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第26章 “原始森林”里的开路人——李比希

19世纪以后,德国科学进入了繁荣发展的时期,著名科学家成批涌现。在数学方面,有雅科比和高斯;在物理学方面,欧姆发现了欧姆定律;在地理和地球物理方面,有冯·伯尔特等等。而最值得骄傲的是化学。在这一时期,由于德国产生了以李比希为代表的一大批化学家,德国成了研究有机化学的中心。

1828年,德国化学家维勒用氰酸氨制成了有机化台物尿素(尿的成分)。在这以前,有机物只能从有机生物体中找到,所以维勒用无机化合物合成有机化合物的创举,震动了整个化学界。从此,有机化学兴起。但是,有机化学好像没有什么规律可循,维勒为此伤透脑筋。他写信给他的老师——瑞典的化学大师柏齐力阿斯,无可奈何地诉说他自己好像进入了“一片充满最神奇事物的原始热带森林,它是一片狰狞的、无边无际的、使人没法逃得出来的丛莽,也使人非常害怕走进去”。维勒在有机化学这座“原始森林”面前望而却步了,他放弃了有机化学的研究。

可是,这座吓退了维勒的“原始森林”,却吓不退与维勒同时代的另一位德国化学家李比希。他率领他的学生们勇敢地闯进了这片荆棘丛牛的莽野,并闯出有机化学的新天地,被尊为德国的“化学之父”。

1803年,李比希出生在一个经营化学药品和颜料的商人家庭。他父亲时常在家里做些化学实验,李比希在他父亲开的店里帮忙,逐渐掌握了制造一些化学品的本领,使李比希从小就领略到化学的神奇的魅力,并且对它产生了浓厚的兴趣。他最爱做炸药,他把自制的炸药装进仿真的玩具炸弹里,卖给当地的孩子们,挣些钱贴补家里的开销。有一次,他的一个同学要买“小炸弹”,李比希把“炸弹”偷偷带到了学校,不料竟在上课时爆炸了,吓得全班师生乱成一团。一场虚惊之后,余怒未消的校长把李比希永远赶出了学校。中途辍学的李比希就这样进了一家药房当学徒。但他依然钟情于他热爱的化学,常常趁老板熟睡后,一个人偷偷地做起化学实验来。可他偏偏运气不好,一次在做实验时,突然引起了爆炸,把老板家的天花板炸出了一个大洞,闯了祸的李比希自然被老板“炒了鱿鱼”。这时李比希已经17岁了,李比希意识到要想真正踏进化学的圣殿,必须系统地学习化学知识。于是他考入大学深造,以后又在法国拜化学大师盖·吕萨克为师。学成回国后,担任德国吉森大学的化学教授,那时他才21岁!

李比希在吉森大学里创办了有名的吉森实验室,培养了大批化学家。他在自己的实验室里研究化肥,钾肥、磷肥和氮肥都是他发现的。他在研究与人类关系密切的脂肪类、脂肪酸类、醇类等有机物的过程中,提出了分子结构的概念,给有机化学的发展指明了方向,以后又进一步阐明了分子结构对化学性质的影响,为他的学生凯库勒发现分子结构奠定了基础。

当时,随着石油工业、炼焦工业的迅速发展,一个难题摆到了有机化学家们的面前。那就是:如何理解苯的结构。苯是一种从煤焦油中提炼出来的芳香液体。它的分子中含有6个碳原干和6个氢原子。已知碳的化合价是4价,而氢只有1价。按照常识,要有4个氢原子才能和1个碳原子化合。而苯怎么会是6个碳原子和6个氢原子化合的呢?

这个难题使凯库勒百思不得其解,为了破解这个谜,他着迷似的日思夜想。常常通宵达旦地在纸上、黑板上、墙壁上,甚至桌布上、床单上都画着各种分子结构式,画来画去,始终没有找到令人满意的答案。

1865年的一天晚上,凯库勒开完一个学术会议乘着马车回家,由于人疲倦了,在一路颠簸中,他不知不觉地睡着了。常言道:“日有所思,夜有所梦。”在梦中他仿佛看见了苯的分子结构,它像建筑物的骨架是立体状的,百相勾连的。正在这时,车夫大声叫醒他:“凯库勒先生,您到家了!”凯库勒这才大梦初醒。他飞身进屋,立刻把梦中所见画了下来。凯库勒原来是学建筑的,他把建筑中的结构概念引进了化学,终于画出了苯的分子结构图,完满解决了有机化学中的这一难题。

霍夫曼是凯库勒的同门师兄。焦油是当时最主要的工业废料之一,霍夫曼打算变废为宝——从焦油中提取有用的物质。1850年,他终于成功地从焦油中提取出了苯胺。苯胺是有机化学工业最重要的原料,正是霍夫曼的贡献,使有机化学的工业化成为可能。

霍夫曼有个学生名叫帕金。1856年,读大学二年级的帕金刚满18岁,霍夫曼独具慧眼,把他破格提升为助教。霍夫曼根据自己的实践认为可以用氧化苯胺衍生物来制造冶疟疾的金鸡纳霜(奎宁)。这年暑假,他把这个课题交给了帕金。

年轻的帕金准备好了实验器具和一切应用的东西,便废寝忘食地干开了。

实验一次又一次失败了,眼看暑假即将过去,仍然一无所获,帕金为自己无法向老师交一份合格的答卷而忧心忡忡。

这一天吃罢早饭,帕金又一头钻进了实验室。他用重铬酸钾处理苯胺盐,如果实验成功,他将得到白色的奎宁结晶。可是实验偏偏又失败了,他得到的是一种黑色的粘稠的液体。他无可奈何地摇了摇试管,正准备将它扔掉时,忽然想:

“不管它是什么东西,我何不把它研究一下,看它有些什么特性,说不定能派上什么用处呢!”黑色的粘稠液体在掺合进酒精后变成了深紫色的液体。

当时,纺织品染色用的都是从植物中提取的天然染料,颜色的品种不多。很多化学家已经想到用化学合成来制造染料,但这还仅仅是一种设想。

帕金看到如此漂亮的紫色,很自然地就闪过一个念头:它能不能当染料呢?于是他拿过一条平时围在西服里的白围巾,用那紫色液体染了一番后,便挂在了户外的绳子上。

第二天一早,他发现这条美丽的紫围巾掉在地上,粘上了尘土,他只好放到水盆中去清洗,不料那围巾竟一点也不褪色。他再用热水浸泡,又用肥皂搓洗,鲜艳的颜色还是依然如故,哪怕是放在太阳下晒上两三天也毫无变化。兴高采烈的帕金迫不及待地向老师报告了自己的发明,并且申请了专利,成了英国染料化学的权威和染料业的“大王”。从此,合成化学工业便发展起来。1863年,帕金的老师霍夫曼,制成了“霍夫曼紫”。1875年,帕金义发现合成香豆素的方法,这是香料工业的开始。1869年,德国化学家格拉伯和李普曼发明了人造茜素并设厂大量生产。1882年,德国人拜耳研究成功靛蓝合成法还因此获得了1905年的诺贝尔奖金。

在这些工作的基础上,有机化学工业一日千里地发展起来。俄国人布特列洛夫和德国人肖莱马又发展了有机化学的理论。从此,有机化学作为最有活力的一门学科,进入了20世纪。