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化学之大成者:勇敢且无畏!-用现金

发布时间:2021-01-08 来源:化学酷 阅读:13585

化学之所以被称为“中心科学”,是因为它是众多学科的源头和基础。现代化学的创立和缔造,靠着多代人的筚路蓝缕和前仆后继。他们探究物质的终极特性,捕捉元素的纯净形态,合成自然界不存在的东西。当试管、烧杯中亿万条化学键转移重组,浩荡的新分子脱颖而出,时常伴随着爆炸、燃烧、腐蚀和剧毒。化学家的职业特征之一,也许就是离危险很近。


戴维的“备用性命”

英国皇家学会第23任主席戴维爵士是近代化学重要的奠基人。1807年,他使用伏打电池对熔融状态的氢氧化钾和氢氧化钠进行电离,第一次得到纯净的金属钾和钠,次年接连发现了钙、锶、镁、钡,宣告了“电化学”的诞生。化学界曾把电解获得的金属通称为“戴维金属”。戴维最早确定氯是一种元素,打破了拉瓦锡提出的所有酸都含有氧的错误概念。戴维的一生成就,得益于对化学实验的不厌其详和不避艰险。


戴维的出生地——英国康沃尔郡彭赞斯城立有他的雕像


21岁时,戴维为测试各种气体属性,曾大量吸入一氧化碳导致严重中毒,多亏及时抢救才起死回生。朋友们调侃说他就像“有两三条备用的性命”。戴维还多次吸入由普利斯特里1772年合成的一氧化二氮而陷入昏迷,自此发现了最早的“麻醉剂”,并引发了上流社会吞吐“笑气”寻欢作乐的时尚。1812年秋,戴维得到安培传来的消息,化学家杜龙发现新的合成物三氯化氮并因发生爆炸而失去1只眼睛和3个指头。戴维毫无畏惧,立即着手重复杜龙的实验,他成功制取了三氯化氮并测定出这种黄色挥发性油状液体的属性。他也没有逃脱爆炸的厄运,导致眼睛严重灼伤并一度失明。对于这次事故,后人在痛惜之余也感到几分庆幸,因为戴维受伤后需要助手,法拉第才有机会当上了皇家学会实验室的“临时工”,从此走进了科学的殿堂。

当蒸汽机向煤矿深处挖进,亿万年积存的甲烷便“破煤而出”,接连不断的矿难成为最恐怖的社会新闻。1812年5月25日,盖茨黑德煤矿瓦斯爆炸造成92名矿工死亡,新成立的煤矿安全委员会正式具函英国皇家学会,点名恳请戴维出来应对危局,这也是工业界最早对科学界求援。


戴维发明的矿工用安全灯


戴维立即深入到最危险的矿井考察,并将6瓶瓦斯标本带回实验室,很快研制出著名的“戴维灯”——用细密的金属丝网罩住灯芯,将火焰变成“笼中的金丝雀”,让界面温度散发到瓦斯的燃点以下又不影响空气流通。1815年10月,安全灯在北英格兰煤矿正式使用,戴维亲自陪同煤矿工程师巴德尔到掌子面“以身试灯”,他确信“提灯的人应该走在前面”。安全灯挽救了无数矿工生命,也极大促进了煤炭生产。戴维因此获得1817年拉姆福德奖。

1829年5月29日,戴维去世,年仅50岁。没人知道究竟哪次化学实验成为“压倒骆驼的最后一根稻草”,但日积月累的毒物浸染,无疑是他死于盛年的重要原因。


舍勒的“家常便饭”

化学教科书上关于许多物质“无嗅、无味”等描述,都是化学家们用感官去体验和认知的。

舍勒不愧为近代化学的著名先行者。这位瑞典药剂师率先从矿石中发现氧、钼、钨、锰、氯等元素,从自然物中提取酒石酸、草酸、尿酸、乳酸、柠檬酸、氢氟酸、氢氰酸、亚砷酸等一大批有机和无机酸,并对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多种气体有深入的研究。他实现了磷的规模化生产,带来瑞典火柴工业的世界领先地位。舍勒做过上千次化学实验,在极其原始的条件下,他习惯了用舌头和鼻子充当最便当的“检测仪器”。

舍勒


拿破仑之死,被归因于流放圣赫勒拿岛时壁纸颜料“舍勒绿”(亚砷酸氢铜)霉变而引起的砷中毒,而砷、汞、铅却是舍勒的“家常便饭”,他品尝和嗅闻过无数有害物质。1785年秋后,健康的“欠债”开始总清算,他的皮肤发生病变,肾脏迅速衰竭,医生的结论是汞中毒。1786年5月21日,舍勒最终病逝,时年43岁,结婚仅2天。阿西莫夫说舍勒是“最背运的化学家”,他的诸多成果因发表延误和身份低微而记入了别人的功劳簿。但舍勒沉迷实验,淡泊名利,成为科学精神的楷模,“舍勒尝百毒”的故事也不胫而走,留给后人久远的遐思和追念。


本生的“赴汤蹈火”

大凡在高中上过化学实验课的人都熟悉“本生灯”。比起那些火焰明亮而温度不高的煤气灯,“本生灯”预先将煤气和空气按比例充分混合并完全燃烧,产生没有光彩却达到2000℃高温的“纯净火焰”,这也许最能体现它的发明者——德国化学家本生的性格和人品。


本生电池则用碳棒取代格鲁夫电池中的铂作为阴极,成为廉价高效的通用电源,带来电镀业和镁光灯的问世。本生用电解法成功制备出足量的钠、钙、镁、铝、锰、钡、锂、氯,让这些元素从实验走向实用。本生最具里程碑意义的贡献,是和基尔霍夫一起发明了分光仪,让每种元素独特的谱线成为其“身份证”;19世纪60年代先后发现了铯和铷,带来了新一轮元素大发现和星际化学的创立。很少有人像本生那样,在化学各分支都立下丰功伟绩,也很少有人像他那样,一生都在化学实验中赴危历险。

本生从1843年起研究剧毒易燃的二甲砷基化合物,实验中发生爆炸掀开了面罩,玻璃碎片飞进他的右眼造成永久失明。1868年实验室又发生铑和铱金属粉末爆炸,几乎夺去另一只眼睛。本生两次因吸入含砷化合物而严重中毒,多亏自己发现的水合氧化铁解毒剂才使他起死回生;1845年冰岛海克拉火山爆发,本生“赴汤蹈火”深入到地下30多米,对超过100℃的“过热水”源头观测研究,发现了间歇泉的喷涌机理。


德国海德堡的本生铜像


本生的一双大手如同专为化学实验定做的,饱受酸碱腐蚀和烟火熏烤,像铁匠和木匠的手一样长满老茧。他从来不用钳子而用手揭开灼热的坩埚盖,他用指头在本生灯上测试火焰温度,他的右手拇指在“用进退废”中比左手拇指大一号,能轻松利索堵住测气管口。只有在和女士同赴宴席时,才会尽量把引为自豪的大手悄悄藏到桌下。

本生因沉迷于实验而严重怠慢了女友致使终身未娶,但却广树桃李、弟子如云,他的学生中有门捷列夫和三位诺贝尔奖获得者拜耳、哈伯、勒纳德。而大巧若拙、履险若夷的本生精神成了化学行业的表率和典范。


化学界的“氟之殇”

化学界最旷日持久、英勇悲壮的一役,大概要数将氟“捉拿归案”了。氟作为卤族元素中“个头”最小、电负性最强的原子,化学性质超级活泼,几乎能和一切金属或非金属剧烈反应,产生牢不可破、难解难分的化合物,地球上从来没有游离状态的氟。


萤石又称氟石,主要成分是氟化钙。自然界中的萤石色彩多样


自从1771年舍勒从氟石中制出氢氟酸后,戴维便对氟加以命名并率先尝试用电解法分离出单质。而氟却会“咬烂”电极,“撕裂”容器,没有一种材料耐得住它的腐蚀。氢氟酸的毒性尤为可怕,不仅吸入后摧毁肺脏和软组织,只要接触皮肤便能以小分子的“灵巧身段”钻进体内,并向纵深穿插直至刻骨,和体内的钙、镁结合,破坏神经系统而造成肌肉麻痹和心脏停搏。

但科学家并没有“谈氟色变”。1836年,爱尔兰的诺克斯兄弟用氟石当容器,对氟化银和氟化汞进行电解,哥哥几乎中毒身亡,弟弟3年卧床不起;1850年,比利时化学家鲁耶特出师未捷,便因吸入过多氢氟酸而不幸捐躯;此后牺牲于“氟之殇”的是法国化学家尼克尔;1856年,巴黎理工学院教授弗雷米电解氟化钙,眼见阴极上生成了氟,却摇身即变,无法捕捉;1869年,英国科学家戈尔电解氟化银已颇有胜算,但得到的少量氟气却和阴极产生的氢气发生爆炸,最终落得负伤下阵,功败垂成。


历经百年损兵折将和生聚教训,法国化学家莫瓦桑挑起了天降大任。这位弗雷米的学生和尼克尔的同乡曾使用多种方法,但均告失败,4次因严重中毒而被迫停止实验,最终选取了氢氟酸和氟化钾混合配方——既维持无水性又确保导电性。并用铂铱合金u形管为容器,以天然氟石盖子密封。最关键的突破是将电解装置冷冻到-23℃的低温,减缓氟和铂金电极的反应速度。莫瓦桑可谓“使尽了拖刀计,费尽了担山力”,1886年6月26日,“撒旦元素”氟终于一举成擒,现出淡黄色气体的原形和“真身”。人类自此把卤族元素尽收彀中。1906年莫瓦桑成为法国第一个诺贝尔奖得主,但2个多月后便在巴黎猝然病逝,年仅54岁。


莫瓦桑


因为和化学打交道而遇险蒙难的科学家是指不胜屈的。盖·吕萨克、法拉第都曾在爆炸中眼睛受伤;诺贝尔家族更为“安全炸药”付出了亲人的生命;万花筒的发明者布鲁斯特曾因化学毒物溅入双目而终身备受煎熬;太阳光谱吸收线发现者夫朗禾费长期研制玻璃透镜而铅中毒,39岁便英年早逝;碳14发现者鲁本在实验事故中死于碳酰氯中毒。

随着防护技术的进步和操作规范的严格,化学实验室不再是危机四伏的地方,但却从来没有告别风险。1996年8月14日,美国新罕布什尔州达特茅斯学院48岁的化学教授沃特哈恩不慎将一滴二甲基汞落在左手手套上,虽然立即彻底清洗,但剧毒却已经渗透乳胶进入皮肤,沃特哈恩最终因汞中毒于次年6月8日去世;2006年3月24日,法国米卢斯国立高等化学院实验室发生爆炸使大楼摧毁,41岁的光化学家布尔吉特当场身亡;2009年12月29日,美国加州大学洛杉矶分校23岁的化学助理桑吉在处置叔丁基锂时不慎起火,造成3度烧伤并于18天后去世……


令人痛心的清单每年都在继续延伸,并且永远不会打住。在化学家们已经发现118种元素和掌握6000万种物质及其相互作用的今天,诚如诺贝尔奖得主沃尔伍德所言,“从老的自然界旁边又建立了一个新的自然界”。而人类知识疆界的每次开拓,都必须准备跨过未知的雷区和不测的陷阱。


关键词:化学 化学家

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