打开原子的大门 - (TXT全文下载)

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书籍内容：

打开原子的大门
（一）
能知道太阳的组成吗？
　　我们现在要讲一种物质。这种物质最初是在太阳上发现的，后来才在地球上找到。
　　万物生长靠太阳。太阳是一个庞大的火球，给我们光和热。自从发明了望远镜，人们用望远镜研究太阳，看清楚了太阳表面的光斑和黑子。日全食的时候，还可以看到从太阳表面喷出的巨大的火焰――日珥。但是太阳的化学成分是什么，单靠望远镜是看不出来的。
　　1825年，有一位法国哲学家，名叫孔德，他在他的哲学讲义中武断地说：“恒星的化学组成是人类绝对不能得到的知识。”他的话似乎有点道理。太阳虽然是最近的一颗恒星，但是离我们也有1.5亿千米。谁能飞到这样远的太阳上去取一些物质回来，在化学实验室里作分析呢？况且太阳表面的温度就有6000摄氏度。这是无论如何做不到的。
　　然而，这位哲学家的结论下得早了一点。1859年，就在孔德死后不到三年，一位化学家和一位物理学家合作，发明了一种很巧妙的方法，可以不用离开地球，就能够测定太阳、恒星等遥远的天体的化学组成。
　　这位化学家是本生，这位物理学家是基尔霍夫。他们发明的方法叫做光谱分析。
本生和他的灯
　　本生是德国人，1830年，他大学毕业，才19岁。以后，他除了在大学教书，还研究鼓风炉顶上冒出来的气体，创立了气体分析的方法。1854年，汉堡市开办了煤气工厂，本生的实验室里也装上了煤气。本生发明了一种新式的煤气灯，可以很方便地调节火焰的大小和温度。这种灯，现在的化学实验室中还在使用，大家管它叫本生灯。
　　故事就是从本生的灯开始的。
　　本生灯燃烧得最好的时候，温度能达到2300摄氏度，火焰几乎没有颜色。有时候灯没有调节好，火焰会缩到灯管里去，铜制的灯管烧红了，火焰就变成了蓝绿色。而在灯上弯玻璃管的时候，玻璃管烧红了，火焰又变成黄色。这些现象引起了本生的注意。他开始研究各种物质在灯上烧的时候，焰色会发生什么变化。
　　本生用白金镊子夹了一粒普通的食盐，放到火焰中烧，火焰立刻变成亮黄色，同时闻到呛人的氯气的气味――是高温把食盐（氯化钠）分解了。但是火焰为什么变黄呢？是氯的作用还是钠的作用呢？
　　为了搞清楚这个问题，本生选用了一些不含氯而含钠的化合物，例如纯碱（碳酸钠）和芒硝（硫酸钠）来做试验。如果这些物质也能使火焰变黄，就可以证明是钠起了作用。
　　结果正是这样。纯碱和芒硝一放到火焰中，火焰立刻变黄了。
　　最后，本生把金属钠放在火焰中烧，火焰也立刻变成亮黄色。这个决定性的实验，证实了使火焰变黄的确实是钠。 实验的成功使本生产生了新的想法：除了钠，别的金属是不是也能使火焰变色呢？他把实验室中所有的化学药品和金属，都―一做了试验。
　　本生发现，钾和钾的各种化合物使火焰变紫，而钡是绿色火焰，钙是砖红色火焰，锶是亮红色火焰，等等。
　　这是1858年秋天的事，他把这些发现详细地记在实验记录本中。
　　本生真高兴，他相信他已经发明了一种新的化学分析方法。这种方法不需要复杂的设备，操作又非常简单，只要把需要分析的物质放在灯上烧一烧，看一下火焰的颜色，就能知道它含有什么金属。现在需要的是研究火焰的语言，弄懂各种彩色信号代表什么元素。
彩色火焰之谜
　　本生搜集了各种各样的化合物来做实验，他用一根白金丝，一端弯一个小圈。用这个工具蘸上一滴溶液，就可以放到火焰中去烧。
　　本生根据他的实验记录编了一张表，列举了什么物质产生什么焰色，反过来也可以由焰色判定是什么物质。
　　信号表编好了，但是用起来并不那么简单，因为需要分析的物质不一定都是纯粹的化合物。遇到混合物会怎么样呢？本生做了一些混合物的焰色试验，结果出现了这样的情况：
　　钠盐溶液――黄色火焰。
　　混有钾盐的钠盐溶液――黄色火焰。
　　混有锂盐的钠盐溶液――黄色火焰。
　　用三个灯同时烧这三种溶液，结果都出现黄色火焰，看不出任何差别。钠的黄色光太亮了，遮盖了钾的紫色光和锂的红色光。
　　本生没有灰心，他找来了各种不同颜色的玻璃片，透过有色玻璃去观察火焰。一块深蓝色的玻璃可以吸收掉钠的黄色光，透过蓝玻璃，看出了混在钠盐中的钾盐的紫色光，看出了混在钠盐中的锂盐的红色光。这有色眼镜帮了他的大忙。
　　但是问题并没有彻底解决。一种未知物质的溶液，能使火焰变成深红色。查查信号表：锂盐――深红色；锶盐――深红色。这未知物质是锂盐还是锶盐呢？分辨不清。本生找了各种颜色的玻璃，想用来区别两种深红色的火焰，但是他失败了。
　　就在这困难的时候，物理学家来帮忙了。
物理学家的建议
　　本生有个亲密的朋友叫基尔霍夫，是位物理学教授。他们俩经常在一起散步和谈心。
　　1859年初秋，本生在实验室中做焰色试验已经快一年了。这一天，本生跟基尔霍夫一起散步，他详细地讲了自己的实验和碰到的困难。
　　“分辨火焰的颜色！分辨火焰的颜色！……”基尔霍夫一边思索，一边喃喃地说。
　　基尔霍夫对物理学十分精通，他立刻想起了物理界的前辈牛顿首先研究过太阳光，用三棱镜把太阳光分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色；他也想起了已经去世30多年的德国光学专家方和斐，方和斐在45年前自己磨制了石英的三棱镜，详细研究了太阳光和各种灯光的光谱。
　　基尔霍夫不但对方和斐的实验了解得很清楚，连方和斐亲手磨制的那块三棱镜，还保存在基尔霍夫的实验室中。
　　基尔霍夫沉思了一会，对本生说：“我是搞物理的。从物理学的角度来看，我认为应当换一个方法试试。那就是不要直接观察火焰的颜色，而应该去观察火焰的光谱。这就可以把各种颜色清清楚楚地区别开了。”
　　这是多么好的建议啊！
　　本生和基尔霍夫越谈越投机，一个物理学和化学合作的研究方案就这样定下来了。基尔霍夫回去准备实验用的仪器。本生也回到自己的实验室，他把四面的窗户都挂上了遮光的黑布，准备迎接基尔霍夫和他的仪器。
方和斐发现了什么？
　　在没有讲本生和基尔霍夫的实验以前，我们先来讲讲1814年方和斐的实验。
　　方和斐在小黑屋子的窗板上开了一条狭缝，太阳光通过这条缝射进屋里，成为一条扁扁的光束。在光束经过的地方放上一块三棱镜。这条光束 ............

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