“是时候让你们明白单质可以通过各种化合方式,生成性质各异的其他物质了。这种物质称为化合物,因为它们都是由几种元素构成的。水也是一种化合物,面粉、木头、纸、油脂、松脂、动物的肉、动物角、玫瑰等都是化合物,总之化合物的数量太多,简直无法一一列举。水是由氧和氢构成的,关于这两种非金属,我很快就能让你们认识。其余的几种化合物除了氢和氧外,还含有碳元素。
“可以说,化合物的种类几乎是无限的。然而,所有这些化合物都是由这九十多种元素中的两种或两种以上的单质化合而成的。而且,很多单质扮演的角色并不是很重要,即使没有它们,也不会对整个物质世界造成重大影响。金就是这些次要元素的一个例子。然而,我们可以看到,大自然中的大多数物质是由十几种单质构成的。”
“不过我还有一个问题,”朱尔斯追问到,“在你刚才说完那番话以后我更加疑惑了,为什么仅仅九十多种元素就能构成无数种物质呢?而且,仅仅十几种元素就构成了这无数种物质中的大多数。”
“我早料到你会有此疑问,即使你不提出来我也会回答的。事实上,我非常乐意回答这样的问题,这样我就能知道你在开动脑筋思考问题。我已经给你们提出了一个难题,现在我会举一个例子来帮助你们解决这个问题。我们的字母表中有二十六个字母。那么,这些字母可以组成多少个字呢?”
“我不知道该怎么回答,因为我从来没数过,即便是最小的字典也有很多个字,暂且算一万字吧。”
“好,就算一万字(大约数字),也没有必要计算得非常准确。不过你得注意,我们只算了自己的语言,但这些字母可以写成世界上各个国家的语言,无论是过去、现在还是未来所说的语言。我省去了一些发音很特殊的例子,但这是微不足道的。拉丁语、法语、英语、意大利语、西班牙语、德语、丹麦语、瑞典语等都是由这二十六个字母拼成的,即便是希腊语、汉语、印度语、阿拉伯语,也可以由这些字母拼成,只是形式不同而已。任何语言,即便是地位最低的黑奴方言,同样可以用这些字母拼成。如果将所有的语言和方言的字数都加起来,这个数字肯定相当庞大。”
“那肯定不止一万,应该是几百万了。”
“现在我们假定,这二十六个字母代表单质,它们组成的字代表化合物。这种比喻是较为恰当的,因为每个字都有自己特定的含义,可以由两个、三个、四个或者更多的字母组合而成,组合顺序也可以多种多样。同样的道理,几种元素按照不同的性质、数量和组合方式可以组成不同的化合物。”
“单质是构成物质的元素,就好比字母是构成字的元素一样。”朱尔斯说道。
“是的,孩子。”
“那么,化合物的数量肯定和世界上所有语言的字数一样多了。不过我想说的是,字母表的组合要多些,因为它有二十六个字母,而你刚刚告诉我们,大多数化合物是由十几种元素组成的。所以字母的组合应该比元素多。”
“你们应该注意,字母的组合数可以大大减少,但仍能代表各种语音。我且问你们,k、q和刚音c有什么区别?没有区别,只需要一个字母就够了,其他的没有用处。类似地,柔音c和尖音s相同,x和ks相同,y和i相同。即使将这些重复的字母都去掉,字母的组合会大大减少,但仍足以组成无数的字。但是我得承认,即便剔除这些字母后,剩下的字母数目仍大于构成大多数化合物的单质数目。然而,就组合方式而言,元素要比字母要优越得多。
“要组成一个词,我们通常需要两个到六个甚至更多的字母。例如,intercommunnicability就是一个很长的词。我们必须深吸一口气才能将它读完。这个词有二十个字母,差不多和整个字母表一样多了,但里面有的字母是重复的,不重复的字母只有十三个。化合物中是不会有这么多元素的,它受限于一条严格的法则,那就是:尽量避免生成复杂的化合物。化合物的形成通常只需要两到三种元素,四种元素组成的化合物已是非常少见。你们只需想象一种仅由两三种或四种字母组成的文字,就可以得到化学元素相互结合生成化合物的概念了。硫化铁是两种元素化合而成的,如果继续拿字母打比方的话,也就是两种字母组成的单词。水也是两种元素化合而成的。油中含有三种元素,动物的肉中含有四种元素。两种元素构成的化合物称为‘二元化合物’,三种元素构成的化合物则称为‘三元化合物’,四种元素构成的化合物称为‘四元化合物’。
“化合物既然仅由两三种或者至多四种元素构成,那么它们是如何形成无数种变体的呢?要解释这一点,我们可以取rain这个词为例。只需将它的首字母r替换成其他的字母,便可以得到gain、lain、vain、wain、pain等常用词。同样,pin也可以变成tin、din和sin。由此可见,仅仅改变一个字母,就可以改变整个词的意思。化合物也是同样的道理,只需用另一种元素来替换其中一种元素,就会变成与原来完全不同的化合物。
“但是,还有一种变化可以令化合物产生更多的变体。正如在一个词中,同一个字母可以重复很多次(刚才的例子中的字母i),许多物质中的同一种元素也可以重复很多次。它可以重复两次、三次、四次、五次甚至更多次,每次都会生成性质各异的化合物。但是,这种例子在字典中却无法找到,这是因为,在一个较短的字中,我们不允许同一个字母出现很多次。但是我们可以想象一些单词,如ba、bba、bbba、bbbba等等,这些词只含有b和a两种字母,只要重复其中的一个,就能产生与其他字完全不同的字。同样,我们可以把这种方法借鉴到化合物中。
“如果化合物是以这种方式形成的,那么化合物的种类一定非常多。仅仅需要十几种单质就可以构成大多数化合物。一种元素变化,一种元素重复,这样肯定能产生无数种化合物。”
“埃米尔,你是怎么想的呢?”保罗叔叔问道。
“我非常赞同朱尔斯的话。化合物的变体比我想象的要多得多。但bba为什么与ba不同,我着实不太明白。”
“让我来举一个实际的化合物的例子给你看,怎么样?如果其中一种元素变成原来的两倍,它的性质会彻底改变。”
“保罗叔叔,我正想看看呢,我敢肯定朱尔斯也一样。”
“要满足你们太容易了。”
说着,保罗叔叔拉开抽屉,拿出了一样东西让他们看。这样东西相当沉重,闪着美丽的金黄色光芒,在太阳的照耀下闪闪发光。从闪耀的光芒来看,会让人误以为是金属。
埃米尔一见到这块漂亮的石头便尖叫起来:“是金子,足足有两个拳头那么大。”
保罗叔叔回答道:“孩子,它叫愚人金,是矿工们给它起的名字。因为很多无知的人误以为它是非常宝贵的东西,实际上它根本不值什么钱。在山上的岩石中,这种石头你想找多少就有多少,但是你捡来了也换不了几个钱。这种石头学名叫做黄铁矿。事实上,如果用刀背击打这种石头,会发出比燧石更明亮的火花。”
说到这里,保罗叔叔拿起一把刀击打在了石头上,石头发出了耀眼的火花。然后他继续说道:“黄铁矿或愚人金根本不是真正的金子,仅仅是带有金子的黄色光泽罢了。它不是单质,而是一种你们所熟知的两种元素的化合物。由于化合的伪装作用,你们还想不到是哪两种物质。它们就是铁和硫。”
“这块令人误以为是金子的金黄色东西,是铁和硫生成的,就像人造火山中又黑又丑的黑色粉末一样吗?”
“是的,它的确是由铁和硫生成的。”
“为什么它和黑色粉末相差这么大呢?”
“差别就在于愚人金中有重复的硫。”
“也就把ba变成了bba,对吗?”
“没错!为了表明硫的重复,在化学上人们将黄铁矿称为二硫化铁。”
“这等于是说它每含有两份硫就含有一份铁。人造火山中的黑色粉末称为硫化铁,愚人金称为二硫化铁。”
“原来是这样。保罗叔叔,谢谢你给我们看这块美丽的石头。它让我记住了一件事:在化学上,ba和bba是完全不同的东西。”