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戀上金屬(3)

鎢舅舅 作者:(美)奧利弗·薩克斯


舅舅說:“在這里,自然界賜給你純金屬,比如金、銀和銅。在南非和烏拉爾,自然界還會(huì)給你提供鉑。”舅舅從他的柜子里拿出純金屬-閃閃發(fā)光的紅銅和暗淡的銀絲、南非礦工們淘出的金砂。舅舅說:“想想人們第一次看見這些金屬的情形:它突然在陽光的照耀下反射光芒,或突然在巖石上或者溪水的底部閃閃發(fā)光?!?

舅舅說,大多數(shù)金屬都是以氧化物,有時(shí)也被叫做礦灰的形式存在的,并且大家都知道這些礦石是不能溶解、不能燃燒和熔化的,就像18世紀(jì)一位化學(xué)家所說“缺乏金屬的燦爛色彩”。然而,據(jù)了解礦灰和金屬很接近,如果和煤炭一同加熱,實(shí)際上能夠轉(zhuǎn)化成金屬;如果在空氣中加熱純金屬,純金屬就會(huì)變成礦灰。在這些過程中,究竟發(fā)生了什么呢?不得而知。舅舅說,在理論背后可能有一種更為深?yuàn)W的實(shí)用知識(shí)。盡管不能準(zhǔn)確地知道到底發(fā)生了什么,人類還是可以熔化礦灰,制造出金屬。

他能想象出金屬第一次熔化的情形:原始人拿著含有銅礦的石頭-可能是綠孔雀石-圍在火堆邊,當(dāng)木材變成木炭的時(shí)候,原始人突然間發(fā)現(xiàn)綠色的石頭在滴“血”,有紅色的液體跑出來,那就是熔化的銅。

舅舅還說,我們現(xiàn)在都知道,把煤炭和氧化物一起加熱的時(shí)候,煤炭里的碳就會(huì)和氧化物中的氧反應(yīng),并由此還原氧化物,只留下純金屬。舅舅說,如果不知道怎樣還原,我們能得到的純金屬也就只有幾種。就不用說什么青銅器時(shí)代,更不用說鐵器時(shí)代了,也不會(huì)有18世紀(jì)那些讓人驚艷的發(fā)現(xiàn)-18種新的金屬(包括鎢)從它們各自所在的礦石中被提煉出來。

戴維舅舅讓我看了一些從白鎢礦中獲得的純氧化鎢,和舍勒以及鎢的發(fā)現(xiàn)者科特迪瓦兄弟當(dāng)年制造的氧化鎢一樣。我將瓶子拿起來。瓶子里有深黃色的粉末,這些粉末重得出奇,幾乎和鐵一樣重。舅舅說:“我們所要做的,就是把它放在坩堝里和碳一起加熱,直到其發(fā)紅發(fā)熱?!?

舅舅還將那黃色粉末和碳混合到一起,并將坩堝放在大熔爐的一角。幾分鐘過后,他用長(zhǎng)長(zhǎng)的火鉗將坩堝取出。當(dāng)其冷卻的時(shí)候,我看到讓人興奮不已的變化。碳不見了,大部分的黃色粉末也不見了,都變成了暗沉的灰色金屬。這與科特迪瓦在1783年看到的是一樣的。

舅舅說:“我們還有另外一種方法,那種方法更讓人吃驚?!本司藢⒀趸u與鋁粉混合到一起,然后在上邊放一些糖、過氯酸鉀和少許硫酸。糖、過氯酸鉀和硫酸碰到一起立即就會(huì)著火,之后會(huì)點(diǎn)燃鋁和氧化鎢,它們?nèi)紵梅浅×遥鲆淮幕鸹ā;鸹ㄏ绾螅以谯釄逯锌吹搅艘粋€(gè)白熱的小鎢球。舅舅說:“這是最強(qiáng)烈的反應(yīng)之一。他們把此過程稱為熱爆炸。你應(yīng)該能明白為什么要這樣說。它能產(chǎn)生3000℃甚至更高的溫度,這么高的溫度,足夠使鎢熔化了。你看見了,為了能夠承受高溫,我使用了加了一層氧化鎂的特殊坩堝,不然連坩堝都會(huì)熔化。做這個(gè)實(shí)驗(yàn)要非常小心,稍稍不慎,就可能產(chǎn)生爆炸。在戰(zhàn)爭(zhēng)年代,人們用這種方法來制造燃燒彈。如果操作得宜,這是生產(chǎn)諸如鉻、鉬、鎢、鈦、鋯、釩、鈮、鉭等金屬的好方法,現(xiàn)在這個(gè)方法已經(jīng)開始運(yùn)用了?!?

我們把鎢粒刮出來,用蒸餾水將鎢粒沖洗干凈,并用放大鏡仔細(xì)地檢查清楚,最后稱了一下它們的重量。舅舅拿出了一個(gè)0.5毫升的小量筒,量筒里裝了0.4毫升的水,然后將鎢粒放進(jìn)去。水上升了0.05毫升。我將確切的數(shù)字匆匆地記了下來進(jìn)行計(jì)算。鎢的重量近1克,它的比重是19。舅舅說:“很好。科特迪瓦在18世紀(jì)80年代第一次煉制出鎢的純金屬的時(shí)候得出的也是這個(gè)數(shù)值?!?

“現(xiàn)在我這里已經(jīng)有了好幾種不同的金屬顆粒。你為什么不練習(xí)稱重量,量一下它們的體積并計(jì)算出它們的比重呢?”接下來的時(shí)間里,我興沖沖地忙碌起來,我發(fā)現(xiàn)舅舅似乎有意要考考我,給了我各種各樣的東西-從比重還不到2的一塊色澤暗淡的銀色金屬到比重超過20的銥鋨合金(我認(rèn)識(shí)銥鋨合金)。當(dāng)我計(jì)算出一個(gè)黃色小顆粒的比重為19.3時(shí),發(fā)現(xiàn)其比重與鎢一樣。舅舅說:“你都明白了。金子的比重差不多和鎢的比重一樣,但是銀的比重要稍微小點(diǎn),因此很容易區(qū)分純金和鍍金的銀,但是純金和鍍金的鎢,就不那么好區(qū)分了?!?

舍勒是戴維舅舅的偶像之一。舍勒不僅發(fā)現(xiàn)了鎢酸和鉬酸(由鉬酸得到新元素鉬),還有氫氟酸、硫化氫、砷化氫和氰酸以及10多種有機(jī)酸。戴維舅舅說這一切都是舍勒自己做的,沒有任何人的幫忙,沒有其他人的贊助,沒有大學(xué)的職位或者是薪水支撐,只有他獨(dú)自一人工作。在瑞典的一個(gè)小鄉(xiāng)鎮(zhèn),舍勒盡力量入為出。他發(fā)現(xiàn)了氧,絕非偶然,而是通過多次不同的實(shí)驗(yàn)才獲得成功。他還發(fā)現(xiàn)了氯,在他的方法指導(dǎo)下,后來的人才陸續(xù)發(fā)現(xiàn)錳、鋇等10來種新元素。

戴維舅舅說,卡爾o威爾海姆o舍勒將其畢生的時(shí)間和精力都獻(xiàn)給了工作,他的一生不圖名利,無論什么知識(shí),他都愿意和每一個(gè)人分享。舍勒的慷慨大度讓我很感動(dòng),他的頭腦和智慧更讓人欽佩。實(shí)際上舍勒把一些元素的真相告訴了他的學(xué)生和朋友,幫助他們成為重要元素的發(fā)現(xiàn)者-約翰o加恩發(fā)現(xiàn)了錳;彼得o耶爾姆發(fā)現(xiàn)了鉬,科特迪瓦兄弟發(fā)現(xiàn)了鎢。

據(jù)說只要是和化學(xué)有關(guān)的事物,舍勒都過目不忘。他從不會(huì)忘記一種物質(zhì)的外觀、質(zhì)地和氣味或者是該事物在化學(xué)反應(yīng)中轉(zhuǎn)變的方式,他從不會(huì)忘記他讀過的書或者別人告訴他的化學(xué)現(xiàn)象。對(duì)其他的事情,他好像都漠不關(guān)心,唯獨(dú)為他最鐘愛的事業(yè)-化學(xué)而獻(xiàn)身。正是這種對(duì)科學(xué)的狂熱,觀察萬物又全部銘刻于心的專業(yè)態(tài)度讓舍勒取得非凡成就。

在我看來,卡爾o威爾海姆o舍勒就是科學(xué)史上的浪漫傳奇。他對(duì)科學(xué)表現(xiàn)出瘋狂的癡迷,并獻(xiàn)上發(fā)自內(nèi)心的愛戀。以前,我很少想到長(zhǎng)大后要做什么,覺得長(zhǎng)大成人是難以想象的事,但是現(xiàn)在,我清楚自己的目標(biāo)了,我要做一名化學(xué)家,像舍勒一樣的化學(xué)家,我要為化學(xué)界譜寫新的傳奇,探索所有尚未被發(fā)現(xiàn)的物質(zhì),包括礦石,認(rèn)真地分析它們、揭開它們的秘密,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)未知的奇跡以及更多的新金屬。


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