究。據說當時,在德國、英國、法國等已經取得了相當大的進展。諾貝爾一旦著手研究,就決不急于求成,而是專心致志,一步一步、扎扎實實地進行。他堅信在科學上來不得半點虛偽。他以一般人難以想像的毅力,反復進行實驗,不怕失敗和挫折。用了七年的時間,他終于研究出了“無煙火藥”。助手們十分佩服這項發明。這種新炸藥不僅爆炸時無煙而令人折服,它還能弄薄切斷,可以像做面條似地弄成各種形狀,可以用刀切,用起來十分方便。
諾貝爾不愧為一位偉大的發明家,他的一生有350多項專利。不僅僅是炸藥,還涉及電化學、生物學、纖維、醫學、生理學等,范圍極廣。有益于安全方面的就有汽車的煞車,人造橡膠,不爆炸的鍋爐,煤氣表,等等。他作為事業家,在世界各地建工廠,發展事業,他所創造的財富由每年發給諾貝爾獎得主的利息中,就可以推算出有多少了。他更不愧為是一位具有遠見卓識的科學家和政治家。您閱讀了他的遺囑,自然會被他的偉大人格所感染。他認為:人的欲望無止境,不依靠別人的財產,而靠自己的能力生活是非常重要的;如果我的侄兒及親戚們繼承了我的全部遺產,一定會產生惰性,喪失自立心,這反而會成為可悲的事情。于是,諾貝爾·諾貝爾作了如下遺囑:
請把我的全部財產作為基金,以其利息作為獎金。把獎金分成五等分,作為五種獎金。即物理、化學、文學、生理學或醫學以及和平事業。它每年獎給為人類作出了最卓著貢獻的人……1896年12月10日,63歲的艾爾弗雷德·諾貝爾在意大利圣雷莫逝世。他的英名和諾貝爾獎一樣,萬古流芳。
給元素王國立法的門捷列夫
1869年是科學史上永遠值得紀念的一年。這一年俄國化學家門捷列夫天才地將當時發現的63種元素按原子量遞增順序排列制成了元素周期表,結束了化學元素雜亂無章的歷史。它是化學發展史上的一座豐碑,元素周期表堪稱美的杰作。一個多世紀以來,在研究元素的性質及其變化規律、新元素的發現、新材料的尋找、高效催化劑的形成、新農藥的合成等許多領域,元素周期表指導著科學家們取得了一個又一個的勝利和成功。恩格斯曾評價說:門捷列夫不自覺地應用黑格爾的量轉化為質的規律,完成了科學上的一個勛業,這個勛業可以和開普勒行星三定律居于同等地位。開普勒給行星立法,門捷列夫給化學元素立法。
1834年2月7日,門捷列夫誕生在西伯利亞托博爾斯克市,他是家里的第十七個孩子。門捷列夫不到周歲,他父親因雙目失明而失業,家庭生活一下子陷入絕境。母親開始接手經營哥哥給她的一個瀕臨倒閉的小玻璃廠。意志堅強的門母日夜操勞,苦心經營,終于使小玻璃廠有了起色,全家人生活才勉強得以維持。
1841年,門捷列夫在母親的多方努力下,進入一所學校讀書。雖然他是班里年齡最小的學生,但他表現出了非凡的記憶力和數學才能,自然科學方面的功課也學得很好,時常得到老師的夸獎。他喜愛大自然,善于在實踐中學習,經常遠足考察自然,搜集了很多巖石、植物和昆蟲標本。
1847年,一連串的災難突然降臨到門捷列夫家。先是父親病故,后是大姐英年早逝,隨之而來的一場大火吞沒了一家人賴以生存的玻璃廠。堅強的母親并沒有被災難所嚇倒,她決心要讓聰明的小兒子像他父親那樣能接受高等教育。1849年夏天,門捷列夫中學畢業了,母親毅然變賣了全部家產,帶上15歲的門捷列夫和小女兒麗莎,乘著馬車,千里迢迢地向莫斯科進發。因為出身低微,又來自邊遠的西伯利亞,門捷列夫的求學處處碰壁。一心想讓兒子上大學的母親又帶上孩子去了彼得堡,不想彼得堡大學以不接受外地考生為由,拒絕了門捷列夫的報考。母親只好求助于亡夫當年的同學和朋友,才使兒子考進了彼得堡高等師范學校。當時在這所學校任教的有好幾位著名的科學家。有物理學家楞次、俄羅斯化學之父斯伏克列辛斯基,他們對門捷列夫的學習和成長產生了重要的影響。大學第一學期門捷列夫學習很吃力,成績平平,但他知難而進。為了不辜負母親的期望,門捷列夫發奮讀書,一邊學習功課,一邊溫習基礎知識。邊遠的鄉村教育與大城市的教育差距是巨大的,經過一番拼搏,門捷列夫成為班上的優秀學生。然而,厄運又向門捷列夫襲來。慈祥的母親與他永遠地別離了。門捷列夫還沒有從失去母親的悲痛中恢復過來,姐姐麗莎又抱病身亡。舉目無親、孑然一身的門捷列夫把對親人的思念埋在心底,化悲痛為力量,學習更加勤奮刻苦。大三這年病魔也將他擊倒了,他面容憔悴,痰中帶血,常常發燒。學校準備把他轉到氣候溫和的基輔大學學習,但是門捷列夫不愿離開他所崇拜的斯伏克列辛斯基教授,學校只好把他送進醫院治療。盡管連遭不幸,病魔纏身,但是門捷列夫意志堅強,從沒有消沉過,住院期間也沒有中斷過學習。母親臨終遺言始終激勵著他:“不要幻想,要勤奮工作,不懈地尋求科學真理。”四年的大學生活,門捷列夫是在不斷地抗爭和奮斗中度過的,他以常人難以想像的毅力克服了物質上、精神上和身體上的重重困難,頑強刻苦地學習,1855年,門捷列夫以第一名的優異成績在彼得堡高等師范學校畢業。
一份耕耘一份收獲。大學時代的刻苦學習,給門捷列夫打下了深厚扎實的知識功底。早在1854年,這位不滿20歲的大學生就撰寫了一篇礦石化學成分的科研論文,深得恩師斯伏克列辛斯基的贊賞和肯定,這位教授評價說:“這一分析做得很出色,值得在俄羅斯礦物學會的會刊上發表。”此后不久,門捷列夫又帶病完成了《從魯基拉到芬蘭的輝石》及《論同晶現象與結晶形狀及其組成的關系》兩篇論文,都深得專家們的好評。大學畢業時,學校授予門捷列夫“一級教師”稱號和金質獎章。一位院士稱贊門捷列夫出眾的才華,希望他能在化學方面得到進一步的深造。不久,門捷列夫考入彼得堡大學讀研究生。在彼得堡大學,門捷列夫作了“論含硅化合物結構”的學術報告。1856年,他順利通過論文答辯,校學術委員會一致同意授予他物理化學碩士學位。時隔不久,彼得堡大學破格聘任門捷列夫為副教授。年僅23歲的門捷列夫登上了俄羅斯最高學府彼得堡大學的講臺。門捷列夫心潮起伏,感慨尤深,往日渴望報考這所大學被拒之門外的情景,還歷歷在目。
1859年,門捷列夫獲得了到德國海德堡大學本生實驗室進修的機會,為期兩年。德國當時是世界化學研究中心,實驗條件十分優越,海德堡大學有一些著名的科學家,這些對求知若渴的門捷列夫來說是極富吸引力的。他珍惜著這里的分分秒秒。在進修的頭一年,他就取得了豐碩成果,連續發表了三篇科研論文:《論液體的毛細現象》、《論液體的膨脹》和《論同種液體的絕對沸點溫度》。第三篇論文解決了當時科學上的一大難題。當時科學家們普遍認為,只要外加足夠的壓力,任何氣體都能被液化。然而對氧氣和氮氣則不然,采用超高壓也無法使它們液化。科學家們一時無法給出合理的解釋,就冠以“永久氣體”之名。門捷列夫在論文中明確指出:當氣體溫度高于臨界溫度時(臨界溫度概念由他提出),無論施加多大的壓力都不能使其液化。門捷列夫的觀點使人們幡然醒悟。實驗結果證明,在臨界溫度下,無論什么氣體都能液化。
1851年,門捷列夫回國。同年,他編著出版了《有機化學》教科書,該書注重從本質上探討化學反應過程,特別注意介紹當時化學上的新成果,受到同行的好評和認可,并榮獲俄羅斯科學院的獎金。該書的出版,使門捷列夫聲名鵲起,好幾所大學同時聘請他講課。門捷列夫博學多才,講課富有激情,風趣生動,旁征博引,揮灑自如。學生們說:過去學習化學,覺得零亂無序,機械記憶,難以接受。聽了門捷列夫講課后,才開始認識到化學是一門豐富生動的科學。
早在彼得堡大學任教時,門捷列夫就為怎樣講解化學課煞費苦心。當時教科書中的化學知識是孤立的,看不到聯系,元素化合物知識更是雜亂無序,內容枯燥無味,教師教得辛苦,學生學得吃力。門捷列夫下決心整理出頭緒。他經常思考的一個問題就是如何把化學元素加以分類把握,以便找出元素之間的規律,使學生學習時有章可循。他是個有心人,處處留心。
在德國進修時的一次國際科學大會上,各國科學家的精彩報告給門捷列夫啟發很大,影響是深遠的。門捷列夫后來回憶說:“我的周期律的決定性時刻在1860年,我參加了卡爾斯魯厄代表大會,在會上我聆聽了意大利化學家康尼查羅的演講,正是他詳盡論述了原子量,給了我很大啟發。一種元素的性質隨原子量的遞增而呈現周期性變化的基本思想沖擊著我。”從此,他確立了自己的研究方向和目標,為此付出了畢生的努力,也鑄就了輝煌。
道爾頓提出科學的原子論之后,許多化學家都把主要精力集中在元素原子量與性質之間關系的研究上,期望能找出原子量與性質之間的聯系。1829年,德國化學家德貝萊納提出了“三元素組”觀點。他把當時已知的44種元素中的15種分成5組,指出每組三元素的性質相似,而且中間元素的原子量等于較輕元素和較重的兩元素原子量的算術平均值。如鈣、鍶、鋇;氯、溴、碘;鋰、鈉、鉀。這樣的分類有許多令人不滿意的地方,所以并沒有引起化學家們的重視。
1862年,法國化學家尚古多提出了一個“螺旋圖”的分類方法。他將已知的62種元素按原子量大小順序標記在繞著圓柱體上升的螺旋線上,這樣某些性質相近的元素恰好出現在同一母線上。他第一個指出了元素性質的周期性變化,可惜的是他的報告無人理睬。
1864年,德國化學家邁爾在他的《現代化學理論》一書中刊出了“六元素表”。他明確地指出:“在原子量數值上具有一種規律性,這是毫無疑義的。”可惜他制的表中只列出了已知元素的一半。
1865年,英國化學家紐蘭茲提出了“八音律”之說。他把當時已知的元素按原子量遞增順序排列在表中,發現元素的性質有周期性的重復,第八個元素與第一個元素性質相近,就好像音樂中八音度的八個音符一樣,有相似的重復。紐蘭茲的工作同樣被否定,有的學者曾挖苦他說:你為什么不按元素的字母順序排列呢?那樣也許會有意想不到的美妙效果。
“三元素組”、“六元素表”、“八音律”雖然都存在這樣或那樣的錯誤,但是應該看到,它們也都從不同的角度,逐步深入地探討了各元素間的某些聯系,揭示了局部的規律性,使人們一步步逼近了科學的真理。