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没有忽视这种现象的结果。
焦油变染料
奎宁是一种特效药,可以说它对治疗疟疾有奇迹般的疗效。但它只能从
南美产的奎宁树树皮中提取,因此,在欧洲很贵。
威廉·柏琴(1838~1907年)14岁时进入伦敦皇家化学学校学习。他很
聪明,也很用功,因此,很受从德国到该校任校长的奥古斯特·霍夫曼(1818~
1892年)的器重,从一年级时候起,就让他兼作自己的实验室助手。柏琴在
向霍夫曼学习的过程中,认识到天然物质能在实验室里人为地创造出来,因
此,他想自己动手制造奎宁。他认为,如果能够成功合成人造奎宁,那将降
低奎宁的价格,会对人类有很大帮助,自己也能成为富翁。
柏琴就在自己家里的顶楼上搞了一个简易的实验室,进行研究工作。1856
年,他利用复活节放假的机会,开始实验合成奎宁。他发现从焦油中提取出
来的几种物质的分子式与奎宁的分子式极其相似,因此,他想把这些物质作
各种化学处理,使之成为奎宁。但是,搞来搞去也没有成功。
最后,他把从焦油里提取出来的苯制成苯胺,再在苯胺里加进重铬酸钾,
使之氧化,出现了肮脏的黑色沉淀物。他以为又失败了,想倒掉,但是,他
偶尔把生成物溶解在酒精里,却产生了鲜艳的紫色溶液,这使他大吃一惊。
把布浸进溶液,立刻染上了鲜艳的紫色,即使用肥皂洗,在太阳底下晒,也
不褪色。
柏琴想:“奎宁没制成,或者能制成染料吧。”于是,他把染成紫色的
绢作为标本,送给一家大染料公司。公司答复说:“确实是一种新的优质染
料。” 18岁的少年柏琴高兴得手舞足蹈。
同年暑假,柏琴研究出了这种染料的工业制法,获得了专利。1857年,
他离开学校,从父亲和哥哥那里取得资本,建了一座工厂,生产这种新染料
出售。他给这种染料起名为茂布。
开始,在技术上有各种难题,而且,让保守的印染业者采用新染料也很
困难。但年青的柏琴以他的努力和热情克服了这些困难。该他走运,当时紫
色衣服从巴黎传到英国,风行一时。茂布非常畅销,柏琴才20多岁,就成了
百万富翁。
以茂布为开端,以焦油为出发点的合成染料工业取得了重大发展,抛弃
了木兰和茜草等天然染料。这也是今天的塑料工业和化学纤维工业的开端。
“梦”的启示
德国的化学家弗里德里希·奥古斯特·凯库勒(1829~1896年),有在
似睡非睡的状态下作梦的习惯,有两个梦竟成了重大发现的开端。
19世纪中叶,化学家们给各种元素分配表示其结合能力的数字,即原子
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�