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第3章 化学家的故事(3)

中学时代的李远哲看了大量的书。“我几乎每天看一本书。”他读了《居里夫人传》后,这样说道:“我第一次感到当科学家不仅能从事很有意义的科学研究工作,而且可以享有非常美好的人生。”李远哲下定决心要像居里夫人那样,把一生都献给科学。

李远哲从小喜欢自己动手做东西,遇到他想要做的东西时,李远哲的耐力是很惊人的。有一次,他发现一位老人砍竹子准备做竹扇。他很好奇的也学起做扇子,他花了很长的时间,很有耐心地完成了他人生中第一件工具——一把竹扇。后来,他又自己琢磨,编成了一个篮子。有一天,他的妈妈想要一个篮子来裝鸡蛋,李远哲把他自己完成的竹篮交给他妈妈时,他的妈妈简直不敢相信:这个篮子是他这个顽皮而好动的儿子做出来的。

李远哲还喜欢动手修理各种机械。有一次,他去一个地方演讲,结果现场的音响系统坏了,主办单位的人急忙四处找人来修。沒想到他却不慌不忙地从皮箱里掏出一把螺丝刀来修理,他专心地找到了出问题的地方,20分钟后,他把音响修好了。台下的观众都报以热烈的掌声。他可以亲手制造和修理试验室內的各种工具,使他所设计的仪器永远比別人更精密、更准确。所以他在美国设计分子束仪器时,可以测量出分子的化学反应,从而得到了诺贝尔化学奖。

李远哲主要从事化学动态学的研究,在化学动力学、动态学、分子束及光化学方面贡献卓著。有一段时期,李远哲几乎每天工作十五六个小时,自己设计,自己动手,殚精竭虑地把一台交叉分子束实验装置建立了起来。他的导师赫希巴哈看后感叹地说:“这么复杂的装置,大概只有中国人才能做出来。”他称赞李远哲是“化学中的莫扎特”。他说他把李远哲比作乐圣莫扎特,不仅因为李远哲是一位早熟的天才,而且因为李远哲同莫扎特一样“准确”。

1986年李远哲因“发明了交叉分子束方法使详细了解化学反应的过程成为可能,为研究化学新领域——反应动力学做出贡献”而获得诺贝尔化学奖。

在随后的年代,李远哲的科学成果硕果累累,研究领域得到扩展。他的具有世界领先水平的实验室装备有 7台极先进的分子束装置,专用于解决与反应动力学、光化学过程及分子光谱测定有关的问题,吸引了世界各地的知名科学家前往从事合作研究。

李远哲始终关心家乡祖国的科学与教育的发展,近十年来每年回国多次,奔波于海峡两岸,主持学术讲习,参加学术会议,尤其对中央研究院原子分子研究所的筹建,更是注入大量心血。20世纪90年代中期,李远哲回国接受中研院院长之重担,同时放弃美国国籍,全力推动国内科研的发展。

独特的思维方式,准确的研究能力,这些才是李远哲成功的秘密。任何问题都不会只有一种答案,勇于探索,不断尝试,你才有可能发现新天地。

化学药剂师格劳贝尔

格劳贝尔,德意志化学家和药物学家。

格劳贝尔,第一个提出盐是在酸与碱作用下形成的清楚概念,认识到所有盐都包含酸和碱的组成部分;提出“亲合力”观点,认为加热氯化铵和氧化锌时,氧化锌同酸化合,是因为氧化锌有较大亲合力,能把氨释放出来;在维也纳矿泉水中发现“奇盐”,即硫酸钠;发现食盐与硫酸混合产生硫酸钠,当时被称为“格劳贝尔盐”,并首次作为泻药使用,后竟成为“万应灵药”;发明用无水硫酸钠除去过油类和无机酸中的水分;认识到所有汞化合物都有毒;改进和发明各种类型蒸馏器和炉子……

格劳贝尔童年受教育很少,在德国各地奔走谋生,主要从事药物制造和出售,并在工作中获取知识,自修化学。虽然格劳贝尔没有受过专业、系统的教育,不是科班出身,但他的研究和发现运用到生产中后,为农业、医学、工业制造等各方面作出了巨大贡献,而他的研究兴趣却是从一件很偶然的事情开始的。

格劳贝尔年轻的时候,有一次,他要逃难去维也纳谋生。可是,漂泊不定的生活使他的身体极度虚弱,在穿过一片茂密的古林时,他病倒了。有一位好心的僧人把栽倒在路边草丛中的他救回了家。

当他醒来时,一支随风摇晃的残烛伴着他,小草屋子里几乎是一贫如洗。

“我怎么会来这儿呢?”

“你病得很重,我的孩子。当我们发现你的时候,你正人事不知地躺在路边。”一位穿袈裟的白发老人回答了他。

“那么您是什么人?”

“我是僧人,是出家人。小伙子,你打算去哪儿?”

“我是个做镜子的匠人,现在孤身一人,到处流浪。想去维也纳找个差使,挣钱糊口。”

“到维也纳还远,你现在病成这个样子,先住下来再说吧”。

格劳贝尔刚想说声感谢,却又晕眩过去。

老人采集了许多草药,但他仍治不好格劳贝尔。老人告诉他,他得的是斑疹伤寒病,这种病人身上会出现斑疹,浑身发烧,头发脱落……不过,听人说在诺埃施塔特的葡萄园里,有一种泉水能治这种病,说不准喝一些泉水能治好这种病。

于是,一个饱经沧桑的老人和一个身患病痛的青年,就那么艰难地向传说中的“圣水”进发。经过一天两夜,他们终于到达。老人一舀一舀地给格劳贝尔盛着“圣水”,一月后,他居然奇迹般痊愈了。

格劳贝尔思忖着,这种泉水竟然蕴藏着这样神奇的功效!多么神秘的东西呀!究竟包含着什么成分呢?他不得其解。但他却不想放弃,暗下决心一定要弄清楚那泉水到底怎么会成为“圣水”,就像那位好心的僧人帮助自己一样,学习医术,用“圣水”,用自己的知识帮助更多的人解除苦痛。

从这一刻开始,格劳贝尔开始了他漫长的自学之旅。他先后在萨尔斯堡、卡塞尔、巴黎、汉诺城、黑森等城市的药房工作求艺,学得了一手高超的技艺。后来,他有了自己专门的实验室,开始自己配制药品,并进行实验。经过反复实验,他用绿矾石(硫酸铁)制成了浓硫酸,又以此制得了“蓝矾”和“白矾”。从此,他又发明了一系列的药品。当然,他也终于弄清楚了“圣水”起死回生的功效所在,并从中分离出一种“神奇的盐”,拯救了一大批患者。

17世纪60年代初,56岁的格劳贝尔双腿开始麻痹,面部也变得铁青蜡黄,实验室的工作终停了下来,助手们也接二连三地走了,只剩下孤独的老人。八年后,格劳贝尔在孤独寂寞中告别了人世。

格劳贝尔对自己严格要求,扎扎实实地打下基础,一生乐于助人,他热爱祖国,并真挚地追求奉献于他人。在他自己整理的文集和资料中,他曾写下:“要我说,无论是伙计、技师,还是学者都该是高尚的助他的人。为此,就得寻求探索,不管命运如何,都能悟出求索的价值。世上有太多有用的东西,尽管去寻找吧!那就是科学!”

格劳贝尔的一生,可以说是艰难曲折的一生,漂泊动荡的一生。即使在这样的恶劣条件下,他仍坚持研究,取得了杰出的成就,真是令人深感敬佩。但人们的尊敬不仅仅因为他是一位伟大的科学家,更是因为他伟大的人格。

化学开山祖师——波义耳

恩格斯赞扬英国科学家罗伯特·波义耳,说他是“把化学确立为科学”的伟大人物,原因是他于1661年发表的著作《怀疑派化学家》对化学发展产生了重大影响,奠定了化学的基础。同时,化学史家也都把这一年作为近代化学的开始年代。那么,波义耳是怎样一位科学家?在发展化学科学上作出了哪些突出的贡献呢?为什么会得到这么高的评价和地位呢?

波义耳生于爱尔兰利兹莫城的一个贵族家庭。当时的英国正处于资产阶级革命时期,同时,近代科学也开始萌芽并出现。近代科学伟人如物理学家牛顿、意大利的伽利略、德国的开普勒、法国的笛卡尔都生活在这一时期。可以说,波义耳生活在一个巨人辈出的时代,这使他能够站在巨人的肩膀上,高瞻远瞩,作出重大发现。

家境优裕为他的学习和日后的科学研究提供了较好的物质条件。童年时,他并不显得特别聪明,他很安静,说话还有点口吃。但是比起他的兄长们,他却是最好学的。他酷爱读书,常常书不离手。8岁时,父亲将他送到伦敦郊区的伊顿公学学习,3年之后他到当时欧洲的教育中心日内瓦度过了两年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程。1641年,波义耳又在家庭教师的陪同下,游历欧洲,年底到达意大利。旅途中即使骑在马背上,波义耳仍然是手不释卷。就在意大利,他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象,他对伽利略本人更是推崇备至。

17世纪中期,他父亲在一次战役中死去。家庭情况的突变,经济来源的中断,使波义耳回到战乱的英国。在伦敦,他结识了科学教育家哈特利伯,哈特利伯鼓励他学习医学和农业。当时的医生都是自己配制药物,所以研究医学也必须研制药物和做实验,这就使波义耳对化学实验发生了浓厚的兴趣。

为了研究医学,波义耳翻阅了医药化学家的许多著作,同时为自己创造了一个实验室,整日浑身沾满煤灰和烟,完全沉浸于实验之中。

和当时的许多科学家一样,波义耳首先研究的对象是空气。通过对空气物理性质的研究,特别是真空实验,他认识到真空所产生的吸力乃是空气的压力。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系,并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系。在他的著作《关于空气弹性及其物理力学的新实验》中,他明确提出:“空气的弹性和它的体积成反比”。法国物理学家马略特在此后15年也根据实验,独立地提出这一发现。所以后人把关于气体体积随压强而改变的这一规律称作波义耳-马略特定律。这一定律用当今较精确的科学语言应表达为:一定质量的气体在温度不变时,其它的压强和体积成反比。

在化学实验中,波义耳读了不少前人的有关著作,也了解到当时的一些科研成果。这不仅开阔了他的眼界,丰富了他的思想,同时也为他整个实验的安排提供了指导,使他认识到化学在工业生产中所具有的广泛意义,化学不应只限于制造医药,而是对于整个工业和科学都有着重要作用的科学。为此,他认为有必要重新来认识化学,但首先要讨论的是什么是化学。

波义耳根据自己的实践和对众多资料的研究,主张化学研究的目的在于认识物体的本性,因而需要进行专门的实验,收集观察到的事实。这样就必须使化学摆脱从属于炼金术或医药学的地位,发展成为一门专为探索自然界本质的独立科学。为了引起人们的重视,他进一步强调指出:“化学到目前为止,还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是,我们所学的化学,绝不是医学或药学的婢女,也不应甘当工艺和冶金的奴仆,化学本身作为自然科学中的一个独立部分,是探索宇宙奥秘的一个方面。化学,必须是为真理而追求真理的化学”。这就是波义耳在《怀疑派化学家》中所阐述的第一个观点——化学应成为一门独立的学科。

为了确定科学的化学,波义耳考虑到首先要解决化学中一个最基本的概念:元素。古希腊哲学家柏拉图认为万物之源有四种基本要素:火、水、气、土,亚里士多德则进一步明确提出构成万物的四元素说。后来医药化学家们提出的硫、汞、盐的三要素理论也风靡一时。波义耳通过一系列实验,对这些传统的元素观产生了怀疑。他指出:这些传统的元素,实际未必就是真正的元素。因为许多物质,比如黄金就不含这些“元素”,也不能从黄金中分解出硫、汞、盐等任何一种元素。恰恰相反,这些元素中的盐却可被分解。

那么,什么是元素?波义耳认为:只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。例如黄金,虽然可以同其他金属一起制成合金,或溶解于王水之中而隐蔽起来,但是仍可设法恢复其原形,重新得到黄金。元素的定义应是具有相同电荷数的同一类原子的总称。这样,波义耳确立了化学最基本的概念——元素的含义。

至于自然界元素的数目,波义耳认为:作为万物之源的元素,一定会有许多种。

现在看来,波义耳的元素概念实质上与单质的概念差不多。这种科学认识是直到20世纪初才清楚的。这就使化学第一次明确了自己的研究对象。

同时,在《怀疑派化学家》一书中,波义耳还强调了实验方法和对自然界的观察是科学思维的基础,提出了化学发展的科学途径。波义耳深刻地领会了培根重视科学实验的思想,他反复强调:“化学,为了完成其光荣而又庄严的使命,必须抛弃古代传统的思辨方法,而像物理学那样,立足于严密的实验基础之上。”波义耳正是这样身体力行的。波义耳把这些新观点新思想带进化学,解决了当时化学在理论上所面临的一系列问题,因此,我们说,波义耳的《怀疑派化学家》可以作为近代化学的开始,他本人也被人们称为化学科学的“开山祖师”。

在波义耳众多的科研成果中,还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。这几项成就都是实验中敏锐观察的结果。

在一次偶然的试验中,波义耳发现五信子水浸液和铁盐在一起,会生成一种不会沉淀的黑色溶液,这种黑色溶液久不变色。由此他发明了制取黑墨水的方法,这种墨水几乎用了一个世纪。

在实验中,波义耳还发现,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,为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上,做了先导性工作。

晚年的波义耳在制取磷元素和研究磷、磷化物方面也取得了成果,他根据“磷的重要成分乃是人身上的某种东西”的观点,努力地钻研,终于从动物尿中提取了磷。经进一步研究后,他指出:磷只在空气存在时才发光;磷在空气中燃烧形成白烟,这种白烟很快和水发生作用,形成的溶液呈酸性,这就是磷酸,把磷与强碱一起加热,会得到某种气体(磷化氢),这种气体与空气接触就燃烧起来,并形成缕缕白烟。这是当时关于磷元素性质的最早介绍。

波义耳之所以取得这么大的成就,都是因为他勤奋学习、多做实验的结果。

环境对人的成功也是有很重要的作用的。波义耳之所以取得这么大的成就,就是因为他生活在近代科学的萌芽时期,这就使他能够站在巨人的肩膀上,看得更高,望得更远。那么,我们应该怎样做呢?

卡文迪许的故事

在化学史上,人们把“氢元素的发现”与“发现和证明了水是氢和氧的化合物”这两项重大成就,主要归功于英国化学家和物理学家卡文迪许。

卡文迪许出生在英国一个贵族家庭。父亲是德文郡公爵二世的第五个儿子,母亲是肯特郡公爵的第四个女儿。早年卡文迪许从叔伯那里承接了大宗遗赠,父亲逝世后,又给他留下大笔遗产。这样他的资产超过了130万英镑,成为英国的巨富之一。

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