从一个极小的气泡说起

从一个极小的气泡说起

科学家都有许多优秀的品质，明晰的洞察力，敏锐的思考秉性，是他们成功的要素之一。因此，科学家从来不会放过蛛丝马迹，一定要寻根究底，弄它个水落石出。

现在我们就来说一个关于小气泡的故事。

18世纪，有一个英国人，他叫卡文迪什，是一位特别擅长研究气体的化学家。他曾详细地研究过氢气，并采用排水银集气法收集和研究了二氧化碳。他还研究了氢气和氧气化合的体积比，并确认大约2体积氢气和1体积氧气化合，生成物只有水等等。他的这些实验成果和研究的结论，都为发现氢是一种元素，否定水是一种单质及推翻当时的伪学说“燃素说”，提供了科学根据。

既然卡文迪什成天跟气体打交道，他必然也要拿空气、氮气（比确认氢气晚6年，比确认氧气早6年的时间确认的）等气体做实验。一次，卡文迪什利用放电的方法研究氢气、氧气和空气。结果，他发现了用空气做实验时，当其中的氢气、氧气和氮气（未被确定前叫“浊气”）及二氧化碳无可怀疑的都被消耗完了时，总会剩下一个小气泡，它的体积小得不足原有空气体积的1／120。

卡文迪什和他的助手，当时做这个实验是十分艰苦的，由于他们用的是手摇静电起电机（不是现今的发电机），摇一阵子才能有一次火花放电，就在这一条件下，一次实验要不断地手摇，经过二十多天，方有结果。为了证实的确最后会剩留下一个小气泡，仅有一轮实验是不足为凭的。科学家就是那样的认真，绝不放过那一丁点的蛛丝马迹。

我们现在知道，那空气中所含的，不足百分之一的气体，是稀有气体（氩、氖、氦、氪、氙）。

可惜的是，那时卡文迪什还没有从燃素说的影响中解脱出来，认为那是不同于“浊气”（氮气）的另一种“浊气”。

卡文迪什本人还有一个怪脾气，就是非常不善于在社交活动中跟人交谈，几乎整天呆在实验室里。就这样，他不仅能把实验做得很精确，而且实验的记录都写得详细，但却很少发表。他拿不准的事（诸如那个小气泡）更不会轻易地公开了。卡文迪什的实验记录，是他死后50多年，由别人整理发表的，这个小气泡的问题（它到底是什么？）也就被积压到100多年后的公元1894年，才又引起了人们的注意。

稀有气体在空气中的含量实在太少了，它的性质又是那样的特别，要让从来不知有其物的人发现它，真是一件难以开始事。后来又是由于一点蛛丝马迹，才让人又想起了卡文迪什的发现。这还是从研究气体（包括空气）旧事重提的。

19世纪，继任剑桥大学卡文迪什实验室主任的英国物理学家瑞利，决定重新测定各种气体的密度，前后用了十多年的时间。由于他工作十分认真，加之有比过去更为精密的实验仪器，很多数据，经他之手而得到修正。

瑞利测定的气体样品，总是每种都从各种途径来制取，分别提纯，分别测定，直到结果完全一致，才确认是可取的数据。

瑞利测定氮气密度时，一种方法是从空气中提取氮气。他用化学方法除掉了空气中的氧气、二氧化碳等气体后，剩下的气体（氮气）密度是每升1．2572克。另一种方法是用氨气（NH3）分解（实际做法是氧化去氢）制氮气，但这一氮气的密度是每升1．2508克。两个数据相差只有0．0064克。几次重做，结果都是如此。

瑞利在这只有千分之五的微小差别面前，从头检查实验过程，确认无误，又用化学方法测定两种来源不同的氮气，并没有发现其中含有杂质。尽管瑞利对此百思不得其解，但他仍不放过这一问题，他写信给一家科学杂志社，介绍了实验情况，征求读者的解答，又在英国皇家学会的一次会议上，宣读了他的实验报告。

这种事情，放在常人眼前，会被看作微不足道，而瑞利的如此严谨认真，终于在科学上有了重大的发现。

1984年，就在瑞利宣读了实验报告后，苏格蓝的化学家莱姆塞，以过人的想象力告知瑞利说，这种由空气而得到的氮气里，一定含有一种未知的密度较大的气体。与此同时，他们又从别人那里得到了一个重要线索，那就是100多年前卡文迪什发现了的小气泡。

很快他们找出了卡文迪什的实验记录，瑞利照着做了，不用多久，果然得到了卡文迪什所说的那个小气泡。莱姆塞则用赤热镁粉吸收氮气的方法，也从空气中得到一种密度是氢气的19．086倍的气体。他们坚信，这是一种新的特殊气体，在各种条件下，跟所有金属、非金属都不发生化学反应。由此可以肯定它是一种元素，是跟以往所发现的元素不同，不是金属也不是非金属的品种的新元素。

1894年的8月13日，他们在英国的科学城牛津，召开的自然科学家代表大会上，正式宣布发现了一种奇怪的新元素，并由大会公认给这种气体元素起了个名字，叫做“迟钝者”，用中文汉语音译叫“氩”。

其实1894年所发现的氩气，并不是纯净的氩气，而是五种稀有气体元素氦、氖、氩、氪、氙的混合物，只是其中氩的含量最多，它占空气中全部稀有气体体积的99．74%。

后来，莱姆塞的助手在莱姆塞的指导和委托下，终于又从空气中发现了另外四种稀有气体元素。