化學(xué)—勇敢者的領(lǐng)地

趙致真

戴維的“備用性命”

英國(guó)皇家學(xué)會(huì)第23任主席戴維爵士是近代化學(xué)重要的奠基人。1807年，他使用伏打電池對(duì)熔融狀態(tài)的氫氧化鉀和氫氧化鈉進(jìn)行電離，第一次得到純凈的金屬鉀和鈉，次年接連發(fā)現(xiàn)了鈣、鍶、鎂、鋇，宣告了“電化學(xué)”的誕生?；瘜W(xué)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(cuò)誤概念。戴維的一生成就，得益于對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的不厭其詳和不避艱險(xiǎn)。

21歲時(shí)，戴維為測(cè)試各種氣體屬性，曾大量吸入一氧化碳導(dǎo)致嚴(yán)重中毒，多虧及時(shí)搶救才起死回生。朋友們調(diào)侃說(shuō)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(fā)現(xiàn)了最早的“麻醉劑”，并引發(fā)了上流社會(huì)吞吐“笑氣”尋歡作樂的時(shí)尚。1812年秋，戴維得到安培傳來(lái)的消息，化學(xué)家杜龍發(fā)現(xiàn)新的合成物三氯化氮并因發(fā)生爆炸而失去1只眼睛和3個(gè)指頭。戴維毫無(wú)畏懼，立即著手重復(fù)杜龍的實(shí)驗(yàn)，他成功制取了三氯化氮并測(cè)定出這種黃色揮發(fā)性油狀液體的屬性。他也沒有逃脫爆炸的厄運(yùn)，導(dǎo)致眼睛嚴(yán)重灼傷并一度失明。對(duì)于這次事故，后人在痛惜之余也感到幾分慶幸，因?yàn)榇骶S受傷后需要助手，法拉第才有機(jī)會(huì)當(dāng)上了皇家學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室的“臨時(shí)工”，從此走進(jìn)了科學(xué)的殿堂。

當(dāng)蒸汽機(jī)向煤礦深處挖進(jìn)，億萬(wàn)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(huì)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(huì)正式具函英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，點(diǎn)名懇請(qǐng)戴維出來(lái)應(yīng)對(duì)危局。這也是工業(yè)界最早對(duì)科學(xué)界求援。戴維立即深入到最危險(xiǎn)的礦井考察，并將6瓶瓦斯標(biāo)本帶回實(shí)驗(yàn)室，很快研制出著名的“戴維燈”—用細(xì)密的金屬絲網(wǎng)罩住燈芯，將火焰變成“籠中的金絲雀”，讓界面溫度散發(fā)到瓦斯的燃點(diǎn)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(yīng)該走在前面”。安全燈挽救了無(wú)數(shù)礦工生命，也極大促進(jìn)了煤炭生產(chǎn)。戴維因此獲得1817年拉姆福德獎(jiǎng)。

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

舍勒的“家常便飯”

化學(xué)教科書上關(guān)于許多物質(zhì)“無(wú)嗅、無(wú)味”等描述，都是化學(xué)家們用感官去體驗(yàn)和認(rèn)知的。

舍勒不愧為近代化學(xué)的著名先行者。這位瑞典藥劑師率先從礦石中發(fā)現(xiàn)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(jī)和無(wú)機(jī)酸，并對(duì)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(shí)現(xiàn)了磷的規(guī)模化生產(chǎn)，帶來(lái)瑞典火柴工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。舍勒做過(guò)上千次化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在極其原始的條件下，他習(xí)慣了用舌頭和鼻子充當(dāng)最便當(dāng)?shù)摹皺z測(cè)儀器”。

拿破侖之死，被歸因于流放圣赫勒拿島時(shí)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(guò)無(wú)數(shù)有害物質(zhì)。1785年秋后，健康的“欠債”開始總清算，他的皮膚發(fā)生病變，腎臟迅速衰竭，醫(yī)生的結(jié)論是汞中毒。1786年5月21日，舍勒最終病逝，時(shí)年43歲，結(jié)婚僅2天。阿西莫夫說(shuō)舍勒是“最背運(yùn)的化學(xué)家”，他的諸多成果因發(fā)表延誤和身份低微而記入了別人的功勞簿。但舍勒沉迷實(shí)驗(yàn)，淡泊名利，成為科學(xué)精神的楷模，“舍勒嘗百毒”的故事也不脛而走，留給后人久遠(yuǎn)的遐思和追念。

本生的“赴湯蹈火”

大凡在高中上過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yù)先將煤氣和空氣按比例充分混合并完全燃燒，產(chǎn)生沒有光彩卻達(dá)到2000℃高溫的“純凈火焰”，這也許最能體現(xiàn)它的發(fā)明者—德國(guó)化學(xué)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(jià)高效的通用電源，帶來(lái)電鍍業(yè)和鎂光燈的問(wèn)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(shí)驗(yàn)走向?qū)嵱?。本生最具里程碑意義的貢獻(xiàn)，是和基爾霍夫一起發(fā)明了分光儀，讓每種元素獨(dú)特的譜線成為其“身份證”；19世紀(jì)60年代先后發(fā)現(xiàn)了銫和銣，帶來(lái)了新一輪元素大發(fā)現(xiàn)和星際化學(xué)的創(chuàng)立。很少有人像本生那樣，在化學(xué)各分支都立下豐功偉績(jī)，也很少有人像他那樣，一生都在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中赴危歷險(xiǎn)。

本生從1843年起研究劇毒易燃的二甲砷基化合物，實(shí)驗(yàn)中發(fā)生爆炸掀開了面罩，玻璃碎片飛進(jìn)他的右眼造成永久失明。1868年實(shí)驗(yàn)室又發(fā)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(yán)重中毒，多虧自己發(fā)現(xiàn)的水合氧化鐵解毒劑才使他起死回生；1845年冰島?？死鹕奖l(fā)，本生“赴湯蹈火”深入到地下30多米，對(duì)超過(guò)100℃的“過(guò)熱水”源頭觀測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)了間歇泉的噴涌機(jī)理。本生的一雙大手如同專為化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)滿老繭。他從來(lái)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(cè)試火焰溫度，他的右手拇指在“用進(jìn)退廢”中比左手拇指大一號(hào)，能輕松利索堵住測(cè)氣管口。只有在和女士同赴宴席時(shí)，才會(huì)盡量把引為自豪的大手悄悄藏到桌下。本生因沉迷于實(shí)驗(yàn)而嚴(yán)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(xué)生中有門捷列夫和三位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者拜耳、哈伯、勒納德。而大巧若拙、履險(xiǎn)若夷的本生精神成了化學(xué)行業(yè)的表率和典范。

化學(xué)界的“氟之殤”

化學(xué)界最曠日持久、英勇悲壯的一役，大概要數(shù)將氟“捉拿歸案”了。氟作為鹵族元素中“個(gè)頭”最小、電負(fù)性最強(qiáng)的原子，化學(xué)性質(zhì)超級(jí)活潑，幾乎能和一切金屬或非金屬劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生牢不可破、難解難分的化合物，地球上從來(lái)沒有游離狀態(tài)的氟。自從1771年舍勒從氟石中制出氫氟酸后，戴維便對(duì)氟加以命名并率先嘗試用電解法分離出單質(zhì)。而氟卻會(huì)“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(jìn)體內(nèi)，并向縱深穿插直至刻骨，和體內(nèi)的鈣、鎂結(jié)合，破壞神經(jīng)系統(tǒng)而造成肌肉麻痹和心臟停搏。

但科學(xué)家并沒有“談氟色變”。1836年，愛爾蘭的諾克斯兄弟用氟石當(dāng)容器，對(duì)氟化銀和氟化汞進(jìn)行電解，哥哥幾乎中毒身亡，弟弟3年臥床不起；1850年，比利時(shí)化學(xué)家魯耶特出師未捷，便因吸入過(guò)多氫氟酸而不幸捐軀；此后犧牲于“氟之殤”的是法國(guó)化學(xué)家尼克爾；1856年，巴黎理工學(xué)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(wú)法捕捉；1869年，英國(guó)科學(xué)家戈?duì)栯娊夥y已頗有勝算，但得到的少量氟氣卻和陰極產(chǎn)生的氫氣發(fā)生爆炸，最終落得負(fù)傷下陣，功敗垂成。

歷經(jīng)百年損兵折將和生聚教訓(xùn)，法國(guó)化學(xué)家莫瓦桑挑起了天降大任。這位弗雷米的學(xué)生和尼克爾的同鄉(xiāng)曾使用多種方法，但均告失敗，4次因嚴(yán)重中毒而被迫停止實(shí)驗(yàn)，最終選取了氫氟酸和氟化鉀混合配方—既維持無(wú)水性又確保導(dǎo)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(guān)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(yīng)速度。莫瓦?？芍^“使盡了拖刀計(jì)，費(fèi)盡了擔(dān)山力”，1886年6月26日，“撒旦元素”氟終于一舉成擒，現(xiàn)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(guó)第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主，但2個(gè)多月后便在巴黎猝然病逝，年僅54歲。

因?yàn)楹突瘜W(xué)打交道而遇險(xiǎn)蒙難的科學(xué)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(wàn)花筒的發(fā)明者布魯斯特曾因化學(xué)毒物濺入雙目而終身備受煎熬；太陽(yáng)光譜吸收線發(fā)現(xiàn)者夫朗禾費(fèi)長(zhǎng)期研制玻璃透鏡而鉛中毒，39歲便英年早逝；碳14發(fā)現(xiàn)者魯本在實(shí)驗(yàn)事故中死于碳酰氯中毒。

隨著防護(hù)技術(shù)的進(jìn)步和操作規(guī)范的嚴(yán)格，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室不再是危機(jī)四伏的地方，但卻從來(lái)沒有告別風(fēng)險(xiǎn)。1996年8月14日，美國(guó)新罕布什爾州達(dá)特茅斯學(xué)院48歲的化學(xué)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(jīng)滲透乳膠進(jìn)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(guó)米盧斯國(guó)立高等化學(xué)院實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸使大樓摧毀，41歲的光化學(xué)家布爾吉特當(dāng)場(chǎng)身亡；2009年12月29日，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校23歲的化學(xué)助理桑吉在處置叔丁基鋰時(shí)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(xù)延伸，并且永遠(yuǎn)不會(huì)打住。在化學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)118種元素和掌握6000萬(wàn)種物質(zhì)及其相互作用的今天，誠(chéng)如諾貝爾獎(jiǎng)得主沃爾伍德所言，“從老的自然界旁邊又建立了一個(gè)新的自然界”。而人類知識(shí)疆界的每次開拓，都必須準(zhǔn)備跨過(guò)未知的雷區(qū)和不測(cè)的陷阱。