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第15章 化学篇(1)

若从字面解释,化学就是“变化的科学”。世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。化学是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。

92.徐寿翻译国外科学著作

在我国,系统地介绍近代化学的基础知识大约始于19世纪60年代。在这方面,徐寿做了重要的工作,许多科学史专家都公推徐寿为我国近代化学的启蒙者。

徐寿一生著作很多,在化学方面主要有《化学鉴原补编》、《化学考质》、《化学求数》等书籍。他的著作系统地介绍了19世纪七八十年代化学知识的主要内容。他还于1875年在上海创立了“格致书院”,公开讲演自然科学知识,进行化学演示实验,对我国近代化学的发展起了重要的促进作用。

氧气的名称就是徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气,所以就命名为“养气”即“养气之质”,后来,为了统一就用“氧”代替了“养”字。

徐寿还翻译了很多国外的科学著作。在他生活的年代,不仅没有外文字典,甚至连阿拉伯数字也没有用上。要将西方的科学技术的术语用中文表达出来,是项开创性的工作,做起来困难重重。

西方的拼音文字和我国的方块汉字,在造字原则上有极大不同,几乎全部的化学术语和大部分化学元素的名称,在汉字里没有现成的名称,这是徐寿在译书中遇到的最大困难之一。为此,徐寿花费不少心血,对金、银、铜、铁、锡、硫、碳等大家较熟悉的元素,他沿用前制,根据它们的主要性质来命名。对于其他元素,徐寿巧妙地应用了取西文第一音节而造新字的原则来命名,例如钠、钾、钙、镍等。徐寿采用的这种命名方法,后来被我国化学界接受,一直沿用至今。

徐寿一生不图科举功名、不求高官厚禄,致力于引进和传播国外先进的科学技术,对近代科学技术在我国的发展做出了不朽的贡献。

93.侯德榜制碱

纯碱,又叫“苏打”,是制造肥皂、玻璃、纸张、冶金等不可缺少的工业原料,甚至烤面包、做馒头也少不了它。西方国家生产纯碱已有100多年历史,但是工艺落后,生产成本高。著名化学家侯德榜研究出一种先进的制造方法,使中国制碱业跨入世界先进行列。

第一次世界大战期间,国际托拉斯垄断了制碱业,我国许多民族工业被迫停产。强烈的振兴民族工业的热情,使侯德榜回国后投身于制碱工业。

当时较为先进的苏维尔制碱工艺由英美等国严密垄断,对外绝对保密,外人无从染指。侯德榜抱着外国人能做到的中国人也能做到的决心,全身心扑在改进制碱工艺和设备上,终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1926年,“红三角”牌纯碱闯进了在美国费城举办的万国博览会,获得金质奖章。

针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低,制碱成本高,废液、废渣污染环境和难以处理等不足,侯德榜经过上千次试验,在1943年研究成功了联合制碱法。这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵,解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这是世界制碱工艺的重大突破,赢得了国际化工界的极高评价,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。

94.亭子间中的发明

20世纪20年代初,十里洋场上海滩,外货倾销,到处是日商“味の素”的巨幅广告。著名化工实业家吴蕴初发出了“为何我们不能自己制造”的感叹。他买了一瓶回去仔细分析研究,发现“味の素”就是谷氨酸钠,1866年德国人曾从植物蛋白质中提炼过,吴蕴初开始在自家的小亭子间里着手试制。

没有现成资料,他四处搜集,并托人在国外寻找文献资料;没有实验设备,他拿出炽昌新牛皮胶厂支付他担任厂长的工资,购置了一些简单的化学实验、分析设备;人手不够,他就让妻子当助手,经常通宵达旦。他凭着在兵工学堂学得的化学知识,走南闯北试制耐火砖、火柴、牛皮胶等积累的化学实践经验,认识到从蛋白质中提炼谷氨酸,关键在于水解过程。他白天上班,夜间埋头做实验。试制中,盐酸的酸气和硫化氢的臭气,迷漫四溢,邻居意见纷纷。他的妻子就向人家说好话、赔不是。经过一年多的试验,吴蕴初终于制成了几十克成品,并找到了廉价的、批量生产的方法。

1921年春,吴蕴初结识了酱园老板张逸云,张逸云愿意出资5000元,由吴蕴初出技术合伙试办厂子。很快,首批产品问世,吴蕴初将这种产品取名“天厨味精”。他们打出“天厨味精,完全国货”的大旗,味美、价廉、国货,大得人心,销路一下就打开了。

1926年~1927年,为了进一步保障味精的产销,吴蕴初在中国驻英、法、美三国使馆协助下,先后取得这些国家给予的产品出口专利保护权,开中国轻化产品获得国际专利之先声。吴蕴初由此成为闻名遐迩的“味精大王”。

95.在实验上下工夫的波义耳

化学史家将1661年作为近代化学的开始年代,因为这一年有一本对化学发展产生重大影响的著作出版问世。这本书就是《怀疑派化学家》,它的作者是英国科学家罗伯特·波义耳。

在波义耳众多的科研成果中,有几项不能磨灭的化学成就。波义耳常说,“要想做好实验,就要敏于观察。”这几项成就都是波义耳在实验中敏锐观察的结果。

在一次紧张的实验中,放在实验室内的紫罗兰被溅上了浓盐酸。爱花的波义耳急忙将冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下,然后插在花瓶中。

过了一会儿,波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。由此,他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色,其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显。它遇酸变成红色,遇碱变成蓝色。利用这一特点,波义耳用石蕊浸液把纸浸透,然后烤干,制成了实验中常用的酸碱试纸——石蕊试纸。

在实验中,波义耳还有两次重大发现。一次是他发现五信子水浸液和铁盐在一起,会生成一种不生沉淀的黑色溶液。这种黑色溶液久不变色,于是,他发明了一种制取黑墨水的方法,这种墨水几乎用了一个世纪。

另外一次是波义耳发现从硝酸银中沉淀出来的白色物质,如果暴露在空气中,就会变成黑色。这一发现为后来人们将硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上,做了先导性工作。

波义耳能在科学中取得一些重大的成就,原因正如他所说:“人之所以能效力于世界,莫过于勤在实验上下工夫。”

96.严谨认真的卡文迪什

卡文迪什出身于英国贵族家庭,家里几代都是做官的。但他却性情孤僻,不喜交际。他从小就表示,长大了不愿做官,而决心当一名科学家。

长大后,卡文迪什进入科学界。他最初研究空气,他指出,除了平常的空气外,还有其他不同种类的气体,比如,比一般空气重的固定空气(即二氧化碳)等。后来,他又研究了氢,并且实验证明氢这种气体不仅能够燃烧,而且用两倍体积的空气和它混合,放在火的近旁,立刻就会产生爆炸。

一次,卡文迪什用电火来爆发氢与空气的混合体时,偶然发现器具中凝集着许多小水点,严谨认真的卡文迪什并没有放过实验中的这一微小现象。他反复进行研究和实验,结果发现这些小水点是氢氧化合物。

水组成元素的发现,为化学史开辟了新纪元。因为水的用途很广,凡是化学变化,无不是靠水的帮助而做成功的。自从知道了水的真正性质后,化学家才知道了水和其他物质化合的道理。

其实,在卡文迪什之前有个叫柏利斯力的科学家,做过同他一样的化学试验,也曾偶然发现器具中凝集着许多小水珠。但柏利斯力自以为是器具没有擦干所致,将这种现象忽略过去了,因此而失去了一次重大发现的机会。

97.普里斯特利钻研气体

约瑟夫·普里斯特利是英国著名的化学家。在化学领域中,他首先对空气发生了兴趣,思考着不少有关空气的问题,还进行了多种有趣的实验。例如,他点燃一根蜡烛,把它放到预先放有小老鼠的玻璃容器中,然后盖紧容器。他发现:蜡烛燃了一阵之后就熄灭了,而小老鼠也很快死了。这一现象使普利斯特列想到,空气中大概存在着一种东西,当它燃烧时空气就会被污染,因而成为不能供动物呼吸,也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。

当时,科学家们将一切气体统称为空气。为了确定究竟有几种空气,普利斯特列曾多次做实验。他认为,在啤酒发酵、蜡烛燃烧以及动物呼吸时产生的气体,就是早先人们所称的“固定空气”(实则二氧化碳)。他对这种“固定空气”的性质做了深入研究。他证明,植物吸收“固定空气”可以放出“活命空气”(实则氧气),还发现“活命空气”既可以维持动物呼吸,又能使物质更猛烈地燃烧。

普利斯特列想设法制取这种“活命空气”。他取了一根一端封闭的玻璃管,装入水银,用手指堵住管口,将开口的一端置入盛有水银的槽中,再将装有硝酸和铜屑的另一根管子与装有水银的管子连接在一起。然后,他开始加热混合物质。

经过短时间加热,产生的无色气体将水银排出管外,管内充满了新的物质(一氧化氮)。普利斯特列小心地取出管子,打开管口,俯身一嗅。突然,他愣住了:一种挥发的无色气体,转眼间就变成了棕红色的蒸气,它的强烈气味很像硝酸,因此,他称它为“硝石空气”(实则二氧化氮)。他虽然未能制得“活命空气”,却发现了两种新气体:一氧化氮和二氧化氮。

他继续试验,又发现了许多新气体,普利斯特列给它们定名为“碱空气”(氨)、“盐酸空气”(氯化氢)以及二氧化硫等。此后多年,普利斯特列一直在研究气体,并写成了《论各种不同的气体》一书,大大丰富了气体化学。

98.舍勒制取氧气

舍勒一生对化学贡献极多,其中最重要的是发现了氧,并对氧气的性质做了很深入的研究。

舍勒发现氧的时间始于1767年对亚硝酸钾的研究。起初,他通过加热硝石得到一种他称之为“硝石的挥发物”的物质,但对这种物质的性质和成分,他尚不能解释。

为了深入研究这种现象,舍勒废寝忘食。他曾对朋友说:“为了解释这种新的现象,我忘却了周围的一切,因为假使能达到最后的目的,那么,这种考察是何等的愉快啊!而这种愉快是从内心中涌现出来的。”舍勒反复多次做了加热硝石的实验,他发现,将硝石放在坩埚中加热到红热时,会放出气体,而加热时放出的干热气体,遇到烟灰的粉末就会燃烧,放出耀眼的光芒。这种现象引起舍勒的极大兴趣,“我意识到必须对火进行研究,但是我注意到,假如不能把空气弄明白,那么,对火的现象则不能形成正确的看法。”舍勒的这种观点已经接近“空气助燃”的观点。

舍勒正式发现氧气是在1773年以前,比普利斯特列发现氧气要早一年。他制取氧气的方法比较多,主要有:加热氧化汞;加热硝石;加热高锰酸钾;加热碳酸银、碳酸汞的混合物。

舍勒将这些实验结果整理成一本书,书名叫《火与空气》,此书书稿1775年底送给出版家斯威德鲁斯,但一直到1777年才出版,书稿在出版社压了两年。舍勒发现氧的优先权,因出版商的耽误而被人夺去了,但化学界仍承认他是氧的独立发现人。

舍勒认为化学“是尊贵的学问,是奋斗的目标。”舍勒逝世后,人们为了纪念他在化学上的成就,在科平城和斯德哥尔摩为他建立了纪念塑像。

99.化学界的“伟大建筑师”拉瓦锡

1789年,随着法国资产阶级大革命爆发,化学家拉瓦锡的历史名著——《化学概论》也出版了。

在《化学概论》中,拉瓦锡第一次用清晰的语言将质量守恒定律表达出来,用实验进行了验证,“无论是人工的或是自然的作用都没有创造出什么东西。物质在每一化学反应前的数量等于反应后的数量,这可以算是一个公理”。拉瓦锡的发现很快被各国科学家所接受,在科学界广为传播,产生了深远的影响。

为什么拉瓦锡能发现质量守恒定律呢?重要原因是他有正确的科学思想,他坚信“无中不能生有”这一深刻的物质观。拉瓦锡喜欢在实验中使用天平,重视对物质变化中的质量测定,从量的变化中发现规律,从量的变化中求得质的认识。后人曾评价说:拉瓦锡不仅用称量证明他的化学反应过程中质量不变的思想,还在实验中特别注意不使物质(尤其是气体物质)受到损失,这是他研究方法的一大特点。

另外,拉瓦锡的成功,还在于他强调实验就是认识的基础,他的座右铭是“不靠猜想,要靠事实”、“思想是事实的化身”、“没有充分的实验根据,我从不推导严格的定律”,这是他研究工作的准绳。

总之,拉瓦锡的伟大之处就在于,他能继承别人的实验事实,用定量的测定加以补充,通过严格的逻辑推理,得出明确的结论,建立新的概念,发现新的定律,再对化学现象作出正确解释。正如化学史家柏廷顿所说,拉瓦锡是化学界一位善于编排和组织的“伟大建筑师”。

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