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前传:02.彩色的火焰

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前传:02.彩色的火焰

雪花又一年 2018-05-03 14:37:00 浏览276 评论0

摘要: 就在大家惊叹门捷列夫元素周期表的神奇的时候,出麻烦了。英国的瑞利勋爵在做实验的时候,发现空气里面居然有以前从没被发现的物质。这个瑞利勋爵是剑桥大学卡文迪许实验室的教授。这个位置本来是麦克斯韦担任的,但是1879年麦克斯韦去世了。

就在大家惊叹门捷列夫元素周期表的神奇的时候,出麻烦了。英国的瑞利勋爵在做实验的时候,发现空气里面居然有以前从没被发现的物质。这个瑞利勋爵是剑桥大学卡文迪许实验室的教授。这个位置本来是麦克斯韦担任的,但是1879年麦克斯韦去世了。1879年是个重要的年份,前一套书《宇宙大爆炸》开篇就讲到这个年份有多重要。这个职位就由瑞利担任。称为卡文迪许物理学教授。其实就相当于剑桥大学物理系的系主任。瑞利就注意到了卡文迪许老前辈的一项发现。这大约已经过去100年了。一个容器,倒扣在碱液里面。伸进两个电极,打出电火花。我们都见过电焊的时候发出的电弧,通常伴随着刺激的气味,那就是空气中的氧气和氮气生成了二氧化氮。二氧化氮是酸性的,会被碱性液体吸收。于是呢,空气里面的氮气和氧气就越来越少了。最后过量的氧气用硫化钾溶液吸掉。有反正折腾来折腾去,总有个小气泡消不掉。这个气泡到底是啥呢,人家卡文迪许老爷子没搞清楚。100年过去了,没人搭理这茬儿啊。瑞利发现了这件事儿,觉得好奇。他当时在测量各种气体的密度。别的密度都测的很准确。但是氮气的密度老是测不准。从含氮的化合物里面搞出来的氮气,和空气里面去掉氧气剩下的氮气。密度居然不一样。居然要差了1.2‰,这要是搁别人那儿,根本不当回事儿。可是瑞利是个特别仔细的人。他总觉得这事儿不对劲啊。魔鬼总在细节里,很多科学发现,都是在小数点后面好几位给挖出来的。他一次次的重复试验,就是对不上茬。

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瑞利勋爵

瑞利广发英雄帖,看谁有兴趣来帮他。喊了半天,没人理他。后来是个叫拉姆塞的年轻后辈蹦出来了。他说我有兴趣。我跟您一起搞。这个拉姆塞用的是另外的办法。他把空气不断通过炽热的镁粉,镁粉很活泼,高温下会跟氧气和氮气发生作用。最后折腾来折腾去,总是留下个小气泡。小气泡测定成分显然还不够啊。大规模的烧镁粉。左后搞出好多升这种奇特的气体。瑞利自己也搞出了500毫升。这下好了。可以足够实验用了。他们想尽办法把这东西跟其他元素放在一起,加热也罢,放电也罢。人家就是刀枪不入,跟谁都不反应。整个一个滚刀肉。这到底是个啥玩意儿?

640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy拉姆塞一看,折腾不动这东西,那么就不得不把我老师搞的法宝请出来了。他老师是谁啊?他老师叫基尔霍夫。大名鼎鼎的物理学家。更重要的基尔霍夫还有一位好基友啊。基尔霍夫的朋友,简称基友。那就是上文书提到过的本生。这个本生擅长自己鼓捣化学仪器。要是缺个瓶瓶罐罐的,人家自己能造。他发明了本生灯,这种灯其实就是一种煤气灯。温度很高,能达到2300度。而且煤气灯的火焰没有颜色。不会对实验产生干扰。基尔霍夫就跟本生两人在海德堡大学一起工作。那时候本生正对一个现象着迷,不同的金属盐,撒到本生灯上,会发出各种各样的颜色。这东西五颜六色的多好看啊。本生发现,这东西的颜色好像跟金属元素有关系。比如你方的是含钠的盐,发的就是黄色的光。含钙的就是砖红色。本生就兴奋啦,逮着什么烧什么。基尔霍夫在旁边看不下去了,别烧啦。你这儿烧起来没完啦。本生就跟他说,这颜色代表不同的元素。基尔霍夫毕竟是搞物理的。他立刻脑子一转念。人凭着主观印象描述颜色,那根本不靠谱儿啊。要想精确描述颜色。只能靠光谱分析。他跟本生一说,本生一拍大腿,说干就干。基尔霍夫立刻去找来三棱镜,两个人一顿敲打,造出了世界上第一台光谱仪。他俩又玩儿开了,又是一通烧。能烧的都找来烧一遍。不看不知道,一看吓一跳。比如说钠盐的光谱,是两条黄色的谱线。不是连续光谱,谱线很窄。各种元素的谱线都不太一样。要是连续的光谱还不好辨认呢,现在一根根细细的谱线,那就好比是每个元素独有的条形码。本生还考基尔霍夫,一大把金属盐撒上去。看基尔霍夫报出光谱线,然后对应着一查表。里面的元素报的一个不差。这两个人乐疯了。他俩发现了一种鉴别元素的新方法。而且灵敏度很高。这是1859年的事儿了。第二年,圆明园就被烧了。只是感慨一下,人家欧洲在干什么,这边儿大清朝在干什么……

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基尔霍夫和光谱仪

就在1859年10月20日,他们俩就向柏林科学院做了个报告。报告的题目别提多吓人了。他们居然说搞清楚了太阳上的元素组成。一帮科学家在台底下听着啊,心里纳闷儿,你俩啥时候去太阳上溜达了一圈啊?

原来很久以前发现夫琅和费线就是跟元素的光谱线对应。他们推测,这些暗线应该是化学元素吸收光谱造成的。既然如此就可以根据太阳的夫琅和费线来判断太阳上的元素。看来太阳上的化学元素与地球相比大差不差。底下听众集体惊呼,天体物理由此进入了新阶段……

返回头来再说瑞利和拉姆塞。他们实在没辙了,想起老师基尔霍夫的光谱仪来了。但是他老师一直是烧金属盐来测定光谱啊。气体该怎么办呢?这东西没法拿到火焰上烧啊。难不倒科学家们。他们发明了一种办法,在气体瓶子里放电,用电场来激发气体辉光。这种办法到现在还在大规模使用着,我们每天都能见到的日光灯就是这个原理。水银蒸气在电场的激发下发光。这东西当然用不是瑞利和拉姆塞搞出来的,他们有个外援叫克鲁克斯。是人家搞出来的,就以人家名字命名叫做克鲁克斯管了。当然啦,他们也没想到这种放电的管子居然又导致了另一个重大发现诞生。一张嘴说不了两家事,但是这个重大的发现也就在这前后要一个雷天下响了。咱们暂且不表……


原文发布时间为:2017-12-11
本文作者:吴京平
本文来源:九州量子,如需转载请联系原作者。

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