书城科普上下而求索(科学知识大课堂)
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第14章 执着追求(5)

格梅林的实验室,设备完善、药品齐全,他工作起来非常得心应手,再加上名师的指导,他的研究不断取得新的成果。1822年~1823年间,他连续发表了有关氰酸盐的制取和性质的论文。随后,他又研究有机体的排泄物,做了动物实验,从尿中分离出尿素。这对尿素的性质进行了详尽的研究。这些研究成果,都得到了教授们的称赞。

1823年9月,维勒顺利通过了毕业考试,并获得了海德堡大学医学博士学位。毕业后到哪里去?他对格梅林教授说:“如果让我离开化学,我的心就无法跳动。”格梅林教授热情鼓励他献身化学科学,并立即写信向瑞典著名化学家贝采利乌斯推荐了他。

不久,维勒便来到了贝采利乌斯的实验室,作为留学生进行了一年的研究。这是他第二次投奔名师。

贝采利乌斯是当时世界上最有名望的化学家。他在化学研究中,涉及的领域最广,科学成果最多,实验水平最高,被誉为世界化学大师。他研究工作的特点是,严密精确、观察细致、描述清晰、系统性强,但又在许多问题上表现得固执、保守。贝采利乌斯给维勒的课题是沸石的定量分析。这是一个难度很大的分析工作。正因为如此,维勒在这位名师的指导下,收益很大。

1824年秋末,维勒的留学期限已满,他恋恋不舍地离开了贝采利乌斯,返回故里法兰克福。准备做些休整,再谋职业。但实际上,这个跟化学实验结下了不解之缘的年轻人是不会真正休息的。不几天,他的居室又变成了实验室。在这里,他又做了氨与氰酸反应制取氰酸铵的实验。但实验结果却出乎他的意外。他把反应后的溶液加热,然后冷却结晶,得到的白色晶体,并不具有氰酸铵的化学性质。因为氰酸铵与碱反应能放出氨气,但他的实验没有放出氨气;氰酸铵与酸反应会产生氰气,也没有发现氰。这种晶体到底是什么?他当时没能作出结论。

1825年,他接受聘请,在柏林工业学校任教。维勒一生中最卓越的成就,都是在这里取得的。

最早制成金属铝

他的第一项卓越成就,是制出了金属铝。

铝是地壳中分布很广、蕴藏量很大的元素。除了氧和硅之外就是铝了。但由于它的性质活泼,自然界没有游离的铝单质,均以化合状态存在,其中以铝硅酸盐为最多。如粘土、长石、云母等。

因为铝的性质活泼,所以要从铝的化合物提炼出纯的金属铝,并不是一件容易的事。1808年,大化学家贝采利乌斯和戴维曾用电解法分解铝土(含氧化铝)来制取金属铝,但没有获得成功。后来,维勒的朋友、丹麦化学家厄斯泰德又用生成铝汞齐的方法制取,也因为制得的铝不纯,未得到科学界的公认。

1827年,维勒先重复了厄斯泰德的方法,找到了铝不纯的原因。他又设计了用反应生成的无水氯化铝与钾高温反应的方法,终于获得了成功:灰色粉末——金属铝制取出来了。尽管他当时制得的铝很少,但他是第一个找到制铝方法的人。

后来,法国化学家亨利·德维尔,研究了维勒的方法并加以改进,制出了第一块银白色的铝锭。在当时,铝还没有大量生产,其价格跟黄金一样贵。德维尔说这是“来自粘土的白银”。此后,他就全力以赴研究出工业生产的方法,生产出大量的铝锭。

当德维尔制出铝锭并实现了工业生产后,有人就认为,德维尔才是铝的发现人。但德维尔本人仍然认为,维勒是第一个找到制铝方法的人。他用在博览会上展出的第一块铝锭,铸了一枚勋章,上面有维勒的名字和维勒提出制铝方法的年代——“1827”。他把这枚勋章赠给维勒。从此,他们二人结下了深厚的友谊,还共同做了一些课题的研究。

科学技术总是不断前进、不断发展的。继德维尔之后,美国的豪尔和法国的埃罗又研究出电解制铝的方法。现代工业生产中采用的就是电解法。

显然,我们不能以今天的科技水平,来衡量或贬低一个科学家在历史上的成就。我们要用历史唯物主义的观点,根据当时的历史条件,来评价一个人或一项成果所具有的价值。这样才会正确看待1827年维勒制出金属铝的功绩。

在维勒制出金属铝的第二年,又取得了一项具有历史意义的成就。这就是用无机物合成了有机物。

冲击“生命力”论

我们把物质分为有机物和无机物,是有一个历史过程的。17世纪后半期,化学家把自然界的物质,按照它们的来源分为矿物物质、动物物质和植物物质三大类。后来发现,植物中存在的一些物质,动物体内也存在。这样,动物物质和植物物质间的界限便消除了。于是,就把所有存在于生物界的物质统称有机物,意思就是有生机的物质;而把其他物质统称无机物,意思就是没有生机的物质。人类应用有机物的历史是很长的,但人类制取有机物则是18世纪末期才开始的。当时制取的有机物全来自生物体。例如,从动物的尿中制取尿素;从葡萄汁中制取酒石酸;从柠檬汁中制取柠檬酸;从酸牛奶中制取乳酸等。由此,人们得出一个结论,有机物只能来自生物体,不能用人工的方法来合成,并认为生物体内存在着一种“生命力”或者叫“活力”,有机物就是靠这种“生命力”而产生的。这就是直到19世纪初期,广为流传的“生命力论”,或者叫“生命力学说”。当时,包括贝利乌斯在内的许多大科学家,都相信这种学说。

果真有机物与无机物之间,就存在着这样一条不可跨越的界限吗?果真用无机物不能合成有机物吗?1828年,维勒用实验事实对此做了完全否定的回答。

这个实验就是他在4年前做过的。他用氨和氰酸本想制取氰酸铵,但得到的白色晶体却不具有氰酸铵的性质。这种白色晶体是什么?当时他没有作出结论。4年后,他重做这个实验,并对白色晶体作了认真的分析、检验,证明这种白色晶体就是尿素〔化学式为CO(NH2)2〕。这正是他上大学时,从动物的尿中分离出来的尿素。那是从动物体中得来的,而这是人工合成的。他总结自己的实验结果,发表了题为《论尿素的人工制成》的科研论文。这篇论文就像是一发重炮,有力地冲击了流传已久的“生命力论”,破除了无机物与有机物之间那条人为的界限,为有机化学的发展开辟了新的途径,从而结束了不能用人工合成方法制取有机物的历史。

论文发表后,在化学界引起强烈反响。那些顽固坚持“生命力论”的人,还在千方百计地进行辩解。有人说,尿素是动物体的分泌物,是界于有机物与无机物之间的物质,不能算做真正的有机物。要制取真正的有机物,还是要靠“生命力”的。

但是,“生命力论”的辩护士们并没有守住自己的阵地。继维勒之后,科学家又陆续合成了醋酸、葡萄酸、柠檬酸、琥珀酸、油脂类及糖类物质。在大量无可争辩的事实面前,“生命力论”彻底被推翻了!正如恩格斯所说:“新创立的有机化学,它一个跟一个地从无机物制造出所谓有机化合物,从而扫除了这些所谓有机化合物的神秘性的残余。”

维勒与李比希

维勒在合成了尿素之后,为了进一步弄清尿素CO(NH2)2与氰酸铵NH4CNO的关系,他又继续做了研究。1823年,他分析过跟合成尿素有关的氰酸银的组成,结果发现,氰酸银的组成和化学家李比希对雷酸银组成的分析基本相同。为什么性质截然不同的两种物质组成竟然是相同的呢?他和李比希对此都没能做出解释。有一次,他们在朋友家里相遇,一见面就讨论起这个问题。当时,李比希还怀疑维勒测定的数据是不是有错误。当两人十分详尽地介绍了自己的实验后,疑虑便打消了。这次长时间的交谈使他们之间建立了友谊,并决定今后在研究工作中携手合作。

氧化银含量氰酸含量

氰酸银:77.23%22.77%

雷酸银:77.53%22.47%

从1829年开始,他们共同研究了氰酸、苦杏仁油等课题,还共同编辑出版了《物理学和化学年鉴》。他们感到迷惑不解的问题,也因为贝采利乌斯提出了同分异构的概念,而得到了解决。同分异构就是指组成相同而结构不同从而表现出不同性质的现象。氰酸银和雷酸银就是同分异构体。由此不难得出,尿素CO(NH2)2和氰酸铵NH4CNO也是同分异构体的结论。

1831年,由于李比希的推荐,维勒担任了卡赛尔工学院的教授。这里和柏林相比,离李比希工作的吉森大学更近了。他们经常会面或通信,商讨化学上的问题,还经常共同署名发表文章。他们这种志同道合的友谊,一直延续着、发展着。

由于维勒在化学上的卓越贡献。德国著名的格丁根大学于1836年又聘请他担任教授。欧洲几乎所有国家的科学协会、科学院和大学,都相继授予他名誉会员、名誉院士和名誉博士称号。1872年,英国皇家学会又授予维勒一枚金质奖章。

晚年,他的健康状况虽不如以前,但他依然进行研究,没有离开自己的实验室。1882年7月31日,在格丁根,他度过了82岁寿辰,两个月后便病逝了。临终前他还留下遗嘱,不要为他树立纪念碑。

开创钢铁时代的发明家

钢铁对于今天人们的生产生活来说是太重要了。只要稍微注意一下,就会发现,几乎到处都需要钢铁,做饭需要铁锅,切菜要用钢刀,盖高楼要用钢筋,火车、汽车、铁路、机床以及各种各样的机器,都是钢铁制成的。钢铁的拥有量,在今天仍然是一个国家经济实力的一个重要标志。可是在一百多年以前,无论哪个国家还都不能大量生产钢,钢在那时还是一种贵重金属。钢的大批量生产是从19世纪中叶才开始的。因为只是在这时才有了新的炼钢法的发明和应用,其中转炉炼钢法又是最先发明的。发明转炉炼钢法的人就是英国发明家亨利·贝塞麦。由于这项发明又引发了一系列的发明,使钢铁的大批量生产成为可能。所以,贝塞麦被誉为开创钢铁时代的发明家。

性格反常的人

1813年1月19日,亨利·贝塞麦生于英国哈福德郡的查尔顿。父亲是一位从事科学技术工作的法国人。也许由于受到家庭环境的熏陶,亨利·贝塞麦从小就对科学技术有了浓厚的兴趣;刚进入社会的时候,就已经开始显露出了一个发明家所应有的品格。不过在他的少年时代可从来都没有想过,要当一个钢铁技术发明家。

1831年,贝塞麦刚刚18岁,就来到了英国的首都伦敦。当时的英国正是工业革命的序幕开始拉开的时候。首都伦敦的一切对于贝塞麦来说都有一种新鲜感。但是他在伦敦所从事的工作,却有点使他头痛。他在一家邮政事务所工作,每天都是在往来的邮件上盖邮戳。一天之内同样一个动作重复几百甚至上千次。对于一个缺乏探索精神的人来说,是司空见惯的事。但是对于一个探索者来说,却能从司空见惯的事物中,发现不寻常的问题,并试图解决它。贝塞麦就是这样。他越来越发现自己不能忍受这种工作的单调乏味,因此便开动脑筋,试图发明一种装置,用来代替这种单调的工作。

于是,他买来许多工具和零件,每天下班之后,就开始琢磨,一个人搞起试验来。有人说贝塞麦有点反常了。别人干了那么长的时间,也没感到它有什么不好;贝塞麦刚刚干了不久,就想改进它,确实有点“反常”。科学家、发明家所要干的事,往往都是“反常”的,这也正是一个发明家和一般人所不同的地方。贝塞麦不顾别人的冷嘲热讽,经过一段时间的努力,还真的发明了一种自动盖邮戳的机器。这项发明立即引起英国政府有关部门的重视,决定在全国邮政部门推广。

英国在1623年就制定了专利法,承认专利权人在一定期限内有制造和使用其发明产品的垄断权利。就是说一个人有了发明,就应向专利部门申请专利,并通过获得专利权来保护自己的发明的合法权益。但是年轻的贝塞麦不懂得申请专利,他的第一项发明竟无偿地被人使用了。邮政部门虽然推广应用了他的发明,但却没有给他任何报酬。只是到后来,英国国王因这项发明才封授贝塞麦骑士爵位。完成这项发明后不久,贝塞麦就离开了邮政事务所,进了一家铁工厂。在那里,他又很快完成了一项发明,即制造金属粉末的机器。这一次,他懂得了应该利用专利来保护自己的发明权,并立即申请了专利。贝塞麦确实是一位具有一种特殊性格的人。由于他并不认为现有的一切都是对的,因此,无论在哪里,他都能发现问题,也都能有所创造。比如,他还曾对制糖压榨机、望远镜、铅笔等的制造进行过多项革新。

改造步枪

1853年,沙皇俄国入侵土耳其,爆发了俄土战争。第二年,正在向西南亚扩张势力的英国和法国,又支持土耳其反对沙俄,由此引发了所谓的克里米亚战争。作为具有法国血统的英国人,贝塞麦觉得支持这场战争是自己义不容辞的责任。他决定发挥自己的才能,来提高武器的威力。为此,他开始了对步枪的研究。