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第23章 为化学献身的先驱们(2)

农业化学之父——李比希

李比希是德国化学家,1803年5月12日生于达姆施塔特,1873年4月18日卒于慕尼黑。对有机化学、农业化学极有贡献。

李比希的成就

李比希作过大量的有机化合物的准确分析,改进了有机分析的若干方法,定出大批化合物的化学式,发现了同分异构现象。他在化学上的重要贡献还有:1829年发现并分析马尿酸;1831年发现并制得氯仿和氯醛;1832年与F.维勒共同发现安息香基并提出基团理论,为有机结构理论的发展作出贡献;1839年提出多元酸理论。1840年以后的30年里,他转而研究生物化学和农业化学。他用实验方法证明:植物生长需要碳酸、氨、氧化镁、磷酸、硝酸以及钾、钠和铁的化合物等无机物;人和动物的排泄物只有转变为碳酸、氨和硝酸等才能被植物吸收。这些观点是近代农业化学的基础。他大力提倡用无机肥料来提高收成。他认为动物的食物不但需要一定的数量,还需要各种不同的种类,或有机物或无机物,而且须有相当的比例。他证明糖类可生成脂肪,还提出发酵作用的原理。

吉森一李比希学派

李比希从巴黎回国担任了吉森大学的化学教授之后,立即着手实施了一项前所未闻的计划,那就是改革德国的传统化学教育体制与教学方式,探索造就新一代化学家的方法。当时德国大学中的化学教育,通常是把化学知识混杂在自然哲学中讲授,而且没有专门的化学教学实验室,学生得不到实验操作的训练。李比希深知,作为一个真正的化学家仅有哲学思辨是不够的,化学知识只有从实验中获得。而这种实验训练在那时的德国大学中还得不到。于是李比希下决心借鉴国外化学实验室的经验,在吉森建立一个现代化的实验室,让一批又一批的青年人在那里得到训练,从中培养出一代化学家。吉森实验室是一座供化学教学使用的实验室,它向全体学生开放,并在化学实验过程的同时进行讲授。

李比希热诚而严谨的治学,使得化学教育运动在德国比在其他任何地方以更大的势头和更深远的影响发展起来,从而吸引着四面八方的学生涌向吉森大学,聚集于李比希门下。在李比希的精心指导下,通过实验室中的系统训练培养出了一大批闻名于世的化学家。其中名列前茅的有为染料化学和染料工业奠定基础的霍夫曼、发现卤代烷和金属钠作用制备烃的武慈、提出苯环状结构学说为有机结构理论奠定坚实基础而被誉为“化学建筑师”的凯库勒,以及被门捷列夫誉为“俄国化学家之父”的沃斯克列先斯基等。值得指出的是这些学生还在自己的国家仿效吉森的做法,建立了一批面向学生的教学实验室,使吉森的化学教育模式在全世界得到积极推广,培养出了众多著名的化学家,并形成了吉森——李比希学派,为世界化学发展作出了巨大贡献。

1803年5月12日,李比希生于德国的达姆斯塔特。父亲是一个染料制造商,店里有些货物要自己制造。因此,李比希在少年时就得在店里帮助父亲做事,有时看看书,做做实验。药房设在一幢楼房的第一层,占用了好几间,李比希最喜欢待在一间小侧屋里。他在这间侧屋里,初次体验到化学的神秘,从而激发了他的想象力和学习化学的兴趣。

小小的李比希经常自己动手做化学实验,他把父亲店铺后边的厨房改造成自己的实验室,在阁楼上,自己偷偷做雷酸盐的实验。有一次他在做雷酸汞的实验时。引起了爆炸,震动了整个楼房,屋顶的一角也被炸毁了,还好他本人没有受伤。对于这件事,李比希的父亲并没有责备他,反而说他有胆量、有追求精神。每当李比希回忆往事时,他都深有感触他说:童年的化学实验,激发了他的想象力和对化学的热爱。

化学家兼慈善家——诺贝尔

炸药就是可以非常快速地燃烧或分解的物质,能在短时间释放出大量的热能并产生高温高压气体,对周围物质起破坏、抛掷、压缩等作用。

德国的TNT

第一次世界大战之前,以法英为首的协约国集团对德国进行了武器禁运,尤其是限制德国进口硝石。因为硝石是制造炸药的原料。当时人们制造炸药的方法是这样的:硝石与硫酸反应制出硝酸,然后再用硝酸来制作。法国人和英国人以为这样可以扼住德国人的脖子,使德国人不敢轻举妄动。

1914年第一次世界大战终于爆发了,协约国又错误地估计,战争顶多只会打半年,原因是德国的硝酸不足,火药生产受到了限制,但是,第一次世界大战整整打了四个多年头,造成了极大的灾难,夺去了人们无数的生命财产。

德国为什么能坚持这么久的战争呢?是什么力量在支持着它呢?这就是化学,德国人早就对合成硝酸进行了研究。

1908年,德国化学家哈柏首先在实验室用氢和氮气合成了氨,这是一项重大的突破。后由布什提高了产率,完成了工业化设计、建立了年产1000吨氨的生产装置、用氨氧化法可生产3000吨硝酸,利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药TNT。这项工作已在大战前的1913年便完成了。这就是德国TNT的秘密。

炸药大王

诺贝尔1833年10月21日出生于瑞典首都斯德哥尔摩。母亲是以发现淋巴管而成为著名的瑞典博物学家——鲁德贝克的后裔。他从父亲伊曼纽尔·诺贝尔那里学习了工程学的基础,也像父亲一样具有发明的才能。诺贝尔一家于1842年离开斯德哥尔摩,同当时正在圣彼得堡的父亲团聚。

诺贝尔父子在斯德哥尔摩市郊建立试验室,首次研制出解决炸药引爆的雷汞管。1863年开始生产甘油炸药,由于液体炸药容易发生爆炸事故,1866年他制造出固体的安全猛烈炸药“达那马特”,这一产品成为以后诺贝尔国际性工业集团的基石。1867年又发明了安全雷管引爆装置,随后又相继发明威力更大的多种炸药。他毕生共有各类炸药及人造丝等近400项发明,获85项专利。这些发明使诺贝尔在世界化学史上占有重要地位。

诺贝尔的299种发明专利中有129种发明是关于炸药的,所以诺贝尔被称为炸药大王。

三硝基甲苯又名TNT,1863年由TJ·威尔伯兰德在一次失败的实验中发明,但在此后的很多年里一直被认为是由诺贝尔所发明,造成了很大的误解。三硝基甲苯是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,TNT一直是综合性能最好的炸药,被称为“炸药之王”。

精炼的三硝基甲苯十分稳定,需要雷管启动。它也不会与金属起化学作用或者吸收水分。因此它可以存放多年。

每公斤TNT炸药可产生420万焦耳的能量。而现今有关爆炸和能量释放的研究,也常常用“公斤TNT炸药”或“吨TNT炸药”为单位,以比较爆炸、地震、行星撞击等大型反应时的能量。

两次诺贝尔之旅——居里夫人

居里夫人即玛丽·居里,是一位原籍为波兰的法国科学家。她与她的丈夫皮埃尔·居里都是放射性的早期研究者,他们发现了放射性元素钋和镭,并因此与法国物理学家亨利·贝克勒尔分享了1903年诺贝尔物理学奖。之后,居里夫人继续研究了镭在化学和医学上的应用,并且因分离出纯的金属镭而又获得1911年诺贝尔化学奖。

第一次获得诺贝尔奖

从1896年开始,居里夫妇共同研究起了放射性。在此之前,德国物理学家伦琴(Wilhelm Roentgen 1845~1923)发现了X-射线(他因此获得1901年诺贝尔物理学奖),贝克勒尔发现了铀盐发射出类似的射线,居里夫人发现钍(Th)亦具有放射性,并且她发现沥青铀矿中含有某种物质比铀和钍的放射性都要强。居里夫妇于是努力寻找,终于在1898年宣布发现了放射性元素镭。他们最终从8吨废沥青铀矿中制得1克纯净的氯化镭,还提出了镭射线(现在已知它是由电子组成的)是带负电荷微粒的观点。

第二次获得诺贝尔奖

1906年皮埃尔·居里不幸被马车撞死,但居里夫人未因此倒下,她仍然继续研究,于1910年与德比恩(Andre Debierne,1874~1949,于1899年从沥青铀矿中发现放射性元素锕Ac)一起分离出纯净的金属镭。

1914年第一次世界大战爆发时,居里夫人用X-射线设备装备了救护车,并将其开到了前线。国际红十字会任命她为放射学救护部门的领导。在她女儿依伦(Irene Curie)和克莱因(Martha Klein)的协助下,居里夫人在镭研究所为部队医院的医生和护理员开了一门课,教他们如何使用X-射线这项新技术。20世纪20年代末期,居里夫人的健康状况开始走下坡路,长期受放射线的照射使她患上白血病,终于在1934年7月4日不治而亡。在此之前几个月,她的女儿伊雷娜和女婿约里奥·居里(Joliot Curie)宣布发现人工放射性(他们俩因此而荣获1935年诺贝尔化学奖)。

居里夫人的大半生都是清贫的,提取镭的艰苦过程是在简陋的条件下完成的。居里夫妇拒绝为他们的任何发现申请专利,为的是让每个人都能自由地利用他们的发现。他们把诺贝尔奖金和其他奖金都用到了以后的研究中去了。他们研究工作的杰出应用之一就是应用放射性治疗癌症。

居里夫人的大女儿伊雷娜于1939年荣获诺贝尔化学奖,小女儿艾芙日后成为杰出的音乐教育家和传记作家。

当伊雷娜和艾芙还在幼年时期,居里夫人就不许女儿怕黑,不许雷声轰隆时把头藏在枕头下,不许怕贼与流行病。在第一次世界大战战火纷飞的恐怖日子里,居里夫人强迫她的女儿暑假到国内外旅行,并让她俩给战士织毛衣。她俩还加入收获队,代替男子冒着危险去抢收麦子,从小培养她们勇敢而有主见的独立人格。

为了发掘孩子的天赋,当女儿刚上学时,居里夫人让她们每天进行一小时的智力学习。当姐妹俩入中学后,她就让女儿每天放学后再上一节“特殊教育课”,即在索文本的实验室里,请人教姐妹俩化学、数学、文学、历史、雕塑、绘画及自然科学。

居里夫人从小培养孩子独立自主的人格,强化体魄训练,锻炼意志和力量,特别是她成功地发掘了两个女儿的天赋,而最终使她们成为杰出人物。

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