书城童书钨舅舅
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第12章 天堂的色彩地狱的气味(1)

受到我实验室的声音、火光和气味的吸引,已经是医科学生的戴维和马卡斯有时也会加入到我的实验中。我和他们分别相差9岁和10岁,但是年龄差距没有多大影响。曾经有一次,我们在做氢和氧的实验时,突然发生非常剧烈的爆炸,燃起一道无形的火焰,烧光了马卡斯的眉毛。但是马卡斯对此见怪不怪,他和戴维还经常提议做一些其他的实验。

我们把过氯酸钾与糖混合在一起,然后将它们放在后院台阶上,并用锤子敲击,制造出一种非常令人满意的爆炸声。三碘化氮很容易制作,只需将浓缩的氨水加入到碘酒里,然后用滤纸把三碘化氮留在上边,用乙醚将其干燥即可。三碘化氮活性非常高,只需用一根棍子(或者是一根羽毛)触碰它,就能让其爆炸并发出惊人的响声。

我们三人一起用重铬酸铵玩“火山”游戏,把重铬酸铵的橘红色结晶做成金字塔,然后点燃,结晶很快剧烈地燃烧起来,接着就变得非常热,火光四射,就像火山喷发的场景。最后,当火熄灭后,我们发现很多深绿色的氧化铬,而不是整齐的晶体金字塔。

戴维建议做另外一个实验,在糖上浇硫酸,糖会立即变黑,然后发烫、冒烟、生长,形成一根巨大的炭柱,这根柱子高高耸立,高过烧杯。当我瞪大眼看着这种变化的时候,戴维警告说:“小心,如果被硫酸泼到,你也会变成一根炭柱子。”然后他给我讲了一个非常恐怖的故事,很有可能是他自己编造的。这个恐怖故事是关于有人在东伦敦一带被泼硫酸。他说他看到医院的受害者整张脸都烧坏了。(我不能确认是否该相信他,因为在我很小的时候,他也曾警告我:当披着长方形大方巾的牧师在为我们作祷告时,会发散神光,如果直视他,我的眼睛将会熔化,像煎蛋从双颊滚下。)

在实验室里,我花了很多时间来把玩五颜六色的化学材料。对我来说,颜色具有某种特殊而又神奇的力量,深蓝更是如此。孩提时,我比较喜欢爸爸药房里斐林液的亮蓝色,就像我喜欢烛焰中间的蓝心一样。我发现钴化合物、铜氨化合物以及复杂的铁化合物普鲁士蓝都呈现一种鲜艳的蓝色。

对我来说,所有蓝色中最神奇最漂亮的一种就是溶解在液态氨中的碱金属的颜色(这个是戴维舅舅告诉我的)。事实是,金属可以溶解这个事实起初教我大感惊奇,不过的确所有的碱金属都可溶解在液态氨里(一些碱金属的溶解度很让人吃惊--铯可以在只有它三分之一重的氨中溶解)。当溶液浓度大到一定程度就会立即改变--蓝色溶液上方会出现一层红铜色的气体;在这种状态下,溶液可以像水银一样导电。无论是钠、钾还是钙、钡,碱金属放入液态氨都呈一样的深蓝色,这表明了某些金属结构以及属性上的共性。它们就像地质博物馆里蓝铜矿的颜色一样,呈天蓝色。

很多所谓过渡元素的化合物都会呈现出这种元素特有的色彩:大多数钴盐和锰盐都是粉红的,大部分铜盐的颜色都是深蓝或者是蓝绿,大部分铁盐都是浅绿色的,镍盐的颜色比铁盐的绿稍微重一些。同样,只要一丁点过渡元素,就能予宝石很多特别的颜色。从化学结构来看,宝石仅仅是刚玉而已;刚玉是一种无色的氧化铝,但是它可以吸收光谱中的每一种颜色--如果用一点铬代替铝的话,它就会变成红宝石色;如果用一点钛来代替铝,它就变成了深蓝色;如果是二价铁化合物,它就变成绿色;三价铁化合物则变成黄色;如果用一点钒,刚玉就会非常奇妙地在绿色至红色之间改变颜色,就像亚历山大变石,在白炽光下是红色,日光下是绿色。对某些元素来说,原子有点小小的变化,就可以呈现一种特有的颜色。但没有哪位化学家能像大自然这么厉害,只要对几个原子或离子动点手脚,就能使刚玉呈现各种色泽。

只有少量的“可以着色”的元素,我所知道的主要是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍和铜。我发现,这些元素的原子量都很相近。这种现象是否代表了某种意义或者只是一种巧合,当时我并不知道。我了解到,和其他大多数元素不一样的是,这些过渡元素最明显的特征就是,它们有多种化合价,而其他的金属只有一种化合价。比如钠只能用一种方式与氯结合,即一个钠原子和一个氯原子结合。但是铁与氯却有两种结合方式:一个铁原子可以和两个氯原子结合形成氯化亚铁,或者与三个氯原子结合形成氯化铁。这两种氯化物在很多方面都是不一样的,包括颜色。

因为有四种截然不同的化合价或者是氧化态,并且很容易彼此转化,所以钒是一种比较理想的实验用品。还原钒最简单的方法就是,在装满钒酸铵(五价钒)溶液的试管里加入小块锌汞合金,合金立刻会起反应,试管内溶液的颜色将会从黄色变为宝蓝(四价钒的颜色)。这时可以取出合金。或者让其进一步反应,直到溶液变成绿色为止。绿色是三价钒的颜色。如果再等下去,绿色就会消失,随之会出现一种好看的淡紫色,也就是二价钒的颜色。如果把实验倒过来做,将深紫色的高锰酸钾倒在淡紫色上,经过几个小时的氧化之后,此时底部是淡紫色的二价钒,往上是绿色的三价钒,其上是蓝色的四价钒,再往上是黄色的五价钒。在这一层上面,有一层非常浓厚的褐色高锰酸盐,现在之所以是褐色,是因为它与二氧化锰混合到一起了。

与颜色接触的这些经历,让我相信很多元素的原子特征和它们化合物或矿物的颜色息息相关。两者之间关系亲密,我们可以从颜色上瞧出端倪。例如,碳酸锰、硝酸锰或者是硫酸锰,都有着二价锰离子的粉色(而高锰酸盐都是深紫色的,因为高锰酸盐里锰离子是七价的)。虽然那时候我不能提出什么精确的理论,但据此我可以模糊地感觉出:这些金属离子的颜色和其氧化态有关。这些过渡元素是不是有自己特有的颜色?这些物质的原子是不是已经在某些方面被“调谐”过了?

很多种化学现象似乎都和热相关:有时是需要热,有时是产生热。常常需要加热来产生化学反应,用热起头之后就会自行反应,有时反应会很强烈,一发不可收拾。如果只是简单地将铁屑与硫混合在一起的话,那么什么也不会发生;还能用一块吸铁石将铁屑从混合物中吸出来。但是如果加热混合物,它会突然冒出火,烧得如火如荼,并能合成一种全新的???质:硫化铁。这好像是一种简单的、几乎是最原始的反应,我想地壳中常常发生这种反应,熔化的铁与硫相互作用生出硫化铁。

我最早的记忆之一(那时的我只有两岁)是看见水晶宫着火了。我哥哥带我到议会山上去看这次火灾。议会山是汉普特斯西斯公园的最高点。夜空被燃烧着的宫殿点亮。每年的十一月五号,为了纪念盖伊·福克斯,我们将会在花园里放烟火,小小的火花,红色和绿色的焰火。使我害怕的鞭炮让我想像一条狗一样爬到最近的避难所里。

无论是出于这些经历或者是由于对火的本能喜爱,我对火焰和燃烧、爆炸和颜色有一种特殊(有时是很恐怖)的感情。

我喜欢将碘和锌混合到一起,或者是将碘和锑混合到一起,这时不需要加热就可反应。我喜欢看见它们自然发热,并喜欢它们反应时产生的紫色气态碘。如果用铝而不是用锌或者锑,反应会更强烈些。如果往混合物上滴上两三滴水,就会着火,并发出紫色的火焰,将褐色的碘粉吹得到处都是。

镁和铝这两种金属属性的怪异激起了我极大的兴趣:一大片的时候很强韧,性能也很稳定,所以可以用于飞机和桥梁建设,但是一旦氧化,就会生出猛烈的反应或爆炸。将镁放在冷水里不会发生什么事,但如果将镁放到热水里,会产生氢气。如果点燃一根镁条,它会发出耀眼的白光,即使在水下,也还会继续燃烧。在二氧化碳中,镁也能燃烧。这使我想起了战争中使用的燃烧弹,用二氧化碳、水甚至沙子都不能将它们扑灭。事实上,如果用沙子即二氧化硅与镁一起加热的话--有什么东西比沙子的惰性更强呢--镁会剧烈地燃烧,将氧气从沙子中赶出来,生成硅元素或者是有着硅化镁的硅混合物。(人们还是用沙子来扑灭由燃烧弹引起的火灾,尽管在对付熊熊燃烧的镁时,沙子起不到什么作用。在战争期间,伦敦随处可见沙桶,每家都有。)如果将硅化物放到稀盐酸里,就会产生自燃性气体硅甲烷,溶液中会起泡沫并形成烟圈,当它们到达表面的时候会出现小小的爆裂声。

在燃烧化学物质时,可使用长柄的“燃烧勺”,并要非常小心地将装有燃烧物的勺子的一端放到装有空气(或是氧、氯等)的容器中。如果使用氧气,火焰会非常明亮。如果熔化硫并将其放到氧气中,它就会着火并燃起天蓝色的火焰,还能产生刺鼻的气味,并让人身上发痒,这就是二氧化硫。很意外,我从厨房中偷来的钢丝棉也是易燃物。在氧气中,钢丝棉也能剧烈地燃烧,还能产生火星。这里产生的火星和盖伊·福克斯之夜燃放的烟火是一样的,并且还能产生氧化铁那种脏兮兮的棕色粉尘。

利用这种化学反应,我们可以将火玩弄于股掌之上,看那巨大的能量释放如火山。一切都在掌握中,令我兴奋不已,但也不能掉以轻心。特别是以铝或镁做实验,会引发剧烈的放热反应,这种剧烈的反应可使金属矿还原,甚至把砂变成硅元素,但是如果稍微粗心而出错的话,就会很危险,这种东西随时会炸掉你的手。