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第17章 化学世界的经典人物(3)

拉姆塞一生作过许多研究工作,最杰出的贡献是发现惰性元素。1894年,他和物理学家瑞利合作发现了惰性元素氩。氩的发现是科学实验中重视精确量度和善于总结数据的胜利。早在1892年,瑞利在测定氮气密度时发现,大气中氮密度和氨分解得到的氮密度不一致,相差0.0064克/升。瑞利百思不得其解,便投书英国《自然》杂志公开寻求解释。1894年,拉姆塞表示愿意和瑞利合作。为了解决这个难题,他们重新阅读卡文迪许1785年的实验记录。卡文迪许当年在氧和氮的混和气体中反复通过电火花,并将反应得到的气体除去,最终总留下一个很小的气泡,它的体积不到总体积的1/200。拉姆塞和瑞利认为,这剩下的小气泡跟氮密度之间的偏差可能有某种必然的联系。拉姆塞还进一步认为,大气中一定含有某种较重的杂质或某种未知的气体。

为了证实这个问题,1894年拉姆塞采用新的实验方法,他发现氮可以和热的镁粉化合成氮化镁。他让已除去水汽、碳酸气及氧的空气,多次通过亦热的装有镁粉的管子,使氮完全吸收,果然还有少量气体剩下,再用分光镜对剩余气体作光谱检查,有橙色和绿色的各组明线,而这是已知一切气体光谱中没有的。紧接着,拉姆塞和瑞利发现这种气体元素的化学性质极不活泼。1894年8月13日,在英国牛津的自然科学家代表大会上,拉姆塞和瑞利宣布他们发现了第一种惰性元素。大会给它命名为“氩”。

1895年,拉姆塞在对来自铀矿的气体进行光谱分析中发现,气体元素氦也在地球上存在。1895-1898年,拉姆塞在门捷列犬元素周期律思想的指引下,和特拉弗斯合作,用液化空气分溜法分离出氖、氪、氙,并确定它们在元素周期表中的位置。这样,以上五个惰性气体元素就成了元素周期表中一个较完整的新族——零族。

1903年,拉姆塞和索弟合作,证明镭射气(即氡)是种新惰性元素,它是该族的最后一个元素。他们还发现镭射气能自发蜕变为氦,从而得出放射化学中的位移定律。

1910年,拉姆塞和格莱合作,测定有放射性的氡的密度和原子量,证明它是零族中最重的一个惰性元素。

辉煌的成就

由于他对人类突出的贡献,1888年被选为英国皇家学会主席。1895年获戴维奖章。1902年英国政府授予他爵士称号。1904年成为第四位获得诺贝尔化学奖的化学家。

拉姆塞不仅是一位科学家,而且还是一位学识渊博的语言文学家。他既精通英国语言文学,也能用纯熟的德语演讲,他既可以用法语侃侃而谈,也可以用意大利语交往。拉姆塞于1912年退休,但是仍然在家中进行科学研究,直到1916年7月23日在英格兰白金汉郡病逝,享年64岁。

门捷列夫——元素周期律的发现者

奋斗不止的门捷列夫

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫于1834年生于俄国西伯利亚的托博尔斯克市,这个时代,正是欧洲资本主义迅速发展时期,科学技术的发明、改良一日千里,化学也同其他科学一样,取得了惊人的进展。18岁时,门捷列夫的父亲去世,母亲的工厂又被一场大火毁于一旦,家境一落千丈,但门捷列夫考入了托博尔斯克文科中学,也算是家里的安慰。1849年,门捷列夫的母亲变卖家产,带着孩子四处求学,先后到过莫斯科、柏林和巴黎。最后在圣彼得堡高等师范学校为门捷列夫找到一个入读机会。1850年,门捷列夫就读物理数学系。同年9月,门捷列夫的母亲病逝,门捷列夫决心发愤读书,1855年以优异的成绩毕业,但由于被诊断出有肺结核,不得不到黑海边上的克里米亚半岛休养。在此期间,门捷列夫读完了硕士,并于两年后回到圣彼得堡。期间先后到过辛菲罗波尔、敖德萨担任中学教师。1857年他被圣彼得堡大学破格任命为化学讲师。

在彼得堡大学,门捷列夫任教的头两门课程是理论化学和有机化学。当时流行的教科书几乎都是大量关于元素和物质的零散资料的杂乱堆积。1859年他获准去德国海德堡本生实验室进行深造。两年中他集中精力研究了物理化学。他运用物理学的方法来观察化学过程,又根据物质的某些物理性质来研究它的化学结构,这就使他探索元素间内在联系的基础更宽阔和坚实。

元素周期表问世

1860年,门捷列夫在德国有幸和俄国化学家一起参加了卡尔斯鲁厄举行的第一届国际化学家会议。会上各国化学家的发言给门捷列夫以启迪,特别是康尼查罗的发言和小册子。门捷列夫这样说道:“我的周期律的决定性时刻是在1860年参加的卡尔斯鲁厄代表大会,在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲,正是他发现的原子量给我的工作以必要的参考材料,而正是当时,一种元素的性质随原子量递增而呈现周期性变化的基本思想冲击了我。”从此他有了明确的科研目标,并为此付出了艰辛的劳动。

门捷列夫在俄罗斯著名的彼得堡大学任教期间,那时候化学家所知道的元素一共有63种,每一种都要和其他物质化合成几十、几百甚至几千种化合物。但是,这无数化学物质的性质以及它们之间的统一性在那时候还没人发现,对此也没有任何系统的研究,这就导致了当时化学课堂上,枝枝节节的东西讲得多,人们真正对化学本身的认识反而减少。于是,为了提高化学课堂上的知识传授效率,门捷列夫就千方百计去寻找化学物质的规律和统一性。在此期间,门捷列夫付出了常人难以想象的辛劳,经常昼夜连轴进行试验和研究,甚至在睡眠时都无法阻止他思考。功夫不负有心人,终于在1869年3月,35岁的门捷列夫向世人奉上了他苦心孤诣试排出来的元素周期表。

元素周期律的三次胜利

新的发明创造和科学发现,不管正确与否都免不了要经过科学界社会实践的不断检验,同样,门捷列夫的元素周期试排表也要经历一场这样的考验。1875年,法国化学家列科克用科学的方法证明了门捷列夫的预言,从而证实了元素周期表的科学性,这是周期律接受验证的第一次胜利。这件事在科学界引起巨大反响,门捷列夫很快闻名世界。1879年瑞典一位化学家发现了一种名为钪的金属元素,它完全符合门捷列夫元素周期律中的类硼的性质,这样,周期律获得了第二次胜利。元素周期律最辉煌的胜利是在1885年,这一年德国化学家温克勒发现了一种新元素锗,这个锗与预言中的类硅实在是太相似了,恰好可以填入周期表的第三十二格,那个“空格”当时暂住其中的就是类硅。

后来,门捷列夫曾经预言过的其他一些元素的性质,也同样为实践所证明。于是,周期律作为一个基本定律,有力地促进了现代化学和物理学的发展。

居里夫人——无私的科学家

勤奋的玛丽·居里

玛丽·居里于1867年出生于波兰的华沙,她是家中5个子女中最小的,但也是最聪明的一个。居里夫人的父亲是一名收入微薄的中学物理教师,妈妈是中学教员。妈妈和大姐在她不满12岁时就相继病逝,她的生活中充满了艰难,这样的生活环境不仅培养了她独立生活的能力,也使她从小就磨炼出了非常坚强的性格。

玛丽在学习上非常勤奋刻苦,对学习有着强烈的兴趣,从不放过任何学习的机会,处处表现出一种顽强进取和刻苦的精神。从上小学开始,她每门功课次次都考第一,15岁时,就以获得金奖章的优异成绩从中学毕业。

玛丽对自然科学的热爱越来越强烈,她急切地渴望探索科学世界,但是,她当时的家境不允许她去读大学。19岁时,玛丽开始做长期的家庭教师,同时还自修了许多门功课,为将来的学业作准备。这样持续了几年,直到24岁那年,玛丽终于来到巴黎大学理学院学习。她带着强烈的求知欲,全神贯注地听每一堂课,艰苦的学习使她身体变得越来越不好;但是她的学习成绩却一直名列前茅,入学两年后,她就满怀信心地参加了物理学学士学位考试,并以第一名的成绩获得了物理学学士学位。第二年,她又以第二名的优异成绩,考取了数学学士学位。

1894年玛丽结识了皮埃尔·居里,他是一位很有成就的青年科学家,“用科学为人类造福”的共同意愿使他们结合了。玛丽结婚后,人们都尊称她居里夫人。1896年,居里夫人以第一名的成绩,完成了大学毕业生的任职考试。第二年,她又完成了关于各种钢铁的磁性研究。但是,玛丽不满足已取得的成绩,决心考博士,并确定了自己的研究方向,自此她站到了一条新的起跑线上。

镭的发现

1896年,法兰西共和国物理学家贝克勒尔发表了一篇报告,报告中他详细地介绍了通过实验发现的铀元素,他指出铀及其化合物具有一种特殊的本领,它能自动地、连续地放出一种人的肉眼看不见的射线,这种射线和一般光线不同,能透过黑纸使照相底片感光。

铀及其化合物的这一性质使居里夫人发生了极大的兴趣。它的能量来自于什么地方?这种与众不同的射线的性质又是什么?居里夫人决心解开这个谜团。

于是,1897年,居里夫人就把自己的研究课题选定为“对放射性物质的研究”,这个研究课题,把她带进了科学世界的新天地。她辛勤地开垦了一片处女地,最终发现了放射性元素镭,完成了近代科学史上最重要的发现之一,这一发现奠定了现代放射化学的基础,为人类做出了伟大的贡献。

淡泊名利

居里夫人虽然闻名天下,但她既不求名也不求利。她一生获得10项奖金,16种奖章,107个名誉头衔,对这些荣誉她却毫不在意。她视名利如粪土,将奖金捐赠给科研事业和战争中的法国,将那些奖章送给6岁的小女儿当玩具。有一天,她的一位朋友来家做客,看见她的小女儿正在玩英国皇家学会刚刚颁发给她的金质奖章,于是惊讶地说:“夫人呀,得到一枚英国皇家学会的奖章,是极高的荣誉,你怎么能给孩子玩呢?”居里夫人笑了笑说:“我是想让孩子从小就知道,荣誉就像玩具,只能玩玩而已,绝不能看得太重,否则就将一事无成。”取得如此多荣誉的居里夫人仍然一如既往的在实验室埋头工作,直到67岁离开人世。

生活简朴的居里

1895年,居里夫人和皮埃尔·居里结婚时,新房里只有两把椅子,正好两人各一把。居里夫人的年薪增至4万法郎时,她照样不“大方”。每次从国外回来,居里夫人总要带回一些宴会上的菜单,因为这些菜单都是很厚很好的纸片,在背面写字很方便。有人曾说居里夫人一直到死都像一个匆忙的贫穷妇人。

哈恩——发现核聚变的科学家

哈恩的生平

奥托·哈恩1879年生于德国法兰克福。1897年哈恩进入马尔堡大学学习,1901年获博士学位。1904到1905年间,曾先后在拉姆塞和卢瑟福指导下进修。在拉姆赛的劝导下,他开始投身到放射化学这一新的领域作深入的探索。1905年哈恩前往加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学,向当时公认的镭的研究权威卢瑟福教授求教,并在这位化学大师身边,学到了许多东西。卢瑟福对科学研究的热忱和充沛的精力,激励了哈恩。在纳粹德国时期,哈恩曾在用中子轰击铀核的过程中,使铀核发生裂变,为纳粹德国原子弹的发展做出了重大的贡献。

哈恩的重大发现

哈恩的重大发现是“重核裂变反应”。20世纪30年代以后,随着正电子、中子、重氢的发现,使放射化学迅速推进到一个新的阶段。科学家纷纷致力于研究如何使用人工方法来实现核嬗度。正当哈恩和同伴一起致力于这一研究时,第二次世界大战爆发了。但是哈恩丝毫没有被战争原因带来的研究困难吓倒,他继续尝试和探索。

1938年末,当他用一种慢中子来轰击铀核时,竟出人意料地发生了一种异乎寻常的情况:反应不仅迅速强烈、释放出很高的能量,而且铀核分裂成为一些原子序数小得多的、更轻的物质成分。难道这就是核裂变?起初哈恩虽然意识到这不是一般的放射性嬗变,但也不敢肯定这就是裂变?哈恩经过多次试验验证,终于肯定了这种反应就是铀235的裂变。核裂变的意义不仅在于中子可以把一个重核打破,关键的是在中子打破重核的过程中,同时释放出能量。铀核裂变的发现,当时被认为“以这项发现为基础的科学成就是十分惊人的,那是因为它是在没有任何理论指导的情况下用纯化学的方法取得的。”

尽管当时奥托·哈恩发现核裂变还没有伦琴教授发现X射线的影响大,但核裂变对于改变人类的生活和发展产生的意义更为重要,它是近代科学史上的一项伟大突破,它开创了人类利用原子能的新纪元,具有划时代的深远历史意义。哈恩也因此荣获1944年诺贝尔化学奖。

哈恩1904年从镭盐中分离出一种新的放射性物质——钍,以后又发现锕、新钍、铀、镤和一些被称为放射性淀质的核素,为阐明天然放射系各核素间的关系起了重要作用。放射化学中常用的反冲分离法和研究固态物质结构的射气法都是哈恩提出的。他还在同晶共沉淀方面提出了哈恩定律。1917年发现放射性元素镤。1921年发现了天然放射性元素的同质异能现象。

爱好和平的哈恩

对于发现核裂变的哈恩,无论是上层的当权者还是科学家,都知道他不是纳粹主义的拥护者。哈恩不愿让纳粹政权掌握原子能技术,拒绝参与任何研究。1945年春他和海森堡等几位原子科学家被送往英国拘禁,1946年初获释回德国后,担任威廉皇帝协会会长,1960年任荣誉会长。

哈恩曾在第二次世界大战期间,为争取人类世界的早日和平,付出了很多的心血与汗水,并多次遭到纳粹党的威胁和拘禁。后来,为了表彰哈恩为人类和平作出的贡献,人们设立了奥托·哈恩和平奖,这个以诺贝尔化学奖得主哈恩的名字命名的奖项,是继诺贝尔和平奖后的又一和平大奖,每两年颁发一次。

侯德榜——侯氏制碱法

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