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第9章 化学家的故事(9)

李比希在药房中检查各种配方时,化学知识对他帮助不小。有一次他急需的配方没有查到,他的父亲叫他到宫廷图书馆去查找。馆员海斯热情地接待了他,像对待所有其他的孩子一样,也给他一本带有许多插图的故事书。

“谢谢,海斯先生。我想在您这儿借几本化学书。”他激动地说道。

“化学书?那我确实要和你交朋友了,我也喜欢读化学方面的书,跟我来吧。”馆员把李比希带到书架旁边,微笑地指着一个书架说,“这里全是化学方面的书。其中有拉瓦锡、道尔顿、施塔尔、卡文迪许等化学家的著作。”从此以后,李比希便成宫廷图书馆的常客了。凡是书架上的书也都要读一遍。

可是他愈是勤奋而认真地研究,对学校的学习就愈是漫不经心,索然无味。他怎样也不明白,学习那些拉丁语和希腊语的语法公式、语法的变格变位究竟有什么用处,老师常常指责他玩忽学习。有一天拉丁语老师发现他心不在焉,没有好好听讲,提出了批评。李比希挺起身子,不假思索地答道:“我准备当一个化学家。”教室里顿时发出了哄笑,连一本正经的老师也笑了。他不明白这些人为什么要笑,因为在他的生活中确实没有树立其他的目标。

李比希特别喜欢研究炸药,在集市上从卖灵丹妙药的人那里学会了制造爆炸雷管和制造雷管用的仪器。李比希常背着老师,把炸药带进教室,以便在休息时拿去玩。有一次在课堂上,正当老师专心地推导一条定理时,突然教室里发生了可怕的爆炸,吓坏了老师和同学,同时一股浓烟冲向校长的办公室,校长也吓得目瞪口呆、不知所措。这一下,学校把李比希开除了。

但李比希仍不灰心,继续做试验。有一天,用不同方式组配化学药品时,李比希发现了一种物质,它具有酸的种种性质,其银盐和汞盐都能爆炸。他想这种东西制成雷管一样很值钱,就决定多制造这些给家里送去。过了几天,他的确制成了这种新物质。因为没有专门的器具,就把它装在旧手榴弹的空壳中,然后放在离壁炉不远的一个角落里。他没有用任何东西把空壳盖起来,于是原来湿的物质很快就干燥了。这位年轻的化学家还不知道,这种物质在干燥的情况下即使轻轻地碰一下也是会爆炸的。几周后,他亲自看到这种爆炸的情景发生了。

有一次,李比希做实验时,使用的研杵从桌上滚下,恰恰落在装有炸药的弹壳上,剧烈的爆炸声震动了整个药店。当李比希睁开眼睛的时候,才明白自己已经躺在对面的墙边,身上盖满了塌落下来的砖块和灰土。头上面的屋顶全部没有了,而看到的是满天星斗和黑蓝的天空。

李比希为发生的事故深感忧虑,但他的父亲并没有责备他,反而说他有胆量、有追求精神。每当李比希回忆往事时,他都深有感触他说:童年的化学实验,激发了他的想象力和对化学的热爱。 李比希多次要求父亲允许他到大学学习化学,尽管家里有一定的困难,可是关心儿子前途的父亲终于同意了。

就这样,青年时代的李比希,不远千里到波恩求学,在埃朗根大学获得博士学位,后来进入了盖·吕萨克的私人实验室进行研究工作。

在随后两年的研究中,在探索各种有机化合物的同时,他系统地研究了雷酸盐,找到了防止雷酸盐爆炸的填充剂。他发现用烘焙过的苦土与雷酸盐相混合,可以非常有效地防止雷酸盐爆炸。李比希在科学院报告了他的研究成果。当时,会议主持人对李比希说:“您的研究不仅本身具有重要意义,更重要的是这一成果使人们感到,您是一位有杰出才干的人。”

年轻的李比希回到德国,担任了吉森大学编外教授,两年后升为正式教授,他当时年仅23岁。他在校方和政府的支持下,经过两年努力,在吉森大学建立了一个完善的实验教学系统,他的实验室可以同时容纳22名学生做实验,教室可以供120人听讲,讲台的两侧有各种实验设备和仪器,可以方便地为听讲人做各种演示实验。李比希建立的实验室后来被称为“李比希实验室”,由于这一实验室培养出一大批一流的化学人才,所以当时成了全世界化学化工工作者注目和向往的地方。李比希实验室科研和教学的风格,很快传遍了全世界。李比希还制造和改进了许多化学仪器,如有机分析燃烧仪、李比希冷凝球、玻璃冷凝管等等。

为了发展化学教学,李比希还用新的体系编制了化学教学大纲。他认为,化学不仅是一门实验科学,同时直接关系到国家的命运和人民的生活。所以他认为:“学习化学的真正中心,不在于讲课,而在于实际工作。”他要求他的学生既会定性分析,又会定量分析,然后自行制备各种有机化合物。这样就可以培养出较强的实际工作能力。

李比希一生为化学事业培养了一大批第一流的化学家,俄国的齐宁,德国的霍夫曼、凯库勒、武兹等,都是李比希的学生。以李比希为鼻祖的吉森学派被公认为是近代化学史上的一个大的学派。他们为19世纪下半叶德国科学的超越发展,特别是为德国的化工在20世纪初称雄世界做出了很大的贡献。自1901诺贝尔化学奖开始颁发的十年间,奖励的十位化学家中有七位属于吉森学派。

李比希对无机化学、有机化学、生物化学、农业化学都做出了卓越的贡献。他发明和改进了有机分析的方法,准确地分析过大量的有机化合物,合成过氯仿、三氯乙醛和多种有机酸,他还曾与他人合作,提出了化合物基团的概念以及多元酸的理论。李比希开创了农业化学的研究提出植物需要碳、氢、氧、氮、磷、钾、铁、锰、硅等许多元素,研究了提高土壤肥力的问题,提出必须施用人造肥料,因此,他被农学界称为“农业化学之父”。

有的化学家虽然自己作出了卓越的贡献,但并没有开创学派。李比希不但是一个杰出的化学家,更是一个成功的教育家,他教出了一大批化学家,开创了自己的学派,使自己的研究精神代代相传,永垂不朽。

天才少年贝特罗

“有机物合成”理论是贝特罗提出的,这个理论向人们指出了人工合成有机物的方法,促进了合成化学的发展。

贝特罗是法国著名的有机化学家。他生于19世纪20年代的巴黎。父亲是一名医生,家庭生活不甚富裕,但父母竭尽全力,要把自小聪慧的儿子培育成才。

中学时代的贝特罗,初露天资,写得一些很好的哲学论文,有一篇文章曾获得了一等奖。这个少年中学生熟练地掌握了好几种外语:说得一口流利的英语、德语,对拉丁语和希腊语运用自如。他笃信科学,反对迷信,是个无神论者。他认为上帝是人们臆造出来的,坚信“真理存在于科学之中”。21岁时,贝特罗考进了大学。开始时,他遵从父母的意愿去学医。然而,强烈的求知欲促使他对各门学科都很感兴趣。慢慢地他在学医之外,挤出时间去广泛地旁听历史、文学、考古学等许多课程,此外也研究语言学,尤其喜欢物理学,研究领域较宽。白天他长时间地呆在图书馆里,博览群书;晚上在实验室里常常工作到深夜。由于他勤奋刻苦,学习成绩优异,只用了一年时间,就成了一名物理硕士。

化学是医科学生的必修课程之一,因此,贝特罗在学习物理的同时,也开始学习和研究化学。为了得到进行化学实验的条件,他曾经每月交100法郎,在一间私人的化学实验室里,开展自己的研究工作。在那里,他很快就掌握了多种实验技术。最初,他研究一些带有物理性质的化学问题。例如,他对与气体液化有关的现象很感兴趣,曾研究过二氧化碳、氨以及其他气体液化的条件,并且写成论文于1850年发表了他的研究成果。在贝特罗60年的科学生涯中,他共写成2773篇(部)科学论文及著作,其内容之广,几乎涉及了人类所有的各个知识领域,而其中最多的要算是化学方面的。此外,还有生物学、农业化学、历史学、考古学、语言学、哲学以及教育学等方面。他的第一部化学著作是研究有机物合成的。这是他从事多年有机合成研究的结晶。

19世纪上半叶,许多化学家都在研究有机化学问题。但他们多限于研究那些天然有机化合物,运用化学手段分离出许多纯净的有机物质,由于生命力论对化学领域的统治,在这些化学家中还没有一个人能够直接从无机物合成存在于有机体内的较复杂的有机化合物。19世纪20年代,当德国化学家维勒首次宣布人工合成了尿素以后,尽管不少化学家还不承认被合成的尿素是真正的有机物,可是贝特罗却相信维勒的成果及其重大意义。

他赞同维勒关于在实验室里可以制取有机物的观点。他深信,在一定条件下,在试管中必定可能合成某些有机物。

19世纪中期,他利用乙烯同硫酸的反应合成了乙醇。同年,他还成功地合成了油脂类物质。次年,他又通过一氧化碳与热碱的反应合成了乙酸,接着,他用二硫化碳蒸气及硫化氢的混合物,通过热铜器皿,制成了甲烷和乙烯。他还通过甲烷制得了甲醇,后来,他用松节油制取了龙脑及樟脑,进一步由樟脑再制成冰片。到了19世纪60年代,他先后由碳和氧制成乙炔,由乙炔又制成苯,不久,他又通过乙炔和氮制成了氢氰酸。

贝特罗在有机合成领域的一系列成就,几乎成了神话。一方面是他的科研成果高产令人惊异;另一方面,他合成出一系列典型的有机物,使得有机化学领域的生命力论彻底破产。

贝特罗对合成工作的进一步研究,是试验电在合成反应中的作用。起初,他用电火花作用于反应过程,没有效果,改用电弧后产生了明显效果。他设法在充满氢气的器皿中,安装两个碳电极,通电使两电极间产生电弧,使从器皿中放出的气体中含有乙炔。这项实验的成功,使贝特罗受到极大鼓舞,由此开始了一系列新的合成实验。他由乙炔加氢制成乙烯,乙烯再加氢而得到乙烷。

贝特罗在研究有机合成的同时,还着手对合成产物进行分析研究。由于得到的产品往往量很少,这就需要耐心并顽强地坚持反复实验,才能取得足够的分析样品。这些工作又不断地使贝特罗开拓思路,创造出一个接一个新的合成方法,推动着有机合成化学的迅速发展。

贝特罗研究烃、碳水化合物和醇的发酵问题,也获得了许多成果。由于在有机合成方面的卓越成就,贝特罗曾于1860年和1867年,先后两次获得“雅克”奖。

精力充沛、能力惊人的贝特罗,除了从事繁忙的科学研究工作外,还是个著名的社会活动家。他作为参议员,要经常参与国务活动。他是最高美术委员会委员、火药及硝石咨询委员会委员。他还担任过法国科学院秘书长工作。19世纪80年代中期贝特罗开始在政府任公职,他先被任命为国民教育和艺术部部长,90年代中期又出任外交部部长。国内外许多科学院和研究所都曾选他为名誉成员。到19世纪末,世界上几乎所有的大学或科学院的名誉成员名单中,无一例外地都有他的名字。

贝特罗即使到了暮年,对科学事业的热爱和献身精神仍旺盛不衰。他继续渴求创造性的劳动,继续顽强地攀登着科学高峰,撰写大量的文章和专著,直到生命的最后一刻。人们将永远怀念这位伟大的化学家,记住他在化学史上的功绩。

贝特罗的成功源于他强烈的求知欲望。强烈的求知欲望产生强烈的探索精神,强烈的探索精神往往使人进行不屈不挠的研究行动,从而取得成功。因此我们可以说求知欲是成功的动力。

化学结构理论的提出者——布特列洛夫

布特列洛夫,19世纪著名俄国化学家。

布特列洛夫出生在一个地主和退伍军官的家庭中,受到过良好的教育。他是化学结构理论的创立者之一,是俄国有机化学家组成的喀山学派的领导人和学术带头人,他最重要的贡献是提出了化学结构理论。

布特列洛夫从小就聪明活泼,爱好广泛,家里人亲昵地称他为“萨沙”。父亲把他送进了寄宿学校,在寄宿学校里,他迷上了化学试验。

有一回,布特列洛夫找来了硫磺和硝石,在厨房里搞到大量木炭,决定要做炸药。头几次实验还算顺利。布特列洛夫本来对化学一无所知,可是制造炸药的实验使他觉得挺有意思,于是他在床底下放置了不少玻璃瓶子,里面都装着化学药品。

有一回,萨沙和朋友托尼亚一起制造“兰焰”烟火的火药,火药突然爆炸,高高的绿火苗烧着了萨沙的头发、眉毛。教师罗兰特闻声闯进屋来,把两个肇事者关进了禁闭室。这次处罚得很重,一连三天,在其他同学吃饭的时候,布特列洛夫总是被带到屋角罚站。脖子上挂着一块黑板,教师在上面奋笔疾书,写下非常挖苦的4个大字:“大化学家”。但布特列洛夫并没有表示改正错误,只是迫不及待地等着过年,好最后离开这个可恨的学校。

第二年秋季,萨沙进入喀山第一中学。这个学校的老师经验丰富、学识渊博,善于启发诱导学生。萨沙能轻而易举地掌握学到的知识,因为他从小就养成了有条不紊的工作习惯。

他特别感兴趣的是博物学。他热爱大自然,经常向往接近自然界。他不能满足于到森林里、草原上或河岸边游玩,总是要在屋子里喂些乌龟、白鼠和其他各种小动物。

“你喂这些毛毛虫干什么?”父亲有一次向他问道,一边蛮有兴趣地望着一堆毛毛虫,这些小虫子被萨沙装在一个特制盒子里,盒子四周蒙着密密实实的丝线网。

“我想研究它们是怎样过活的。光捉住蝴蝶怎么能行呢,还得弄清楚它变蛹时吃些什么呀。”

“噢,这倒是很像研究工作了,萨沙,”父亲满意地说,“我很高兴你有这种爱好,只是千万不要忘掉数学。要知道,你到秋天要去上大学,要向我国最伟大的数家之一——尼古拉·伊万诺维奇·罗巴切夫斯基学习了!”

“爸爸,我缺乏精密科学的才能,在天文台里也挺枯燥,我想进大学的博物系。我真正感兴趣的是研究植物学和动物学。”

“当然,这事最后要由你自己来定,萨沙,不过我认为你应当进的还是数理系。”

事情与父亲的愿望相反,萨沙还是进了博物系。其实他不过是个旁听生,因为当时还不到成年年龄。第二年,他年满17岁,一年级的学生名册上才有了布特列洛夫的名字。

19世纪60年代,布特列洛夫首次提出了化学结构理论的基本思想。当时,在德国的施别依市,正举行科学家和医生代表大会。会上,布特列洛夫宣读了他的著名论文《论物质的化学结构》。在论文中,他系统地阐明了化学结构理论的基本原理。这一理论的基本观点可以归纳为以下两点:

(1)“假定两个化学原子,具有一定的和有限的化学亲合力,化学原子借这种化学力形成物体,那么,我将这种化学关系,或者叫做复杂物体中的各原子相互结合的方式,称之为化学结构。”

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