李比希在人们习以为常的现象里,能够从另一个角度想问题,因而发现了问题的关键。很快,德国也生产出了高质量的染料,而且在生产时无需用力搅动,工人也不用再忍受那刺耳的响声了。
芒硝是谁最早发现的
距今300多年,在意大利的那布勒斯城里,有位21岁的德国青年正在那里旅行。他叫格劳贝尔,后来成了一名化学家和药物学家。
格劳贝尔因为家境贫寒,没有进大学深造的条件,他便决定走自学成才的路。格劳贝尔刚刚成年时,他就离开家,到欧洲各地漫游,他一边找活儿干,一边向社会学习。可是很不幸,格劳贝尔在那布勒斯城得了“回归热”病。疾病使他的食欲大减,消化能力受到严重损害。看到格劳贝尔一天比一天虚弱,却又无钱医治,好心的店主人便告诉他:在那布勒斯城外约10千米的地方,有一个葡萄园,园子的附近有一口井,喝了井里的水可以治好这种病。格劳贝尔被疾病折磨得痛苦不堪,虽然半信半疑,还是决定去试试。奇怪的是,他喝了井水后,突然感到想吃东西了。于是,他一边喝水,一边吃面包,最后居然吃下一大块面包。不久,格劳贝尔的病就痊愈了,身体也强壮起来。回到家里,他便把这件稀奇事告诉了亲友。大家都说这一定是神水,天主在保佑他呢!格劳贝尔自然是不相信这一套的,可究竟该怎么解释呢?
这件事像是有股魔力,时时缠绕着格劳贝尔。一天,他终于耐不住,又去了那布勒斯一趟,取回了“神水”。整整一个冬天,格劳贝尔哪儿也没去,关起门来一心研究着“神水”。他在分析水里的盐分时,发现了一种叫芒硝的物质。格劳贝尔认为,正是芒硝治好了自己的病。于是格劳贝尔紧紧抓住芒硝这一物质进行了大量研究,了解到它具有轻微的致泻作用,药性平和。由于人们历来就有一种看法,认为疏导肠道通畅对身体健康有极大好处,所以格劳贝尔认为自己得到了医药上重大的发现,把它称为“神水”、“神盐”,后来还把它称为“万灵药”,他相信自己的病就是喝这种“神水”治好的。
这是大约发生在1625年前后的事,化学还没有成为一门科学,格劳贝尔对万灵药的兴趣还带有炼金术士的色彩。1648年,格劳贝尔住进一所曾经被炼金术士住过的房子,把那个地方变成了一所化学实验室,在实验室里设置了特制的熔炉和其他设备,用秘方制出了各种化合物当做药物出售,其中包括我们现在称为丙酮、苯等液态有机物。
格劳贝尔不愧是一位启蒙化学家。至于格劳贝尔当年发现的“万灵药”芒硝,现在已经弄清楚,它是含十个结晶水的硫酸钠。硫酸钠在医学上一般用作轻微的泻药,更多的用途是在化工方面:玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等,都少不了要用大量的硫酸钠;冶金工业上用它做助熔剂;硫酸钠还可用来制造其他的钠盐。
瞧,要是当初格劳贝尔痊愈后,以为万事大吉,不再去深追细究,哪里会有以后的这么多发现呢!为了纪念格劳贝尔的功绩,人们也把芒硝称为“格劳贝尔盐”。
应该说明的是,关于芒硝的医药效能,早在我国汉代张仲景的医著《伤寒论》和《金匮要略》,还有晋代陶弘景的《名医别录》中都有记载。所以,要说最早发现芒硝有医药效能的还应该是我们中国人。只可惜我们未能用科学的方法对它做进一步地研究。
葡萄酒桶里的硬壳——酒石酸之谜
1770年的夏季,瑞典的天气异常炎热。有一天,斯德哥尔摩城里的沙兰伯格药房,运进了几大桶葡萄酒。工人们正把沉重的酒桶从马车上卸下来。这时,药房里一位年轻的药剂师走了过来。他打开桶盖,仔细看了看。葡萄酒质量是上等的,只是经过一路太阳的暴晒,桶壁上结了厚厚的一层淡红色的硬壳。
“咦,这是什么东西?”
显然,这硬壳引起了药剂师的兴趣,他刮下了一些硬壳,拿回自己的房间。
这位药剂师名叫舍勒,他从15岁开始到药房当学徒。舍勒没有进过大学,但他勤奋好学,对化学特别感兴趣,喜欢动手做各种实验。他利用沙兰伯格药房的丰富藏书和工作的便利条件,自学了许多化学家的著作,还亲自动手检验了不少物质的化学性质。
晚上,舍勒兴冲冲地喊来了他的朋友莱齐乌斯。莱齐乌斯是位年轻的大学生,同舍勒有着相同的志趣和爱好,他们经常在一起讨论问题,做各种实验。舍勒拿出从酒桶里刮下的硬壳,他们用加热的办法把硬壳溶解在硫酸里,等冷却后便析出一种晶莹透明的晶体。
咦!这淡红色的硬壳是什么?
看着这块晶体,舍勒和莱齐乌斯琢磨开了:这到底是什么东西呢?它的味道是甜的,还是苦的?舍勒想,这东西既然是从葡萄酒的沉淀物中提取出来的,大概不至于有毒。他决定亲口尝一尝,便拿起一块晶体,用舌头轻轻舔了舔,嗯,原来它既不是甜的,也不是苦的,而是有一种类似酸葡萄的味道。他们又把晶体溶解在水里,经过几次实验,发现它有许多酸的性质。于是,舍勒和莱齐乌斯便给它取名为“酒石酸”。
酒石酸提取成功后,两位年轻人兴致勃勃地将他们的发现写成论文,寄给了瑞典皇家科学院。谁知道,世俗的观念使这两个无名小辈的研究成果遭到冷遇,他们的论文被搁置在一旁,无人问津。
舍勒等了很久,没有接到皇家科学院的答复。不过,他并没有因此灰心。舍勒想,自然界的植物中,一定还有许多不为人知的酸。于是,他按照发现酒石酸的方法,从植物中提取了许多种酸。1776年,他制得草酸;1780年,制得乳酸和尿酸;1784年,制得柠檬酸;1785年,制得苹果酸;1786年,制得没食子酸。至于他们最早发现的酒石酸,并没有长期被埋没,它后来主要被用于食品工业,如制造饮料。酒石酸还可与多种金属离子结合,做金属表面的清洗剂和抛光剂。
瞧,这一个接一个的成功,不都来自于偶然沉淀在葡萄酒桶里的硬壳吗?
凯库勒的梦中发现是真是假
凯库勒
你很可能在中学化学课堂上听到德国化学家凯库勒(1829—1896年)在梦中发现苯环结构的故事。如果你的化学老师忘了讲,那么你很可能在某一本面向少年儿童的科普读物中读到它。这个故事的背景是这样的:已知一个苯分子含有6个碳原子和6个氢原子,碳的化合价是+4价,氢则是+1价,有机物的碳原子互相连接形成碳链,那么在饱和状态下每个碳原子还应该与2个(在碳链中间)或3个(在碳链两端)氢原子化合,算上去6个碳原子应该和14个氢原子化合,比如己烷就是这样的。苯分子只有6个氢原子,说明它的碳原子处于极不饱和状态,化学性质应该很活泼。但是苯的化学性质却非常稳定,说明它和不饱和有机物的结构不一样。
苯究竟有什么特殊的分子结构呢?这个问题把当时的化学家难住了。凯库勒也对此百思不得其解。故事说:一天晚上,凯库勒坐马车回家,在车上昏昏欲睡。在半梦半醒之间,他看到碳链似乎活了起来,变成了一条蛇,在他眼前不断翻腾,突然咬住了自己的尾巴,形成了一个环……凯库勒猛然惊醒,受到梦的启发,明白了苯分子原来是一个六角形环状结构。
凯库勒是在1865年发表有关苯环结构的论文的。1890年,在柏林市政大厅举行的庆祝凯库勒发现苯环结构25周年的大会上,凯库勒首次提到了这个梦。和后来的流行版本略有区别的是,他说他是在火炉前撰写教科书时做的梦的。这个故事很快传遍了全世界,不仅一般人觉得有趣,心理学家更是对它感兴趣。一百多年来,众多心理学家在提出有关梦或创造性的理论时,都喜欢以此为例。据说它是研究创造性的心理学文献中被举得最多的一个例子。
一个人是否做过某个梦,由他本人说了算,空口无凭,别人不好判断真假。凯库勒既然在25年后当众亲口说他做过这么个蛇梦,我们只好相信他了。不过凯库勒做的可不是一般的梦,而是与科学发现有关的,那就有可能找到支持或反对它的间接证据。美国南伊利诺大学化学教授约翰·沃提兹在19世纪80年代对凯库勒留下的资料做了透彻的研究,发现有众多间接证据能够证明凯库勒别有用心地捏造了这个梦故事。
其实关键的证据有一条就够了。凯库勒说他是受梦的启发发现了苯环结构的,如果我们能够证明在凯库勒之前已经有人提出了苯环结构,而且凯库勒还知情,那么,我们就可以认为凯库勒没有说真话。事实的确如此。沃提兹发现,早在1854年,法国化学家奥古斯特·劳伦在《化学方法》一书中已把苯的分子结构画成六角形环状结构。沃提兹还在凯库勒的档案中找到了他在1854年7月4日写给德国出版商的一封信,在信中他提出由他把劳伦的这本书从法文翻译成德文。这就表明凯库勒读过而且熟悉劳伦的这本书。但是,凯库勒在论文中没有提及劳伦对苯环结构的研究,只提到劳伦的其他工作。
所以,凯库勒是没有必要从梦中得到启发的。凯库勒编造这么个离奇故事的原因,可能正是为了不想让人知道他的重大发现与法国人有关。在当时的德国反法情绪很盛行,年轻时曾在巴黎留学的凯库勒也受到感染。沃提兹发现,凯库勒在一封信中把法国人叫做“狗崽子”。或许可以说,这是一种“爱国主义”的剽窃行为。
在凯库勒之前,还有别人提出苯是环状结构,其中值得一提的是奥地利化学家约瑟夫·洛希米特。他在1861年出版的《化学研究》一书中画出了121个苯及其他芳香化合物的环状化学结构。凯库勒也看过这本书,在1862年1月4日给其学生的信中提到洛希米特关于分子结构的描述令人困惑。所以即便凯库勒在1865年时已忘了劳伦提出的苯环结构,也还可以从洛希米特的著作那里得到启发,不必靠做梦。不过,洛希米特把苯环画成了圆形,而劳伦则是画成正确的六角形,更接近于凯库勒提出的结构式。所以,沃提兹倾向于认为凯库勒是从劳伦那里抄来的想法。
1990年,在沃提兹的组织下,美国化学协会举办了一次关于苯环结构发现史的研讨会。自此真相该大白了吧?并不。不仅科普文章、大众媒体继续对凯库勒的梦津津乐道,科学史学者、科学哲学家、心理学家也继续煞有介事地研究凯库勒的梦。在1995年《美国心理学杂志》还刊登了一篇长达20页的研究“凯库勒发现苯分子结构的创造性认知过程”的论文,探讨凯库勒的梦是什么样的心理状态。2002年举行的第四届创造性与认知国际会议上也还有人举凯库勒的梦为例。一个有趣的虚构故事是很难被枯燥的事实真相所取代的,尤其是当它可以被用来作为支持自己的学说的例证时更是如此。