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第18章 氩元素的发现

詹森和洛克耶发现氦以后24年——1892年,著名的英国科学杂志《自然》9月号上刊登了一封来信,信中说:“我对于最近测得的氮的几个密度,并不一致。虽然两个密度相差只有5‰,但是仍然超出了实验误差的范围。希望贵刊的读者们能提供宝贵意见。瑞利谨启。”

这是怎么回事?瑞利是一位英国物理学家,他研究各种气体的密度已经有10个年头了。实验室里有当时最精密的天平,灵敏度达到万分之一克。在测定氮气的密度的时候,他使用两种来源的氮气进行测定,以便比较。一种氮气是从空气中去掉氧、二氧化碳和水蒸气以后得到的,测得的密度是1.2572克/升。另一种氮气是从氨中制得的,它的密度是1.2508克/升。虽然两者只差0.0064克/升,可这是不正常的。瑞利又重复做了好几次测试,结果还是一样。瑞利就这样请求《自然》杂志的读者一同来解答这个难题。可是一封回信也没收到。

1894年4月19日,瑞利在皇家学会上介绍了他的实验结果。报告完了,化学家拉姆赛来找瑞利说,两年前我弄不清这个问题,现在明白了:从空气中得到的氮气一定含有较重的杂质,一种未知的气体。于是两人就一起合作来解决这个科学上的难题。

在这次会上,有一位物理学家杜瓦向瑞利提供一个重要的线索,瑞利回去后立刻查阅古老的技术档案。果然,早在1785年,英国科学家卡文迪许就做过了这个实验。从空气中将人们已经知道的氮、氧、二氧化碳这些成分除尽后,发现还残留着少量的杂质。这些杂质即使在放电条件下也不和氧气化合。杂质总量不超过全部空气的1/120。

当时谁也没有想到,就在这少量杂质里竟隐藏着一个化学元素家族。

瑞利在实验室中重新做109年前卡文迪许做过的实验。他利用一个大圆底烧瓶倒竖在碱水槽里,烧瓶内通进两根金属导线,两线尖端相距只有几厘米。然后通电发生电火花,使瓶中空气里的氧气和氮气化合成二氧化氮。另外,将苛性钠溶液经由一根玻璃管通向瓶内,把生成的二氧化氮吸收掉。他终于得到了足够的气体。

拉姆赛用的是另一种方法。他用干燥剂除水,碱石灰除二氧化碳,热铜屑除氧,先后将空气中的这几种成分清除干净。接着,他让气体一次又一次地流过装有赤热的镁屑的瓷管。镁屑同大部分氮气反应生成氮化镁,剩下一小部分气体。这样每通过热镁屑一次,气体体积就要缩小一些,密度则增大一些。最后剩下的一点点气体,在通过热镁屑时,体积不再缩小,密度也不再增大了。

拉姆赛把这种气体封装在两端焊有电极的玻璃管里,通上电,玻璃管中的气体闪闪发光。用分光镜检查,发现光谱中有橙色和绿色的谱线。这是已知元素所没有的谱线,是一种新的元素。

物理学家瑞利在两年前提出的问题,这次由化学家来帮助给弄清楚了。原来用氮的化合物制成的氮气,是纯粹的氮气,密度较小;由空气中得到的氮气是不纯粹的,密度较大,里面混有一些未知的气体。

这种新发现的气体元素,跟氢、氯、氟和各种金属都不发生化学作用,跟碳、硫也不发生任何化学作用。不管加温、加压或用电火花也好,用铂做触媒也好,它还是不跟任何物质反应。根据这个性质,科学家给它取名为“氩”。氩的希腊语就是“懒惰”的意思。

氩是无色的气体,在空气中约占0.93%,比别的惰性气体含量高。氩比空气重约50%。氩在电场的激发下,会发出浅蓝色的光,可用来制作蓝色的霓虹灯管。用氩来填充白炽电灯泡,可增加亮度,还可延长灯泡寿命。在焊接一些活泼金属时,用氩做保护气体,可以防止镁、铝等在高温中氧化。

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