书城教材教辅中外化学故事
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第26章 勤于钻研:化学家的故事(3)

工厂终于全部建成,只等试运行了。工艺设计是否合理?设备安装是否正确?最权威的判定,就是能不能出碱!整个流水线分为化盐、烧灰、吸氨、碳化、烤碱、蒸氨、动力7个部分,安装好的设备,静静等着他的号令。这时的侯德榜,心情十分激动。因为他现在使用的基本原理,是“氨碱法”的基本原理。

侯德榜深知,试运行不会一帆风顺。果然开机不久,30多米高的蒸氨塔发出巨大响声,并开始摇晃起来。侯德榜立即采取应急措施并着手处理,直到半夜,才排除故障。不料,后来干燥锅又出了问题,湿热的碱在里面结成“大锅巴”,怎么也弄不下来。干燥锅结疤了,浑圆的铁锅在高温下停止了转动,时间长了后果是很严重的。技师们都急得团团转,这时候侯德榜果断地拿起玉米棒子粗的大铁杆往下捅,累得他双眼直冒金星,汗水湿透了工装。不久他觉得单靠力气难于解决这一技术问题,经过大家商量,他们采用加干碱的办法终于使锅底上的碱疤脱水掉下来,总算克服了困难。就这样问题不断出,又不断解决,有的调整,有的重新设计,有的改建,渐渐地,整个设备运转趋于正常了!

1924年,碱终于出来了!但人们一看,心又凉了半截!原本应该是白色的碱却变成了暗红色。问题又摆到侯德榜面前。经化验,碱的成分很正常,就是渗进了一些氧化铁。氧化铁!这是怎么回事?侯德榜把原料及设备的每道工序都仔细想了一遍,又在脑子里与外国化工厂的情况一一作了对比。在错综复杂的因素中,他一下抓住了问题的实质:氧化铁是设备、管道被腐蚀后脱落渗入的。但如何防腐?他想到国外用的是炼焦厂的粗氨液做原料,这其中含有硫化铵,硫化铵与铁接触会在表面形成硫化铁保护层,而我们使用的氨液中无硫啊!对,在原料中加点硫化钠!随后他们以少量硫化钠和铁塔接触,致使铁塔内表面结成一层硫化铁保护膜,再生产时纯碱变成纯白色了。

雪白的纯碱终于生产出来了!索尔维的技术垄断,由中国人打破了。

1926年,中国人生产的红三角牌纯碱,在美国费城万国博览会上获得了金奖。

一袋袋的纯碱是中华民族的骄傲,它象征着中国人民的志气和智慧,被誉为中国近代工业进步的象征。

摸索到索尔维制碱法的奥秘,本可以高价出售其专利而大发其财,但是,侯德榜主张把这一奥秘公布于众,让世界各国人民共享这一科技成果。为此侯德榜继续努力工作,把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《制碱》在美国以英文出版。一个有骨气的中国人就是这样披露了索尔维制碱法的奥秘。

在永利碱厂投入正常运行后,一次,侯德榜得到一个消息:德国人发明了一种新的制碱方法,它能使食盐的转化率高达95%,比苏尔维法一下提高了20%,而且它不会排出氯化钙这种废物,却能生产出一种化肥———氯化铵。这时的侯德榜已是一个非常成熟的化工专家了,他就不信新的方法搞不出来!因为从理论上说,新方法并不神秘,关键是搞出新的生产工艺。这不仅是理论问题,更重要的是实践,而在实践中搞创新,正是侯德榜的拿手戏。于是他下定决心,一定要和同事们一齐把新工艺搞出来!

为了实现这一设计,在抗日战争的艰苦环境中,在侯德榜的严格指导下,经过了500多次循环试验,分析了2000多个样品后,才把具体工艺流程定了下来,这个新工艺使食盐利用率从70%提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵,解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这种方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度,赢得了国际化工界的极高评价。1943年,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏制碱法”。

侯德榜将毕生精力都用在科技工作和科学研究上,他常用“勤能补拙”勉励青年人,他有极强的民族自尊心和自信心,他的名言是“难道黄头发绿眼睛的人能搞出来,我们黑头发黑眼睛的人就办不到吗?”侯德榜成为了中华民族的骄傲。

吴蕴初的“调味品”

19世纪末,日本营养专家池田研制了一种调味品,取名“味素”,并大量应用于生产。20世纪20年代初,日本生产的调味品“味素”大量涌入中国。上海等各大城市布满了“味素”的巨幅广告。日本人宣传的行为极大地触动了具有强烈民族自尊心和责任感的吴蕴初先生,他发誓:“我一定要研制出自己的调味品,将‘味素’从中国赶出去”。

吴蕴初凭借早年毕业于上海兵工学堂化学专科的基础,不分昼夜寒暑地进行着他的研制工作,经过无数次的失败,一年以后,他硬是靠着酒精灯、试剂瓶等一些简单得不能再简单的化学仪器,在非常简陋和艰苦的条件下,终于研制出了我国自己的调味品,并参照糖精而取名为味精。

接着,吴蕴初与他人合作使我国第一个味精生产厂———上海天厨味精厂正式建成投产。产品投放市场后,在国内抵制日货的影响下,广大市民争相购买国产味精,生产效益渐好。随后吴蕴初又不断增加资本扩大再生产,改进工艺,提高产品质量,使天厨味精多次在国内外获奖,大大提高了产品的信誉,因此,天厨味精不仅畅销国内,还远销南洋各地,以致产品数量供不应求。20世纪20年代后期,上海天厨味精厂已具有相当的规模和影响,同时工厂还能兼营淀粉、糊精、葡萄糖、饴糖等产品。

接着由于天厨的扩大再生产需要大量的盐酸,当时国内尚无力生产,完全靠日本等帝国主义国家进口,而日本人为了报“味素”之仇,对供应中国的盐酸实行了严格控制。况且,盐酸属于危险品,用耐酸陶器盛装,笨重易碎,运费也十分昂贵,为了解决这些问题,迫切需要建立自己的盐酸厂。中国人自己办厂,势必要影响帝国主义国家的在华利益,他们对吴蕴初进行了经济和技术等的极端封锁和阻挠。吴蕴初起誓:“小辫子不能捏在别人手里”。

吴蕴初再次克服重重困难,于20世纪20年代末建成了我国第一个电解食盐水生产盐酸的天原电化厂,日产盐酸2吨,使天厨味精真正做到了“完全国货”。盐酸的自行生产,填补了我国电解食盐工业的空白,对我国的氯碱工业作出了重大贡献。它不仅为国家争了光,长了中国人的志气,它还证明了:“外国人能做到的,中国人也一定能够做到”。

随着天原电化厂的产品产量不断增加,装运盐酸所需的耐酸陶器已远不能满足需求,且在此之前所用的耐酸陶器都是日本货,这更激起了吴蕴初生产自己的耐酸陶器的决心。他凭借早年制造硅砖的经验,建起了我国第一个耐酸陶器厂———天盛陶器厂,又一次填补了我国化学陶器的空白。

上海淞沪抗战爆发后,吴蕴初收购了大批的核桃壳,烧制活性炭,制造防毒面具,为支援抗战,准备无偿送给当时驻扎在上海的十九路军,后因十九路军撤离上海而未能如愿。接着,吴蕴初又以天厨味精厂的名义,花12万元购买战斗机一架支援抗战,成为当时家喻户晓的“献机爱国”的抗日模范。

20世纪30年代中期,吴蕴初又办起了我国第一个氮气(合成氨)厂———天利氮气厂,结合天原电化厂生产的氢气合成氨,并在此基础上,利用氨氧化法生产硝酸。

全国解放后,吴蕴初急忙从美国返回祖国。周恩来总理高兴地对他说:“味精大王回来了,欢迎欢迎!”,并希望他为新中国化学工业继续做出自己的努力。

正当吴蕴初踌躇满志地投入新中国的化工事业之时,不料,回国仅3年的吴蕴初因糖尿病复发,危及心脏,不幸逝世,享年62岁。临终前,他立下遗嘱,将“蕴初基金会”的全部财产交给国家,并叮嘱儿子说:“你们今后要照国家指引的道路走下去”。

吴蕴初的事业由研制和生产味精而步入民族化学工业的道路。在这条道路上,他经过艰苦的跋涉和努力,最终作出了卓越的贡献。由吴蕴初创办的上海“天字号”化工企业集团成为支撑当时我国的民族化学工业的一大支柱。吴蕴初通过自己的努力,为国争了光,为中华民族争了一口气。

气体化学之父———普利斯特里

1733年3月31日,约瑟夫·普利斯特里出生在英国约克郡的一个农庄。他利用气体进行的许多实验都属于人类首创,被人们称为“气体化学之父”。

普利斯特里刻苦好学,兴趣广泛。他曾自学过古文、数学、自然哲学导论等知识,这些知识使他形成了善于独立思考的性格。18岁那年,由于经常与基督教的牧师来往,他遭到了姑母的激烈责备。从此,他成了家庭的叛逆者。

普利斯特里的妻子是当时英格兰最大的铁器制造商艾萨克的女儿,结婚后,普利斯特里仍然专心地埋头科学研究。后来,由于他们的儿女先后出世,家庭经济负担加重。加上各教派之间的矛盾日益尖锐,普利斯特里放弃了教师职业,当上了牧师,家庭收入虽增加不多,但他却有了更多的空闲时间自由地从事科学研究和著书立说。

有一次,普利斯特里偶然遇到了美国科学家富兰克林。富兰克林向他讲述了自然科学方面许多有趣的问题,一下子吸引了他。从此,普利斯特里开始对自然科学发生兴趣。他常常在空闲的时候,做着各种化学实验。特别是在英国舍尔伯恩伯爵图书馆工作期间,他阅读了不少自然科学方面的著作,这使他更加爱上了化学。

18世纪70年代初的一天,普利斯特里在一个密闭的瓶子里放进一支点着了的蜡烛,蜡烛很快就熄灭了。接着,他又往瓶里放进一束带着绿叶的薄荷枝。十天后,他重新再往瓶里放进一支点燃了的蜡烛,蜡烛竟能够燃烧。

于是,普利斯特里又做了另一个实验:在两个密闭的瓶子里都插进点燃了的蜡烛,待它熄灭之后,在一个瓶里放进薄荷枝,而另一个瓶子里什么也不放。经过几天,当他再把点燃了的蜡烛放进去时,放了薄荷枝的瓶里的蜡烛能继续燃烧着,而在另一个没有放薄荷枝的瓶里,蜡烛刚一伸进去,立即熄灭了。

这究竟是怎么回事儿呢?普利斯特里对这个奇怪的现象很感兴趣。于是,他便开始钻研这个问题。

偶然一次机会,他得到了一个大型凸透镜(火镜),于是开始研究某些物质在凸透镜聚光产生的高温下放出的各种气体。他研究的物质中有“红色沉淀物”(氧化汞)和“汞灰”(亦称水银烧渣)。普利斯特里把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上,用一个直径30厘米、焦距为50厘米的火镜将阳光聚集在氧化汞上。很快他就发现氧化汞被分解了,放出一种气体,将玻璃罩内的水银排挤出来。他以排水集气法把这种气体收集起来,然后研究其性质,发现蜡烛会在这种空气中燃烧,火焰非常明亮,同时,普利斯特里还把一只小老鼠放到充满这种气体的瓶子里,小老鼠在瓶子里显得挺快活,挺自在!

“老鼠既然在这气体里能舒舒服服地生活,我自己也要亲自来试试看!”普利斯特里在论文中写道:“我用玻璃管从一个大瓶里吸进这种气体到肺中,我竟觉得十分愉快。我的肺部在当时的感觉,好像和平常呼吸空气时没有什么区别,但是,我自从吸进这气体后,觉得经过好久,身心还是十分轻快舒畅。唉,又有谁知道,这种气体在将来会不会变成时髦的奢侈品呢?不过,现在世界上享受到这种气体的快乐的,只有一只老鼠和我自己!”

普利斯特里把自己新发现的气体命名为“失燃素的空气”,这也就是现在我们所称的“氧气”。

纵观普利斯特里的一生,他37岁开始研究气体化学,直到终生。他曾分离并论述过的大批气体,数目之多超过了与他同时代的任何人。可以说他是18世纪下半叶的一位业余化学大师。是他发明了带有酸味的“气水”。他的《用排水集气法收集“空气”》一书,深受读者欢迎,非常畅销,当年就被译成法文。普利斯特里因此名扬世界,并荣获英国皇家学会的铜质奖章。

普利斯特里对气体化学的研究成果,一是以其强烈的求知欲与非凡的勤奋态度为基础的,二是得益于他自己精湛的实验技能。为此,皇家学会曾授予他卡普里奖。他出版过巨著《关于种种空气的实验与观察》。以后他的研究成果又汇集于《与自然科学各个部门有关的实验与观察》一书。

19世纪初,普利斯特里死于美国宾夕法尼亚州的诺赞巴兰镇,终年71岁。普利斯特里一生主要靠自学成为一位化学大师,其刻苦奋勉精神,堪称今人之典范。

当“燃素学说”遇到拉瓦锡

安东·尼罗朗·拉瓦锡,出生于巴黎一个富裕的律师家庭。11岁时,他进入当时巴黎的名牌学校———马沙兰学校,后来升入法政大学,21岁毕业并取得律师的资格。在大学里他已对自然科学产生了浓厚的兴趣,主动学习数学、天文学、植物学、地质矿物学和化学。

35岁时,他成为法国皇家科学院18名正式会员之一,也是从那年开始,他逐渐地取得了化学研究上的重大突破,步入化学家的行列,逐渐成为科学界的一位新星。

初进法国皇家科学院,拉瓦锡选择的一个研究课题是验证水能否变成土。在当时,许多人都相信水能变成土。亚里士多德的“四元素说”中就有水土互变的提法。17世纪比利时化学家海尔蒙特曾以栽柳树的实验(海尔蒙特将一棵柳树栽入一个土盆中,盆中的土是经过烘干称重的。除了经常给树淋水之外,不给树提供其他营养。5年后,柳树长成大树了。泥土经烘干,重量并没有减少。于是他认为柳树长大所增加的重量,只来源于水,因此水能转变为土,并为树所吸收。)来支持这一观点。人们也时常发现在容器中煮沸水,时间长了总会有沉淀物生成。

拉瓦锡对这一观点表示怀疑,为此他设计了一个验证实验。他采用一种欧洲炼金术中使用过的很特别的蒸馏器,这种蒸馏器能使蒸馏物被反复蒸馏。他将蒸馏器称重,然后加入一定重量的经3次蒸馏后的蒸馏水。密封后点火加热,保持微热,同时进行观察。两周过去了,水还是清的。第三周,水开始出现很小一点固体,随后慢慢变大。第八周,固体因增长而沉淀下来。就这样连续加热了101天,蒸馏器中的确产生了固体沉淀物,冷却后,他首先称了总重量,发现总重量与加热前相比没有变化。后来他又分别对水、沉淀物、蒸馏器进行称量,结果是水的重量没变,沉淀物的重量恰好等于蒸馏器所减少的重量。据此拉瓦锡著写论文,驳斥了水转化为土的谬说。

氧气的发现是对拉瓦锡勤于思考、勇于探索的钻研精神的馈赠。其实,在此之前,已经有两位科学家触到了氧气的鼻尖,令人遗憾的是,囿于传统理论的束缚,他们都半途而废,从而将撩开氧气面纱的殊荣让给了拉瓦锡。

瑞典化学家舍勒在拉瓦锡以前,就通过实验制取了纯净的氧气。但是,作为“燃素学说”的忠实信徒,他错误地把这种气体叫“火气”,并且,他认为燃烧是火气与燃烧物中的燃素结合的过程,火和热是火气与燃素化合的产物,从而未能正确地解释燃烧现象。