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他點亮了霓虹燈 閱讀

他點亮了霓虹燈

魯先聖

人們對於城市街道上五顏六色、璀璨奪目的霓虹燈早已經司空見慣,但是,很多人也許並不知道,如果沒有英國人拉塞姆的科學發現,沒有他發現了氖氣,城市裏美麗的夜色只能是天方夜譚。

拉姆塞是英國化學家,因發現氦、氖、氬、氙、氡等氣態惰性元素,並確定了它們在元素周期表中的位置,而獲得1904年諾貝爾化學獎。拉姆塞1852年生於蘇格蘭的格拉斯哥市,父親是個土木工程師,家庭生活還算比較寬裕。父親40多歲才結婚,拉姆塞又是獨生子,父母對他非常喜愛。他的祖父曾開了壹家祖傳的洗染店,拉姆塞從祖父那裏了解到許多化學的知識。拉姆塞興趣廣泛,因為是獨生子,父母把精力都花在他壹個人身上,受到了很好的家庭教育。3歲時母親就開始教他認字和讀聖經,每天還定時教他拉小提琴。上學前他已經學會了許多字,小提琴也拉得很不錯了。看到聰明伶俐的拉塞姆,親朋好友對他的發展前途有種種推測。人們看見他小提琴拉得好,就認為當壹個小提琴手最合適;得知他通曉好幾國語言時,就認為當壹個外交家壹定非常出色。但是少年拉姆塞最喜歡做的事是當壹個足球明星。足球是勇敢者的運動,激烈的對抗最能表現出人的勇氣和風度。

但是壹次意外小事改變了拉姆塞的愛好。在壹次足球比賽中,勇猛的拉姆塞摔倒了,他被擡出場外送進了醫院。拉姆塞傷了腿,需要靜養,躺在床上無事可做,心中怪悶得慌。恰巧身邊有壹本英國化學教授格雷厄姆寫的化學常識書。開始拉姆塞不過是隨便翻翻解悶消遣。誰知壹讀起來就被書中的內容所吸引,愛不釋手。特別是書中有關焰火的制作方法更是引起了拉姆塞的興趣。傷愈出院之後,拉姆塞不能再踢足球了,他也不再做足球明星的夢了,因為他有了新的方向,要做壹個化學家。

化學是壹門實驗性很強的學科。拉姆塞不懂得化學理論,但壹些簡單的實驗卻很吸引人。他根據書上的要求,開始做起實驗來了。制取氧氣、氫氣的實驗過程比較簡單,所用的設備也不復雜。拉姆塞購買了各種所需的化學藥品和燒瓶、試管等,把自己的房間搞成了壹個“小小化學實驗室”。做化學實驗需要非常認真的態度,壹不小心就會出現差錯,還好拉姆塞是個認真的孩子,雖然他的“小小化學實驗室”裏有時也會傳出炸裂的聲音,但是從未發生過什麽大事故。拉姆塞雖然迷戀化學實驗,但對其他功課也沒有放松,用了8年的時間學完了別人要12年才能學完的中小學全部課程,並且成績非常好,14歲那年,他被格拉斯哥大學破格錄取了。1872年他以《甲苯和硝基苯甲酸》的論文獲得博士學位,那壹年他只有20歲。

1892年,英國物理學家瑞利在測量不同來源的氮氣的重量時,發現了壹件怪事。從空氣中得到的氮氣每升重量1.2572克,而從氨氣分解得到氮氣每升重量為1.2508克。比空氣中的氮氣密度輕了0.0064克,也就是6.4毫克,相當於壹個跳蚤的重量。瑞利想不出為什麽會有這樣的結果,他找來了自己的朋友拉姆塞壹起研究。

拉姆塞猜想,問題可能出在從空氣中弄來的氮不是純氮,裏面混入了比氮重的雜質氣體。怎樣才能把這種雜質氣體找出來呢?拉姆塞在上課的時候作過壹個演示實驗,讓鎂在空氣中燃燒,結果鎂不僅能與空氣中的氧化合,還能和氮化合生成氮化鎂。現在用這個方法可以除去空氣中的氮了。他把已經除去水氣、二氧化碳和氧氣的空氣通過裝有赤熱鎂屑的瓷管,使空氣中的氮因生成氮化鎂而分離出來,這樣反復多次,管子裏還留下的就是那種雜質氣體了。經過測定,它比氮重,幾乎是氮的壹倍半。這樣,空氣中得到的氮和氨分解得到的氮之間在重量上的差異就解決了。 1894年8月13日,瑞利和拉姆塞在英國的科學城牛津向正在那裏開會的自然科學家們宣布了他們的新發現:壹個前所未知的新元素就在我們周圍,和氧氣、氮氣壹樣是空氣的組成;每立方米空氣中大約有15克這種氣體,在開會的大廳中就有幾十公斤這種氣體。

與會的科學家們聽了之後,都目瞪口呆,“竟會有這種怪事,空氣中還有沒有被發現的新氣體?”這種新氣體幾乎不與任何元素起化學反應,瑞利和拉姆塞給它起了個名字,叫“氬”,是希臘文“懶惰”的意思。

1868年8月18日,英國天文學家羅克耶爾和法國天文學家詹森用光鏡分析太陽突出物(日冕)時,根據光譜線確定了壹種人們從未發現的物質,他們認為這可能是壹種特殊的天體物質,地球上沒有這種物質,只在太陽上才有。於是羅克耶爾決定把這種新物質叫做太陽——氦。“氦”在希臘文裏就是太陽的意思。

拉姆塞正在繼續研究氬氣的各種性質的時候,1859年2月1日晨,他接到了化學家亨利·梅爾斯的壹封信,信中告訴他:美國地質學家希萊布蘭德曾經把釔鈾礦放在硫酸中加熱,結果冒出的氣體既不能自燃,又不能助燃。當時認為這種氣體是氮氣,現在看來也有可能是氬氣,說不定釔鈾礦中含有鈾和氬的化合物。

根據梅爾斯的提示,拉姆塞重復做了希萊布蘭德的實驗,收集到幾立方厘米的氣體。對氣體進行光譜分析的時候,卻出現了意想不到的事情:這種氣體的光譜既不是氮,也不是氬。那它到底是壹種什麽物質呢?拉姆塞把他所知道的各種物質的光譜都重新回憶了壹下,沒有壹種跟它相似。經過反復思索之後,他突然想起了詹森和羅克耶爾27年前發現的太陽上的氦,他核對壹下光譜線大致壹樣,但是拉姆塞沒有儀器來精密地確定譜線的光譜裏的位置。再說,太陽元素就這麽容易找到?他決定請英國當時最好的光譜專家克魯克斯幫忙。他只告訴克魯克斯說他發現了壹種新氣體,建議把它叫做“氪”,請克魯克斯確定壹下新氣體的譜線的位置。 1895年3月23日早晨,拉姆塞收到了壹份克魯克斯發來的電報:“氪——就是氦,請來看。克魯克斯”

這樣,27年前在太陽上發現的氦也在地球上找到了。當天,拉姆塞就通知法國科學院院長貝特羅:氦在地球上發現了。拉姆塞是世界上第壹個拿到太陽元素的化學家,他拿了許多物質與氦發生反應,結果證明,氦和氬壹樣不會跟任何物質化合,也是惰性氣體。

能不能在空氣中找到氦呢?拉姆塞采取了把空氣冷卻成液體再逐漸蒸發的辦法。他認為氧和氮會先蒸發,而氦則會蒸發得慢壹些,於是他把放在杜瓦瓶內的液態空氣敞開口讓它蒸發,等到液態空氣只剩下很少壹些時,將這壹液態空氣蒸發的氣體收集起來,再除去氧氣和氮氣。通過光譜分析,拉姆塞滿以為可以找到氦,但是沒有氦的特有光譜線,這壹次拉姆塞估計錯了。實際上,氦比氧和氮蒸發得快,它早就逃走了。但是拉姆塞還是有收獲的,他意外地發現了另壹種新元素“氪”。 吸取失敗的教訓,拉姆塞改變了實驗的方法。這壹次他證明了空氣中確實有氦存在,此時他又發現了壹種新的氣體“氖”。此後,拉姆塞又發現了氙和氡兩種新氣體。這樣壹來,惰性氣體家庭氦、氖、氬、氙、氡、氪,除了氦是詹森和羅克耶爾通過分光鏡從太陽上首先發現之外,其余的都是拉姆塞發現的。不過氡是1910年發現的。那是拉姆塞獲得諾貝爾化學獎8年以後的事情了。

1912年年60歲的拉姆塞退休了,但他仍然在自建的小型化學實驗室內工作,直到1916年去世為止。化學是這位偉大科學家的終生伴侶。他曾講過,“多看、多學、多試。如果有成果絕不炫耀。壹個人如果怕費時、費事,則將壹事無成。”

氖是在氪的基礎上發現的,用減壓法繼續分餾殘余的氣體,收集了從氬氣中揮發出的部分,這部分氣體具有極其壯麗的光譜,帶著許多條紅線,許多條淡綠線,還有幾條紫線、黃線,非常明顯。在高度的真空裏,甚至還能閃著絢麗的磷光。這啟發了人們將它作為燈光照明,霓虹燈於是誕生了。