(09)科技之谜-第17章
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价，并用短线，亦即化合价加以表示。这在当时成了一股风。比如说，氢具
有一个化合价，氧具有两个化合价，氮具有三个化合价，碳具有四个化合价。
而且，各自伸出手，以手握手的形式组成化合物。比如说，一个氧和两个氢
结合成水，一个碳和四个氢结合成甲烷。
但是，碳和氢组成的化合物种类相当多，碳原子和氢原子往往分别由几
个到几十个结合在一起。这些碳原子和氢原子是怎样结合在一起的呢？当时
还不太清楚。举一个简单的例子说，乙烷是由两个碳原子和六个氢原子组成
的，但是，碳的原子价合计为八个，氢为六个，所以，双方对不上。
凯库勒得到了解开这个谜的启发。事情是这样的，1854年，凯库勒作为
讲师被派往伦敦。一天晚上，他去朋友家玩。回来的路上，坐在最后一班双
层蒸汽公共汽车上层。在车上，他昏昏欲睡，作起梦来。大原子和小原子在
他眼前跳跃。渐渐地大原子聚集起来，连成一条链子，只在一端附着小原子。
在乘务员的报站声中，他突然醒来，一个清晰的想法在他脑海里形成了。即：
碳水化合物的结构是，碳原子互相结合，形成了一个长链，而氢原子附在上
面。这种碳水化合物被称为链式化合物。
但是，这种理论也解释不了由六个碳原了和六个氢原子组成的苯那样的
化合物。1865年的一个晚上，凯库勒在家里写教材。心情不大好，因此，坐
在椅子上烤火，昏昏欲睡，又作起梦来。梦中，原子开始在他眼前跳跃。而
这次，原子连成一串，像一条蛇，一会弯曲，一会翻蜷。但是，突然，一条
蛇咬住自己的尾巴形成了一个环，滴溜滴溜地转了起来。凯库勒像被电击了
似地陡然醒来。
当天晚上，他通宵未眠，经过深思熟虑，终于确立了苯是由六个碳原子
结合在一起，形成六角形的环状结构的理论。这个环是难以打破的，有这样
环的化合物被称为芳香族化合物。
根据凯库勒的结构理论，可以把很多碳氢化合物整理、分类得一清二楚。
而且，以苯为出发点，很多重要的芳香族化合物都可以合成了。这些都是从
梦的启发中取得的成果。
落在火炉上的橡胶导致了重大发明
“如果你在路上看到头戴胶皮帽，身披胶皮风衣，内着胶皮背心，下穿
胶皮裤子，脚登胶皮鞋，手拎胶皮钱包 （里面没有一文钱）的人，那他一定
是古德伊尔。”
1840年前后，美国康涅狄格州新黑文的居民是这样嘲笑古德伊尔的。确
实，查尔斯·古德伊尔（1800～1860年）中了橡胶迷。他一生都很贫穷，生
活困苦不堪，因为还不起借债而几次坐牢。但他却终生热衷于研究橡胶的制
法和改良质量的方法，从未间断过。
橡胶是生长在南美的橡胶树的树液收集起来凝结而成的。刚开始时，橡
胶只是用来做橡皮。但是，1823年，美国的麦金托什把橡胶徐在布上，做成
雨布后，橡胶的水密性和气密性引起了人们的注意。但是，橡胶有很大的缺
点，夏天在高温下溶化，粘糊糊的，而冬天却又硬梆梆的。要使橡胶实用化，
首先必须克服这种缺点。
古德伊尔从1830年前后起，开始研究改良橡胶的质量问题。他想出了一
种办法，即把氧化镁掺入橡胶，然后用石灰水煮，使橡胶表面光滑，但这种
办法未能实际应用。接着，他发现了用硝酸煮橡胶，可以消除其粘性的方法。
他在纽约成立了公司，用这种橡胶制造台布和围裙等，但在1836年的金融恐
慌中破产了。
1837年，古德伊尔回到他的故乡新黑文，认识了纳撒尼尔·海沃德。海
沃德想出了在橡胶表面撒上硫磺粉末，然后拿到太阳底下晒，以改变橡胶质
量的方法，获得了专利。古德伊尔买下了他的专利权，合资生产政府征购的
橡胶邮袋，但又失败了。
1839年，他把橡胶、硫磺和松节油精掺在一起用坩埚煮。他手里捏着坩
埚耳和朋友谈话，谈着谈着，忘记了手里的坩埚，一打手势，橡胶块从坩埚
里飞了出来，落在烧得通红的炉子上。若是普通的橡胶，遇热就会熔化流下
来，然而这块橡胶却没有溶化，逐渐烧焦了。
古德伊尔的脑海里立刻闪现出一个念头，在橡胶里加进适当的硫磺，用
适当的时间进行适当的加热，就一定能得到不发粘的胶皮。他又反复进行实
验和研究，终于确立了橡胶加硫的制造法。
这构成了后来整个橡胶工业发展的基础。但是，这个发明几乎没有给古
德伊尔本人带来任何好处。据说，他终生都和他人侵犯其专利权作斗争，而
死时只留下了20万美元的债务。
在寻找铝的过程中得到碳化物
1886年，美国的查尔斯·梅钦·霍尔（1863～1914年）和法国的鲍尔·路
易·艾尔（1863～1914年）分别独立地发现了把冰晶石掺入氧化铝进行熔化
电解的方法，从而使铝进入大量生产阶段。在此以前，铝的价格高得大体上
同贵金属相等。为此，世界的发明家都在拼命努力，想找到生产铝的简便方
法，这样能赚大钱。
在美国北卡罗莱纳州的木棉工厂工作的詹姆斯·穆尔黑德就是其中的一
个。自称为加拿大的发明家T·L·威尔逊向他谈了这样一些使他爱听的事情。
威尔逊说，如果像炼铁那样，把木炭掺入氧化铝中加以高温，就会还原成金
属铝。但是，这需要比炼铁高得多的温度，不能用熔矿炉，而必须用电炉。
穆尔黑德听信了这番话，出钱成立了一个公司，由威尔逊指导生产铝，
当然，铝并不是用这种方法就能轻易得到的，所以屡遭失败。
威尔逊并没有灰心，他又提出了第二个方案：把木炭掺入生石灰 （氧化
钙）中加以高温，使它还原成金属钙。再把金属钙掺入氧化铝加热，抽去氧
使铝分离出来。这个方案的后半部分是合理的，但前半部分同前面提到的方
案一样，仍然是不可能实现的。
但是，穆尔黑德仍然支持这个新建议。威尔逊在生石灰中掺入作为碳来
源的煤焦油，用电炉加高温。得到了结晶状物质，这种物质有金属光泽。看
来，如所预料的那样，得到了金属钙。
为了证实是不是金属钙，威尔逊便把这种物质投入了水中。他想，如果
是钙，它会使水分解，释放出氢气。的确冒出了不少气泡。他将火移近，立
即燃烧起来。他断定气体是氢，制造出来的肯定是金属钙。
但是，他没有高兴多久，火焰就变黄了，而且开始冒黑烟。如果是氢，
火焰应该是无色的。
这是1892年的事。仔细分析以后，才知道制造出的物质是碳化物，即碳
化钙。抛入水中生所成的气体是乙炔。制造铝的美梦虽然破灭了，但是却掌
握了碳化物实用制法。穆尔黑德和威尔逊进一步研究和改进制法，取得了美
国的专利权。从那时直到今天，碳化物的制法在本质上没有什么改变。
什么光能够穿透黑纸
从19世纪中叶开始，对气体放电的研究非常盛行。在长玻璃管的两端封
入阴、阳两个电极，然后施以高电压，同时用真空把管中的空气抽掉，当空
气变得非常稀薄时，管内便闪出淡红色的光，如果进一步把空气抽出，使之
几乎变成真空时，淡红色的光消失，而阳极附近的玻璃管壁上则开始闪现出
淡绿色的光。
1859年，德国的尤利乌斯·普吕克发现，某种射线从阴极射向阳极，碰
到玻璃管壁便发出淡绿色的荧光。这种射线被取名为阴极射线。许多人积极
地进行研究，但总把握不住它的本质。德国的物理学家一般都把阴极射线看
成是同光一样的电磁波。英国的物理学家坚持认为这是粒子流（1897年，证
明后者是正确的。J·J·汤姆生证明它是电子流）。
1894年，德国的菲利普·赖纳特，在玻璃上开一个洞，蒙上铝箔，便发
现阴极射线穿透铝箔射向外面。透出的阴极射线碰到涂有铂氰化钡的荧光屏
时，就会发出亮光，因此，很容易知道了它的存在。
1895年，德国的维尔茨堡大学教授威廉·康拉德·伦琴 （1845～1923
年）曾采用这种赖纳特的装置研究阴极射线。由于阴极射线碰到玻璃管壁发
出的绿光非常妨碍研究，他就用黑色的厚纸把灯管完全包起来；并把实验室
的百叶窗放下，使室内变得漆黑。但是，当他无意中环视室内时，离他一米
远的桌子上放着的荧光屏却闪着亮光。他揉揉眼，百思不得其解。因为玻璃
管完全被黑纸包着，按说灯管不会透出光线，阴极射线也不能在空气中射出
一米远。
他最终只好认为，可能是玻璃灯管射出的一种眼睛看不见的射线碰到荧
光屏后发出的光。伦琴试着在灯管和荧光屏之间放入木板或布，但荧光屏仍
然在发光。在其间放入一块金属板，影子便照在上边。这种射线虽然能够穿
透木板和布，但并不能穿透金属板。
伦琴让妻子把手放在照相感光板上，用这种光线照射，得到了一张清晰
的戴有戒指的手的骨骼的照片。证明这种光线能够穿透除骨骼以外的人体。
并在底片上感光。因为在数学上，未知数习惯于用X表示，所以，伦琴给这
种偶然发现的未知的射线取名为X射线。
阴天使人发现了放射能吗
X射线的发现使世界上的人们感到惊奇，成了人们谈论的一个重要话
题。许多科学家致力于X射线的研究，法国物理学家安东尼·贝克勒尔（1852～
1908年）就是其中的一个。
1896年1月，贝克勒尔挤在人群中，在巴黎参观首次展出的X射线照片
展览，他完全被这次展览迷住了。当时，X射线是怎样产生出来的问题，还
没有一个明确的结论。有的科学家认为，X射线是产生荧光的玻璃管的管产
生的。贝尔勒尔从他父亲那一代起就开始研究荧光，他特别详细地研究了发
出荧光的铀的化合物。如果玻璃在发出荧光时放出X射线，那么，其他的荧
光物质不是也能放出X射线吗？贝克勒尔这样想，并利用手头的铀化合物致
力于发现新的X射线源的研究。恐怕可以说，这是一种自然发展趋势。
他在用黑纸严密包好的感光板上，放上一块铀化合物的结晶体，在旁边
放上一枚银币，再在银币上放上另一块结晶体。铀化合物一旦见到阳光就会
发出荧光。贝克勒尔把这种准备好的感光板放在有太阳的地方，让阳光长时
间照射。之后，再将感光板显影。他发现，如他所料，放第一个结晶体的地
方明显地感了光，而在放第二个结晶体的地方，清晰地映出了银币的轮廓。
的确，铀化合物在放出荧光时也放出了X射线。不用说，贝克勒尔是非常高
兴的。
就在这年的2月26日，他重复做了同一个实验。但是，那一天整天都是
阴天。第二天，他又把感光板拿到室外，但仍然是阴沉沉的天。显然，两天
里放出的荧光还不及晴天十分钟放出的多。他为了等待晴天的到来，把感光
板收进了壁橱。但是，其后又过了两天仍然没出太阳。无奈，�
