威廉·拉姆赛

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威廉·拉姆赛William Ramsay,1852–1916,英国化学家。他与物理学家洛德·瑞利(Lord Rayleigh)等合作,发现了六种惰性气体氦氖氩氪氙氡。由于他发现了这些气态惰性元素,并确定了它们在元素周期表中的位置,他荣获了1904年的诺贝尔化学奖。进入20世纪,周期表右侧只剩下一个区域有待发现。又是拉姆赛开辟了通往这一领地的道路。拉姆赛于1908年分离出放射性气体氡。

1888年被选为英国皇家学会会员。他与物理学家瑞利等合作,发现了氦氖氩氪氙氡六种惰性气体,并确定了它们的化学性质和在元素周期表上的位置,这在化学元素的发现史上是空前的。

氩的发现使人们认识到元素周期表右部还有另外一些尚未发现的部分,于是,很快就发现了氖、氪和氙,这些元素都是由拉姆塞于1898年

发现的。元素周期表右上角的氦早已发现,但不是在地球上发现的,而是发现于太阳,并因此而得名。从某种意义上讲,氦的发现是一件很不寻常的事情。首先,氦大约占宇宙元素的25%,但它潜藏在暗中不露面,一直没有人注意它。直到1868年的一次日食,人们才使用光谱术发现了它。其次,尽管氦如此丰富,却一直未能在地球上找到它,直到1895年拉姆赛报道说,借助于加热铀矿石发现了一种新奇的气体,才分离出了氦气。第三,虽然气体氦最先发现于太阳这一局部宇宙中最热的地方,但实际上氦却促进了最冷的技术领域的发展。氦气经冷却加压后可变成液态氦,液氦是低温实验和低温工艺不可缺少的物质。液氦仍然是实现超导的唯一途径。

他与物理学家瑞利勋爵(Lord Rayleigh)等合作,发现了六种惰性气体:氦、氖、氩、氪、氙、氡。由于他发现了这些气态惰性元素,并确定了它们在元素周期表中的位置,他荣获了1904年的诺贝尔化学奖。

进入20世纪,周期表右侧只剩下一个区域有待发现。又是拉姆赛开辟了通往这一领地的道路。拉姆赛于1908年分离出放射性气体氡。

1852年,英国中部苏格兰地区的格拉斯哥市一个普通的家庭里,一位父亲正在兴奋而不安地踱步,他在等待着孩子的降生。随着一声响亮的啼哭,一个小生命来到了世界上,他睁着那双好奇的眼睛,这就是拉姆赛。日子一天天地过去了,小拉姆赛也渐渐长大,他的小小的脑袋里总是充满了各种各样的问题:天空为什么是蓝的?星星在和谁打招呼呢?……爸爸妈妈常被他奇奇怪怪的问题问得哑口无言。一天,小拉姆赛坐在温暖的壁炉前读着他心爱的书籍。渐渐地,他的注意力转到跳动的炉火上来了。多么神奇的火:起先是小小的一点,闪着幽幽的蓝光,渐渐地变成橙红的一团,还在左右不停地摇摆,好像和着音乐跳舞的精灵。“来呀,一起来跳舞呀。”跳动的焰心仿佛正在邀请他。他看得出了神,忍不住用手去抓那活泼的火焰。“啊——”小拉姆赛急急地收回手,小手上留下红红的一道印,热辣辣的。“木头为什么会烧着呢?”小拉姆赛盯着手上的红印,“去问妈妈。”妈妈这时候正在厨房里忙着准备一家人的晚餐。“妈妈,”小拉姆赛冲进厨房,“为什么木头会烧着呢?火是烫的。”他高高举起那只被火舌舔过的手,还有热辣辣的感觉。“拉姆赛,怎么了?”妈妈转身,一眼就看见了那受伤的小手;心疼地搂住了他。“傻孩子,怎么能用手抓火呢?疼不疼?”“妈妈,你还没有回答我木头为什么会烧着。”拉姆赛执拗地追问道。妈妈笑了,用手轻轻地抚摸他的卷毛头,想了想,回答:“因为有空气呀。”“空气里有什么呢?为什么我们看不见也摸不着它呢?”他的问题像连珠炮似地蹦了出来。空气里有什么?妈妈被问住了。唉呀,这个小脑袋里的问题还真不少,怎么回答呢?“去问爸爸吧,妈妈还要准备晚餐。来,先在你的手上上点药……”话还没有说完,小拉姆赛三下两下跑出了厨房。壁炉边,坐着的是小拉姆赛的爸爸,手里拿着当天的报纸。“爸爸,”小拉姆赛冲上去抱住他,“空气里面有什么?火苗为什么是蓝的,火焰又 是红的呢?”爸爸放下手中的报纸,看着儿子——空气里有些什么呢?人们天天生活在空气中,似乎很少有人关心过空气里到底有什么,然而这个小小的孩子对此却表现出了极大的兴趣。如何向孩子解释如此复杂的化学问题呢?爸爸掏出了烟斗,装上烟草,开始吸烟。“拉姆赛,空气里有各种各样的气体,呃……”气体,气体又是什么呢?小拉姆赛认真地看着爸爸。“气体充满在我们的周围,没有颜色、没有味道也没有形状。空气里有我们呼吸需要的氧气,也有我们呼出的二氧化碳。知道天为什么会下雨吗?因为空气里有水蒸气。满意了吗?”爸爸慈爱地看着小拉姆赛。氧气、二氧化碳、水蒸气,小拉姆赛暗暗地把这些陌生的化学名词记在心里。“爸爸,空气里除了这些气体以外还有什么呢?”小拉姆赛紧追不舍地问。爸爸弯下身子,认真地看着小拉姆赛说:“孩子,空气里可能还有其他一些气体,但是还没有被科学家发现。拉姆赛,书本里可能会有你想要找到的答案。”

小拉姆赛看着爸爸,心里暗暗决定长大了一定要做个科学家,要把空气里的气体一一地辨认出来。小拉姆赛重新拿起放在一边的书,坐在爸爸身边安静而专注地看起来,壁炉里的火焰仍然在欢快地跳动着,木柴发出细微的噼啪声。拉姆赛一直努力地学习,在进入中学以后他对化学这一门学科产生了浓厚的兴趣,也努力学习这一门课,童年时那个小小的问题仍然留在他心里。他已知道空气里不仅仅有氧气、二氧化碳和水蒸气,还有大量的氮气,少量的一氧化碳氢气等等。然而拉姆赛并不满足于这些课本上学到的,那不是答案的全部内容。1870年,拉姆赛以优异的成绩从格拉斯哥大学毕业。小时候的问题推动着他献身于化学研究工作。他在做实验时仔细地去除了空气中那些人们已知的气体,剩下的只有一些非常不活泼的未知气体。它们是什么呢?拉姆赛并没有被困难吓倒,而是更加努力地投入到实验工作中去了。终于,他成功地从那些未知名的气体中分离出了一种气体,他称这种气体为氩气。因为氩气很少和别的物质发生反应,所以人们把这种气体称为惰性气体。其他的科学家在拉姆赛发现氦气的基础上发现了其他几种惰性气体,拉姆赛心里的疑问终于被他自己的发现答得完全了,因此拉姆赛获得了诺贝尔化学奖金!

拉姆塞1852年10月2日生于苏格兰的格拉斯哥市,父亲是个土木工程师,家庭生活还算比较宽裕。父亲40多岁才结婚,拉姆塞又是独生子,父母对他非常喜爱。拉姆塞的祖父曾开了一家祖传的洗染店,尽管他父亲已经放弃经营这家洗染店,但是拉姆塞还是从祖父那里知道了许多关于化学的知识。后来他从事化学研究,很可能就是在幼年时播下的种子。拉姆塞小时候兴趣非常广泛,因为他是独生子,父母把精力都花在他一个人身上,所以,他受到了很好的家庭教育。3岁时,他母亲就开始教他认字和读圣经,每天还定时教他拉小提琴。上学前他已经学会了许多字,小提琴也拉得很不错了。当时法语是上流社会交际用语,拉姆塞的母亲认为学会法语对儿子今后的发展会有用处,于是便教拉姆塞学习法语。拉姆塞的父亲会德语,工作之余又教拉姆塞说德语。这样少年时的拉姆塞就学会了几门外语,他曾在一所教堂里当场把德、法文的圣经口译成英语。中学时,他母亲过生日,为了表示祝贺,拉姆塞用几种语言朗诵诗,使来做客的亲友大为赞赏。后来,拉姆塞又学习了多种语言,喜欢学习外语一直伴随着拉姆塞一生。1909年在伦敦召开国际应用化学会议,在会上,他以科学学会会长的身份,接连分别用英、德、法、意四种语言致开幕词,令到会的科学家们惊异和佩服,大家都称赞他的才华出众,认为他不仅是一位杰出的科学家,而且也是一位出色的语言学家。幼年的拉姆塞兴趣广泛,又聪明好学,在很多方面都才华出众。因此很多亲朋好友对他的发展前途有种种推测。当人们看见他小提琴拉得好就认为当一个小提琴手最合适;当得知他通晓好几国语言时,就认为当一个外交家一定非常出色。孩子的兴趣是多变的。他们有自己的一套思维方法,少年拉姆塞最喜欢做的事是当一个足球明星。足球是勇敢者的运动,在激烈的对抗中,最能表现出人的勇气和风度。但是一次意外小事改变了拉姆塞的爱好。在一次足球比赛中,勇猛的拉姆塞摔倒了,他被抬出场外送进了医院。拉姆塞伤了腿,需要静养,躺在床上无事可做,心中怪闷得慌。恰巧身边有一本英国化学教授格雷厄姆写的化学常识书。开始拉姆塞不过是随便翻翻解闷消遣。谁知,一读起来,就被书中的内容所吸引,爱不释手。特别是书中有关焰火的制作方法更是引起了拉姆塞的兴趣。伤愈出院之后,拉姆塞不能再踢足球了,他也不再做足球明星的梦了,因为他有了新的方向,要做一个化学家。化学是一门实验性很强的学科。拉姆塞不懂得许多化学理论,但一些简单的实验却很吸引人。他便根据书上的要求,开始做起实验来了。制取氧气、氢气的实验过程比较简单,所用的设备也不复杂。拉姆塞购买了各种所需的化学药品和烧瓶试管等,把自己的房间搞成了一个“小小化学实验室”。做化学实验需要非常认真的态度,一不小心就会出现差错,还好拉姆塞是个认真的孩子,虽然他的“小小化学实验室”里有时也会传出炸裂的声音,但是从未发生过什么大事故。化学实验更要仔细观察,拉姆塞对实验的结果总是细心和书上的记载相互比较。这些反应的原因是什么呢拉姆塞当时还没有力搞清楚。拉姆塞虽然迷恋化学实验,但对其他功课也没有放松。因为他的兴趣很广泛,这个世界上很多事情他都想知道。拉姆塞用了8年的时间学完了别人要12年才能学完的中小学全部课程,并且成绩非常好。14岁那年,他被格拉斯哥大学破格录取了。1870年,拉姆塞到德国海德堡大学学习,在著名的实验化学家罗伯特·本生教授那里学习分析化学。本生在19世纪50年代发明了本生灯,后来又是光谱分析的发明者之一,用光谱分析的方法发现了两种新的金属元素——铷和铯。拉姆塞在本生那里学到了很多化学分析的方法,本生很赏识这位青年人的才华和刻苦精神,不到一年就写信给蒂宾根大学有机化学教授鲁道夫·费迪克,把拉姆塞介绍到他那里学习。在费迪克教授的指导下,拉姆塞对化学的理论和实验都有了深刻的认识。1872年他以《甲苯和硝基苯甲酸》的论文获得博士学位,那一年他只有20岁。

拉姆塞获得博士学位后,先后在安德逊学院、格拉斯哥大学、布里斯托尔学院工作,1887年转到伦敦大学学院任化学教授。1892年,英国物理学家瑞利在测量不同来源的氮气的重量时,发现了一件怪事。从空气中得到的氮气每升重量1.2572克,而从氨气分解得到氮气每升重量为1.2508克。比空气中的氮气密度轻了0.0064克,也就是6.4毫克,相当于一个跳蚤的重量。瑞利想不出为什么会有这样的结果,他找来了自己的朋友拉姆塞一起研究。拉姆塞猜想,问题可能出在从空气中弄来的氮不是纯氮,里面混入了比氮重的杂质气体。怎样才能把这种杂质气体找出来呢?拉姆塞在上课的时候作过一个演示实验,让镁在空气中燃烧,结果镁不仅能与空气中的氧化合,还能和氮化合生成氮化镁。用这个方法可以除去空气中的氮了。他把已经除去水气、二氧化碳和氧气的空气通过装有赤热镁屑的瓷管,使空气中的氮因生成氮化镁而分离出来,这样反复多次,管子里还留下的就是那种杂质气体了。经过测定,它比氮重,几乎是氮的一倍半。这样,空气中得到的氮和氨分解得到的氮之间在重量上的差异就解决了。1894年8月13日,瑞利和拉姆塞在英国的科学城牛津向正在那里开会的自然科学家们宣布了他们的新发现:一个前所未知的新元素就在我们周围,和氧气、氮气一样是空气的组成;每立方米空气中大约有15克这种气体,在开会的大厅中就有几十公斤这种气体。与会的科学家们听了之后,都目瞪口呆,“竟会有这种怪事,空气中还有没有被发现的新气体”这种新气体几乎不与任何元素起化学反应,瑞利和拉姆塞给它起了个名字,叫“氩”,是希腊文“懒惰”的意思。拉姆塞正在继续研究氩气的各种性质的时候,1859年2月1日晨,他接到了化学家亨利·梅尔斯的一封信,信中告诉他:美国地质学家希莱布兰德曾经把钇铀矿放在硫酸中加热,结果冒出的气体既不能自燃,又不能助燃。当时认为这种气体是氮气,看来也有可能是氩气,说不定钇铀矿中含有铀和氩的化合物。根据梅尔斯的提示,拉姆塞重复做了希莱布兰德的实验,收集到几立方厘米的气体。对气体进行光谱分析的时候,却出现了意想不到的事情:这种气体的光谱既不是氮,也不是氩。那它到底是一种什么物质呢拉姆塞把他所知道的各种物质的光谱都重新回忆了一下,没有一种跟它相似。经过反复思索之后,他突然想起了詹森和罗克耶尔27年前发现的太阳上的氦,他核对一下光谱线大致一样,但是拉姆塞没有仪器来精密地确定谱线的光谱里的位置。再说,太阳元素就这么容易找到?他决定请英国当时最好的光谱专家克鲁克斯帮忙。他只告诉克鲁克斯说他发现了一种新气体,建议把它叫做“氪”,请克鲁克斯确定一下新气体的谱线日早晨,拉姆塞收到了一份克鲁克斯发来的电报:“氪——就是氦,请来看,克鲁克斯。”这样,27年前在太阳上发现的氦也在地球上找到了。当天,拉姆塞就通知法国科学院院长贝特罗:氦在地球上发现了。拉姆塞是世界上第一个拿到太阳元素的化学家,他拿了许多物质与氦发生反应,结果证明,氦和氩一样不会跟任何物质化合,也是惰性气体。能不能在空气中找到氦呢拉姆塞采取了把空气冷却成液体再逐渐蒸发的办法。他认为氧和氮会先蒸发,而氦则会蒸发得慢一些,于是他把放在杜瓦瓶内的液态空气敞开口让它蒸发,等到液态空气只剩下很少一些时,将这一液态空气蒸发的气体收集起来,再除去氧气和氮气。通过光谱分析,拉姆塞满以为可以找到氦,但是没有氦的特有光谱线,这一次拉姆塞估计错了。实际 上,氦比氧和氮蒸发得快,它早就逃走了。但是拉姆塞还是有收获的,他意外地发现了另一种新元素“氪”。吸取失败的教训,拉姆塞改变了实验的方法。这一次他证明了空气中确实有氦存在,此时他又发现了一种新的气体“氖”。此后,拉姆塞又发现了氙和氡两种新气体。这样一来,惰性气体家庭氦、氖、氩、氙氡氪,除了氦是詹森和罗克耶尔通过分光镜从太阳上首先发现之外,其余的都是拉姆塞发现的。不过氡是1910年发现的。那是拉姆塞获得诺贝尔化学奖8年以后的事情了。1912年年60岁的拉姆塞退休了,但他仍然在自建的小型化学实验室内工作,直到1916年去世为止。化学是这位伟大科学家的终生伴侣。他曾讲过“多看、多学、多试。如果有成果绝不炫耀。一个人如果怕费时、费事,则将一事无成。”这就是他做学问的基本原则。

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