化學—勇敢者的領地

趙致真

戴維的“備用性命”

英國皇家學會第23任主席戴維爵士是近代化學重要的奠基人。1807年，他使用伏打電池對熔融狀態的氫氧化鉀和氫氧化鈉進行電離，第一次得到純凈的金屬鉀和鈉，次年接連發現了鈣、鍶、鎂、鋇，宣告了“電化學”的誕生。化學界曾把電解獲得的金屬通稱為“戴維金屬”。戴維最早確定氯是一種元素，打破了拉瓦錫提出的所有酸都含有氧的錯誤概念。戴維的一生成就，得益于對化學實驗的不厭其詳和不避艱險。

21歲時，戴維為測試各種氣體屬性，曾大量吸入一氧化碳導致嚴重中毒，多虧及時搶救才起死回生。朋友們調侃說他就像“有兩三條備用的性命”。戴維還多次吸入由普利斯特里1772年合成的一氧化二氮而陷入昏迷，自此發現了最早的“麻醉劑”，并引發了上流社會吞吐“笑氣”尋歡作樂的時尚。1812年秋，戴維得到安培傳來的消息，化學家杜龍發現新的合成物三氯化氮并因發生爆炸而失去1只眼睛和3個指頭。戴維毫無畏懼，立即著手重復杜龍的實驗，他成功制取了三氯化氮并測定出這種黃色揮發性油狀液體的屬性。他也沒有逃脫爆炸的厄運，導致眼睛嚴重灼傷并一度失明。對于這次事故，后人在痛惜之余也感到幾分慶幸，因為戴維受傷后需要助手，法拉第才有機會當上了皇家學會實驗室的“臨時工”，從此走進了科學的殿堂。

當蒸汽機向煤礦深處挖進，億萬年積存的甲烷便“破煤而出”，接連不斷的礦難成為最恐怖的社會新聞。1812年5月25日，蓋茨黑德煤礦瓦斯爆炸造成92名礦工死亡，新成立的煤礦安全委員會正式具函英國皇家學會，點名懇請戴維出來應對危局。這也是工業界最早對科學界求援。戴維立即深入到最危險的礦井考察，并將6瓶瓦斯標本帶回實驗室，很快研制出著名的“戴維燈”—用細密的金屬絲網罩住燈芯，將火焰變成“籠中的金絲雀”，讓界面溫度散發到瓦斯的燃點以下又不影響空氣流通。1815年10月，安全燈在北英格蘭煤礦正式使用，戴維親自陪同煤礦工程師巴德爾到掌子面“以身試燈”，他確信“提燈的人應該走在前面”。安全燈挽救了無數礦工生命，也極大促進了煤炭生產。戴維因此獲得1817年拉姆福德獎。

1829年5月29日，戴維去世，年僅50歲。沒人知道究竟哪次化學實驗成為“壓倒駱駝的最后一根稻草”，但日積月累的毒物浸染，無疑是他死于盛年的重要原因。

舍勒的“家常便飯”

化學教科書上關于許多物質“無嗅、無味”等描述，都是化學家們用感官去體驗和認知的。

舍勒不愧為近代化學的著名先行者。這位瑞典藥劑師率先從礦石中發現氧、鉬、鎢、錳、氯等元素，從自然物中提取酒石酸、草酸、尿酸、乳酸、檸檬酸、氫氟酸、氫氰酸、亞砷酸等一大批有機和無機酸，并對氯化氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多種氣體有深入的研究。他實現了磷的規模化生產，帶來瑞典火柴工業的世界領先地位。舍勒做過上千次化學實驗，在極其原始的條件下，他習慣了用舌頭和鼻子充當最便當的“檢測儀器”。

拿破侖之死，被歸因于流放圣赫勒拿島時壁紙顏料“舍勒綠”（亞砷酸氫銅）霉變而引起的砷中毒，而砷、汞、鉛卻是舍勒的“家常便飯”，他品嘗和嗅聞過無數有害物質。1785年秋后，健康的“欠債”開始總清算，他的皮膚發生病變，腎臟迅速衰竭，醫生的結論是汞中毒。1786年5月21日，舍勒最終病逝，時年43歲，結婚僅2天。阿西莫夫說舍勒是“最背運的化學家”，他的諸多成果因發表延誤和身份低微而記入了別人的功勞簿。但舍勒沉迷實驗，淡泊名利，成為科學精神的楷模，“舍勒嘗百毒”的故事也不脛而走，留給后人久遠的遐思和追念。

本生的“赴湯蹈火”

大凡在高中上過化學實驗課的人都熟悉“本生燈”。比起那些火焰明亮而溫度不高的煤氣燈，“本生燈”預先將煤氣和空氣按比例充分混合并完全燃燒，產生沒有光彩卻達到2000℃高溫的“純凈火焰”，這也許最能體現它的發明者—德國化學家本生的性格和人品。本生電池則用碳棒取代格魯夫電池中的鉑作為陰極，成為廉價高效的通用電源，帶來電鍍業和鎂光燈的問世。本生用電解法成功制備出足量的鈉、鈣、鎂、鋁、錳、鋇、鋰、氯，讓這些元素從實驗走向實用。本生最具里程碑意義的貢獻，是和基爾霍夫一起發明了分光儀，讓每種元素獨特的譜線成為其“身份證”；19世紀60年代先后發現了銫和銣，帶來了新一輪元素大發現和星際化學的創立。很少有人像本生那樣，在化學各分支都立下豐功偉績，也很少有人像他那樣，一生都在化學實驗中赴危歷險。

本生從1843年起研究劇毒易燃的二甲砷基化合物，實驗中發生爆炸掀開了面罩，玻璃碎片飛進他的右眼造成永久失明。1868年實驗室又發生銠和銥金屬粉末爆炸，幾乎奪去另一只眼睛。本生兩次因吸入含砷化合物而嚴重中毒，多虧自己發現的水合氧化鐵解毒劑才使他起死回生；1845年冰島海克拉火山爆發，本生“赴湯蹈火”深入到地下30多米，對超過100℃的“過熱水”源頭觀測研究，發現了間歇泉的噴涌機理。本生的一雙大手如同專為化學實驗定做的，飽受酸堿腐蝕和煙火熏烤，像鐵匠和木匠的手一樣長滿老繭。他從來不用鉗子而用手揭開灼熱的坩堝蓋，他用指頭在本生燈上測試火焰溫度，他的右手拇指在“用進退廢”中比左手拇指大一號，能輕松利索堵住測氣管口。只有在和女士同赴宴席時，才會盡量把引為自豪的大手悄悄藏到桌下。本生因沉迷于實驗而嚴重怠慢了女友致使終身未娶，但卻廣樹桃李、弟子如云，他的學生中有門捷列夫和三位諾貝爾獎獲得者拜耳、哈伯、勒納德。而大巧若拙、履險若夷的本生精神成了化學行業的表率和典范。

化學界的“氟之殤”

化學界最曠日持久、英勇悲壯的一役，大概要數將氟“捉拿歸案”了。氟作為鹵族元素中“個頭”最小、電負性最強的原子，化學性質超級活潑，幾乎能和一切金屬或非金屬劇烈反應，產生牢不可破、難解難分的化合物，地球上從來沒有游離狀態的氟。自從1771年舍勒從氟石中制出氫氟酸后，戴維便對氟加以命名并率先嘗試用電解法分離出單質。而氟卻會“咬爛”電極，“撕裂”容器，沒有一種材料耐得住它的腐蝕。氫氟酸的毒性尤為可怕，不僅吸入后摧毀肺臟和軟組織，只要接觸皮膚便能以小分子的“靈巧身段”鉆進體內，并向縱深穿插直至刻骨，和體內的鈣、鎂結合，破壞神經系統而造成肌肉麻痹和心臟停搏。

但科學家并沒有“談氟色變”。1836年，愛爾蘭的諾克斯兄弟用氟石當容器，對氟化銀和氟化汞進行電解，哥哥幾乎中毒身亡，弟弟3年臥床不起；1850年，比利時化學家魯耶特出師未捷，便因吸入過多氫氟酸而不幸捐軀；此后犧牲于“氟之殤”的是法國化學家尼克爾；1856年，巴黎理工學院教授弗雷米電解氟化鈣，眼見陰極上生成了氟，卻搖身即變，無法捕捉；1869年，英國科學家戈爾電解氟化銀已頗有勝算，但得到的少量氟氣卻和陰極產生的氫氣發生爆炸，最終落得負傷下陣，功敗垂成。

歷經百年損兵折將和生聚教訓，法國化學家莫瓦桑挑起了天降大任。這位弗雷米的學生和尼克爾的同鄉曾使用多種方法，但均告失敗，4次因嚴重中毒而被迫停止實驗，最終選取了氫氟酸和氟化鉀混合配方—既維持無水性又確保導電性。并用鉑銥合金U形管為容器，以天然氟石蓋子密封。最關鍵的突破是將電解裝置冷凍到-23℃的低溫，減緩氟和鉑金電極的反應速度。莫瓦桑可謂“使盡了拖刀計，費盡了擔山力”，1886年6月26日，“撒旦元素”氟終于一舉成擒，現出淡黃色氣體的原形和“真身”。人類自此把鹵族元素盡收彀中。1906年莫瓦桑成為法國第一個諾貝爾獎得主，但2個多月后便在巴黎猝然病逝，年僅54歲。

因為和化學打交道而遇險蒙難的科學家是指不勝屈的。蓋·呂薩克、法拉第都曾在爆炸中眼睛受傷；諾貝爾家族更為“安全炸藥”付出了親人的生命；萬花筒的發明者布魯斯特曾因化學毒物濺入雙目而終身備受煎熬；太陽光譜吸收線發現者夫朗禾費長期研制玻璃透鏡而鉛中毒，39歲便英年早逝；碳14發現者魯本在實驗事故中死于碳酰氯中毒。

隨著防護技術的進步和操作規范的嚴格，化學實驗室不再是危機四伏的地方，但卻從來沒有告別風險。1996年8月14日，美國新罕布什爾州達特茅斯學院48歲的化學教授沃特哈恩不慎將一滴二甲基汞落在左手手套上，雖然立即徹底清洗，但劇毒卻已經滲透乳膠進入皮膚，沃特哈恩最終因汞中毒于次年6月8日去世；2006年3月24日，法國米盧斯國立高等化學院實驗室發生爆炸使大樓摧毀，41歲的光化學家布爾吉特當場身亡；2009年12月29日，美國加州大學洛杉磯分校23歲的化學助理桑吉在處置叔丁基鋰時不慎起火，造成3度燒傷并于18天后去世……令人痛心的清單每年都在繼續延伸，并且永遠不會打住。在化學家們已經發現118種元素和掌握6000萬種物質及其相互作用的今天，誠如諾貝爾獎得主沃爾伍德所言，“從老的自然界旁邊又建立了一個新的自然界”。而人類知識疆界的每次開拓，都必須準備跨過未知的雷區和不測的陷阱。