【元素家族——連載108】綠色氣體

話說可愛的舍勒發現了「火焰空氣」之後，在瑞典乃至歐洲已經很有名了。化學家伯格曼請求他研究一下瑞典的一種礦石：軟錳礦（現在我們知道就是二氧化錳），舍勒於是不辭辛勞的把眼光投到了這種黑色的鬆軟礦物上。和之前一樣，對待未知物質，首先要讓它嘗嘗酸的味道。

他發現這種礦物不溶於稀硫酸，也不溶於稀硝酸，但是卻溶於稀亞硫酸和稀亞硝酸。如果把它放到濃硫酸里加熱，也會溶解，並釋放出一種氣體，這種氣體對舍勒來說再熟悉不過了，就是「火焰空氣」——氧氣。

【黑乎乎的軟錳礦。】

軟錳礦在面對鹽酸的時候卻完全不一樣，舍勒的筆記本上這樣記錄：

「將一兩鹽酸加入半兩磨細的軟錳礦里，放置一小時，酸液出現深棕色，將一部分溶液倒入瓶中加熱，則有熱王水的氣味出現。一刻鐘後，王水的氣味消除了，溶液變成無色透明。」

「因為要徹底了解這種新奇的東西，我拿出一個曲頸甑裝上軟錳礦和鹽酸的混合物，用一個牛尿泡系在瓶頸，把曲頸甑放在熱砂中加熱。能看到牛尿泡擴張了，說明收集到了氣體。等到瓶里不再反應，我取下牛尿泡，從外面就能看到裡面有黃綠色，好像王水的樣子。這種氣體有特別的氣味，簡直讓人窒息，聞了之後感覺傷肺。」

【舍勒在用牛尿泡收集氣體。】

舍勒仔細端詳起這種新的氣體，這是一種綠色的氣體，氣味令人窒息。他又做了很多實驗，在實驗記錄本上留下了這些文字：

「只跟水少量化合，使水有微酸味；遇到可燃物質（氫氣），即變成鹽酸。」

「不能用木頭塞封裝，這種氣體可以使木頭變黃。」

「藍色試紙全部變白；所有植物的花——紅的、藍的、黃的——不久都變白；綠色植物亦然。變白後的植物無論用酸還是鹼，都無法復原。」

「在這種氣體中的昆蟲立刻就死去，火也立刻熄滅。」

「幾乎所有金屬都會跟這種氣體反應。尤其注意到，將黃金放到這種氣體的溶液中，再加入氨氣，可以化合生成雷酸金。」

我們不要忘了，舍勒終其一生都是「燃素理論」的篤信者，他對待「火焰空氣」是如此，見到「綠色氣體」還是如此，他竟然把它當成是「脫去燃素的鹽酸」。所以，我們可愛的舍勒只是一個優秀的實驗化學家，而無法成為拉瓦錫、戴維那樣的一代宗師。

【氯氣的水溶液叫做「氯水」。舍勒的記錄本中提到了很多化學反應，方程式你可以寫得出來嗎？】

燃素理論很快就被拉瓦錫推翻了，所有化學物質都要被重新解釋了。法國化學家貝托萊盯上了這種綠色氣體，他發現將這種綠色氣體溶解在水中之後，受到光照，就會釋放出氧氣，剩下鹽酸。他想當然的認為：綠色氣體=鹽酸+氧氣，乾脆叫它「氧化鹽酸」。

拉瓦錫在確認氧是一種元素以後，認為凡是酸都含有氧元素，氧就是「酸素」。那麼，鹽酸也不例外，其中也含有酸素。既然這種綠色氣體是「氧化鹽酸」，那就說明它含有更多的酸素，是更強的酸。

【拉瓦錫的好朋友：貝托萊。】

這是想當然的推理，然而之後的化學家們一直沒有從綠色氣體里分解出來氧氣。1809-1811年間，法國科學家蓋呂薩克讓「氧化鹽酸」通過紅熱的木炭，試圖將其中的氧還原出來，未果。他又試圖將乾的氯化銀跟硼酸酐和碳一起共熱，竟然得不到鹽酸。而如果有水存在，則馬上就會得到鹽酸，這似乎說明氯化銀中是不含氧元素的。

蓋呂薩克曾在筆記本上這樣寫到：「如果假設『氧化鹽酸』是一種元素，就能解釋這些現象。」後來他又放棄了之前的假設：「似乎把『氧化鹽酸』看成化合物可以解釋的更好」

【氣體三定律的提出人之一：蓋呂薩克。】

這個問題最終留給大帥哥戴維一錘定音，他研究了磷、錫跟「氧化鹽酸」的化合物，發現很多現象存在矛盾：「法國化學學派所持的見解，在細緻的考察之前，表面上看起來蠻漂亮並令人滿意，但從我們現在的知識來考察，它不過是建立在假設的基礎上。」

他又拿出他的獨門暗器：電流，對著「氧化鹽酸」放電幾個小時，甚至導致了強烈的爆炸，「氧化鹽酸」仍然沒有什麼變化。他又用電流「考驗」磷、錫跟「氧化鹽酸」的化合物，也沒有氧分離出來。

「看來，『氧化鹽酸』根本就不是什麼酸。」他的腦里產生了一個新的想法，「可以認為，氫是鹽酸的一個基團，而所謂的『氧化鹽酸』只是鹽酸的一個酸化要素。」

就這樣，戴維又一舉擁有了兩個發現：

1，『氧化鹽酸』並不是什麼化合物，而是一種元素，他根據它的綠色，將它命名為「氯」（Chlorine）。戴維發現的新元素已經夠多了，沒必要沒有搶功，他仍然把發現「氯」元素的功勞歸於舍勒。

2，酸也是可以不含有「酸素」——氧的，鹽酸就是一個典型，這種類型的酸叫做「無氧酸」，類似的還有硫化氫、溴化氫，而我們熟悉的硫酸、硝酸等叫做「含氧酸」。

【戴維和法拉第在實驗室里。】

要問戴維一輩子最大的發現是什麼？有人會說他發現的鈉、鉀等新元素，有人會說他發明的煤氣燈，還有人會說是他威力無窮的電池組。戴維自己的答案：「我最大的發現是法拉第。」

1812年12月的一天，「戴維爵士」正在家裡養病，僕人把一大堆郵件整整齊齊放到沙發旁邊的茶几上。戴維隨手取出一隻最大的信封，裡面竟然是一本厚厚的書，足有368頁。硬封面上燙了金字《戴維爵士講演錄》。

奇怪！那個出版商連招呼都不打一聲，借了我的名字出書？

再翻開內頁，原來這300多頁書竟是用漂亮的字體手工抄寫的，而且帶附了不少精美的插圖。戴維一下子墜入雲里霧中，莫名其妙了。

書中落下一張信箋：

尊敬的戴維爵士：

我是一個訂書學徒，很熱愛化學，有幸聽過您4次講演，整理了這本筆記，現送上。如能蒙您提攜，改變我目前的處境，將不勝感激云云。

邁克爾·法拉第。

戴維將信看了兩遍，想到自己也是苦出生，多虧了貴人相助才有了今天，不由動了惻隱之心，提起大鵝毛筆寫了一封回信：

先生：

承蒙寄來大作，讀後不勝愉快。它展示了你巨大的熱情，記憶力和專心致志的精神。最近我不得不離開倫敦，到一月底才能回來，到時我將在你方便的時候見您。我很樂意為你效勞，我希望這是我力所能及的事。

——戴維

【作為戴維（左）助手的法拉第（右）正在努力的清洗儀器。】

很快，法拉第如願以償進入戴維的實驗室，成為戴維的助手，從刷洗儀器開始做起。他非常珍惜他的工作，總是把儀器洗刷的特別乾淨，一直到「水既不聚成水滴，也不成股流下」才作罷，簡直到了「潔癖」的地步。

1820年，戴維開始指導他獨立開展研究，第一項課題就是「氯氣的化學性質」。他通過氯和乙烯、乙烷發生取代反應，得到了四氯乙烯和六氯乙烷，他還在氯水飽和溶液中發現了水合氯晶體（Cl2*8H2O）。

有一次，他想觀察氯氣加熱和冷卻之後的變化，他用了一個封閉的U型管，一端加熱水合氯晶體，另一端放到冷卻劑里冷卻。他發現冷卻端總是出現一些黃綠色的油狀物，他的潔癖讓他一陣敏感：「難道管子又沒有洗乾淨嗎？」他又仔細沖洗了其他U型管，不管沖洗的多乾淨，重複實驗以後，那些油狀物還是會出現。他終於忍無可忍，將U型管鋸開，管中一下子衝出一股黃綠色氣體，其中的油狀物也不見了。

他這時才明白：衝出的黃綠色氣體就是氯氣，原來管中的油狀物是液體形態的氯，是高壓下的氯氣冷卻之後的產物，法拉第的「潔癖」幫助他發現了液氯！

【在7.4個大氣壓下，氯氣液化成黃綠色的液體。】

在這之前，「氣體是一種永恆體」的論斷被科學界奉為真理。法拉第的發現讓人們意識到氣體、液體、固體都只是同種化學物質不同的「相」，是可以相互轉變的。

緊接著，法拉第又用同樣的方法液化了二氧化硫、硫化氫、笑氣、二氧化氯、磷化氫、氰氣、溴化氫、四氟硅烷、二氧化碳，開闢出一條液化氣體的道路。

法拉第還發現，有一些氣體，比如甲烷、氧氣、氫氣、氮氣、一氧化碳等等，在常溫下無論用多高的壓力都無法液化，他把這些氣體叫做「永久氣體」。這些問題就留待後面的低溫物理學家去解決了。

【法拉第獨自在實驗室。】

法拉第的勤奮讓他的成就和名望迅速超過了戴維，在我們現在的教科書里，可能找不到戴維，但是法拉第的名字一定能在很多地方見到。他的電磁感應定律直接導致了發電機的發明，造福了現代文明蔭澤下的所有人。牛頓和愛因斯坦固然偉大，甚至他們的理論對人類文明的影響更加深遠，但是在20-21世紀之交的現在，法拉第對當今世界的直接貢獻顯然更大，很難想像離開發電機的人類文明將如何運轉。

在工作以外，法拉第保持了質樸的人品，沒有像戴維那樣去搞一個「爵士」的名頭，而是低調的工作和從事社區服務。和戴維一樣，他也找到自己的一個傳人，那就是大名鼎鼎的麥克斯韋。毫無疑問，在電磁學理論方面，麥克斯韋的成就登峰造極，無出其右。但必須承認，他是踩在法拉第的肩膀上。

【法拉第走上演講台，接過了戴維的衣缽。】

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