书城教材教辅中外化学故事
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第16章 扑朔迷离:化学发现故事(2)

就在这一年的一天,他重复做了同一个实验。但是,那一天整天都是阴天。第二天,他又把感光板拿到室外,但仍然是阴沉沉的天。显然,两天里放出的荧光还不及晴天10分钟放出的多。他为了等待晴天的到来,把感光板收进了壁橱。但是,其后又过了两天仍然没出太阳。无奈,他把感光板显了影。他想,铀化合物几乎没有发出荧光,当然,发出的X射线也不会多,因此,在感光板上,根本不会出现图像,即使能映出也很淡。然而,显影后的感光板上,图像清晰可见,图像和银币的影子同上次实验时照得一样清楚,贝克勒尔大为吃惊。这次实验的结果证明,铀化合物即使不用太阳照射使它发出荧光,也仍然放出X射线。为了慎重起见,他和上次一样,准备了放有结晶体和银币的感光板,完全不用阳光照射,把它放入黑黑的壁橱中过了几天。然后将感光板显影,仍然出现了清晰的图像和影子。他进一步研究后发现,铀化合物放出的并不是X射线,而完全是另一种射线———铀化合物的射线。

1896年5月18日,贝克勒尔宣布:发射铀射线的能力是铀元素的一种特殊性质,与采用哪一种铀化合物无关。铀及其化合物终年累月地发出铀射线,纯铀所产生的铀射线比硫酸铀酰钾强三至四倍。铀射线是自然产生的,不是任何外界原因造成的。

火炉上的发现

19世纪40年代前后,美国康涅狄格州新黑文的居民是这样嘲笑古德伊尔的。

“如果你在路上看到头戴胶皮帽,身披胶皮风衣,内着胶皮背心,下穿胶皮裤子,脚登胶皮鞋,手拎胶皮钱包(里面没有一文钱)的人,那他一定是古德伊尔。”

确实,查尔斯·古德伊尔对橡胶入迷了。他一生都很贫穷,生活困苦不堪,因为还不起借债而几次坐牢,但他却终生热衷于研究橡胶的制法和改良质量的方法,从未间断过。

橡胶是生长在南美的橡胶树的树液收集起来凝结而成的。刚开始时,橡胶只是用来做橡皮。19世纪20年代初,美国的麦金托什把橡胶涂在布上,做成雨布后,橡胶的水密性和气密性引起了人们的注意。但是,橡胶有很大的缺点,夏天在高温下溶化,黏糊糊的,而冬天却又硬邦邦的。要使橡胶实用化,首先必须克服这种缺点。

古德伊尔从19世纪30年代左右,便开始研究改良橡胶的质量问题。他想出了一种办法,即把氧化镁掺入橡胶,然后用石灰水煮,使橡胶表面光滑,但这种办法未能实际应用。接着,他发现了用硝酸煮橡胶,可以消除其黏性的方法。他在纽约成立了公司,用这种橡胶制造台布和围裙等,但在之后的金融恐慌中破产了。

19世纪30年代后期,古德伊尔回到他的故乡新黑文,认识了纳撒尼尔·海沃德。海沃德想出了在橡胶表面撒上硫黄粉末,然后拿到太阳底下晒,以改变橡胶质量的方法,获得了专利。古德伊尔买下了他的专利权,合资生产政府征购的橡胶邮袋,但又失败了。

有一次,他把橡胶、硫黄和松节油精掺在一起用坩埚煮。他手里捏着坩埚耳和朋友谈话,谈着谈着,忘记了手里的坩埚,一打手势,橡胶块从坩埚里飞了出来,落在烧得通红的炉子上。若是普通的橡胶,遇热就会熔化流下来,然而这块橡胶却没有熔化,逐渐烧焦了。古德伊尔的脑海里立刻闪现出一个念头,在橡胶里加入适当的硫黄,用适当长的时间进行适当地加热,就一定能得到不发黏的胶皮。他又反复进行实验和研究,终于确立了橡胶加硫的制造法。这形成了后来橡胶工业发展的基础。

葡萄的“保护神”

波尔多是法国西南部的一座小城。这里阳光充足,气候宜人,又加上靠近河流,农业较为发达。尤其是盛产葡萄,每年收获的葡萄又大都用来酿酒,这里酿制的葡萄酒色泽艳丽,风味独特,香飘万里,驰名世界,并以产地命名为“波尔多葡萄酒”,波尔多城也因此闻名于世。

在1878年,欧洲大地流行一种葡萄霜霉病,这病也流行到了波尔多城,全城的葡萄也因此遭殃。霜霉病使得枝繁叶茂的葡萄逐渐变得枝叶凋零,果农们面对这奄奄一息的葡萄,个个心急如焚,使尽浑身解数也无法遏止病情的蔓延,正当果农束手无策之际,一位名叫米拉德的人却意外地发现:靠近公路边一个果园的葡萄依然安然无恙,郁郁葱葱,枝叶繁茂,长势良好,似乎没受到霜霉病的侵害。

这是怎么回事呢?细心的米拉德通过认真观察,他发现这些靠近公路两旁的葡萄的枝条从叶到茎都洒上了一些蓝、白色相间的粉状物。他想,是不是就是这些东西在起作用呢?于是,他登门请教果园的主人。

主人告诉他,这公路两旁的葡萄,常被一些路人顺手采摘,为防止行人随意采摘而影响葡萄的生长,他就往这些葡萄枝叶上喷洒了石灰和硫酸铜的混合液。喷洒后,过路人看到后认为这些葡萄是害了病的就不再摘了。

米拉德听完果园主人的介绍后,立即进行了实验和研究,终于发现了其中奥妙,这些葡萄之所以没染霜霉病正是这“蓝白液”的功效所致。原来,这石灰和硫酸铜混合后发生了化学反应,生成碱式硫酸铜。而碱式硫酸铜具有很强的杀菌能力,从而保护了这些葡萄不染霜霉病。他的石灰和硫酸铜混合后可防霜霉病这一发现,很快就在波尔多全城推广开了,果农采取防护措施后,有效地防止了霜霉病的扩散,使波尔多城的葡萄又繁茂了起来。

这种“蓝白液”的杀菌液,还可广泛用于防治其他果树和植物的病虫害,因而得到广泛的应用。由于这杀菌剂是在波尔多城发现而推广使用的,于是,后人就将石灰和硫酸铜的混合液命名为“波尔多液”,并流传到了世界各地,其名声大大超过了波尔多葡萄酒。

善良的弗莱明

弗莱明在医学院毕业后分配到英国的一支细菌部队中任职。不久,第一次世界大战爆发,他也上了前线。战场上无数伤员因伤口溃烂、化脓感染而带来的难以忍受的痛苦,给他留下极为深刻的印象。当他看到伤员被痛苦折磨的样子和因伤口感染无法医治而惨死时,深感内疚,并发誓要解决伤口感染这个难题。因此,从1928年开始,他集中精力研究伤口的感染、溃烂、生脓长疮的祸根———葡萄球菌。

他把这种细菌接种在培养皿上,给予些培养液,让其生长发育,并观察细菌的形态和生长发育的规律,目的是寻求解决办法。

一天早晨,他像往常一样,进入实验室后第一件事就是检查一下细菌生长情况。检查中发现有一个培养皿中的葡萄球菌几乎比昨日少了一半,这属于正常现象,因为这可能是葡萄球菌被其他细菌污染而停止生长所致。一般的处理是将其倒掉重新培养就是了。正当弗莱明在将要倒掉培养皿上的细菌之际,他转念一想,我何不看看到底是被何种菌污染的呢?

他细心观察这被污染的培养皿,发现上面长了一层常见的绿霉,又发现在这绿霉周围的葡萄球菌都无法生长。这是怎么回事呢?为寻求答案,他继续进行实验,他用白金丝挑了一点霉菌,放在培养皿内进行培养,并用显微镜细心观察这霉菌的生长情况。发现开始是长出一点白色的绒毛,后来这白色的绒毛就逐渐变成了一层绿色,如“地毯”一般,又看到,在每一绒毛的头上都长出伸向四周的十分强悍的细毛。

通过观察,他认为,这霉菌的生长力这么的强,恐怕不只是和葡萄球菌争夺养分,很可能它还能分泌出什么物质来直接杀死葡萄球菌。于是,弗莱明将这霉菌的培养液认真进行过滤收集后,将其向一个生长满葡萄球菌的培养皿内滴入几滴。

几小时后观察发现,那些长在培养皿里的可恶的葡萄球菌都消失得无影无踪了。见此,弗莱明高兴得跳了起来,他又过滤了一些霉菌的培养液,继续进行实验。通过实验,他发现这种霉菌不仅可杀灭葡萄球菌,而且对许多病菌的生长和发育都有抑制作用。接着,弗莱明又把这霉菌培养液的滤液进行加水稀释,从而得到不同质量分数的溶液,然后再分别对几种细菌进行杀伤实验。结果发现,当滤液为1%时足以杀死链球菌;为1∶300时,就能阻止葡萄球菌的生长和繁殖;为1∶800时还可杀死肺炎球菌。

由于这种霉菌可将其他一些病菌杀死或抑制它们的生长,故将其称为抗菌素。弗莱明将这第一个抗菌素命名为“青霉素”。

直到1941年,经过德国的钱恩、澳大利亚的弗洛里的进一步研究和完善,“青霉素”才真正投入工业生产并得到纯品,从而广泛应用于临床,取得良好的效果。正因如此,弗莱明、钱恩和弗洛里三人曾同时获得了诺贝尔奖。接着,人们于1943年发现了链霉素;1947年发现了氯霉素;1950年发现了土霉素、四环素等。从此,抗菌素得到了越来越广泛的应用。

长在脚上的“妖魔”

1886年,一个名叫艾克曼的荷兰医生被抓到当时荷属的东印度(现在的印度尼西亚)去工作。那里当时流行着严重的脚气病,每年约有十几万人因患此病而死亡。人们称这脚气病为“妖魔”,对其束手无策,只有祈求神灵保护。在当时日本的海军官兵中也有不少人患有脚气病,大约每10名海军官兵中就有4人得此病。另外,在一艘环球航行的日本轮船上,共有376人,其中竟有169人患脚气病,还有25人因患此病而死亡。

为解除脚气病对人们的折磨,艾克曼到东印度后就投入了对脚气病的研究。开始,他认为患病的原因可能是由某种细菌引起的,于是,他就用一些鸡来试验,在饲养过程中,大部分鸡都得了一种多发性神经炎,病状和人患脚气病时十分相似。为寻找病因,艾克曼医生继续进行观察和研究。大约过了4个月后,他发现了一件怪事:大部分得病的鸡不仅没有死亡,而且还逐渐病愈健康了。为解开这个谜,他又继续进行深入的研究,但都没有找到答案。他突然想到,会不会是饲料有问题?于是,他转而研究鸡饲料,并从中获知,原来早先的饲养人员是用从军队医院食堂吃剩的白米饭来代替鸡饲料进行喂养的,而把本来的鸡饲料偷偷地拿回家里。后来换了饲养员,这位新饲养员又用通常的鸡饲料进行喂养。据此,他经分析后得出结论:这鸡患病是由于吃米饭所致,而普通的鸡饲料又使鸡康复,问题是出在喂养饲料上。

接着,艾克曼医生做了一组对照试验,即将一批鸡用精白大米饭喂养,另一批用普通的鸡饲料喂养。结果那些用饲料喂养的鸡,健康无病,而用精白大米饭喂养的那组鸡,很快就得了脚气病。据此,他就用“米糠”为药,给一些患脚气病的人服用,不久,他们的脚气病都痊愈了。这时,艾克曼医生断定,脚气病与食物有关,是食物中缺少某种东西而造成的,而米糠中就存在有一种可治脚气病的“药”。为找出这种“药”,艾克曼又进行研究试验,他将米糠放到水里浸泡后过滤,用其滤液给患脚气病的人服吃,也能治好脚气病。因此,他又得出这“药”可溶于水的结论。但这“药”究竟是什么物质呢?他始终没有找出来。

到20世纪初,波兰化学家汤克和日本化学家铃木等从米糠里提取出了这种可防止某些疾病发生、维持人体健康的物质,并称之为“维生素”。

由于艾克曼医生为维生素的发现做了大量的有成效的创造性工作,他于1929年获得诺贝尔奖。

从艾克曼医生发现维生素以来,人们已认识和发现了40多种维生素,主要的有十几种。它们大体可分为两大类:一类是水溶性的,如VB、VC等;另一类是脂溶性的,如VA、VD、VK等。各种维生素的组成结构、生理作用也都在进一步地揭示出来,从而使它们成为维持生命活动的不可缺少的物质,造福于人类。

废品中的“宝贝”

1913年英国的冶金学家布列尔制造出了不锈钢,从而为人类的生产和生活开辟了广阔的新天地,因此人们敬佩地称布列尔是“不锈钢之父”。

在第一次世界大战期间,英国政府从前线运回来的不仅仅是伤员,还有大量的废枪支。这些废枪支都是因为枪膛严重的磨损和锈蚀而报废的。为了减少损失,提高作战能力,研制出一种耐磨损、不锈蚀的枪支成了英国军工部门一项刻不容缓的任务。

当时担负这一重任的是冶金学家布列尔。他和助手们为此大量搜集国内外所生产的各型号钢材,并且逐一进行各种机械性能的试验,从中选取性能较好的制成枪膛,再进行实弹射击的检测,希望能从中找出耐磨损不怕锈蚀的好钢材来。

他们做了一个又一个的试验,但一直都没有找到理想的钢材。于是,试验室外的院子里的废钢管也就越堆越多,时间一长,经日晒雨淋,这些废管也都锈迹斑斑了。

一天,布列尔对一种掺有铬、镍等金属的钢材进行了试验,结果发现也并不耐磨。按习惯也把它当废品扔到院里废品堆上。

一次,在清理院子里的废品时,布列尔看到有几支钢管闪闪发亮,拿起来细看,发现没有一点锈迹,他觉得奇怪,便捡回这几支钢管,马上追查其钢材的来历。据查,原来这几支钢管是德国的毛拉先生送来的含铬、镍的合金钢管。

布列尔想这种钢既然风吹雨淋都不生锈,那么在酸或碱的环境下情况又如何呢?于是他便取来这种钢管,将其分别浸泡在酸碱和盐的溶液里。经过一段时间后,他惊喜地发现这些钢管没有什么变化,依旧闪闪发光。他想,这种钢材不生锈,但不耐磨,做枪膛不合适,那把它做成餐具不是很好吗!于是,他就用这种合金钢制做了一把水果刀,切完水果不洗净,也不擦干,放上一段时间后,发现它也不生锈,因此,他认为这种钢材做餐具和用具非常合适,并把这种钢材称为不锈钢。

后来人们根据不同的用途和需要,制出了各种不同型号和性能的不锈钢材。一般不锈钢的大致组成是铬占14%~18%、镍占7%~9%,其余的则全是铁。

煤焦油中的“奥秘”

1856年,年仅18岁的英国青年帕金在德国著名的化学家霍夫曼实验室做实验助手。当时霍夫曼正在研究从煤焦油中提取多种化学物质来制造治疗疟疾的药物———奎宁。

一天,年轻的帕金按霍夫曼教授的布置,对一些从煤焦油里提炼出来的物质进行实验。当他把从煤焦油提炼出来的苯胺硫酸盐和重铬酸钾的混合液倒进玻璃量杯时,他发现在量杯底部出现了一些紫色的物质。以前的实验中没见过这种现象,好奇心使他又向这种混合液中加入了些酒精。结果发现酒精能溶解这种紫色的物质,使这混合液染成紫色。帕金想,这煤焦油一定含有一种可作紫色染料的物质。于是,他立刻又用这煤焦油提取物进行了一系列的反应实验研究,终于提取得到了一种鲜艳的紫色物质。帕金给它取名叫“苯胺紫”,他将这苯胺紫送到染坊去试验,给衣料染色,结果发现染过色的衣料耐洗、且不易褪色,因此,便把它作为一种染料。

为让人工合成的染料能投入工业化生产,帕金于1857年筹建了一座染料工厂并组织生产。生产的主要程序是从煤焦油中提取出苯,再以苯为原料制成硝基苯,然后将其转化为苯胺,最后再用重铬酸钾去氧化而制成苯胺紫。这人工合成的染料一问世,立即受到欢迎。后来,帕金还研制出其他一些人工合成染料及香料等。