一絲不茍的“隱士”發(fā)現(xiàn)者

代曉琴

氬是一種非金屬元素，化學(xué)性質(zhì)不活潑，愛“躲”在氮氣后面“不動聲色”，像個不折不扣的隱士。雖然氬極其懶惰，但它可作為電燈泡內(nèi)的填充氣體，也可用來焊接和切割金屬，以及作為電弧焊接不銹鋼、鎂、鋁和其他合金的保護(hù)氣體。那么，這個“隱士”是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢？

兩份氮氣引發(fā)的好奇

19世紀(jì)末的一天，在英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室里，年輕的物理學(xué)家瑞利正在測量氮氣的密度。為了提高實驗的精準(zhǔn)度，他制取了兩份氮氣：一份是從空氣中得到，另一份由分解氨而制得。很快，結(jié)果出來了，它顯示空氣中的氮的密度居然比分解而得的純氮大0.0067。

兩份都是氮氣，按道理密度應(yīng)一樣，可怎么一個大、一個小呢？瑞利首先想到是自己的實驗步驟出了差錯，把實驗重復(fù)了一遍又一遍，沒想到結(jié)果還是和第一次一樣。

“難道這兩份氮氣存在差異？”瑞利那根好奇的神經(jīng)緊繃起來。

最初，瑞利猜測是由于大氣中所得的氮氣里面可能還含有少量的氧氣，但是這個猜測很快被排除，因為氧氣和氮氣的密度相差不大，必須含有大量的氧，才有可能出現(xiàn)這種差異，而這是不可能的。

緊接著，瑞利又猜會不會是從氨分解而得的氮氣中混進(jìn)少量氫氣，導(dǎo)致其密度小呢？于是他又改用一氧化氮、尿素等其他含氮物質(zhì)進(jìn)行試驗。奇怪的是，用這些物質(zhì)制取的氮氣的密度也比從空氣中制取的氮氣的密度小那么一丁點兒。

為了弄清楚其中的緣由，瑞利花了兩年的時間和精力，反復(fù)測定氮氣的密度。漸漸地，他悟出了凡是從化合物里分解出來的氮氣，密度總比從空氣中分離出來的氮氣要小那么一點兒。

這究竟是什么原因呢？瑞利深感困惑，將這一實驗結(jié)果發(fā)表在英國的《自然》周刊上，尋求讀者的解答。

一絲不茍的瑞利發(fā)現(xiàn)“隱士”

一個偶然的機(jī)會，瑞利遇到了蘇格蘭化學(xué)家拉姆塞。拉姆塞也對這兩份重量不同的氮氣很感興趣，提出了和瑞利共同研究的建議。

不過，拉姆塞的想法更大膽，他認(rèn)為兩份氮氣的密度之所以不同，很可能是從空氣中得到的那份氮氣里還含有一種未知成分。

拉姆塞的話讓瑞利立即聯(lián)想起著名的英國科學(xué)家卡文迪許很早以前指出過的空氣中的氮并不是單一的，而是兩種物質(zhì)的混合物。不過，卡文迪許只是根據(jù)不完善的實驗進(jìn)行推測，根本沒有對此深究，所以，瑞利決心與拉姆塞共同合作，攜手揭開這個謎。

假如來自空氣的氮比化學(xué)氮重是由于空氣中還存在一種未知成分，那么，下一步就應(yīng)通過吸收氮來分離這種成分。

要用什么方法才能把隱藏在空氣中的氮氣里的神秘物質(zhì)找出來呢？瑞利冥思苦想，終于想到當(dāng)年卡文迪許利用電火花使氮氣與氧氣化合并用堿吸收酸類化合物，從而驗證了大氣的主要成分和硝石中的氮是同一種東西。那么，有沒有可能用同樣的實驗原理找出空氣中的氮氣里夾雜著另一種物質(zhì)呢？

為此，瑞利用他比卡文迪許先進(jìn)得多的儀器，重復(fù)了當(dāng)年卡文迪許的實驗。遺憾的是，這次試驗只發(fā)現(xiàn)極其微小甚至不可視的氣泡。

正如開始的那千分位上的誤差一樣，瑞利并沒有放過那些微小的氣泡，堅信這一定是一種新的氣體，而且是一種含量極其微小且不容易發(fā)覺的氣體。

怎么證明那極其微小的氣泡就是新的氣體？經(jīng)過一番苦苦的思索，他們想到了用光譜來證明。他們將這種氣體充入放電管中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了原來未曾見過的紅色和綠色等各種光譜。經(jīng)光譜學(xué)家的分析，剩余氣體的譜線多達(dá)200余條，這說明的確有一種新氣體存在。

那么，這種氣體是什么，為什么如此隱秘？成果面前，瑞利并沒有滿足，而是一絲不茍地和拉姆塞進(jìn)一步研究這種新氣體的性質(zhì)。

通過實驗，瑞利和拉姆塞發(fā)現(xiàn)這種新的氣體極其“懶惰”，跟誰都不肯沾邊。就連化學(xué)性質(zhì)十分活潑的氯氣，對它也無可奈何。根據(jù)新氣體的“性格”特點，他們把它命名為氬（希臘文的原意是“不活潑”的意思）。

其實，氬普遍存在于大氣中，很多科學(xué)家在分析空氣時，都錯過了發(fā)現(xiàn)它的機(jī)會，但瑞利沒有，他的成功與他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和一絲不茍的精神是分不開的。

（責(zé)任編校：賀年青）