保罗叔叔接着说道:“我曾经说过,要给你们看不会破裂的氢气球。现在是时候实现我的诺言了。埃米尔的旧玩具中有我们实验需要的东西。埃米尔,你还记得你两苏钱一个买的红气球吗?那时候,你用长线拴着它玩耍,简直乐开了怀。”
埃米尔急忙回答道:“我记起来了。比起有成对动物的诺亚方舟和摆在桌子上当玩伴的铅制战士,气球要好玩多了。这些气球刚买来还好好的,但没过几天就飞不起来了,从那以后,我就把这些瘪气球放在了我的玩具盒里面,这都过去好长时间了。”
“你有没想过,为什么第一天很容易飞上天,而第二天就不行了呢?”
“是的,我想过,但没想出来是其中的原因。”
“让我来告诉你原因。这些气球中充满了氢,跟我们昨天用来吹肥皂泡的气体是一样的。它的表面是用一层弹性很强的橡胶薄膜做成的,所以它能在内部氢的压力下自由膨胀。我们可以看到,虽然它的表面非常薄,气密性也大大超过了最紧密的织物,因为织物的网眼间有无数的缝隙,但氢非常细微,仍能穿过这层薄膜,逃逸到外面。于是气球逐渐变小,或者仍然保持圆形,里面的氢与外界空气隔着橡胶层相互渗透。结果,无论是部分氢的逸出,还是氢与外界空气发生了交换,气球的浮力会比以前减小很多,二十四小时以后,它们就无法飞起来了。要让气球重新恢复活力,必须再次填充氢。”
“如果我早明白这一点的话,我肯定会让你帮我给气球充点氢的。”
“化学知识是很有用处的,给瘪气球充氢自然也不在话下。如果你的气球没有洞的话,我们就可以做个氢气球,像以前一样把它放飞到空中。去把气球拿来吧。”
埃米尔跑出了房间,很快就拿回了两个皱瘪的气球,里面已经没有氢了。但是埃米尔非常珍惜他的玩具,在他的精心保管下,所有的旧玩具都非常完好。这些橡胶薄膜曾经是充满活力的气球,但现在已经松瘪了,毫无生气。叔叔往气球里面吹了一口气,没有发现破洞。
他说道:“这两个气球是好的,现在我们开始工作吧。我拿一个容量约为一升的普通瓶子,往里面装些水和一大把锌屑,在一个和瓶颈紧密贴合的穿孔软木塞上,插进了一根直玻璃管(如果没有直玻璃管,用烟斗管也行,用鹅毛管就更好了),再将它的自由端插入气球的开口,用一根线绑好,防止漏气。现在将硫酸倒进瓶中,等到混合物发生反应,释放出大量的氢,再用手挤压气球,把空气从鹅毛管赶出来,同时将软木塞插进瓶口。然后松开气球,让反应自发地进行。松瘪的气球在瓶中反应放出的氢的压力下,逐渐膨胀绷紧。现在你们看,它已经完全变成球形了,如果继续充更多的氢,就会发生爆炸。最后,在略高于鹅毛管处,用一根结实的线把气球口绑在上面。这样,就可以将氢留住一段时间。然后解开鹅毛管上的气球,放出瓶中生成的氢,以免瓶中聚集过多,冲开塞子造成液体喷溅。”
朱尔斯见气球摇摇晃晃,似乎是想要往上飞,便提议道:“现在我们把它放了吧,看能不能飞起来。”但叔叔用手拦住了他。
埃米尔说道:“我不会放它走的,系根长绳子在上面吧。”
叔叔建议道:“在系绳子之前,让我们先考虑一下气球中装了多少气体?我想至多一升。那么,它里面的氢的重量大约是0.1克,是同等体积空气重量的十四分之一,两者相差1.3克。假如气球橡胶重1克,那么气球将只能拖拽起重0.3克的绳子。0.3克的力量非常微小,所以不要系太长的绳子。”
“你是对的。气球浮力很小,拖拽不起很长的绳子。那我们系一根细绳子吧。”
细绳子绑到气球口后,气球升了起来,但出乎孩子们意料的是,它并没有飞得很高。
孩子们问道:“它停止了上升,这是为什么呢?”
“因为它上升得越高,拖拽的绳子就越长,绳子的重量都加到了气球上。因此,当气球橡胶、氢和绳子加起来的重量等于氢排开空气的重量时,气球就不能上升了。既然埃米尔想留住这个气球,我们可以再吹一个气球,然后自由放飞,让它想飞多高就能飞多高。”
没有了绳子重量的束缚,气球上升得很快,不一会儿就消失在了视线中。它会飞多高呢?没有人知道。但无论飞得多高,迟早会掉下来的,因为里面的氢和外界的空气会透过中间的橡胶薄层不停地发生气体交换。气球会越变越重,逐渐掉到地上。但没有人知道它会随风飘荡到哪里。
朱尔斯问道:“要是我们没有埃米尔没有以前玩的那只红色气球,能不能用猪的膀胱来代替呢?猪的膀胱就是一个天然的大气球,而且非常容易得到。”
“如果实在没有的更好材料,也可以拿猪的膀胱来试试。用它做成的气球的确很大,而且薄膜非常牢固,但它上面到处都是油腻的脂肪层。你一定还记得,气球的薄膜要尽可能轻,这样氢就不需要拖拽相当的重量。一升空气仅能升起不超过一克的重量。我们假设猪的膀胱可以装四升的氢,即可以升起大约4克的重量,但如果猪的膀胱超过了这个重量,气球就会下降。如果要使猪的膀胱做成的气球升起来,必须先刮掉薄膜上的脂肪层,去除所有表面物质,减小它的厚度,并尽可能减轻它的重量,同时还必须留心,不要将薄膜刮破。完成这些极度耗费耐心和技巧的工作后,才有可能成功。
“我们村庆祝节日时,有一个节目就是放气球,但这种气球充的不是氢,而是热空气。人们在放飞气球时会大声欢呼,燃放火炮。这种火炮是用填满火药的喷射枪组成的。我们不妨也来点化学娱乐,做个火炮来和气球做伴。取一个瓶子,往里面装点砂浆、氢和火药。每次我们点燃氢时,虽然上升到水面的气泡很小,仍能听到轻微的爆炸声。现在只需找出引起这种爆炸的原因,然后制作出爆炸声更大的东西。我们可以推测,在这里空气是必须的,或者更准确地说,空气中的氧是必须的。让我们来看看,氢和空气混合时会发生什么。
“在这个容积大约为0.25升的细颈瓶中,我注入了三分之一的水,然后把它倒扣在这个水盆中。在发生反应并产生氢的瓶中加入一定量的硫酸,再用一根弯管将生成的氢导入到细颈瓶中,将水排出并占据它的位置。等到细颈瓶充满气体后,空气和氢的比例也为二比一。然后我塞紧细颈瓶的塞子,用毛巾给瓶子缠上几转,只露出瓶颈。这样我们的枪就上好了子弹。现在可以开火了。”
说着,保罗叔叔一手握住了毛巾包裹的瓶身,打开了瓶塞,把瓶口对准了桌子上的蜡烛火焰。接着便发生了猛烈的爆炸,震得两个孩子胆战心惊。
“好一只氢枪!”埃米尔尖叫道,“这种火药简直太棒了。叔叔,请你再来一次吧。”
叔叔又重复了几次——也就是说——装满氢和空气混合物的隐形火药又爆炸了几次。在孩子们的要求下,又开了好几枪。爆炸声调的高低随着氢和空气的混合比例的不同而不同:有的声音饱满短促,就像枪声一样,有的声音就像嘈杂的呼啸声,有的声音就像小狗尾巴被踩住时的尖叫,埃米尔觉得这声音最有趣了。
保罗叔叔接着说道:“这把氢枪告诉你们,氢和空气组成的混合物,只要一遇到火焰,就会立即着火,猛烈地爆炸。虽然这种混合物是不可见的,却是威力惊人,如果出口很小,可能会把容器炸成碎片。我之所以用毛巾缠住瓶子,就是为了防止它炸成碎片。出于同样的原因,我在这个实验中特地选择了一个不超过0.25升的瓶子。因为如果用大的瓶子,爆炸时实验者会受到严重的伤害。
“你们已经知道,空气是一种由活泼的氧和不活泼的氮组成的混合物。很显然,在氢的爆炸实验中,氮并没有起作用,因为它的惰性和较多的含量会阻碍化学作用进行并缓和这一爆炸。氧是唯一的活泼气体。如果我们撇开氮,用纯氧来做实验,爆炸声一定会更大。这个实验所需的东西已经全部准备好了,今天早上我已经事先制备了一瓶纯氧。它就倒立在角落的水盆里。在开始试验之前,我必须告诉你们,要使爆炸声最大,氢与氧的比例应为二比一。
“我在一个广口玻璃瓶中装满了水,用以容纳爆炸混合物。然后将它倒立在水中,转移一部分氧到瓶中,用刚才的长颈小瓶来做衡量单位,再加入两倍的氢。在这完成后,‘火药’就准备好了。你们看广口瓶,虽然什么都看不到,却含有危险的爆炸物。在点燃它之前,最好先做好防范措施,否则,玻璃广口瓶会炸成碎片,对我们造成严重的伤害。当然,只要没有点火,就没什么可怕的。如果你们想要自己动手做这种实验,请记住:即使身边有水,也无法防范因粗心带来的严重后果。这种爆炸物不像普通的火药,与是否干燥无关,即使在水中仍然有很强的爆炸威力。
“我用一支漏斗把刚才使用的混合气体装进一个细颈瓶,然后塞紧塞子,用一块布小心地缠在瓶身上,以防止瓶子炸裂(这比前一个实验恐怖多了)。现在我只打开瓶盖,让瓶口靠近蜡烛火焰。注意了!一二三——”
“开火!”孩子们大声叫道。嘣!整个房间为之一震,就像有人开了一枪一样。埃米尔跳了起来,着实吓了一跳。
他说道:“没想到,这种看不见的东西也能发出这么大的响声。太难以置信了!要不是我事先知道是怎么回事,我肯定会堵住耳朵。”
“的确如此。这个实验需要听,而不需要看。如果你把耳朵堵上了,肯定听不到爆炸声了。不要害怕,我的孩子,否则我要停止开火了。”
叔叔又重新点燃了蜡烛,因为每次混合气体爆炸时都会将蜡烛吹灭。他又重复了这个实验。爆炸声将窗户震得咯咯直响。但这次埃米尔站得稳如磐石,丝毫没有之前的畏惧。他甚至坚定地注视着实验进行的情况,只见一条长约一米的火舌猛烈地冲出了瓶口。又重复了几次实验后,埃米尔竟然变得非常勇敢,甚至要求他自己来握住这个瓶子,像叔叔一样做这个实验。
叔叔回答道:“好的,我答应你。现在再没有什么好怕的了。这个瓶子经过了很多次实验都完好无损,应该能够经受住爆炸所施加的压力,可以继续用它来做实验。但是,为安全起见,必须缠上一块布,万一瓶子炸成碎片,也不会四处飞溅。大胆地握住瓶子,没什么好怕的。”