有一天,保罗叔叔带着两个孩子来到了村子里的铁匠铺,准备在这个被烟熏黑了的铺子做一个奇怪的化学实验。他想向他们证明,水中含有极易燃烧的物质——一种比磷和其他易燃元素更容易燃烧的气体。水可以灭火,但现在却要为火提供燃料。朱尔斯和埃米尔虽然没有十足的把握认为这必定不会成功,但仍然认为这是相当荒谬的承诺。这个铁匠一星期有三四天是蹄铁匠,偶尔当当锁匠和马医,必要时又是餐具匠和银匠,紧要关头甚至还充当珠宝匠(就像他所说的,一切能够谋生的工作)。铁匠根据他个人的丰富经验判断,这位邻居提议的实验不可能成功。尽管如此,他还是慷慨相助,熔炉和工具以及他本人,都完全听从保罗叔叔的安排。在他被煤灰弄脏的脸上,带着一丝顽皮和怀疑的微笑。
工作台上放着一个装满水的大陶碗和一个平底玻璃杯。熔炉里插进了一根沉重的铁棒,等待加热至通红。铁匠来回拉动风箱,保罗叔叔注视着铁条。当铁条足够热的时候,他就开始指导铁匠如何进行这个实验。
他对朱尔斯说道:“给玻璃杯装满水,然后用一只手托着它倒放到盆中,使杯口浸入水中。我会把铁条烧红的一段浸入倒立的玻璃杯下方的水中。别担心,我绝不会让它烫到你的手指。不要把瓶口提出水面,只需将杯子稍加倾斜,以便铁条能够插进杯口下方。”
在将这一切解释清楚以后,保罗叔叔急忙将烧至极热的铁条的一端插进了玻璃杯口的下方。水剧烈沸腾了一会儿,同时产生了许多气泡,可以看到气泡在上升,然后聚集在倒立的玻璃杯的底部。
叔叔说道:“生成的气体还不够多。你们继续拿好杯子,我还要用同样的方法操作三次,以获取更多的气体。”
那根铁条被放进熔炉,待到烧红后又插入水中,如此反复了好几次,收集到的气体也越来越多。这个过程非常缓慢,但仍在继续进行。铁匠也在不知疲倦地拉着风箱,和孩子们一样急于知道这个奇怪的实验会有什么样的结果。杯中收集的是什么气体呢?它也是无色透明的,看起来有点像空气。但如何区分它与外界的空气呢?在铁匠日常工作中,把烧红的铁条浸入水中而发出嘶嘶声是很常见的操作,他对此再熟悉不过了,但他没有进行深入思考。只有那些读过书的人——比如保罗叔叔——才会想到用烧红的铁条使水沸腾放出气泡,并用玻璃杯收集起来。他脸上的汗珠打湿了煤灰,就像墨水一样淌下,此时已经没有了怀疑的微笑,取而代之的是表现出浓厚兴趣的表情。熔炉就像一个值得尊敬的人,它绝不会对他隐藏任何秘密,毕竟谜团很快就要被解开了。
最后,保罗叔叔自己一手拿住了玻璃杯,使之略微倾斜,让气体慢慢地逸出,另一只手拿着一张点燃的纸,点燃逸出水面的气泡。很快,气泡就砰地一声发生了爆炸,喷出了火焰,但火焰非常暗淡,只有在背光处才能看见。这个铺子原本就很昏暗,倒是非常适合观看这种气体的燃烧。砰!接着又发生了第二次爆炸。砰!砰!砰!很快又发生了一连串的爆炸,每次都会释放出微弱的火光,就像是小型的连珠炮。
铁匠惊讶地说道:“防水炸药!它一到水面就爆炸了。请再操作一次,让我看清楚些。”
叔叔又倾斜着杯子。砰!砰!气泡逐渐升到水面,直至气体完全耗尽。
铁匠问道:“这种比火药更容易着火的气体是从水中来的吗?”
“它是烧红的铁条使水分解得来的。它还能从哪里来?我只用水和铁就得到了这种气体,甚至可以不需要铁,你们马上就能明白这一点。这种可燃性气体正是从水中得来的。”
铁匠困惑地摇了摇头,说道:“化学多么有趣啊!它能使水燃烧。如果有时间的话,我也想学点化学。”
叔叔回答道:“你每天都在练习化学,而且是非常有趣的化学。”
“化学——我?那么,我给雅克的骡子打蹄铁或者把西蒙的犁磨锋利,这算不算化学呢?”
“算,化学就在这些工作中,你每天都在练习化学,只是你没有意识到罢了。”
“我真没想到过这一点。”
“很快我就会向你们解释清楚一切的。”
“什么时候?”
“现在,就在今天。”
“我博学的邻居,我还有一个问题。这种来自于水的可以燃烧的气体叫什么名字?”
“它叫氢。”
“氢。好的,我记住了。等晚祷后有空,我会把你所做的实验给我的朋友们看看。现在请您继续吧。像我这种不学无术的人,本不应该一直问问题打断您给您的侄子们上课。能有您这样一位老师,这两个小伙子太幸运了。如果我也像他们一样年轻,我会请您当我的老师。但现在太迟了,我老朽的头脑已经读不进一本书了。现在,您还需要我还做些什么?”
“再生起火来,尽量把煤块底部烧红。我还要分解更多的水,不过这次不用烧红的铁条,而是炽热的煤块。我们会得到同样的可燃性气体——这证明它来自于水,而不是这个过程中使用的铁条或煤块。朱尔斯,拿好杯子。这个实验和用烧红的铁条是一样的。”
他们等了几分钟,让熔炉尽可能变热,然后用火钳夹住了一块炽热的煤块。保罗叔叔把它插入了杯口下方的水中。接着便有许多气泡上升到了杯中,甚至比用铁条时还要多。反复操作了几次以后,杯中几乎装满了气体。收集到的气体只要接触到点燃的纸片,就会喷出跟之前一样苍白的火焰。每次火焰喷出时都能听到轻微的爆炸声。总之,燃烧的煤块跟烧红的铁条所起作用完全相同。这足以说明,这种保罗叔叔称为氢的可燃性气体是从水中得来的。燃烧的煤块跟烧红的铁条是两种完全不同的物质,仅能促进水的分解,每次释放出少量的氢。
铁匠看了这个实验后,似乎陷入了沉思。他想起了每天在熔炉边工作的情景。保罗叔叔看透了他的心思。
他对铁匠说道:“告诉我,在锻接的时候,如果要将铁片尽可能变热,你会用什么办法?”
“什么办法?我此刻正在思考这种方法与氢的联系,因为它似乎可以解释我每天所做莫名其妙的事情。那个角落里有一个装满水的小水槽,我在里面放了一把长柄拖把。我用它来给熔炉中的煤块浇水,只有这种方法才能获得巨大的热量。”
“你只撒了一点水,火焰就燃烧更旺了,水看似乎会扑灭火焰,结果却能使火焰旺盛燃烧。”
“我就是这么做的,每次思考这个问题的时候,我总是非常困惑。现在看了氢的实验后,可能……”
“稍等一会。我马上就会解释这个问题。我知道,孩子们对于给煤块浇水可以使它燃烧更加旺盛这一事实感到非常惊讶,请你演示给他们看看吧。”
“好的,我很乐意为您做任何事,以弥补我落下的课程,今天我竟然有幸成为您的学生。”
铁匠又一次拉动了风箱,生起了火,又在上面新加了些煤块。然后将一根铁条插进了炽热的煤块中,等到铁条烧至极热,铁匠把它拿了出来。
他说:“看,它已经烧红了,即使快速拉动风箱也不能让它变得更热了。如果是平常的话,它已经足够热了。但如果要进行锻结,它得变得更热才行。这时,我会用拖把在火上撒几滴水,但不能撒太多,因为撒多了会使火焰熄灭,这一点你们也非常明白。”
铁匠把铁条放回了熔炉,往煤块上撒了少量的水。两个孩子就像两个学徒一样,各自站在铁匠的两边,注视着铁匠所做的一切。对于这个普通的操作,他们一定见过很多次了,只是没有注意罢了。而现在,对于水中含有的可燃的气体氢的性质,叔叔已经让他们见识过了,所以他们对此表现出非常浓厚的兴趣。要对任何事情产生兴趣,必须对它特别关注。知识会让我们周围的一切增添魅力。
浇到煤块上的水立即起了效果。起初火舌饱满绵长,底部非常明亮,顶端呈现红色,并带有烟雾,突然之间就缩进了燃料中。接着,煤块的各个缝隙处喷出了很短的火焰,并发出了明亮的白光。这些白色的火舌正是氢燃烧的火焰,在白天很难看清楚。很显然,它们的温度很高,因为煤块在这种火焰的燃烧下也放出了耀眼的光芒。铁匠又将铁条抽了出来,但这次铁条已不再是红色的,而是耀眼的白色。只听得一阵爆裂声,铁条喷射出了一束灿烂的火花。
埃米尔后退了一步,避开了喷射的火花,说道:“就像是在氧中燃烧的铁一样。”
铁匠回答道:“是的,铁条燃烧了,如果熔炉一直保持现在这样的热量,而且铁条放在熔炉里很长时间,你会看到铁条越来越细,直至完全烧尽。你们看看铁砧周围的地板,有很多燃烧后的碎铁渣,它们是被锤子从热铁上敲下来的。”
“我知道,它们是氧化铁。”
“是不是氧化铁我不知道。我只知道这些碎铁渣是燃烧过的铁。当我给熔炉撒水使它变热的时侯,会出现很多碎铁渣。现在且听听你叔叔怎么说。我的邻居,为什么水可以可以生出这样的火来呢?倘若不用水,铁只能变成赤热;倘若用了水,铁却能变成白热。我不明白的地方就在这里。”
保罗叔叔回答道:“你会明白的。我告诉你,氢是释放热量最多的燃料。木头、煤块、木炭以及任何其他燃料燃烧都没有氢放出的热量多。它是最佳的燃料,具有无可比拟的易燃性,能放出最多的热量。”
铁匠回答道:“现在我明白了。在我往熔炉里燃烧的煤块撒水时,正如你所说,水分解了,就像我看见你把烧红的煤块放进杯底一样。生成的氢与煤混合后便燃烧起来,由于氢是最佳的燃料,它放出了巨大的热量,铁因此变成了白热,以便于锻接,是不是这样?”
“正是如此。水被燃烧的煤块分解后,为炉火增添了最佳的燃料。我不是告诉过你,你每天都在练习化学这门科学吗?”
“是的,你是对的。我从来就没想到过这一点。我怎么可能知道给煤块洒水会产生氢呢?人必须要读书才能知道这些东西,我的邻居。但像我这种无知的人整天把时间耗费在挥锤打铁上,是没有时间来看书的。保罗先生,我还有一个问题想问你。我听有学问的人说过,如果发生了火灾,而且火势很大,要是没有大量的水,还不如不救火的好,最好是用土之类的东西把火闷熄,这是不是跟氢有关呢?”
“的确有关系。如果将少量的水洒在灼热的火上,水就会分解,为原来的火焰增添了氢这种燃料。因此,火不但没有被扑灭,反而烧得更旺,就像你往熔炉里撒少量水会放出更多热量一样。但是,如果你不是撒少量水来润湿煤块,而是用桶泼水,火就会熄灭。因此,如果水太少,只能是杯水车薪,火上浇油。”
铁匠说道:“听君一席话,胜读十年书。我的熔炉随时供您使用。我的生意比较少,熔炉经常都闲置着。如果您在化学上需要我的装置和工具,请尽管使用。”
保罗叔叔谢过铁匠后便离开了。朱尔斯在铁砧周围拾了一把碎铁渣,带了回去,留作闲暇时研究。
回到家后,孩子们得到了叔叔的同意,亲手来做铁匠铺看过的实验。这种从水中生成的可燃性气体让他们非常吃惊,所以他们想再看一次,尤其是想在没有叔叔帮助的情况下亲手做这个实验。实际上,这个实验的操作非常简单,也不需要使用任何危险药品。诚然,铁匠非常乐于助人,但孩子们不愿意太麻烦他,耗费他许多时间。而且,也许还有蹄铁等着他打,或者有工具等着他用熔炉修复呢。在繁忙的时候做这样的化学实验只会给生性善良的铁匠带来麻烦。目前家里是做实验的最好的地方。没有任何人打扰,他们可以反复做这个氢实验。但这行不行得通呢?
叔叔回答道:“完全可行。取一个火盆,点燃几块木炭,它们跟煤块一样,甚至更好。准备一满盆水和一个平底玻璃杯,完全按照在铁匠铺的操作进行实验。等到木炭烧红以后,用火钳一个一个地夹起来,然后迅速插入杯口下方的水中。这样你们就能获得这种可燃性气体,这跟用熔炉中炽热的煤块获得的气体一样。实验能否获得成功,完全在于你们所用的木炭是否跟风箱扇出来的煤块一样热,因为木炭越热,水分解得就越多。最后,我得提醒你们,一定要小心,不要烫到你们的手指。”
朱尔斯说道:“不用担心。让埃米尔拿住瓶子,我夹木炭,我很小心,绝不会到烫伤他的手。”
“我还要告诉你们,如果用热铁,实验肯定会成功,但是火盆无法将铁条加热至赤热。如果你们想要再试一次的话,千万要小心,不要烫到自己。”
做完这些指导后,保罗叔叔让侄子们自己做实验。他们在火盆中装好了木炭,火盆通风良好,木炭也燃烧起来。这两个少年化学家很快就把木炭底部烧得炙热。如他们所愿,操作进行得非常顺利,氢泡开始上升。朱尔斯盯着氢,看见氢点燃后发出了微弱的淡蓝色火焰,这与在铁匠铺用赤热的铁条制备的氢燃烧的火焰不同。经朱尔斯提醒后,连埃米尔也看出了这一区别。
他们又用铁做了一次实验。但他们只找到了一根窗帘杆,就算是有更大的铁条也不能把它加热至赤热。为了获取少量的氢,他们耗费了大量的时间和耐性,对这根细铁条反复加热。他俩重复操作了很多次,忙得满头大汗,但最后只获得了极少量的氢,点燃后发出的火焰微弱得几乎无法看见。尽管如此,这已经够了,因为叔叔原本就告诉过他们,不要期望有巨大的成功。