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第23章 气体元素之谜(2)

这次不错,立即便有了回音。伦敦大学的拉姆齐教授找到他,对瑞利说:“两年前,我就在《自然》杂志上看到了您的信,不过当时我弄不清楚是怎么回事。这次听了您宜读的论文报告后,我突然想到是不是可以做这样的推测,从空气中得到的氮气里,含有一种较重的杂质,它可能是一种未知的气体。如果您不反对的话,我想接着您的实验继续研究。”

拉姆齐的话使瑞利感到茅塞顿开,并欣然同意与拉姆齐共同研究这一课题。在会上,英国皇家研究院的化学教授杜瓦也向瑞利提供了一条重要线索。他建议瑞利查阅一下卡文迪什实验室的资料档案,据杜瓦所知,实验室的创始人、著名科学家卡文迪什也曾做过类似实验。

这两件事真让瑞利高兴,现在他和拉姆齐决心共同解开这个氮气重量之谜。

经过4个月的努力,1894年8月,他们终于弄清楚,那从空气中提取的氮气之所以比重稍稍大一点,是因为其中含有密度比氮稍大的新发现的气体,它就是惰性元素氩。

英国物理学家汤姆孙有句名言:“一切科学上的重大发现,几乎完全来自精确的量度。”的确,如果没有瑞利和拉姆齐起初对两份氮气微小重量差别的注意和研究,怎么会有后来的重大发现呢。

氩是一种化学性质非常不活泼的惰性气体,常用来充填在电灯泡和日光灯管中,以延长其使用寿命。在航空、原子能和火箭工业中所使用的铝、镁、铍、锆、钛、钨以及高强度合金钢的焊接、切割和冶炼,常须在氩气的保护下进行。

不愿只看鸟飞翔——氟之谜

马克思有一句名言:“在科学的入口处,正像在地狱的入口处一样,必须提出这样的要求:‘这里必须根绝一切犹豫;这里任何怯懦都无济于事。’”

的确,科学的发展不仅要同腐朽事物、传统观念、宗教势力做斗争,而且科学研究本身,也往往需要付出高昂的代价,甚至流血和牺牲。元素氟的发现,就是一部科学家献身的历史。

氟是地球上所有元素中最活泼好动的,它能与几乎所有的物质化合,许多金属,甚至黄金都能在氟气中燃烧!氟若是遇到氢气,会立刻发生猛烈爆炸生成氟化氢。氟与氟化氢都是剧毒气体,因此要制取氟,是一件十分困难和危险的工作。

其实,关于氟的存在,人们很早就知道了,因为氟很活跃,处处可见它的踪迹。与氟打过交道的科学家也不少,然而就是捉不住它。

英国化学家戴维、法国化学家盖·吕萨克和泰纳尔都曾致力于分离氟的工作,但他们在吸入少量氟化氢气体后,都感受到很大的痛苦,只好放弃了研究。

英国皇家科学院院士诺克斯两兄弟在分离氟时,一个中毒死亡,另一个休养了3年才恢复健康。

比利时科学家鲁耶特和法国科学家尼克雷,都因为长期从事分离氟的实验,被氟夺去了宝贵的生命!制取氟实在是太困难、太危险了!然而,在这条艰难的道路上,一些不怕危险的人仍在勇敢地摸索前进。年轻的法国科学家穆瓦桑就是其中的一位。

穆瓦桑在仔细研究了前辈们的实验后,认为:用电解氢氟酸的办法来制取氟是不妥的,因为氢氟酸很稳定,难以分解,应当改用其他物质做实验。可是,穆瓦桑换了好几种化合物,都失败了。实验中,他还多次中毒,险些送了性命。

不过,这一切都没有动摇穆瓦桑制取氟的决心。1886年6月26日,穆瓦桑将氟化钾溶解在无水氢氟酸中,进行电解,在电解槽的阳极上,终于得到了纯净的氟气。

他成功了!穆瓦桑的成功在科学界引起了轰动,因为许多化学家为之奋斗了70多年,现在几代化学家的愿望终于实现了!穆瓦桑为此获1906年诺贝尔化学奖。直到今天,工业上制取氟基本上还是采用穆瓦桑的方法。

氟的制取成功告诉我们,科学的道路是崎岖不平的,只有那些不畏艰险的人,才有希望攀上顶峰。飞机的发明人威尔伯·莱特讲得好:“如果你想绝对安全,那就坐在墙头上看鸟飞好了。”

的确,如果没有一些科学勇士们,我们只能永远看鸟飞了,还谈什么飞机、火箭、航天器,谈什么探索宇宙的奥秘呢?

在非金属元素中,氟最活泼,因此被大量用来氟化有机化合物。例如,用氟代替氯,可制得氟利昂-12,它是一种制冷剂,冰箱中曾都用它制冷,但由于它能破坏臭氧层,目前已被其他制冷剂取代;聚四氟乙烯还是“塑料王”,耐腐蚀、耐高温、耐低温。有趣的是,氟和氟化物都有毒性,但在饮水中加入微量无机氟化物,却可防治龋齿;加入微量氟化物的牙膏,也是一种防治牙病的药物牙膏。

杀人湖之谜

神秘的水妖湖

在俄罗斯卡顿山区曾经发现过一个神奇的湖泊。那湖水明亮如镜,四周风光秀丽,湖面还会不断冒出微蓝色的蒸气,如临仙境一般。可当地人发现,怎么只见有人去,不见有人归!于是人们传说,湖中有妖怪专门杀害游人。这其中到底是怎么回事?

隔了数年以后,卡顿山区来了一位画家,听人说起水妖湖的故事,他怀着好奇心想,何不去冒险一游,兴许能创作出一幅好画来呢!

数天后,他一大早就出发,到了目的地,登高远望,啊,果然银白色的满面春风映在红色岩石之中,尽管满山寸草不长,但风景奇丽。画家兴奋极了,立即拿出画板进行绘画。画家全神贯注地一连画了几个小时,初稿刚画好,他突然感到一阵恶心、头晕、呼吸急促,立即意识到可能要发生意外,于是他匆匆拿好了画稿,飞也似的离开了那里。回家后,他生了一场大病,差一点丢掉了性命。以后他常常会回忆起那段可怕的经历,可始终不明白那要置人于死地的湖的奥秘。

有一天,他家来了一位地质学家,在交谈中,他讲起了当年去水妖湖的经历,还拿出画请地质学家欣赏。地质学家看到画面上有一个小湖,周围山上尽是红色的岩石,湖面在阳光下升起微蓝色的蒸气。他好奇地问画家:“这是写生画,还是想象画?”画家说,完全是根据当时情景画出来的。地质学家若在所思,但一时也无法揭开这个谜。

后来,这位地质学家在用显微镜观察硫化汞矿石时,突然联想到画家的那幅画,他猜想那画中的红石头会不会是硫化汞矿石?银白色的湖水会不会就是硫化汞分解出来的金属汞(水银)呢?蓝色的微光会不会就是汞蒸气的光芒?

为了证明自己的想法,地质学家便带着他的助手和防毒面具对“水妖湖”进行了实地勘查。经过采样分析,他终于揭开了“水妖湖”的奥秘。

原来,在卡顿深山里有一个巨大的硫化汞矿,天长日久,硫化汞已分解成几千吨的金属汞并汇集成所谓的“水妖湖”,游人在湖上莫名其妙地死去,并非是水妖在作怪,而是被湖上散发的高浓度的水银蒸气所毒死的。

尼奥斯湖

若干年前,位于西非高原的喀麦隆共和国曾发生了一起扑朔迷离的“集体谋杀案”。这个国家有个乡村的村民在一夜之间竟全部离奇死去,无一生还。事件发生后,当地政府立即组织一个调查组前往出事地点,法医对全部死者验尸后竟找不出死因。从现场看,死者既无挣扎,也无反抗的迹象,仿佛在熟睡之中。当地土著人称“凶手”是位于山顶一个名叫尼奥斯的湖泊。后来,美国地理杂志社的一个专门调查小组应邀前往调查。调查人员先从该湖中收集了湖水样品,经分析,该湖水中含有多种矿物质,有些矿物质含量之高甚为罕见,湖水中含二氧化碳的浓度更为惊人,因此,该地区不长任何生物。

为了解开“杀人”之谜,专家们继续留在该地区观察,并着重注意土著人所称的那种“白雾”。一天深夜,轮流值班的专家突然发现尼奥斯湖上空出现奇景,并立即叫醒其他同行,各人分别用望远镜观察。两三分钟内,一股灰白色烟雾从湖面升起,一直向空中升腾约有150米高,烟雾缓慢地在半空中凝聚,并形成奶油状的云层,然后向四面八方的山麓泻下来。科学家们意识到,“缉拿凶手”的良机到了。于是,每人戴上最先进的防毒面罩,立即赶往尼奥斯湖。他们在距离尼奥斯湖200米的地方不敢再越雷池半步,该湖发出隆隆的怪声,湖水沸腾。湖面不断地出现白色的烟雾,大地也在颤动,并有两三级地震发生。随着湖水的沸腾,浓雾也不断地上升,上升到一定高度后又一团一团地滚下山去。专家们取出氧气分析仪进行探测结果表明,气体中二氧化碳(CO2)浓度高达98%~99%。科学家们终于找到了结果,这些白雾便是“杀人真凶”。

[问答题]尼奥斯湖的“杀人真凶”是什么物质,使人致死的原因是。

答案:二氧化碳;二氧化碳不供给呼吸,人因缺氧窒息而死。

鲍威尔湖

鲍威尔湖位于美国亚利桑那州北部,是著名的旅游胜地,吸引着许多游人驾艇湖上度假。但是每年都会发生神秘的死亡事故,受伤者更是数以百计。

事故发生时,一般都是天气晴好,风和日丽,游人尽兴忘情快乐之时。

失事者都发生在船边戏水,突然惊厥,失去知觉。小孩们往往都是在父母严密注视的目光下毫无征兆地沉下去的。有一个年轻的妇女,在船尾游泳时突然死亡;一位男子为了解决游艇尾部的一个小故障,潜到水里后就再也没有出来,而他的儿子跳下去救父亲也发生了同样的悲剧;一位母亲为了不让女儿晒伤,把女儿叫回船边,给她抹防晒油。几分钟后女儿渐渐往水里沉,由于那位母亲抢救及时,才使得爱女逃过了死神之吻。

这一切是什么原因引起的呢?无人能破解其中之谜。菲尼克斯的急诊医生罗伯特·巴伦在鲍威尔湖边工作。自1995年以来他一直关注着湖上神秘的死亡与受伤事件,就是找不到答案。直到2000年夏天,一对哥俩的死亡才揭开了谜底。这天,8岁的弟弟和11岁的哥哥,兄弟俩在自家的游艇边嬉戏。大哥哥在船上看护着他们,不一会儿小兄弟俩往水里沉,船上的哥哥以为弟弟在逗他玩。当他回过神来明白是怎么回事时,为时已晚。这事件对罗伯特·巴伦触动很大。他仔细查看了游艇的发动机的排气口,终于发现小哥俩真正的死因不是淹死,找到了肇事者。由此他找到了死亡区域就在发动机附近水域。

[问答题](1)请你把罗伯特·巴伦医生说的湖上游人神秘死亡的肇事者找出来。

(2)鲍威尔湖上游人神秘死亡的肇事者是怎样产生的?。

答案:(1)一氧化碳

(2)油料在气缸里燃烧不充分,产生一氧化碳燃烧之谜“鬼火”揭秘

在我国清代文学家蒲松龄所写的短篇小说集《聊斋志异》里,常常谈到“鬼火”。

旧社会里迷信的人,还把“鬼火”添枝加叶地说成是什么阎罗王出巡的鬼灯笼。

好吧,让我们走进化学实验室,看看“鬼火”究竟是什么。先在烧瓶里加入白磷与浓的氢氧化钾溶液,加热后,玻璃管口就冒出气泡,实验室里弥漫着一股臭鱼味儿。这时你迅速地把窗户用黑布遮上,就会看到一幅与田野上一样的画面:从玻璃管口冒出一个又一个浅蓝色的亮圈,在空中游荡,宛如“鬼火”。原来,这是一场化学之战:白磷与浓的氢氧化钾作用,生成了臭鱼味的气体——磷化氢。磷化氢在空气中能自燃放火,就形成了“鬼火”。实验时必须注意:磷化氢有毒,且很容易爆炸。

人类与动物身体中含有很多磷,死后腐烂了生成磷化氢,这就是旷野上出现的“鬼火”。

在田野上,特别是坟地中,不管白天还是黑夜,经常有磷化氢冒出,只不过因为白天日光很强,看不见“鬼火”罢了。

磷,是德国汉堡的炼金家勃兰德在1669年发现的。按照希腊文的原意,磷就是“鬼火”的意思。

揭开燃烧之谜

普利斯特列发现氧气时,正在英国舍尔伯恩伯爵的图书馆里工作。两个月后——1774年10月,他随着舍尔伯恩伯爵到欧洲各国去旅行。

当他们经过法国首都巴黎的时候,普利斯特列应邀拜访了好客的法国著名化学家安·罗·拉瓦锡。他们在吃饭的时候,普利斯特列谈起自己两个月前的新发现。饭后,他在拉瓦锡的邀请下,把自己的实验表演了一遍。拉瓦锡看了这实验,深受启发。当普利斯特列告辞以后,拉瓦锡回到自己的实验室里,马上动手来做关于三仙丹的分解实验了。

拉瓦锡于1743年8月26日诞生在巴黎一个豪富的家庭里。他的父亲是巴黎有名的律师。靠着他阔绰的父亲,拉瓦锡从从容容地从一个学校毕业,又马上升学到另一个学校里。20岁时,他便在巴黎的马萨朗学院毕业,以后又念完了法律系,取得律师的头衔。

拉瓦锡是一个博学的人,精通好几门学科。从1769年开始,拉瓦锡把注意力转移到化学上来。

1774年,也就是在罗蒙诺索夫校核玻义耳的实验18年之后,拉瓦锡又重复做着这个实验。他同样地发现了:如果把容器密闭起来,加热后容器和金属的总重量没有增加;但是,如果敞着口加热,那么,容器和金属的总重量就会增加。

拉瓦锡很想寻找敞着口加热时,金属重量会增加的原因,但是,一直没有找到。

拉瓦锡重复做了普利斯特列的实验以后,又做了这样的一个实验:他在那个弯颈的玻璃瓶——曲颈甑里,倒进一些水银。然后,再把曲管的一端,通到一个倒置在水银槽中的玻璃罩里。

普利斯特列在实验中,是利用凸透镜聚集太阳光进行加热的。这样加热,一来火力不强,二来只能在中午加热一阵,不能长时间地连续加热,因此,拉瓦锡改用炉子来加热。

拉瓦锡把水银加热到将近沸腾,并且一直保持这样的温度,日夜不停地和他的助手轮班,加热了20昼夜!

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