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第5章 化学大发明(2)

化学元素的命名和符号的来源

近代化学元素的概念确定后,紧接着古代人们使用和发现的那些物质归属于哪类化学元素被确定下来。它们在欧洲各国各有各的名称,例如铁,英文称iron,德文称eisen,法文称fer,俄文称железо等,各不统一。在科学实验兴起之后,最初实验研究中新发现的一些元素,例如氧,有人称它为脱燃素空气,有人称它为火空气,等等,各不相同。

拉瓦锡首先给氧和氢分别命名为oxygène(英文oxygen)和hydrogène(英文hydrogen),表明这两种元素的化学特征。“oxy”、“hydro”、“gène”都来自希腊文,分别表示“酸”、“水”、“产生”。“oxygène”就表示“产生酸的”。因为拉瓦锡认为氧是酸的原质,酸由氧产生,“hydrogène”就表示“产生水的”,因为他认为水由氢产生。

到1790年,法国化学教授夏普塔尔提出将拉瓦锡给氮所定的名称azote改为nitrogène(nitrogen),表示“硝石产生的”。使氧、氮、氢3种气体元素的命名都具有相同的词尾“gène”(-gen)。

贝齐里乌斯在创立化学元素的命名中起了重要作用。他在1811年提出将当时欧洲各国的化学元素的不同命名拉丁语化。拉丁语是欧洲的古典语言,曾广泛通用于欧洲。贝齐里乌斯直接采用了拉丁语中的ferrum、argentum、aurum、plumbum等分别定为铁、银、金、铅,把拉丁语中的carbō(碳、炭)转变成carbonium,氧、氮、氢转变成oxygenium、nitrogenium、hydrogenium,从拉丁语中相关的词创立stannum(锡)、sulphur(硫)等,使每一种化学元素的命名中都具有“um”或“ium”词尾(少数例外),使化学元素的命名从形式上统一,被欧洲各国采用。直到今天,不断新发现的化学元素也按此方式命名,在英文、法文和德文等国文字中完全相同。

贝齐里乌斯还采用以每种化学元素拉丁语名称开头的字母作为此元素的化学元素符号,例如铁就是Fe,不是来自英文iron(铁),金和银的元素符号是Au和Ag,也都来自拉丁语,而不是来自gold(英文“金”)、silver(英文“银”),等等。他在1813年发表的《论化学符号和应用它们表示化合量的方法》一文中写道:“化学符号要解释所写的东西而不至于把印刷的书弄得拖泥带水,就应当用字母符号,因此我将采用以每种化学元素拉丁文名称的开头字母作为化学符号。”从此,这些化学元素符号代替了炼金术士们使用的令人迷惑的图像和道尔顿的元素原子图,使化学有了它自己的文字。

到20世纪初,元素和化合物大量被发现,各位发现者给它们不同的名称,化学家们发觉必须统一,使它们的命名进一步系统化。国际间的化学机构拟定了命名原则,由于受到1914~1918年和1940~1946年两次世界大战的影响,至1957年发表了《无机化学命名法》,作为无机化合物命名的原则。

在这个《无机化学命名法》中,关于元素的命名有几条规定。如:

元素的名称在各种文字中,应当尽可能减少差别。

选用元素的不同名称时,采用流行较广的,而不以发现顺序优先。

新的金属元素名称必须加词尾-ium,少数例外没有加-i-。

所有新元素都用两个字母做符号。

一种元素的同位素采用同一名称,并加质量数,如oxygen-18(氧-18)。氢的同位素protium(氕—音撇)、deuterium(氘—音刀)、tritium(氚—音川)可以作为例外保留。

关于元素族的名称,氟、氯、溴、碘和砹通称为halogens(卤素);氧、硫、硒、碲和钋通称为chalcogens(氧族);从锂到钫称为alkalimetals(碱金属);从钙到钡称为alkaline-earthmetals(碱土金属);从氦到氡称为inertgases(惰性气体——现在称为稀有气体);从57号到71号元素合称lanthanumseries(镧系元素);从89号到103号元素合称actiniumseries(锕系元素)等。

一种元素的质量数、原子序数、原子数目和离子的电荷可以在元素符号的上下左右四角来标明。如:

左上角指数——质量数;

左下角指数——原子序数;

右下角指数——原子数目;

右上角指数——离子电荷。

离子电荷最好用An+,而不用A+n。

例如,3216S2+2表示带两个正电荷的电离分子,含有两个硫原子,每个硫原子的原子序数为16,质量数为32.

把创造众多化学元素名称的来源揭示一下,不仅十分有趣而且包含着多方面的知识,更能帮助我们了解它们名称的来龙去脉。

化学元素的命名来自星宿、神话、人名、地名、矿物名以及表示元素或单质的性能等,现分述如下。(按原子序数、拉丁名称、元素符号、中文名称、读音、同音字例的顺序列述)

来自星宿名的有:

2,helium,He,氦,hài,亥,来自希腊文太阳(helios)。

34,selenium,Se,硒,xī,西,希腊文月亮(selēnē)。

46,palladium,Pd,钯,bǎ,把,智神星(pallas)。

52,tellurium,Te,碲,dì,帝,拉丁文地球(tellus)

58,cerium,Ce,铈,shì,市,小行星谷神星(ceres),它的轨道在火星和土星的中间。

92,uranium,U,铀,yóu,邮,天王星(uranus)。

93,neptunium,Np,镎,ná,拿,海王星(neptune)。在太阳系中海王星处在天王星之外,正如93号元素镎处在92号元素铀后面。

94,plutonium,Pu,钚,bù,不,冥王星(pluto)。在太阳系中冥王星处在海王星之外,正如94号元素钚处在93号元素镎的后面。

来自神话的有:

22,titanium,Ti,钛,tài,太,希腊神话中大地的第一代儿子们泰坦族(titans)。

23,vanadium,V,钒,fán,凡,北欧神话中美丽的女神凡娜迪亚(Vanadia)。

41,niobium,Nb,铌,ní,尼,泰坦族的女儿尼奥比(Niobe)。

61,promethium,Pm,钷,pǒ,颇,希腊神话中从天上偷火送给人间的神普罗米修斯(Prometheus),因触怒主神宙斯(Zeus),被锁在高加索山崖遭受神鹰折磨。

73,tantalum,Ta,钽,tǎn,坦,希腊神话中主神宙斯的儿子、英雄旦塔勒斯(Tantalus),因泄露天机被罚永世站在有果树的水中,水深及下巴,口渴想喝水时水即减退,腹饥想吃果子时树枝即升高。钽的发现人认为钽能抵抗多种酸的侵蚀,具有英雄的特征,因此用希腊神话中的英雄命名它。

90,thorium,Th,钍,tǔ,土,北欧神话中的雷神(Thor)。

用人名命名的化学元素多是纪念在科学中有发明创造的一些科学家。其中有:

62,samarium,Sm,钐,shān,衫,俄罗斯矿物学家、工程师杉马尔斯基(B。E。Самарский),首先发现含钐的矿石。

64,gadolinium,Gd,钆,ɡá,轧,芬兰化学家加多林(J。Gadolin,1760~1852),发现含有多种稀土元素的矿石。

96,curium,Cm,锔,jú,局,法国物理学家居里(P。Curie,1859~1906)和他的夫人(M。S。Curie,1867~1934),共同发现镭和钋两种放射性元素。

99,einstenium,Es,钅哀,āi,哀,美籍德国物理学家爱因斯坦(A。Einstein,1879~1955)提出关于物质运动与时间空间关系的相对论。

100,fermium,Fm,镄,fèi,费,意大利物理学家费米(E。Fermi,1901~1954),用中子辐照方法制备人工放射性元素。

101,mendelevium,Md,钔,mén,门,俄罗斯化学家门捷列夫。

102,nobelium,No,锘,nuò,诺,瑞典化学发明家诺贝尔。

103,lawrencium,Lw,铹,láo,劳,美国物理学家劳伦斯(E。O。Lawrence,1901~1958)发明粒子旋加速器,为人造化学元素创造工具。

104,rutherfordium,Rf,钅卢,lú,卢,新西兰出生的英国物理学家卢瑟福。

106,seaborgium,Sg,钅喜,xǐ,喜,美国核化学家西博格(G。T。Seaborg,1912~1999),人工制得92号至102号多种化学元素。

107,bohrium,Bh,钅波,bō,波,丹麦物理学家玻尔。

109,meitnerium,Mt,钅麦,mài,麦,奥地利出生的瑞典物理学家梅特纳(女)(L。Meitner,1878~1968)与德国物理学家哈恩(O。Hahn,1879~1968)共同发现91号化学元素镤(Pa)。

用地名命名化学元素多是发现人纪念他(她)的出生地,或祖国,或发现地方。其中有:

12,magnesium,Mg,镁,měi,美,希腊城市美格里西亚(Magnesia),在这里发现含镁矿石。

21,scandium,Sc,钪,kànɡ,亢,北欧斯堪的纳维亚(Scandinavian)半岛。

29,cuprum,Cu,铜,tónɡ,同,地中海中塞浦路斯(Cyprus)岛,古代产铜地。

31,gallium,Ga,镓,jiā,家,发现人纪念他的祖国——法国古代被罗马帝国占领时的名称Gallia(高卢)。

32,germanium,Ge,锗,zhě,者,发现人纪念他的祖国Germany(德国)。

38,strontium,Sr,锶,sī,思,英国苏格兰的一个村庄思特朗提安(Strontian),从这里采得的矿石中发现元素锶。

39,yttrium,Y,钇,yǐ,乙,Ytterby(瑞典首都斯德哥尔摩附近的一个小镇,在这个小镇上发现一块黑色矿物,从这个矿石中发现钇、钅忒、铒等元素)。

44,ruthenium,Ru,钌,liǎo,了,被俄罗斯化学教授奥桑(Г,В。Озанн)在1828年发现,纪念他的祖国Russia。

63,europium,Eu,铕,yǒu,有,Europe(欧洲)。

65,terbium,Tb,钅忒,tè,忒,Ytterby。

67,holmium,Ho,钬,huó,火,Holmia(瑞典首都斯德哥尔摩的古名)。

68,erbium,Er,铒,ěr,耳,Ytterby。

69,thulium,Tm,铥,diū,丢,Thule(斯堪的纳维亚半岛的古名)。

70,ytterbium,Yb,镱,yì,意,Ytterby。

71,lutetium,Lu,镥,lǔ,鲁,Lutetia(法国首都巴黎的古名)。

72,hafnium,Hf,铪,hā,哈,Hafnia(丹麦首都哥本哈根的古代名称)。

75,rhenium,Re,铼,lái,来,流过欧洲的莱茵(Rhine)河。

84,polonium,Po,钋,pō,泼,波兰(Poland)。

87,francium,Fr,钫,fānɡ,方,法国(France)。

95,americium,Am,镅,méi,眉,美洲(America)。

97,berkelium,Bk,锫,péi,陪,美国加利福尼亚(California)大学分校所在地伯克利(Berkely)城。

98,californium,Cf,锎,kāi,开,美国西部濒临太平洋的州加利福尼亚。

105,dubnium,Db,钅杜,dù,杜,苏联的杜布纳[Дубна(英文Dubna)]研究所,这个研究所在进行人工合成元素的实验中作出了贡献。

108,hassium,Hs,钅黑,hēi,黑,德国核研究所所在地,黑森(Hessen)州。

来自矿石名的有:

4,beryllium,Be,铍,pí,皮,beryl(含铍矿石绿柱石)。

5,borium,B,硼,pénɡ,朋,borax(含硼砂的硼矿石)。

11,natrium,Na,钠,nà,纳,natrolite(含钠矿石)。

13,aluminium,Al,铝,lǚ,吕,alum(含铝矿石明矾)。

14,silicium,Si,硅,ɡuī,归,拉丁文silex(含硅矿石水晶)。

19,kalium,K,钾,jiǎ,甲,kali(从海草灰获得的物质)。

20,calcium,Ca,钙,ɡài,丐,calx(矿渣),表明钙来自生石灰(氧化钙),而生石灰是煅烧石灰石的矿渣。

25,manganum,Mn,锰,měnɡ,猛,magnes(含锰矿石)。

27,cobaltum,Co,钴,ɡǔ,古,希腊文kobalos(流氓),欧洲矿工们最初发现含钴矿物,认为它无用而对人有害。

28,niccolum,Ni,镍,niè,臬,19世纪德国采矿工人们发现含镍矿石,称它为骗人的铜[kupfer(铜),nickel(骗子)]。

30,zincum,Zn,锌,xīn,辛,来自德文zink,是德国人首先发现锌矿。

33,arsenium,As,砷,shēn,申,希腊文arseniken(砷的硫化物,雄黄)。

40,zirconium,Zr,锆,ɡào,告,zircon(含锆矿石,锆石)。

42,molybdenum,Mo,钼,mù,目,希腊文molybdaina(含硫化钼的矿石)。

48,cadmium,Cd,镉,ɡé,革,calamine(含锌、镉的矿石,菱锌矿)。

51,stibium,Sb,锑,tī,梯,stibnite(含锑矿石,辉锑矿)。

56,barium,Ba,钡,bèi,贝,baryta(含钡矿石)。

74,wolfram,W,钨,wū,乌,wolframite(钨锰铁矿)。

表明元素或单质特征的有:

3,lithium,Li,锂,lǐ,里,希腊文lithos(石头),发现者认为钾、钠是从植物体中发现的,而锂是从矿石中发现的,事实上动、植物体中均含有锂。

9,fluorum,F,氟,fú,弗,拉丁文fluo(流动),因含氟矿石——萤石(氟化钙Ca F2)被用作熔剂,降低矿石熔点。

10,neonum,Ne,氖,nǎi,乃,希腊文neos(新的),它是在氦、氩、氪发现后发现的一种“新的”稀有气体。

15,phosphorum,P,磷,lín,林,希腊文phōs(光),pherō(携带),磷在空气中放置时氧化发光。

17,chlorum,Cl,氯,lǜ,绿,希腊文chlōros(黄绿色)。

18,argonium,Ar,氩,yà,亚,希腊文α(不),ergen(工作),表明氩不与其他元素化合。

24,chromium,Cr,铬,ɡè,各,希腊文chrōma(颜色),因铬能形成不同颜色的化合物。

35,bromium,Br,溴,xiù,秀,希腊文brōmos(恶臭),因溴具有刺激性臭味。

36,kryptonum,Kr,氪,kè,克,希腊文kryptos(隐藏),表明它难以发现。

37,rubidium,Rb,铷,rú,如,拉丁文rubidus(深红色),铷具有深红色的光谱线。

43,technetium,Tc,锝,dé,得,希腊文technētos(技术),锝是第一个人工制得的化学元素。

45,rhodium,Rh,铑,lǎo,老,希腊文rhodon(玫瑰),铑的盐形成玫瑰色溶液。

49,indium,In,铟,yīn,因,indigo(蓝色染料靛蓝),铟具有蓝色的光谱线。

53,iodium,I,碘,diǎn,典,希腊文iōdēs(紫色),碘的蒸气紫色。

54,xenonum,Xe,氙,xiān,仙,希腊文xenos(奇异)。

55,caesium,Cs,铯,sè,色,拉丁文caesius(天蓝色),铯具有天蓝色的光谱线。

57,lanthanum,La,镧,lán,兰,希腊文lanthanō(潜伏),表明镧难以发现。

59,praseodymium,Pr,镨,pǔ,普,最初命名为praseodidymium,由praseo(绿色)和didymium组成,didymium是19世纪中期错误发现的一种化学元素,我国曾命名它为钅笛(音笛),元素符号为Di,门捷列夫等人最早创立的元素周期表中都把它列入表中。praseo是绿色,这样,镨的命名就是“绿钅笛”,因为镨的盐是绿色的。praseodidymium被简化成praseodymium。

60,neodymium,Nd,钕,nǚ,女,neo(新),neodymium就是“新钅笛”。

66,dysprosium,Dy,镝,dī,滴,希腊文dysprositos(难以取得)。

76,osmium,Os,锇,é,俄,希腊文osmē(臭味),锇的氧化物具有刺鼻臭味。

77,iridium,Ir,铱,yī,衣,希腊文irid(彩虹),铱的氢氧化物从溶液中析出时呈现各种不同颜色。

78,platinum,Pt,铂,bó,柏,西班牙文platina(银)del Pinto(南美洲一条河名),西班牙人在南美洲一条河流处发现铂,认为是银。

80,hydrargyrum,Hg,汞,ɡǒnɡ,拱,希腊文hydra(水),argyros(银),hydrargyrum就是“水银”或液体的银。

81,thallium,Tl,铊,tā,它,希腊文thallos(绿芽),因铊具有绿色的光谱线。

83,bismuthum,Bi,铋,bì,必,德文weissemasse(白色物质),金属铋呈现白色。

85,astatine,At,砹,ài,艾,希腊文astatos(不稳定)。

86,radon,Rn,氡,dōnɡ,冬,英文构词成分radio表示放射。氡是具有放射性的稀有气体元素。

88,radium,Ra,镭,léi,雷,拉丁文radius(射线)。镭是具有放射性的金属元素。

89,actinium,Ac,锕,ā,阿希腊文aktis(射线),锕是具有放射性的金属元素。

91,protoactinium,Pa,镤,pú,仆,希腊文prōtos(原始),protoactinium就是“原锕”,它放射出射线后能转变成锕。

化学物质和元素的命名是化学知识不可分割的一部分,我国化学物质和元素的命名在近代化学传入的初期随之开始。我国化学是在19世纪后半叶的清朝末年,从欧洲传入。当时的翻译者们就创立了我国文字的化学物质和元素的名称。例如,我国近代化学的先驱人物徐寿(1818~1884),在他1872年翻译出版的《化学鉴原》等书中,已经创立了钾、锂、镁、钠等今天在使用的化学元素名称。但是长期以来没有统一,在旧中国时代里,我们现在称为“钪”的这种化学元素,有人称它为“钅司”,又有人称它为“钅肯”;现在称为“钐”的这种化学元素,有人称它为“又有人称它为”错殳。真是五花八门,不知所指的是哪种元素,令人不得不借助于外文,或者干脆就用外文了。

新中国成立后,人民政府立即着手学术名词的统一工作。1950年在当时政务院文化教育委员会下,成立了学术名词统一工作委员会,下设自然科学、社会科学、医药卫生、文学艺术等组。自然科学组下面又分若干小组,如化学名词小组,修订出版了《化学物质命名原则》。在这个《原则》的总则中明确规定:“元素定名用字,以谐声为主,会意次之,但应避免同音字。”在元素一篇中又明确规定:“元素的名称用一个字表示。在普通情况下为气态者,从气;液态者,从水;固态的金属元素,从金;固态的非金属元素,从石。”这样,我国的化学元素的名称才呈现了今天的情况。现在,我们看到一个化学元素的名称,就知道它是金属还是非金属;它的单质在普通状况下是气态、液态还是固态。汞是惟一的例外。

什么叫做谐声?什么叫做会意?这是我国古代造字的六种形式中的两种。在现代我国所造的化学字中,谐声就是取音造字,会意就是取意造字。

取音造字就是取元素拉丁名称第一音节的音造字,例如lithium的第一音节是li-,音“里”,因为它的单质是金属,就添加“金”字旁,成为“锂”。“钠”也是如此,它的拉丁名称是natrium,第一音节na音“纳”,改为“金”字旁,成为“钠”。

取意造字就是取元素形成单质的特征造字。例如,氢源出自“轻”,因为它的单质是最轻的气体,就把“轻”字砍去一半,变成“塞进了”气“字里。氯也是如此,源出自”绿“因为它的单质是绿色的。氧最初取名为养气,表示对人有营养,供人呼吸,再由”养“谐声,转变成氧。氮最初取名为淡气,表示它把空气中的氧气冲淡了,把”淡“字的偏旁塞进”气字里就成了氮。

我国化学元素的名称用字,除了古代已有的如金、银、铜、铁、锡、硫等以外,或借用古字,或另创新字。创新字的居多数,“铁”等这些字是从古字简化来的。上面举出的一些例子都是创造的新字。借用古字的也不少,它们往往失去了原来古代的意义,而作为一个化学新字被我们认识了。例如,钌在古代是指金饰器;钐——大铲;钯——箭镞;钫——量器;铋——矛柄;铂——薄金,等等。锔也是一个古字,也用在我们日常生活的口语中,如锔碗、锔锅,就是用锔子连合破裂的碗和锅,却成为一个不常用的僻字了。我国化学家们在选用这种元素curium的译名中,是经过一番斟酌的。curium是为了纪念研究物质的放射性作出贡献的法国物理学家居里(Curie)夫妇而命名的,据照规定和习惯,从这一词的第一音节音译应译成“锯”为合适,但是锯应读成jù,而不是读成“居”jū,而且“锯”是指片解木材用的工具,把它用来作为一种化学元素的名称不大适宜,因此舍“锯”而用“锔”。

1997年8月27日,我国全国科学技术名词审定委员在征得国家语言文字工作委员会同意后,公布了101号至109号元素的命名,其中多数是以科学家姓氏命名的。

我们现用化学课本里元素周期表中的105号元素钅罕,按此表规定应当改为钅杜;从106号至109号元素过去没有名称,现在有了。

我国公布的这个101号至109号元素名称表,来源于国际纯粹和应用化学联合会1997年公布的元素名称。

近代和现代化学的兴起

在西欧,人们通常把15~16世纪叫做“文艺复兴时期”。也就是说,这时古代文化复兴了。

欧洲在15~16世纪里,封建社会内部工商业逐渐发展起来,资本主义形式的手工工场逐渐形成。新兴的资产阶级要发展资本主义,发展生产,要改进生产工具、设备并提高其效率,那就需要自然科学,反对当时占统治地位的宗教神学,反对封建主义,开始从古代希腊罗马的文化中寻找有利的哲学和自然科学,打起“复兴古典文化”的旗帜,因而叫做文艺复兴。文艺复兴时期的一项重要成就是自然科学的兴起。

在这个时期里,天体望远镜、显微镜、温度计、湿度计、水银气压计等相继出现,为人们揭开许多前所未见的自然奥秘,为人们进行科学实验和建立近代自然科学提供了实验研究的工具。

1492年,出生在意大利、先后移居至葡萄牙和西班牙的航海家哥伦布(C。Colombo,约1451~1506)到达美洲,发现了新大陆。6年后葡萄牙人绕过非洲,开辟了通往印度的航路。到16世纪初,第一次环球旅行获得成功。所有这些成就的获得都和指南针的采用、造船术和航海术的改善以及地理学和天文学的发展分不开的。

这些航海活动打开了人们的眼界,促使人们不再停留在中古时期宗教束缚的有限资料和各种荒谬的观点上,开始对大自然进行直接的观察,促进了文化的复兴。

文艺复兴时期最重要的科学发现,就是当时打击宗教神学最厉害的波兰天文学家哥白尼(N。Copernicus,1473~1543)的太阳中心说。哥白尼从1506年起建立观测台,自制仪器,经过反复观测和计算,到1543年发表了《天体运行论》,创立了太阳系学说,提出地球和其他行星都以太阳为中心不停地运转,打破了地球中心说。

地球中心说是公元2世纪埃及天文学家托勒密(Ptolemy)提出来的,他认为宇宙的中心是地球,太阳、月亮等行星依次围绕着地球旋转。这一学说被宗教利用。宗教宣扬上帝按照自己的形象创造了人,并且把人放在宇宙的中心——地球上,上帝让太阳、月亮、星星绕着地球转,给了人们白昼和夜晚的光明。因此一千多年来地球中心说成为“绝对权威”,谁要反对它就要受到迫害和惩罚。于是《天体运行论》被列为禁书,教皇下令指责太阳中心说是“邪说”。

但是,科学家们却不顾宗教禁令,继续研究和发展哥白尼的学说。德国天文学家开普勒(J。Kepler,1571~1630)继承哥白尼思想,阐述了行星绕太阳旋转的基本规律。意大利物理学家伽利略(G。Galileo,1564~1642)进一步发现了许多天体运动的规律,尽管天主教会用严刑拷打和焚毁他的手稿等相威胁,要他放弃对哥白尼学说的信念,伽利略虽然被迫签了字,但还宣称:“反正地球还是在转动的。”真理在唯物论和科学这一边,而不在唯心论和宗教那一边。

文艺复兴时期著名的意大利唯物论哲学家布鲁诺(G。Bruno,1548~1600),因接受并发展了哥白尼的太阳中心说,宣传唯物主义世界观,提倡古代的原子说,被宗教裁判所活活烧死在长满鲜花的广场上。

但是,社会进步的步伐是谁也阻止不了的,资本主义代替了封建主义,进步的思想也终于冲破了宗教的束缚,唯物论和科学技术蓬勃地兴起。

新兴的资产阶级的哲学思想以实验获得的自然科学成果为依据,要求对客观世界进行观察和用实验去认识世界。英国哲学家培根(F。Bacon,1561~1626)大声疾呼,运用实验的方法去认识自然界!在他的著作《新工具》中写道:“科学是实验的科学,科学就在于用理性的方法去整理感性材料。归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的主要条件。”他提出了“知识就是力量”的口号。

在生产实践需求的推动下,在自然科学向宗教神学进行斗争的鼓动下,在新的唯物主义哲学思想的影响下,近代科学实验蓬勃地兴起。至17世纪,欧洲各国纷纷建立科学团体、科学院,提倡科学实验,追求科学真理。1665年在英国建立皇家学会后,意大利的佛罗伦萨、法国的巴黎、奥地利的维也纳相继成立科学院。大量有识之士纷纷投入科学实验中,创造各种化学仪器,在自己的住宅庭院里建立起化学实验室,在公共场所表演化学实验。

英国牧师黑尔斯(S。Hales,1677~1761)创造了排水和排汞取气法。

荷兰药物商人基普(P。J。Kipp,1808~1864)发明了气体发生器,为制取、收集和研究气体创造了条件。瑞典化学家贝齐里乌斯(J。J。Berzelius,1779~1848)为了取得合适的滤纸,从造纸厂订购了一种特殊的纸,是用很长的纤维并且是在冬天制作的,让它在湿润的情况下经冷冻处理,使孔隙膨胀,从而改善了过滤效能。他还指出:漏斗的锥角为60°时过滤最快,并且过滤时滤纸不能高出漏斗,滤液不能高出滤纸边缘。他用的天平的灵敏度已达到1毫克。

有识人士之中还有英国贵族玻意耳(R。Boyle,1627~1691)、英国乡村教师道尔顿(J。Dalton,1766~1844)、法国律师拉瓦锡(A。L。Lavoisier,1743~1794)、瑞典药剂师舍勒(K。W。Scheele,1742~1786)、英国牧师普利斯特里(J。Priestley,1733~1804)、英国一位医生的学徒戴维(H。Davy,1778~1829)、英国书籍装订工人法拉第(M。Faraday,1791~1867)等,他们都没有接受过正规的化学教育,都是在进行各项化学实验中有所发现或有所发明而成为化学家的。

这些科学实验与古代劳动人民、炼金和炼丹术士们、古医药化学家们的实践是有区别的,虽然同样都取得了一些物质,发现了一些物质的物理、化学性能,但不是单纯为了寻找它们、应用它们,而是在探索、研究它们,并且在实验中进行观测,对实验的结果进行推理,提出假说和理论,在学术团体中报告,交付科学院讨论、鉴定。

于是,促使化学与物理学科分家,从自然哲学中脱颖而出,成为一门独立的科学。从此,化学不再是单纯的生产实践,不再是诡秘的炼金术或炼丹术,不再是单一的医药化学,而是有理论、有实践的一门独立科学,并且在持续不断的化学实验中成长。

至19世纪,由于实验中发现的化合物逐渐增多,化合物被分为无机化合物和有机化合物。有机化合物是指碳、氢化合物和它们的衍生物。衍生物是指一种化合物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团取代而衍生的产物,例如乙烷(C2H6)分子中有一个氢原子被原子团—OH取代而衍生成乙醇(C2H5OH)。C2H6是有机化合物,C2H5OH也是有机化合物。非有机化合物即是无机化合物。研究有机化合物的化学就是有机化学,研究无机化合物的化学就是无机化学。

同一时期里,随着化学实验的发展和工业生产的需求,分析化学独立作为化学的又一个分支学科出现。分析化学又可分为定性分析化学和定量分析化学。

19世纪末、20世纪初,物理学中出现了一系列的新发现,经典物理学受到冲击,化学得到发展而步入现代化学。

1895年德国物理学家伦琴(W。C。Rontgen,1845~1923)发现X射线。

1896年法国物理学家贝克雷尔(A。H。Becquerel,1852~1908)发现铀能自发地放射射线。

1897年英国物理学家汤姆生(J。J。Thomson,1856~1940)发现电子。

1898年波兰出生的法国物理学家居里夫人(M。S。Curie,1867~1934)发现物质的放射性。

在诸多科学家的努力下,逐渐揭开了原子内部的奥秘,创立了崭新的测定物质结构的多种物理方法,促进化学向微观、理论、定量的方向发展。

此外,一些与物理、化学领域相近的边缘学科,如物理化学、生物化学、高分子化学、环境化学、地球化学、海洋化学等先后出现,使化学科学进入了更专门的研究领域。

现代炼钢技术的发明

直到19世纪中期,欧洲炼钢仍然采用搅拌法,即是把生铁加热到熔化或半熔后,放进熔池中进行搅拌。它借助搅拌时空气中的氧气将生铁中的碳氧化掉,这正是1600多年前我国汉朝时代出现的炒钢法。1860年在英国大约有3400多座搅拌炼钢池,每12小时一般搅炼一池,每池250千克。

在搅拌池中炼钢很难控制钢中碳的含量,而且要耗费很大的人力。到1856年,英国人贝塞麦(H。Bessemer,1813~1898)创造了一种转炉炼钢法,解决了这个难题。

贝塞麦是一位法国大革命时逃亡到英国的机械工程师的儿子,少年在离开乡村学校后当上铅字浇铸工,17岁开始经营生产金属合金和青铜粉,在参加英、法与俄罗斯对抗的克里米亚(Crimea)战争(1853~1856)中,亲眼目睹用生铁或熟铁制造的炮身经受不住火药的爆炸力,常常产生爆裂,遂促使他寻找一种生产钢的方便方法。

贝塞麦曾经注意到一些固态的铸铁块在熔化前由于暴露在空气中而脱碳了,当然这种氧化作用就是搅拌法炼钢的原理,他没有学过化学,不了解这个原理,但却使他考虑到把空气鼓入铁水中炼钢。于是在1856年的一天,他在伦敦圣潘克拉斯(St。Pancras)建成一座炼钢炉。

这是一座固定式容器。可盛放350千克铸铁,把空气加压鼓入容器中后,反应的猛烈程度使贝塞麦大吃一惊,因为他没有估计到铸铁中碳与空气中氧气的反应以及其他杂质与氧气的反应会放热。幸好,10分钟后,当杂质已除去后,火焰平息了,可以走近容器,切断加压的空气流。金属被注入锭模中,经测定是低碳钢。1856年8月11日,贝塞麦在切尔特南(Cheltenham)不列颠协会的会议上公布了这一创造发明。很快,贝塞麦制成一种可转动的可倾倒式转炉,每炉可容纳5吨生铁,熔炼时间为1小时,包括补炉和铸锭的时间在内,大大缩短了搅拌炼钢的时间,更减少了搅拌熔炼操作所费的力气。于是,国内外炼钢厂纷纷购买此法的生产许可证。

贝塞麦在宣布他的创造发明后受到各界人士的热情赞扬,但是很快就遭受到批评和嘲讽,原因是用他创造的转炉炼出的钢锭由于氧化过度,生成的氧化铁存在钢中,同时生铁中的磷未能除去,使钢的质量很差,不是疏松,就是硬脆,在锻打时发生断裂。

关于钢中存在过量氧化铁的问题,后来由英国一位富有炼钢实践经验的马希特(R。F。Mushet)解决了,他在熔化了的金属中添加称为镜铁的铁、锰和碳的合金,因为锰能将生成的氧化铁还原。

除去铁矿石中的磷是炼钢中长期未解决的问题。贝塞麦和其他所有炼钢炉的建造者一样,用含硅的材料作为炉的衬里。这种炉衬不会和磷被氧化生成的氧化物结合,不能把这种稳定的化合物从钢中除去。贝塞麦只能选用含磷低于0.05%(质量分数)的矿石炼成铁后再炼钢。

除磷的问题后来却由英国一位法院的书记员托马斯(S。G。Thomas,1850~1885)经试验后解决了,在1878年获得成功。

托马斯虽然是一位法庭书记员,却热爱化学。他利用业余时间进伦敦大学伯克培克(Birkbeck)学院进修化学课程,并通过英国皇家矿业学院冶金学和化学的考试。他在得知贝塞麦炼钢中需要解决除磷的问题后,用各种化学物质,包括氧化镁和石灰等进行试验,在他的表弟吉尔克里斯特(P。C。Gilchrist)协助下,在布莱纳封(Blaenavon)的炼钢厂用一个转炉进行试验,他的表弟正是这个炼钢厂的化学师。他们两人在1877~1878年进行了9个月的试验,证明经焙烧过的白云石用石灰黏结作为转炉衬里能满意地除去磷,而且还同时生产出宝贵的磷肥,后人为纪念他,至今把这种磷肥称为托马斯磷肥。

白云石是含有碳酸镁、碳酸钙的岩石,焙烧后生成氧化镁、氧化钙等,能与磷的氧化物化合生成镁和钙的磷酸盐,是很好的磷肥。

1883年托马斯获得贝塞麦奖章,可惜因患肺结核病,35岁即逝世。贝塞麦发明创造的转炉炼钢法在得到托马斯等人的改进后一直沿用至今。现今使用的转炉可以绕水平轴旋转,便于加料和卸料。炉底有气孔,从气孔鼓入空气。用它炼一炉钢约需十几分钟,容量从一吨到数十吨不等。

随着工业的发展,在生产建设和日常生活中出现了大量的废钢、废铁。这些废料在转炉中不能利用,于是在出现转炉炼钢的同时,出现了平炉炼钢。

在转炉炼钢中,使金属保持液态所需的热量是由化学反应所产生的热提供的,但在平炉炼钢中,化学反应产生的热量不足以使金属保持熔融状态,所以必须由外部热源供应热量。

1856年,德国人西门子弗雷德里克(Frederick Siemens)利用热再生原理创建一种交流换热炉。这是在燃烧炉两侧各建一蓄热格子砖室,从燃烧炉中出来的炽热的燃烧废气通过一边的格子砖室,将热量传给格子砖,随后将燃烧用的空气通过被加热的砖室,提高温度后进入燃烧室燃烧,从而提高了炉温。每隔一定时间,交换空气和废气的流动方向,使两边的蓄热室交替使用。这种炉子最初被用来烧制玻璃,后来被用来炼钢,这就是平炉。

最初,在平炉中燃烧固体燃料。1861年西门子弗雷德里克的兄弟西门子威廉(William Siemens,1823~1883)创造一种煤气发生炉,生产发生炉煤气。这是将定量的空气和少量水蒸气通过燃烧的煤或赤热的焦炭,使之生成的二氧化碳尽可能转变成可燃的一氧化碳。水蒸气与碳反应后生成可燃的一氧化碳和氢气。

西门子威廉是一位工程师,在德国接受正规的技术教育后来到英国;西门子弗雷德里克在德国得累斯顿(Dresden)经营电气公司,也曾到英国。他们兄弟二人认为英国鼓励工程技术人员和发明创造者,在英国申请专利比较方便。他们于1866年在英国伯明翰(Birmingham)共同建立西门子钢厂,利用平炉进行炼钢。

西门子兄弟共四人,都是出色的发明家。威廉是老二,弗雷德里克是老三。老大西门子维勒(Werner Siemens,1816~1892)是一位电化学家,发明发电机原理,创建德国西门子公司。最小的弟弟西门子卡尔(Carl Siemens)在俄罗斯创办企业。这样,维勒被称为“柏林的西门子”;威廉被称为“伦敦的西门子”;弗里德里克被称为“德累斯顿的西门子”;卡尔被称为“俄罗斯的西门子”。

差不多在同一个时期,法国冶金学家马丁(P。Martin,1824~1915)和他的兄弟(B。Martin)同样利用热再生原理,建立平炉,在法国锡雷(Sireuil)建厂生产。他们生产的钢在1867年巴黎博览会上展出获金质奖章。马丁在1915年获英国钢铁学会授予的贝塞麦奖章。

农药的发明

人们从远古时代开始进行农业生产后,就出现跟病、虫、鼠、杂草争夺收获的斗争了。随着近年来世界人口的迅速增加,这种斗争就更加剧烈。施用农药是一种切实可行的斗争手段。

农药的使用和医药一样,最先是采用天然物质,然后是提取有效成分,再后是化学制取。

莽草、附子等都是我国古书中出现的驱虫农药。莽草是一种常绿灌木,产于我国长江中下游各地,果实剧毒。附子是乌头块根的侧根,有毒。乌头是一种多年生草本,有块根,内含植物碱——乌头碱,毒性很大。我国古代猎人用它的汁液涂敷在箭头上狩猎动物,也用于战争中。我国农村至今还广泛使用艾蒿薰蚊。

烟草、除虫菊、鱼藤等有毒植物是世界各地广泛应用的农药。除虫菊酯、鱼藤酮就是从除虫菊、鱼藤中提取的物质。

砒霜(As2O3)、雄黄(As S)、雌黄(As2S3)这些含硫和砷的天然矿物和天然硫磺是世界各地普遍使用的驱虫药、农药和灭鼠药。

1858年,欧洲首先把二硫化碳(CS2)作为一种化学制取的物质用来防治葡萄蚜虫。接着在美国,马铃薯甲虫猖獗,1860年开始使用巴黎绿防治。巴黎绿的化学名称是醋酸亚砷铜[(CH3COO)2Cu3Cu(As O2)2],是一种深绿色粉末,除防治马铃薯甲虫外,能防治果树和蔬菜的多种害虫。

1882年,硫酸铜被用于杀菌,事出偶然,却揭开了杀菌剂史上光辉的一页,这就是波尔多液。波尔多(Bordeaux)是法国大西洋沿岸的一个小城,它本是默默无闻的,只是由于一件偶然事件使它闻名于世。这个地方的一位葡萄园主用硫酸铜和石灰水的混合液喷洒在路边的葡萄上,以防止过路人随手采摘。1878年葡萄霜霉病大发生,园主发现喷洒过这种混合液的地方没有受到霜霉病的侵害,葡萄得以丰收,经过法国植物生理学家的研究,证明这种混合液对多种植物的病害具有防治效果,很快就风行全世界,被称为波尔多液。

有机合成农药到20世纪20年代出现,从此农药开始了大规模生产,成为化学工业的一个生产部门。最早使用的是有机氯杀虫剂,其中被普遍使用的是滴滴涕和六六六。

1874年德国一位化学博士研究生蔡德勒(O。Zeidler)在他的论文中叙述了合成二氯二苯三氯乙烷这种化合物,没有谈到它的杀虫作用。后来这种化合物又简称二二三。因为在英文中二是di,三是tri,因此它又称DDT。我们从音译成滴滴涕,也有点用它喷洒时的形象。过了60多年后,1925年瑞士巴塞尔(Basel)城嘉基(J。R。Geigy)公司化学家米勒(P。H。Müller,1899~1965)再次制得它,并发现它的杀虫效能。1942年公司开始大量生产。1944年意大利那不勒斯(Naples)城发生大规模斑疹伤寒,在普遍喷洒滴滴涕后几天,斑疹伤寒就被控制了。1945年在南太平洋上用飞机喷雾灭蚊,控制住了当地发生的疟疾。据联合国粮农组织统计,1948~1970年间,由于使用了滴滴涕灭蚊,挽救了5000万人免遭疟疾病死。滴滴涕被广泛用于消灭卷叶虫、红铃虫、蚊、蝇、臭虫、蟑螂等。米勒因此获得1948年诺贝尔生理学和医学奖。

六六六是在1945年由英国帝国化学工业公司化学家斯莱德(R。E。Slade)首先制成,这是将氯气在日光或日光灯照射下通入苯中制得,因分子中含有六个氯原子、六个碳原子和六个氢原子而得名,学名六氯化苯,1946年开始大规模生产。它和滴滴涕一样有效地消灭害虫,特别是用于防治蝗虫、稻螟虫、小麦吸浆虫等农业害虫和蚊、蝇、臭虫等卫生方面的害虫。

滴滴涕和六六六制造简单,防治害虫有效,但长期使用后,在土壤和农作物中会残留很久,不易分解,造成人畜体内大量积聚,严重危害人体健康。因此,在风行一时后自1971年起许多国家相继宣布禁用,我国也在1983年间停止生产和使用。

在有机氯杀虫剂出现后不久,有机磷杀虫剂问世,随即填补了有机氯杀虫剂被禁用后杀虫剂的空白。有机磷杀虫剂并非是无毒的。但是,它们多数在环境和生物体中不会长久存留,能被分解成无毒的和水溶性的物质,从体内排出。

有机磷农药是从德国在第一次世界大战后研制化学毒剂时开始,其中包括1932年制成的塔崩(tabun)、1937年制成的沙林(sarin)等。由于它们的毒性过于强烈,没有用作农药。1995年3月20日,日本东京地铁发生的毒气事件,就是放置了沙林,它是一种破坏神经系统的剧毒的有机磷毒剂。这次事件使5000多人中毒,12人死亡,震惊世界。

德国农业化学家施雷德(G。Schrader)参与了上述研制工作,他研制成300多种药物,经过筛选后,采用了其中一些。最早使用的是1938年发现的特普(TEPP),学名四乙基焦磷酸酯。1944年发现的对硫磷,又称1605,学名二乙基(对硝苯基)硫代磷酸醋。

1950年美国氰胺化学公司发现低毒杀虫剂马拉硫磷后使用机磷农药成为一类最重要的农药,德国、瑞士、日本各大公司先后研制成各种有机磷农药。马拉硫磷又名马拉赛昂、马拉松等,学名二乙基[(二甲氧基膦基硫基)硫代]二丁酸酯。

接着1952~1954年间研制出敌百虫,1956年研制出乐果。乐果是第一种对哺乳动物低毒的农药。1965年又研制成功久效磷。至今,全世界使用的有机磷农药已超过百种,提供筛选的已有几百种,而且还在不断出现新品种。

在20世纪40年代前,最早使用的灭鼠药是植物碱马钱子碱、红海葱、黄磷、磷化锌(Zn3P2)、硫酸亚铊(Tl2SO4)、碳酸钡(Ba CO3)等,40年代后出现安妥(ANTU),又称硫脲,还有1080,学名氟乙酸钠。

除草剂是消除田间杂草的药剂。这是一项艰难而很有技巧的工作,因为这些药剂既要除去杂草而又不伤害农作物,而杂草和农作物都是植物。最初使用的是一些无机化合物,如硫酸铜、硫酸铁等。现在使用的多是复杂的有机化合物,如敌稗、除草醚等,其制品迅速发展达数百种。

去叶剂是一种近似除草剂的供棉花在收获前脱叶用的药剂,这是便于机械收摘而采用的药剂。在棉花收获前喷洒,叶子很快脱落,机械收摘就比较方便而有效了。

植物生长调节剂能刺激植物插枝、插条的根部的生长。最常用的是2,4-D(或称2,4-滴),还有萘乙酸等。

为了提高农业生产的效率,解决全世界人口日益增长对粮食的需求,农药在日新月异地发展着。

炸药的发明

今天全世界很多人都知道诺贝尔(Nobel)这个姓氏,每年都有几位卓越的科学家、经济学家、爱好和平的人士被评定获得以这个姓氏命名的巨额奖金和崇高和荣誉。通过报纸、期刊、电台和电视台向世界各地传播,各种各样的书籍中记述着诺贝尔奖获得者的事迹。

诺贝尔全名是阿尔弗雷德贝恩哈德诺贝尔,瑞典人,1833年10月21日生于瑞典首都斯德哥尔摩,在他父母幸存的4个儿子中排行第三。诺贝尔出生后不久,1837年父亲破产,出走芬兰谋生,几年后移居俄国,在彼得堡从事制造机器、铁件和军工设备。1842年10月母亲携带孩子们从瑞典到俄国和父亲共同生活。诺贝尔到俄国前因体弱只接受了1年正规教育,到俄国后他和他的兄弟接受瑞典和俄国私人教师的教育,其中有俄国化学家齐宁(H。H。Зинин,1812~1880)。

1850年,诺贝尔16岁,到德国、法国、意大利和北美学习两年,成为一位通晓多国语言和爱好化学的青年人。诺贝尔回到俄国后,这个国家卷入对抗英、法的克里米亚(Crimea)战争(1853~1856)。他的父亲忙于制造大量军用物资,包括水雷,他和他的两个哥哥也在工厂里工作,获得不少实践经验。当时使用的炸药仍是黑火药,齐宁提出改用硝化甘油。这是1847年意大利化学家索布雷罗(A。Sobrero,1812~1888)首先用硝酸和硫酸作用于甘油而制得的一种易爆物质,受到震动、热、摩擦或机械作用都可能发生爆炸。于是,诺贝尔一家开始了硝化甘油的研究和制造。

战后俄国政府取消了和工厂签订的合同,他的父亲再次宣告破产,1859年回到瑞典,正如离开瑞典时一样穷困。诺贝尔和他的两个哥哥留在俄国挽救他们家庭的企业。在这期间,诺贝尔获得了关于气量计、水表和气压计的发明专利,激发了他作为一个发明家的兴趣。

1863年,诺贝尔回到瑞典。他和他父亲获得一笔贷款,重新开始制造硝化甘油的研究。就在这一年,诺贝尔发明了他的第一件划时代的发明——诺贝尔专利发火件。这种发火件的初始构造是将液体的硝化甘油装在一个金属管或其他密封的管中,再在其中放入一个装有普通火药的小木管,从小木管的盖子上引进一根导火线,使硝化甘油的爆炸由小木管中火药爆炸的冲击波引起,而不是依靠直接点燃。这个原理是爆炸科学的一大进展,创造了控制硝化甘油起爆的方法。1865年他将装黑火药的小木管改换成装雷酸汞[Hg(CNO)2]的金属管。因此,诺贝尔专利发火件又称诺贝尔雷管,简称雷管。

雷酸汞是一种起爆药,是1799年首先由英国化学家霍华德(E。C。Howard,1774~1816)将硝酸、乙醇(酒精)和汞共热而制得。

1864年诺贝尔和他的父亲在斯德哥尔摩郊区赫伦内堡(Heleneborg)建立了一座制造硝化甘油的实验室。这年9月3日实验室发生爆炸,死5人,其中有他的弟弟。他当时不在场,得以幸免。

实验室爆炸和弟弟被炸身亡没有吓倒诺贝尔。他把实验仪器设备搬到一艘远离城市、停泊在湖心的驳船上进行实验。1865年世界上第一座生产硝化甘油的工厂在斯德哥尔摩附近一个隔离区温特维肯(Vinterviken)建成投产,诺贝尔身兼厂长、工程师、会计员、推销员……接着在德国汉堡(Hamburg)附近的克鲁梅尔(Krümmel)建成另一座生产工厂。

硝化甘油被装在锡制罐或玻璃坛中,用木条板包装后运输。但是,硝化甘油在贮存和运输过程中还是存在易爆炸的危险。一艘装运硝化甘油的轮船在从汉堡驶往智利的途中,在大西洋遇到大风浪,由于颠簸发生爆炸而沉没;在德国,一家工厂在搬运时因冲撞而爆炸,整个工厂和附近民房变成一片废墟;在美国,一列火车被炸毁。针对这些事件,搬运工人拒绝搬运,瑞典政府和其他一些国家政府下令禁止生产和运输诺贝尔的炸药。

困难和挫折没有使诺贝尔屈服,他顽强地进行试验,努力克服遇到的障碍。1867年的一天,诺贝尔注意到一个装有硝化甘油的罐子在卸货时破裂,漏出的硝化甘油被硅藻土吸收,形成固体物,爆炸力比纯硝化甘油低,但是安全。硅藻土是微小海洋生物遗体的多孔含硅骨骼,当时用作装运硝化甘油坛罐的衬垫,以防震动。诺贝尔几经试验后,确定采用3份硝化甘油和1份硅藻土混合,制成粉末状固体,具有纯硝化甘油75%的爆炸力,却免除了可怕的易爆危险。诺贝尔借用希腊文dynamis(力量)一词命名它为代拿买(dynamite)炸药,又称黄色炸药。

代拿买炸药在1867年在瑞典和英国取得专利,1868年在美国取得专利。它被用来筑路、开凿运河、开掘油井和矿山,在开挖希腊科林斯(Corinth)运河中,在清理流经罗马尼亚与南斯拉夫之间多瑙河的铁门(Iron Gate)峡谷中,在修筑瑞士圣哥达(St。Gotthard)的铁路线中,都显示出威力。

诺贝尔继续从事炸药生产的研究。1875年一天,他在一次试验中划破了手指,随手用火棉胶涂敷,形成一层具有弹性的膜以保护伤口。他一夜伤口疼痛难眠,却受到启发,将火棉与硝化甘油制成具有弹性的爆胶(blastinggelatin)。一种典型的配方是8%(质量分数)火棉和92%(质量分数)硝化甘油。这种炸药既有硝化甘油那样大的爆炸力,又有黄色炸药那样的安全性。

火棉又称硝化纤维素或硝化棉,是德国化学家舍恩拜因在1846年将硝酸和硫酸作用于棉花首先制得。棉花中含有大量纤维素,火棉和硝化甘油一样易爆炸,不安全。直到1865年英国化学家艾贝尔(F。A。Abel,1827~1902)发现火棉的不安定性是由于其中含硝酸的数量不同所引起,提出了改进的办法,先将火棉在碱水中洗涤,然后干燥成型。这样制得的火棉安定性好,比较疏松,可用作炸药,但不能直接装弹。火棉胶是火棉在酒精和乙醚(一种易挥发、易燃和令人麻醉的无色液体)中的溶液。当溶液中的溶剂挥发后形成弹性膜,曾用于制造照相胶卷等。它的英文名称是collodion,译成柯罗酊,来自希腊文kolla(胶)。

到1887年,诺贝尔又在等量火棉和硝化甘油中加入10%(质量分数)樟脑制成巴里斯特(ballistie)炸药。这一名称来自欧洲古代的弩炮(ballista)。这种炸药爆炸力适中,燃烧无烟,稳定安全,又称硝化甘油无烟火药。

诺贝尔还将硝酸铵加入代拿买炸药中,制成铵代拿买(ammondynamite)炸药;还将硝酸铵加入爆胶中,制成铵胶代拿买(ammongelatin-dynamite)炸药。

诺贝尔的炸药工厂遍布英、德、法、意、俄、美等十几个国家,赢得一笔巨大财富。他还从事人造丝、橡胶、皮革、熔化矾土、制造宝石、改良电池和电话等的研究,很难计算他究竟获得过多少专利,在清理他个人资产中至少有355项专利在不同国家中获得批准。他还在俄国巴库(Бaky)油田大量投资,占有大额股份,增加了他的财富。他为业务奔走,往来于德国、法国、意大利之间,没有私人秘书、律师,往往亲自回复来信。他被玩笑地称为欧洲最富有的流浪汉。他终生未曾结婚。

1888年,诺贝尔居住在法国巴黎,一天读到报纸上刊出他死亡的讣告,讣告里提到死者曾发明用于战争的炸药,导致很多人死亡。他意识到,这是把他的哥哥路德维诺贝尔(Ludvig Nobel)的逝世和他本人搞混了。于是,他反省了自己发明硝化甘油炸药的动机是用于开发矿山,造福人类,却事与愿违,遂使他萌发了建立促进世界和平的奖励基金。

诺贝尔晚年患心脏病、心绞痛,1896年12月10日在意大利圣雷莫(San Remo)他的别墅里因脑溢血逝世,享年63岁。在这之前,他于1895年11月27日夜在巴黎写下遗嘱,将他价值3300万瑞典法郎(约合920万美元)的全部财产作为基金,以每年的利息作奖金(约20万美元),分为5等份,分给每年在物理学、化学、生理学和医学、文学、和平5个领域内作出卓越贡献的人。诺贝尔逝世5年后,1901年12月10日——诺贝尔逝世周年纪念日在瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首都奥斯陆举行了第一次诺贝尔奖的颁奖仪式。诺贝尔生前,瑞典和挪威曾是一个联合王国。

瑞典科学院负责颁发物理学和化学奖;斯德哥尔摩皇家卡罗林医学研究所(Royal Caroline Institute)负责颁发生理学和医学奖;瑞典学士院负责颁发文学奖;挪威议会选出五人委员会负责颁发和平奖;诺贝尔财团负责财产管理和支付奖金。并规定每项奖不得由4人以上分享奖金。

从1968年开始,又新设经济学奖。此奖是为纪念瑞典银行300周年而设的,每年由瑞典银行支付一定奖金,提供给诺贝尔财团,由瑞典科学院负责颁发,通常称诺贝尔经济学奖。

诺贝尔奖包括一枚金质奖章、奖状和一笔巨额奖金。奖章正面是诺贝尔半身雕塑像,用罗马字标出他的生死年月日;反面因奖的种类不同而异,物理学和化学奖奖章的反面刻有埃及神话中私生育与繁殖的女神伊西斯(Isis)像,圣母手持财富和科学智慧的号角,轻启女神的面纱。

奖金金额每年不等,总的趋势是逐年增加,近年来已达到或超过100万美元。

物理学和化学奖以及生理学和医学奖在每年10月由负责机构确定受奖人;12月8日举行受奖演讲,每位获奖者报告自己的成果和业绩;12月9日开欢迎会,由诺贝尔财团主持,在斯德哥尔摩一所交易所大厦举行;12月10日举行颁奖仪式,由瑞典国王颁发金质奖章和奖状,在斯德哥尔摩音乐厅举行;12月11日颁发奖金并举行晚宴。和平奖颁发仪式在挪威奥斯陆举行。

诺贝尔奖从1901年开始,1916和1917年因第一次世界大战以及1940~1942年因第二次世界大战中断未授奖。迄今已103年,有500多人次获奖。

诺贝尔奖在推动世界文明进步方面有很大贡献,但在和平奖、文学奖方面有时受到政治因素的影响。物理学、化学、生理学和医学奖方面虽经严肃慎重审定,但也有个别失误。例如,1917年英国人巴克拉(C。Barkla,1877~1944)因发现J射线获得物理学奖,但这种射线并不存在;又如1926年丹麦人菲比格(J。Fibiger,1867~1928)因研究一种癌症获生理学和医学奖,而这种癌症完全是假定的。

塑料的发明与应用

随着19世纪的结束,化学家们研究了原子,掌握了原子在分子内部的排列情况,并且懂得了如何制造新的分子,以合成并不天然存在于自然界的新物质,如各种染料、药物,以及合金和塑料。

早在19世纪中叶,硝酸纤维制品就已经出现。1865年英国发明家帕豪斯生产了一种由硝酸纤维、酒精、樟脑、蓖麻油等材料混合而成的,并在一定温度和压力下能熔化的物质,称为假象牙。美国人海厄特又使用硝酸纤维和樟脑制出改良的产品,于1872年命名为赛璐珞,用来制作照相底片、梳子等,很受人们欢迎。由于赛璐珞具有易燃的特点,因此导致科学家仍然在做着寻找其他新型材料的努力。

最早的合成塑料——酚醛塑料是具有比利时血统的美国化学家贝克兰发明的。他于1909年宣布,用苯酚和甲醛经缩聚反应合成酚醛树脂,再添加木粉等填料即可制得这一新型材料。酚醛塑料于1910年开始生产。酚醛树脂可塑性强,加入木粉能显著提高机械强度,加入云母粉能提高电绝缘性能,加入石棉粉能增加耐热性。由于具备上述优良性能,酚醛塑料常被用于制作各种电器制品,故又称为电木。其制品色深不透明,坚硬不怕水烫,在火焰中不易燃烧,所以又是制造许多日用品的绝好材料。酚醛树脂还可用来充当胶粘剂和层压剂。第一次世界大战以后,因苯酚不再被用作制造炸药的原料,所以酚醛塑料制品开始大量问世。但是由于苯酚主要来源于煤焦油,产量上仍受很大限制。塑料的发明,使现代生活中的物质材料随之不可避免地发生了改变。贝克兰的这项发明,也使他率先让人类开始进入塑料——化合物时代。

受到贝克兰发明的鼓舞,世界各地的科学家们加倍努力,以发明更多的“奇异的有意义的物质”。1912年科学家又发现氯乙烯能聚合,但聚合的材料无法加工。直到1928年人们才采用氯乙烯与醋酸乙烯共聚,得到具有一定塑性的聚氯乙烯塑料,并从1935年起在美国、德国等国家陆续投入工业生产。1932年科学家们又发现加入磷酸酯、甲酸酯或氯化石蜡、樟脑等增塑剂可进一步改善聚氯乙烯塑料的可塑性。1937年英国卜内门公司就是应用磷酸酯增塑剂生产聚氯乙烯塑料的著名代表。聚氯乙烯塑料具有高度的耐腐蚀性、绝缘性和一定的机械强度,在工业生产中可用作耐腐蚀的设备制造材料,如阀门、管件等。在日常生活中也可用于制作鞋底、皮包、雨衣和包装材料等。到了20世纪50年代,聚合工艺有所改进,成本也降低了,使得聚氯乙烯塑料制品的生产更加大众化。聚氯乙烯材料受热软化,冷却变硬,可多次重复利用,是最常见的热塑性塑料之一。它的产量长期在塑料品种中高居首位,直到1966年后才退到第二位。

德国和美国分别在1930年、1934年发现了聚苯乙烯。这是一种类似玻璃、质地极脆的热塑性塑料。苯乙烯曾是生产丁苯橡胶的原料,二战后,由于苯乙烯转为民用,才使得聚苯乙烯的研究有了很大发展。聚苯乙烯具有良好的绝缘性能,可用来制造电视、雷达等所需的高频绝缘部件。它成型方便,着色鲜艳,也适于制作漂亮的日用品。

1938年科学家们发现四氟乙烯也能聚合,得到有机氟塑料。它特别能耐化学腐蚀,除熔融的碱金属之外,不同任何其他化学药品发生反应,即使在王水中煮沸也不会发生变化。它在200℃时还能继续保持稳定,直到温度很高时才会软化,因此被认为是一种高级材料,号称“塑料王”。

现如今,投入工业生产的塑料有几百个品种,常用的也有60多种。其中有一些塑料经过特别的加工还会具有特殊的功用。如泡沫塑料就是在制品成型时,用机械或化学的方法使其内部产生微孔得到的。将塑料薄膜滚压在棉布上,就可以得到人造革。有些合成树脂还可制作万能胶,并能代替油漆使用。20世纪70年代由于新兴科学技术的需求,研制具有特殊性能的塑料已成为重要的发展方向。各国都在充分地利用国内自然资源,大力发展塑料生产。1970年全世界的塑料生产总量为3000万吨,到1976年就增加至4572万吨。目前在美国,有27%的塑料被用作建筑和结构材料,25%用作包装材料,医用塑料也占4.1%,其余则用于交通运输、电子电器、家具、仪器零件制造等。

总之,塑料作为一种很有前途的新型材料,将在21世纪里发挥更大的作用。

电解法制铝的发明

史前时代,人类已经会使用含铝化合物的黏土(Al2O32Si O22H2O)制作陶器。铝在地壳中的分布量在所有化学元素中仅次于氧和硅,占第3位,在全部金属元素中占第1位。但是由于铝化合物的氧化性弱,铝不易从其他化合物中被还原出来,因而迟迟不能分离出金属铝。

最早认识铝从17世纪开始,德国化学家施塔尔首先察觉到明矾[K2SO4Al2(SO4)324H2O]里含有一种与普通金属迥然不同的物质。他的学生马格拉夫(A。S。Marggraf,1709~1782)在1754年从明矾中分离出矾土,即氧化铝,确定它和氧化钙不同。

意大利物理学家伏打创造电池后,1808~1810年间英国化学家戴维和瑞典化学家贝齐里乌斯都曾试图利用电流从矾土中分离出金属铝,但没有成功。贝齐里乌斯却给这个未能取得的金属先起了一个名字叫alumien。这是从拉丁文alumen而来的。在中世纪的欧洲,这个词是对具有收敛性的矾的总称。铝今天的拉丁名称aluminium正是从贝齐里乌斯的命名转变而来的。我们从它的第二音节音译为铝。

到1825年,丹麦化学家厄斯泰兹(H。C。Oersted,1777~1851)利用钾的化学活动性比铝强,试图将铝从它的氯化物中置换出来。他将氯气通过烧红的木炭和氧化铝的混合物,获得无水氯化铝(Al Cl3),然后将氯化铝与钾汞齐(合金)混合加热,得到氯化钾(KCl)和铝汞齐。再将铝汞齐在隔绝空气的情况下蒸馏,除去汞,得到具有金属光泽的、与锡相似的金属。尽管产物中含有杂质,但是金属铝毕竟诞生了。

1827年,德国化学家韦勒(F。Whler,1800~1882)重复了厄斯泰兹的实验,制得无水氯化铝后将氯化铝和金属钾混合放在铂制的坩埚中,严密封盖后加热,发生激烈反应,获得灰色粉末状的铝。

1854年,法国化学家德维尔(H。S。C。Deville,1818~1881)利用钠代替钾还原氯化铝,制得金属铝并铸成铝锭。

在这以后的一段时期里,铝是珠宝店里的名贵商品,是帝王贵族们享用的珍宝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上用过铝制的叉子;泰国国王用过铝制的表链。1855年在巴黎举行的世界商品展览会上,有一小块铝放在最珍贵的珠宝旁边,它的标签上注明:来自黏土的白银。直到1884年,美国第一任总统华盛顿(G。Washington,1732~1799)的纪念碑建立完成,碑的顶端竖立一个6磅重的装饰用的角锥体,就是用铝制成的。1889年,俄罗斯化学家门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝和金制成的花瓶和杯子。

1886年,两位青年化学家,美国的霍尔(C。M。Hall,1863~1914)和法国的埃鲁(P。L。T。Héroult,1863~1914)分别独立发明电解熔融的冰晶石(Na3Al F6)和铝矾土(Al2O3)的混合物而制得铝,使铝得以大规模生产,奠定了今天世界各国电解铝的工业方法。

冰晶石学名氟铝酸钠,存在自然界中,但通常用氢氧化铝[Al(OH)3]、碳酸钠(Na2CO3)和氢氟酸(HF)制取。它在电解氧化铝中起、作用。由于氧化铝很稳定,直接熔融电解需要2050℃以上的高温,但在氧化铝中加入冰晶石后,只要在950℃左右就能熔化电解。

霍尔进行的实验是在1884~1886年间。当时他是美国俄亥俄(Ohio)州奥柏林城(Oberlin)奥伯林学院化学系的学生。

霍尔的成功得到他的老师、化学和矿物学教授朱伊特(F。F。Jewett)和他的姐姐朱莉亚霍尔(Julia Hall)的鼓励和帮助。朱伊特曾赴德国跟从韦勒学习化学,韦勒在讲课时提到制取铝的试验,鼓励学生们寻找一种廉价的还原铝的方法,并指导霍尔进行化学试验。朱莉亚霍尔先她的弟弟毕业于奥柏林学院化学系,协助霍尔在他们的家中建立起简陋的实验室,帮助霍尔进行化学实验,还保存了霍尔的实验笔记。显然,霍尔坚持不懈地进行试验和不屈不挠的精神是他取得成功的关键。

霍尔最初也曾重复试验了前人制取铝的方法,失败后才考虑到利用电使铝从它的化合物中被还原出来。他没有选用氧化铝,他知道它很难熔融。

在电解实验中,首先需要电池。19世纪80年代,在美国奥柏林这样的小城市中也不得不自己动手组装电池。他首先电解氟化铝(Al F3)的水溶液,得到的是氢气和氢氧化铝,没有任何铝的踪迹。他选择氟化铝,不用前人所用的氯化铝,是一种创新。制取氟化铝要比制取氯化铝困难,要用氢氟酸,这是一种剧毒并具有强烈腐蚀性的酸,能腐蚀玻璃,不能像盐酸、硫酸那样盛在玻璃瓶里,而要盛在用铅制成的容器里。他制取氟化铝获得成功,闯过了实验中的一道难关,也给了他继续进行实验的勇气。

霍尔在电解氟化铝的水溶液失败后,遂考虑电解熔融的氟化铝。他考虑到这样必须具备高温,普通的煤炭炉不能满足这种要求,于是不得不组装一个燃烧汽油的炉子。但是即使如此,他也未能维持氟化铝在熔融状态,原来氟化铝的凝固点在1291℃。

要解决维持电解物质熔融状态的难题,这就迫使他找到冰晶石助熔,于是又动手制取它。1886年2月9日,他进行了电解氧化铝和冰晶石的混合熔融体的第一次实验,第二天又进行了一次实验,没有见到效果。6天后,2月16日他再次实验,他的姐姐也在场。他用石墨棒作为电极,浸入盛有熔融氧化铝和冰晶石混合物的黏土坩埚中,接通电流后,在阴极出现灰色的沉积物,而不是闪光的金属铝。霍尔认为这种灰色沉积物是来自黏土硅酸盐中的硅。于是霍尔改用了石墨坩埚,在1886年2月23日再次实验。当电流接通数小时后,在阴极出现银色的小珠球,用盐酸检验后确认是铝。他立即将产品送给他的老师朱伊特,证实是铝,霍尔获得了成功。

霍尔在取得成功后立即给他的哥哥、一位官员乔治霍尔(George Hall)寄去一封信,报告他的发现。2月24日又寄去第二封信,详细叙述了他所发现的有关的技术资料。这些信件后来成为他优先发现电解铝在法律上获得承认的证明。

霍尔设法把他的发现投入工业生产中,一开始又遇到困难。直到1888年夏天,得到匹兹堡(Pittsburgh)还原公司创建人、工程师亨特(A。Hunt)的一笔资金,又得到工程师戴维斯(A。V。Davis)在生产技术上的帮助,更得到一座蒸汽机驱动的发电机,终于在1888年11月最后一个星期四开始了小规模的工业生产。1889年4月2日匹兹堡还原公司更名为美国制铝公司。到1907年,美国制铝公司已拥有几座生产氧化铝的矿场和三座铝厂。铝产品不断增加,铝的价格也随之不断下降。

霍尔在1885年大学毕业。1890年成为美国矿业、冶金和石油工程学会会员。1911年美国化学会和化学工程学会等团体联合授予他奖章,表彰他在应用化学方面作出有价值的贡献。不幸他在1914年12月27日因白血病逝世,享年51岁。他终身未结婚,留下500万美元捐赠给他的母校奥柏林学院,用这笔捐款在校园内建立一座礼堂,纪念他的母亲。现在,用铝铸成的年青的霍尔全身塑像仍竖立在奥柏林学院的校园内,留给后人景仰。

在霍尔获得成功的同时,埃鲁也获得同样的成功。当时埃鲁是法国巴黎矿业学院的学生,也从事制铝的研究,同样得到他的老师、法国化学家勒沙特列(H。L。Le Chatelier,1850~1936)的鼓励和指导。埃鲁在1886年4月23日取得法国批准的关于制铝的专利,于是引起霍尔与埃鲁关于铝的发明专利的冲突。美国法院在1893年判决霍尔优先,因为他是在1886年2月23日发现的,比埃鲁早两个月。埃鲁旅行到美国时,适逢霍尔接受美国化学会等团体授予的奖章,应邀参加了典礼,两人相遇,互相祝贺。这是一次很值得的祝贺,正是他们两人,把这个来自黏土的“白银”从帝王贵族们的手中传到世界各地千万人的手中。

在第一次世界大战期间,出现铝和铜、锰、镁的合金,应用在各种工业生产中,到1930年,飞机制造中应用了铝合金。至今各种铝壶、铝锅等铝制品已广泛地进入千家万户。据国外的统计资料表明,1995年美国人均消费铝达19.2千克,中国人均消费1.5千克,印度人均消费0.6千克。

臭氧的发现

地球上的人类和生物亿万年来能够正常地生长发育,世代繁衍,仰仗了一种特殊物质的保护。这种物质分布在地面上空15公里到50公里的大气平流层中,并形成一个环绕地球的天然屏障。尽管这种屏障只是薄薄的一层,但却能有效地“阻挡”住太阳光线中对人体和生物造成伤害的那部分紫外线的照射。如果这种物质消失了,我们赖以生存的地球就会成为一个不设防的城市,能杀伤生物的紫外线便无遮无拦地长驱直入,结果只能是地球上的生灵灭绝。

据科学分析,这种构成地球屏障的物质每减少10%,得皮肤癌的人就会增加5%;每减少5%,患白内障而失明的人就会增加50%。

上述这种重要的物质就是臭氧,由臭氧形成的地球屏障就是臭氧层。臭氧是怎样形成的?臭氧层又是怎样形成的?

空气中的氧气在吸收到一定能量的情况下就会转变成臭氧。放电、受热、在紫外线照射下以及有机物在氧化时都能使空气中的氧气转变成臭氧。

在地面附近,臭氧主要是在天空闪电以及某些有机物氧化时形成的。当人们走进茂密的森林中或漫步在广阔的海滩上时,会呼吸到既感觉新鲜又带鱼腥味的特殊臭味的气体,这就表明有臭氧生成了。臭氧的名称就因它具有特殊臭味而得名。针叶树的森林中树脂在氧化,海滩边海浪冲来留下的海草在腐烂被氧化,因而空气中的氧气部分形成臭氧。空气中含有少量臭氧,对于人的身体、特别是对呼吸道疾病具有有益的作用。但是浓的臭氧不但很臭,而且对人有害。人们长时间生活在臭氧的体积分数达百万分之一的空气中,就会引起疲劳和头痛。臭氧浓度再高些,会使人恶心、鼻子出血和眼睛发炎等。

在实验室里,把新切开的白磷块放在玻璃瓶的瓶底,上面用水覆盖,再塞上塞子,在室温下放置,不久白磷慢慢氧化,瓶内空气中的部分氧气就转变成臭氧了。

在实验室里还可以利用一种臭氧发生器,使空气中的氧气转变成臭氧。这种臭氧发生器由两个玻璃管组成,一个玻璃管套在另一个玻璃管中间,外管的外壁和内管的内壁都包着锡箔,各接一电极。使用时利用高电压进行无声放电,氧气在两玻璃管之间缓慢通过,从出气管出来的气体中臭气的体积分数大约可达5%。

工业上制取臭氧也是利用臭氧发生器,但它在结构上比实验室里用的仪器复杂,也更有效。在工业生产中,臭氧被用来作杀菌剂和漂白剂。在仓库、矿井、船舱中通入少量臭氧,可以消毒空气。用臭氧代替氯气进行饮水消毒,杀菌效力较大,速度较快。臭氧是油脂、蜡、纺织品等的漂白剂。

高层空气中的臭氧层是高层空气中的氧气受紫外线照射而形成的。

紫外线又称紫外光,是太阳光中波长较短的、肉眼看不见的光。它的波长在40纳米~390纳米(1纳米=10-9米,符号是nm)之间。高层空气中的氧气吸收了波长小于185nm紫外线后便形成臭氧。不过,当用波长250nm左右的紫外线照射臭氧时,臭氧又转变成氧气。因此,在高层空气中存在氧气和臭氧互相转化的状态并形成臭氧层,同时消耗了太阳辐射到地球上的能量的5%,使地球上的生物免遭伤害。

可是,近年来科学家们探测到这个臭氧层遭到不同程度的破坏,有些地方变薄了,1985年在南极上空发现臭氧层出现了空洞,引起人们一片恐慌。

有人说,这是超音速飞机放出的废气造成的,这些废气可能同高层大气中的臭氧发生化学反应,使臭氧减少了。也有人认为,某些烟雾喷射器使用的燃料中所含的氯氟烃,在高空经化学反应所生成的氯原子与臭氧发生反应,从而造成臭氧层的空洞。

氯氟烃是氯和氟取代烃(碳氢化合物)中的氢形成的有机化合物。家庭冰箱和冷冻柜中使用的致冷剂——氟利昂(freon)就是一类氯氟烃。最常用的是氟利昂-11(CCl3F)和氟利昂-12(CCl2F2)。为了防止臭氧层被破坏,到20世纪90年代初,已研制出新的致冷剂代替氟利昂,于是它们被逐渐停止使用了。但是,随即又发现消灭地里和谷仓里昆虫的农药溴甲烷(CH3Br)气体对臭氧层的破坏力比氯氟烃更大。国际生态环境保护委员会于1997年9月在加拿大召开会议,与会各国已同意到2005年工业化国家不再使用溴甲烷。

臭氧很早就被人发现了。当时人们用兽皮毛摩擦琥珀时嗅到特殊臭味的气体,这就是臭氧。琥珀是树脂在地层下受压后形成的一种黄色至红褐色半透明的天然塑料,表面光滑,古代人们从地下挖掘到它后,用它制成玩赏的小饰件,如烟嘴等。琥珀受到皮毛摩擦后产生静电放电,会使周边空气中的氧气转变成臭氧。

现今,臭氧也是在放电中被发现和制成的。在近代化学实验中最早制得臭氧的是荷兰化学家马鲁姆(M。Van Marum)。1785年他在密闭的玻璃管中汞面上的氧气通电后,发觉有一股非常强烈的臭味,好像是“电气”的味道。他不知道这股臭味是什么。

到1840年,德国化学家舍恩拜因(C。F。Sch Onbein,1799~1868)在空气中进行放电实验时也嗅到这种“电气”的味道,认为它和氯以及溴属于同类气味。1844年他又发现白磷在空气中发光氧化时也产生这种臭味,更发现它能将碘化钾(KI)中的碘释放出来,并能将二价亚铁盐氧化成三价铁盐。他认为氮气是这种气体和氢气的化合物。他继续研究这种气体,在1854年发表的论说中指出,氧气除了普通的氧气外,还有一种ozonized氧气。ozonized这一词可译成“臭味化了的”或“变臭了的”。它来自希腊文ozo-(嗅、臭味),德文中的臭氧ozon、法文中的ozone、英文中的ozone都从它而来。我们称它为臭氧是很适合的。

同一个时期里,还有一些人发现过它。1845年瑞士化学家马里纳(J。C。G。de。Marignac,1817~1891)和德拉里夫(A。A。de La Rive,1801~1873),各自加热氯酸钾(KCl O3)获得氧气后,经干燥,在其中放电而获得臭氧。认为它是一种特别化学活动的氧气。

直到1898年,德国化学家拉登堡(A。Ladenburɡ,1842~1911)在测定了它的式量后,确定它的化学式是O3,是氧气的一种同素异形体。

臭氧是一种天蓝色气体,冷却时可凝结成暗蓝色液体,并可凝固成紫黑色晶体。臭氧很不稳定,在常温下就会慢慢变成氧气,受热时变得更快。当臭氧转变成氧气时放出热量:

2O33O2+热量

正如发现臭氧的化学家们所研究的那样,它具有活泼的化学性质,能氧化许多氧气所不能氧化的物质。金属银在臭氧中表面被氧化成一层“银锈”,硫化铅(Pb S)被氧化成硫酸铅(Pb SO4),硫酸亚铁(Fe SO4)被氧化成硫酸铁[Fe2(SO4)3]。许多有机物,如松节油、酒精等,遇到臭氧会着火燃烧。

正因为臭氧能把碘化钾中的碘释放出来,而碘遇到淀粉水溶液就变成蓝色。因此,将气体通入含有少量淀粉浆的碘化钾溶液中,可以检验是否有臭氧存在。

空气中存在的臭氧会促使橡胶轮胎老化,还会与氮的氧化物等化合生成带刺激性的有毒气体,污染环境。因此,它对人类来说既有益,也有害。

助熔剂的发明

《南方周末》报在1997年11月28日刊登了名为《“地下黄金基地”揭秘》的文章。

文中说:“几百度的温度可以熔真金?在这里可是千真万确的事:尽管黄金熔点在摄氏二三千度以上(应为1064℃——引者),但当地人配制了一种药水加入坩埚,几百度足以熔化真金。”这段话给我们提出了一串问题:高熔点的物质在低于熔点的温度时能熔化吗?如果能,那是为什么,又是用的什么办法?通过下面铝从“贵族”到“平民”的故事,可以回答这些问题。

19世纪的一天,法国皇帝拿破仑三世在宫廷中举行盛宴。客人面前都摆上了精致的银餐具,它们在明亮的烛光下闪闪发光。可是,客人们奇怪地注意到,惟独皇帝面前的餐具却少有光泽。客人们对此议论纷纷,窃窃私语。拿破仑三世见到这种情况,意识到这是自己的餐具与众不同,便告诉大家,这套餐具是用一种新的金属——铝制成的,由于它的价值超过金银,所以不能让客人都用上它。“啊!铝!”人们顿时兴奋起来。宴会的高潮到来了:客人们举起自己的银杯,幸运地与皇帝的铝杯相碰,共饮佳酿。

是的,当时由于不能大量生产铝,所以价格为2000法郎/公斤,超过了黄金。拿破仑三世还曾专门下旨将军队战旗上的金星改为铝星,以炫耀他的富有。俄国沙皇为了表彰门捷列夫发现元素周期律的功绩,授予他的最高科学奖奖杯不是金杯而是铝杯。门捷列夫发现元素周期律是1869年,而得到承认则是在几年以后,可见直到19世纪70年代,铝在俄国仍然是“贵族”。

那么,为什么当时人们“厚铝薄银”将铝视为“贵族”呢?这还得从铝的提炼说起。铝是地壳中含量很多的金属,占地壳总质量的7.45%,比铁还多出60%。但是,由于铝的性质活泼,与氧结合成氧化铝即三氧化二铝,不容易把它从中分离出来,所以直到19世纪以前,人们还没能发现铝。

最先发现和提出纯铝的人是丹麦物理学家奥斯特。他将氯气通过烧红的木炭和三氧化二铝的混合物,得到氯化铝。然后与钾汞齐作用得铝汞齐,再将铝还原出来并隔绝空气蒸馏,除去汞,就得到纯铝。他的实验结果发表在一本丹麦杂志上,但因这个杂志名气不大,加上没有署上他的大名——他于1820年因发现电流的磁效应而闻名于世。所以这一实验成果被忽略,以致许多科技文献上都说铝的发现者是维勒。

1827年,德国化学家维勒曾就提炼铝的问题去哥本哈根拜访过奥斯特。奥斯特将提炼铝的方法告诉了维勒,还说自己并不打算进一步进行试验。不过,维勒对此却兴趣盎然,一回到德国就全力以赴进行试验,终于在年底就制出了纯铝。不过,他的方法不同于奥斯特,他是用钾还原无水氯化铝制得纯铝的,他还弄清了铝的主要物理性质。因此,1827年被认为是铝的发现年代。后来在1845年,他终于制得了一块铝,而此前他制得的铝一直是一些粉末。

作为一国之尊的皇帝,竟不能让客人们都用上铝制餐具,这使拿破仑三世深感遗憾。为此,他找来本国化学家德维尔(A。E。Deville),对他说:“先生,您是否能找到一种大量、廉价的制铝方法,使我的客人都用上铝制餐具,甚至使我的卫兵也戴上铝头盔呢?”他拨给德维尔大量的研制经费。1854年,德维尔不负圣望,终于用钠代替维勒的钾也制得了钝铝。这使铝的价格略有下降。铝的小批量生产开始了。1855年,在巴黎举行了一次世界博览会,在展厅里最珍贵的珠宝旁,就放着一块铝,它的标签上写着:“来自黏土的白银”,它就是德维尔炼出的铝。

德维尔的炼铝为法国皇帝带来了极大的荣誉。拿破仑曾骄傲地说:“铝是法国人发现的!”但德维尔却心中有数,他亲手用铝铸了一枚纪念章,上面刻着维勒的名字、头像和“1827”这个年代,作为礼物郑重地送给他的德国同行和发现铝的先驱维勒。两人从此成了好朋友。德维尔不掠人之美、实事求是的精神和两位不同国度化学家的真挚友谊一时传为佳话。

不过,此时铝的价格并未在全世界降下来。生产铝的原料氧化铝随处可见,价格低廉,但由于生产方法、技术落后,以致铝还是“贵族”,这使当时的化学家们脸上无光。如何将这“贵族”变成“平民”,便成为当时化学家们的重大科研课题。

在这一课题上取得重大突破的是两位不同国度的大学生。

美国化学家查尔斯马丁霍尔(1863~1914)从小就是一个科学迷。他在幼年还认不全书上的字母时,就曾把父亲的化学教科书翻开来放在地板上煞有介事地仔细“阅读”。青年霍尔就读于奥柏林学院时是个全面发展的学生,对化学更情有独钟。因此,他的化学教授特地为他在实验室里安排一个位置,以便更好地指导他学习化学。这时,炼铝的方法已发展到电解氯化铝的时代,但这种方法仍不能从根本上大量制铝而大幅降低成本。因此,他毕业后,就在家中布置了一个简陋的实验室,继续研究制铝的新方法。最终于1886年发明了能大量制铝且生产成本很低的炼铝法——电解熔盐制铝法。

电解熔盐制铝法的主要原料是氧化铝,将其熔化,再经电解而在阴极上得到纯铝。所以成功的关键是降低氧化铝的高达2072℃的熔点。因为要达到这么高的温度和在这么高的温度下进行电解,无论在设备上还是在技术上都有难以逾越的障碍。因此,霍尔设想加入另一种物质来降低这一温度。经过多次实验之后,终于找到了一种含铝的复盐——冰晶石作为电解时的助熔剂,使氧化铝在较低温度(仅约1000℃)下就能溶解于熔化的冰晶石中进行电解。这就攻克了电解熔盐制铝法的最大难关,使其在设备、技术上都切实可行,生产成本也大大降低。此法的又一好处是,由于铝的熔点仅为660℃,所以在约1000℃的电解槽阴极得到的铝是液态的,这样就便于定时放出直接铸成铝锭。

1886年2月23日,他来到他在奥柏林学院读大学时代的化学老师的实验室,高兴地向老师展示用新方法得到的12颗晶亮的金属铝小球,以此感谢恩师。后来,他又进一步改进了自己的方法,并向美国铝业公司出卖了当年发明的这一方法的专利。该公司很快生产出价格较低的铝制品供人们使用。从此,铝从“贵族”变为“平民”,而该公司至今还存有霍尔最先制得的几块铝。

为了表彰霍尔对炼铝法的改进所作的贡献,奥柏林学院在院内建立了世界上第一个用铝铸造的塑像——霍尔像。

同年,另一位大学生、后来成为法国化学家的保尔路易托圣特赫洛特也几乎同时独立发明了与霍尔相同的炼铝法,且于同年取得专利。

霍尔和赫洛特所发明的方法叫“助熔剂”法。助熔剂的发明,不但解决了铝的生产成本高的问题,更重要的是使铝成为一种重要的原料;而且这一方法还为人们指明了一条新路并得到广泛应用:借助于某一“秘方”——即助熔剂就可让高熔点的物质在较低温度下熔化,正如本故事开头所说的“当地人”加“药水”那样。

不过,铝的价格并没有在1886年立即在全世界降下来。例如,此时泰国的国王还用着铝制的表链,1889年英国皇家学会对门捷列夫发现元素周期律表彰时,发的珍贵纪念品还是用了铝和金制成的一台天平。

1887年,赫洛特和同胞基里亚尼设计了第一台大型电解装置,为大量生产铝提供了方便。真正大量生产、应用铝始于19世纪末叶。1890年~1900年间,各国相继开始将铝用于电气工业和造船工业。从此,铝彻底成为“平民”。

1906年,德国学过农业和化学专业、并干着冶金工作的化学家阿尔福雷德维尔姆(1869~1937)发现在铝中加入少量的铜可大幅度提高铝的硬度,加入镁、锰也有这种作用。“硬铝”——又叫“坚铝”,含铝94%的铝和少量铜、镁、硅,便由他在1911年制成。因德国杜拉最早将“硬铝”投入工业生产,故又称“杜拉铝”。

“硬铝”的发明,不但克服了纯铝的硬度、强度低的缺点,使铝的“轻”(密度小)和“强”在“硬铝”施展出来,为其应用开拓了广阔的天地。例如1919年就出现了第一架用“硬铝”制成的飞机,使铝成为航空业不可或缺之物;而且还为制造铝的其他合金开了路,今天我们几乎被铝包围便是明证——铝成为现代工业、农业、生活、科研不可或缺之物。

不过,铝过量进入人体,有可能对人产生危害。例如脑损伤、记忆力衰退等。虽然这些说法仍未得到普遍公认和长期实践检验,但世界卫生组织还是建议每人每天的铝摄入量应小于1毫克/千克体重。少吃油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的软饮料等含铝多的食物和铝锅炒出的饭菜,是减少铝摄入量的有效方法。

助熔剂的发明,使廉价的原料氧化铝成为用途广泛的、价格低廉的金属铝,可见科学发明是多么巨大地改变着人类的生活啊!

广义的助熔剂是指能降低其他物质软化、熔化或液化温度的物质。因此,除上述这类在冶金中利于熔炼或精炼金属的助熔剂外,还有在化学分析中使不溶性物质变为可溶性物质这类助熔剂,和在焊接工艺中的焊剂这类助熔剂。

故事开头的问题可以回答了。“真金不怕火炼”的原因是,通常的柴火温度仅几百摄氏度,远低于金的熔点。所以它能“烈火烧身若等闲,金光闪耀在人间”。但若用了助熔剂,就能使它在几百摄氏度时熔化而“真金也怕火炼”了。

卢瑟福步入原子内室

电子、X射线、物质的放射性以及具有放射性的镭、钋等元素先后被发现后,物质放射性的研究紧接着开始,从而揭开了原子内部的结构。

1902年,汤姆生的学生、出生在新西兰的英国物理学家欧内斯特卢瑟福(Ernest Rutherford,1871~1937)等人在研究物质的放射性时,进行了这样的实验:在镭射线周边设置强磁场,发现原来成一束的射线分为三束。经再测定,带正电的一束是氦原子核He2+流,用希腊字母α(alfa)命名它;带负电的一束是电子流,用希腊字母β(beitǎ)命名它;不带电荷的一束是一种波长比X射线更短的电磁波,用希腊字母γ(gàmǎ)命名它。各束射线的运动速度不相同,又都有穿透一些物质的性能。

卢瑟福从α粒子的能量计算出放射性元素原子内部潜藏着大量的能量,这个数字可能是任何化学反应所产生的能量的100万倍。他认为没有理由假设这些潜藏的能量独为放射性元素所拥有,可能普遍存在各种元素的原子中。于是他考虑利用α粒子穿进原子内部去“刺探”原子内部的情况。

1909年,卢瑟福安排他的助手盖格(H。Geiger)和一位尚未取得学士学位的年轻大学生马斯登(E。Marsden)进行α粒子冲击金箔的实验。

盖格和马斯登观察到,通过金箔的α粒子大部分未受影响,没有发生偏离,或者偏离不到1°这样很小的角度。但是有个别α粒子偏离大到90°,甚至有的竟然被反弹回来。

这个发现使卢瑟福大为吃惊。如果他的老师汤姆生提出的电子均匀散布在正电荷中的原子模型是正确的,那么,按理金箔的原子里没有任何东西可以使高速而笨重的α粒子发生较大的偏折,更不用说被反弹回来。卢瑟福曾回忆道:“它是如此令人难以置信,正好像你用15英寸的枪射击一张薄纸,而枪弹居然会被反弹回来把你打中一样。”

卢瑟福进行了推测和计算。α粒子一定是碰到原子中带正电的东西才被弹回来的,而且这个带正电的东西一定是重而坚实的,否则就不会使一些α粒子偏离很大的角度。它一定又是很小的,比原子小得多,不容易被α粒子碰到,否则绝大多数的α粒子就会和这个东西碰撞,大部分α粒子偏离的角度就会很大。卢瑟福把这个带正电的、质量和整个原子差不多但比原子体积小得多的东西叫做原子核。

1912年春天卢瑟福提出了带核的原子模型,认为原子是由中心带正电的、体积很小的但几乎集中了原子全部质量的核和在核周围不断运动着的电子所构成,就像行星围绕太阳旋转构成的太阳系一样。

但是,根据1900年前物理学公认的理论,电子绕原子核运转会不断地以电磁波(光)的形式发射出能量。由于不断发射能量,电子将沿着一条螺旋线状轨道向原子接近,最后会落到原子核上,导致整个原子将毁灭。

1900年物理学中出现了一个新的理论,德国物理学家普朗克(M。Planck,1858~1947)提出量子论。按照这个论说,能量的吸收和辐射是不连续的,而是一小份一小份地进行的,这一小份的能量叫做一个量子。这就把光源发光比作机关枪发射子弹那样,是一个一个光的小子弹,这个小子弹就是光量子。

丹麦物理学家玻尔(N。Bohr,1885~1962)在1913年引用这个量子论修改了卢瑟福提出的原子模型,提出下列假说:

(1)在原子中,电子不能沿着任意的轨道绕原子核运转,而只能沿一定的轨道运转,这时它完全不发射能量。这些轨道叫做稳定轨道。

(2)当电子从离核较远的轨道跳到离核较近的轨道时,原子放出能量,以电磁波(光)的形式发射出来,能量的大小决定于电子在跳动前后所处的两个轨道的半径。

玻尔的原子模型为化学家解释分子结构和化合过程提供了依据,但是物理学家们不满意,它不能解释原子所表现的一些物理现象。

1925年德国青年物理学家海森伯(W。Heisenberg,1901~1976)指出,不可能指定一个电子某一时刻在空间所占的位置或追寻它在轨道上的行踪,因而无权假设玻尔的行星式轨道的确是存在的。海森伯导出的数学方程式表明,不可能设计出一种实验方法,既能同时准确地测量粒子的位置,又能同样准确地测量粒子的动量。

同时法国青年物理学家德布罗伊(L。de Broglie,1892~?)提出电子具有波粒二象性,这是一个大胆的设想。在物理学中从17世纪后半叶开始就争论着:光是波还是粒子?到20世纪初,1905年人们开始认识到光有波粒二象性,现在电子也被认为具有波粒二象性了。

1926年,德国物理学家薛定谔(E。Schrdinger,1887~1961)应用一种波动方程的数学形式描述了电子绕原子核的运动。按照这个方程的解,得到的也不是电子的精确位置,只是在某一特定空间体积内找到电子的几率的三维图像。

几率是数学中的一个概念,又称或然率或概率。在人类社会和自然界中,某一类事件在相同的条件下可能发生,也可能不发生,这类事件称为随机(会)事件。不同的随机事件发生的可能性的大小是不同的,几率就是用来表示随机事件发生的可能性大小的一个量。例如,在一个口袋里装两个黑球、一个白球和一个红球,这4个球的大小、形状和重量完全一样,在从袋中取任一个球时,取得白球的几率为1/4,取得红球的几率也是1/4,而取得黑球的几率则为1/2.

这个三维图像说明电子并不处在任何一确定的轨道上运动,而是在原子核外一定范围内高速运动。在一定的时间里,一给定电子在有的地方出现的几率较大,在有些地方则较小。如果把一个电子在原子核外各个瞬间出现的位置用照相机拍摄下来,再把多次拍摄的照片重叠在一起来看,在原子核外就像笼罩着一团电子云。这就是现今的原子结构的电子云概念。

在电子云中,有一个几率达到最大的区域,就是电子密度最大的区域。用一条线把可能找到电子几率最大的区域包围起来,就具有一定的三维形状。不同的线代表不同的电子能级,也就是我们化学课本中所说的电子层。

在电子、原子核和β粒子发现后,居里夫人曾提出原子核是由电子和正电荷构成的假设,电子部分抵消了正电荷,说明了原子核带正电。但是带有正电荷的粒子是什么粒子,还需要寻找它。1914年第一次世界大战爆发,马斯登去参军,卢瑟福去研究探测潜水艇的仪器。直到战后,1919年卢瑟福和他的助手们重又回到实验室。当他们用α粒子轰击氮原子时,发现氮原子变成了氧原子,同时有一种带正电荷的粒子分裂出来,电荷量与电子相等,但电性相反,质量为电子的1836倍,和氢原子的质量相等,卢瑟福称它为质子。于是,原子核中带正电荷的粒子被找到了。同时一种元素的原子变成了另一种元素的原子,实现了炼金术士们的幻想。

质子被发现后,科学家们又发现原子核并非完全由质子组成,因为几乎所有元素原子核的质子质量大体上只有原子核质量的一半或更少一些。例如,氦原子核(α粒子)具有两倍质子的电荷,却是四倍质子的质量。看来原子核内还有不带电荷的粒子,这种粒子很像放在船底的压舱物,它的质量和质子相等。

20世纪30年代初,德国和法国的科学家们用α粒子冲击金属铍Be,发现跑出一种穿透力比γ射线还强的射线。1932年初,在卢瑟福实验室里工作的英国物理学家查德威克(J。Chadwick,1891~1974)研究了这种射线,确定它不是γ射线,而是由不带电的质量为1的粒子组成,就把这种粒子叫中子。他测定了中子的质量,确定1个中子是由1个质子和1个电子紧密结合在一起而构成的。

中子被发现后,科学家们纷纷提出原子核由质子和中子组成,很快就获得普遍承认。按照这个理论,各种元素原子的原子核由Z个质子和(A-Z)个中子组成。这里的A表示质子和中子数目的总和,称为质量数。原子核中的质子数就等于核电荷数,也就是后来确定的元素的原子序数。

根据实验测定的结果,说明原子核内中子和质子的数目之间有一定的比例。在较轻的原子核内,中子数和质子数大致相等。当原子序数增加时,稳定的核内中子数就比质子数逐渐增多。在较重的原子核内,中子数与质子数之比大约是16:1.一元素原子核中含有的质子数和中子数之和称为此元素的质量数。它表示着一种元素原子质量的大小,电子的质量很小,就略而不计了。

1913年卢瑟福还同英国化学家索迪发现,同一种元素的原子核中质子数相等,但中子数不等,它们的化学性质相同,但质量数不等,把它们称为同一元素的同位素,它们在元素周期表中占同一位置。现在已经明确,除少数元素外,大多数元素都有同位素。例如,氧元素有3种同位素:氧-16、氧-17、氧-18,它们的原子核中都有8个质子,但是分别有8个、9个、10个中子,因此它们的质量不同,而化学性质是一样的。

由于原子是电中性的,因此任何元素原子内的电子数必定和质子数相等。

当原子核内中子数过多,在一定条件下,一个中子会转变成一个质子,同时放出一个电子。因此,电子并不存在原子核内,只是在中子转变成质子时才释放出来。这也就是放射性物质放射出电子——β粒子的原因。

放射性元素原子核中的一个中子转变成质子的同时放出电子后,多了一个质子,核电荷数就增加了。或者放出α粒子后,核电荷数就减少。核电荷数的多少是一种元素的特征,核电荷数增加或减少意味着一种元素转变成另一种元素了。这是天然元素的转变,也是卢瑟福和索迪发现的,称为元素的蜕变,就像蛇和蝉脱皮蜕化一样,通常又称为元素的衰变,就像人的衰老变化一样。一种放射性元素的原子由于核的衰变而减少到原来数目的一半所需的时间称为半衰期,用它作为原子核稳定性的量度标准。例如铀-238经一系列衰变后最终变成铅-206,半衰期是45亿年。但有些放射性元素的半衰期只有几秒。

由于上述诸多化学家和物理学家的深入研究,从而揭开了原子内部结构的秘密。他们对科学的发展作出了突出的贡献。卢瑟福和索迪分别获得1908年和1921年诺贝尔化学奖。普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖,玻尔获得1922年诺贝尔物理学奖。海森伯获得1932年诺贝尔物理学奖。薛定谔获得1932年诺贝尔物理学奖。查德威克获得1935年诺贝尔物理学奖。

合成橡胶的发明和发展

天然橡胶的原产地在中南美洲。橡胶传入欧洲,是从1492年哥伦布发现新大陆开始的。那时橡胶的进口量还很少,人们几乎不知道它的用途。

1823年,由于橡胶雨衣问世,橡胶的需求量才开始增加。而其缺点——低温易变硬、高温易发黏的弊病也被科学家和制造商们所关注。后来,美国发明家古德伊尔把天然橡胶与硫磺的混合物加热,因而得到了与天然橡胶性质完全不同的东西——橡胶加硫磺,使橡胶变成易于成形、富于弹性的有用材料,为后来合成橡胶的发明打下了基础。

随着19世纪末交通运输事业的迅猛发展,人们对橡胶的需求量更是大大增加了,橡胶一下子变得身价百倍,成为国民经济建设的重要战略资源。但是由于天然橡胶只产于部分亚热带地区,产量有限,而大部分需求橡胶的工业化国家受环境的限制并不能大批种植橡胶。这种供求关系的矛盾以及对天然橡胶的分析研究更加坚定了科学家研制合成橡胶的决心。

德国首先于1912年采用与橡胶单体异戊二烯结构相近的二甲基于二烯为单体合成了甲基橡胶。但是,甲基橡胶成本较高,耐压性能却较差。所以当德国和苏联在20世纪30年代初期研制成功丁钠橡胶后,立即开始了这一新型橡胶的大规模生产,并关闭了所有的甲基橡胶的生产工厂。新型的丁钠橡胶则是由酒精蒸汽通过催化剂变成了丁二烯单体再聚合而成。但是酒精的成本仍然比较高。不久科学家又研究出以乙炔代替酒精生产丁二烯的工艺技术。后来人们发现石油、天然气中的丁烷、丁烯都可制得丁二烯。由此,丁二烯便逐渐成为制造合成橡胶的主要单体,现在凡是带有“丁”字的合成橡胶中都含有它。

然而,丁钠橡胶的性能还是远不如天然橡胶。各国科学家为此大力开展了对丁钠橡胶的改良试验。由丁二烯与苯乙烯共聚得到的性能接近天然橡胶的丁苯橡胶的研制成功就是其中重要的成果,并于1937年在德国开始正式投入生产。

第二次世界大战中,美国因橡胶供应紧张,也在大力发展合成橡胶的研制工作。早在1931年,杜邦公司的化学家卡罗瑟斯就研制成功了以氯丁二烯为单体的氯丁橡胶。这种合成橡胶具有天然橡胶所不具备的优点,如耐腐蚀、耐老化、不易燃,特别不易溶于汽油等有机溶剂,在军事装备应用上具有极高的价值。1943年科学家们又研制出在耐热、耐老化、电绝缘性能上较天然橡胶更优的丁基橡胶。

第二次世界大战后,许多工业发达国家都在积极进行合成橡胶的研究和生产,世界产量上升得很快。同时由于生产工艺的不断改进,原料来源的继续扩大,新的合成品种迅速增加,像顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶都是公认的性能优异的新品种。

除上述几种通用的合成橡胶外,自20世纪60年代以来,一些具有特殊性能的合成橡胶也研制出来了。如产量较大的丁腈橡胶可在-40℃到135℃的温度范围内较长时间使用,耐腐蚀性能也很好;硅橡胶、氟橡胶既能在-50℃以下保持不变性,又可耐热高达250℃以上,常被用于制造火箭、导弹、飞机的零部件。目前,这类特种橡胶的研制已达200多种,各自在新的技术领域中发挥着重要的作用。