稀有氣體的發現史

稀有氣體在自然界中的含量很少，并且不容易和其他物質作用，因此發現它們是一件很困難的事。稀有氣體的發現前后共經歷了一個多世紀，整個過程既曲折又有趣。

在地球上，人類首先發現的稀有氣體是氬。早在1785年之前就已經先發現氫的英國化學家卡文迪許在空氣中通入過量的氧氣，用放電法使空氣中的氮氣和氧氣反應生成一氧化氮，然后用堿溶液吸收它，剩余的氧再用紅熱的銅除去。但即使把所有的氮氣和氧氣都除去了，仍然存在著少量的殘余氣體。

卡文迪許報導了他觀察到的這項實驗結果，但在當時并沒有引起其他化學家的注意，他本人也沒有再進一步研究。其實，在這“殘余氣體”內就隱藏著另外一族的化學元素。如此一來，發現新元素的機會就這樣從他身邊溜走了。

大約再過一個世紀后，英國物理學家瑞禮男爵三世在研究大氣中各種氣體的密度時，發現從空氣中除去氧以后，所得到“氮氣”的密度是1.2572克／公升，然而從氮化物中制得氮的密度是1.2507克／公升。雖然，兩者之間的差異只顯現在第三位小數上，但已經超過了當時的實驗誤差范圍。瑞禮并無法給予合理的解釋，便把這個實驗事實公布于世，征求解答。

后來，英國化學家瑞姆賽爵士開始了這項新研究，經過瑞禮和瑞姆賽反復精確地實驗，最后都得到一種空氣的殘余氣體，這種氣體的體積約占原空氣體積的1％，而且比氮氣稍重，經過光譜分析后才斷定這種氣體是一種新元素。

在1894年，瑞禮和瑞姆賽宣布了這一元素的發現，并且把它定名argon，有“懶惰”的意思，中文的譯名是氬。這也就是在科學界中廣被傳說的“第三位小數的勝利”。

氦的發現有些湊巧，它是唯一先在地球以外發現到的一種元素。1868年8月10日在印度發生日全食，法國天文學家楊森在觀測這次日全食時，從太陽光譜中得到一條波長587．49納米的橙黃色光譜線。同時，英國天文學家簡克伊爾也在不同的場合從太陽光譜中得到相同的發現。兩個人都寫信把這個結果通知巴黎科學院。

后來經過仔細分析，反復核對當時地球上所有已發現元素的光譜線，都沒有這一條，因而認定這是一種在地球上尚未發現的新元素的光譜線。由于是在太陽上發現的，因此把它命名為有“太陽”意義的helium。這是人類首次在地球上發現“地球以外的元素”。在這以后的20多年間，人們都一直認為“氦”只存在于太陽上，而不存在于地球上。

在1888～1890年間，美國化學家希爾布蘭德用硫酸處理瀝青鈾礦時，得到一種不活潑的氣體。雖然，這一種氣體實際上就是氦氣，但是他當時把它誤認成氮氣，也使他錯過了發現新元素的重大機會。

后來，瑞姆賽讀到這篇論文時，不同意他的看法。瑞姆賽隨即用另一種鈾礦(釔鈾礦)重復希爾布蘭德的實驗。瑞姆賽在取得氣體以后，借助光譜實驗．證明了這種氣體正好就是27年前在太陽光譜中發現的那種元素，進而證明地球上也有氦的存在。在1895年的英國化學學會年會中，正式宣布在地球上也發現了元素氦。有人把氦的發現一起歸功給楊森、洛克伊爾和瑞姆賽3人。

在1894年宣布氬的誕生后，在1895年宣布地球上也有“氦”的存在。但是在當時的元素周期表中，并沒有這兩個元素的位置，而且它們的性質和堿金屬(1A族)和鹵素(7A族)差別很大。因此聰明的瑞姆賽根據周期表的規律性，推測氦和氬可能是另一族的新元素，而且除了氦和氬以外，還有其他新元素。或者在氦和氬之間，很可能有另外一種元素。為此，他開始了新元素的探索工作。

最初，瑞姆賽和他的助手崔弗斯認為新元素可能與氦相似，存在于稀有礦物中。因此，他們對地球上所能得到的礦物，甚至包括從天空落下的隕石，都一一做了實驗，但都未能成功。后來受到“氬存在于空氣中”這一事實的啟發，又把希望寄托在空氣的分餾產物上。經過他們兩人的大量實驗，終于在1898年6月從空氣中取得了新元素——氖，英文名是neon(Ne)，含有“新”的意思。

稀有氣體氪是在尋找氖的期間，幾乎可以說是順便發現的。瑞姆賽他們在液態空氣分餾產物中尋找氖時，蒸發液態空氣到最后只剩下很少的一部分，再把其中的氮氣和氧氣去掉。在確定留下來的是一種不活潑氣體以后，做鑒定并確定是新元素氪。它被命名為krypton(Kr)，含有“隱藏”的意思，這時候已經是1898年5月30日了。

然后，他們用液態空氣的前餾部分，經過再處理，再借助光譜分析從中找到了氖，這是6月份的事情。瑞姆賽他們本來想要找氖，反而先得到了氪。他們無比地激動，當晚就測定了這種元素的原子量，測量結果是82.92，剛好處在溴(Br)和銣(Rb)之間，說明氪、氦和氬是同類，都是稀有氣體的成員。

在1898年7月12日，瑞姆賽和崔弗斯用新的空氣液化機，從空氣中又成功地分餾得到了xenon(氙)，它的名字有“陌生人”的意義。從1898年5月底到同年的7月12日，短短的兩個月內，瑞姆賽他們就發現了3種稀有氣體，氖、氪和氙。由此可見，在發現新元素的過程中，化學元素周期表起了巨大的導引作用。

在1900年，德國物理學家同恩教授從放射性礦物中發現了常溫下最重的氣體——氡。它是鐳(Ra)釋放出阿爾法粒子后，放射性蛻變產物中的一種。起初，同恩教授把這種氣體叫做“激光氣”。一直到1923年才正式把它定名氡，是稀有氣體的第6個成員。

6種稀有氣體的發現差不多都和瑞姆賽有關，首先他和瑞禮在1894年發現了氬，1895年繼楊森、洛克伊爾在發現太陽光譜中的氦以后，他是第1個從地球上找到氦的人。而氖、氪和氙是他與崔弗斯合作所得的成果。即使在1900年發現氡以后，瑞姆賽還與英國的索迪教授在1903年確定氡是由鐳蛻變以后的產物，并確認這個放射性氣體是一種新元素，因此瑞姆賽不愧是稀有氣體的開創者。

由上述的稀有氣體發現史，可以知道，在科學實驗中不放過一點點細微的差異，鍥而不舍，以及認真嚴肅的科學態度和一絲不茍的科學作風，是科學工作者成功的重要因素。

漫話電流的發現 林 楚

公元前6世紀，古希臘人發現用毛皮摩擦過的琥珀能吸引絨毛、碎麥耔之類的輕小物體，他們把這種奇怪的現象稱為“電”，這恐怕是電的最早“定義”。

到了17世紀，有“電學研究之父”之美譽的英國醫生吉爾伯特發現了諸如“電吸引”、“電力”的電現象，并最先使用這些電學術語。

1734年，法國的杜伐又發現了“同號電相互排斥、異號電相互吸引”的電現象。

1745年，普魯士的克萊斯特又在實驗中發現了放電現象。

到了18世紀中期，美國的富蘭克林通過大量實驗進一步揭示了電的性質，并第一次使用“電流”這個術語。按照他的觀點，電是“一種沒有重量的流體，存在于所有的物體之中。如果一個物體得到了比它正常的份量更多的電，它就被稱之為帶正電；如果一個物體少于它正常份量的電，它就被稱之為帶負電。放電就是正電流向負電的過程。”

其實這與我們今天所學的知識正好相反。不過在當時卻能夠非常圓滿地解釋好多人們所見到的電現象。

1752年，富蘭克林做了個舉世聞名的風箏實驗來捕捉天上的雷電。在雷雨交加的天氣中放飛一個用金屬線牽引的風箏，金屬線上還掛接了一串鑰匙，下端又接上了一段小細繩。當風箏升至云層中時，富蘭克林一手牽住繩子，另一只手輕輕地去觸及那串通過金屬線與云層相接的鑰匙。結果立刻看到手指與鑰匙間產生了火花放電現象，同時感到一陣猛烈的電擊。原來從金屬線上傳下來的“天電”與人工也完全相同!

1753年，富蘭克林根據自己的研究發明了避雷針。

1780年的一天，意大利解剖學教授伽伐尼在實驗室里觀察一只與鉗子及鑷子環相接觸的青蛙腿時，室外的閃電竟致使青蛙腿發生一陣痙攣!

伽伐尼覺得非常奇怪，之后他花了12年的時間來研究這種現象，并得出結論：“青蛙腿痙攣現象是‘動物電’的表現，這是一種在電流回路中產生的現象。”不過，這個結論根本無法解釋電流的產生原因。

意大利的另一位科學家伏打則不同意伽伐尼的結論，他認為電不是存在于青蛙腿肌肉中的，而是在金屬中(鉗子與鑷子環或金屬絲構成的回路)。1800年，伏打發明了一種可人為控制持續電流的原始電源裝置，它是由一系列鋅片和銀片相互間隔而成的，并浸入電解液中。這樣，由許多小的銀鋅電池連接起來，就形成一個較大的電池組．人稱“伏打電池”。它的出現為今后科學家們研究電流現象提供了物質基礎，有力地推動了電磁學和化學研究的進程。