从一个小气泡说起－稀有气体元素的发现

　　现在我们来说一个关於小气泡的故事．

　　１８ 世纪, 有一个英国人, 他叫卡文迪许, 是一位特别擅长研究气体的化学家．他曾详细的研究过氢气, 并采用排水银集气法收集和研究了二氧化碳．他还研究了氢气和氧气化合的体积比, 并确认大约２ 体积氢气和１ 体积氧气化合, 生成物只有水等等．他的这些实验成果和研究的结论, 都为发现氢是一种元素, 否定水是一种单质及推翻当时的伪学说｀燃素说＇, 提供了科学根据．

　　既然卡文迪许成天跟气体打交道, 他必然也要拿空气、氮气 (比确认氢气晚６ 年, 比确认氧气早６ 年的时间确认的) 等气体做实验．一次, 卡文迪许利用放电的方法研究氢气、氧气和空气．结果, 他发现了用空气做实验时, 当其中的氢气、氧气和氮气 (未被确定前叫｀浊气＇) 及二氧化碳无可怀疑的都被消耗完了时, 总会剩下一个小气泡, 它的体积小得不足原有空气体积的 １／１２０．

　　卡文迪许和他的助手, 当时做这个实验是十分艰苦的, 由於他们用的是手摇静电起电机 (不是现今的发电机) , 摇一阵子才能有一次火花放电, 就在这一条件下, 一次实验要不断的用手摇, 经过２０ 多天, 方有结果．为了证实的确最后会剩留下一个小气泡, 仅有一轮实验是不足为凭的．科学家就是那样的认真, 绝不放过那一丁点的蛛丝马迹．

　　我们现在知道, 空气中所含的不足百分之一的气体, 是稀有气体 (氩、氖、氦、氪、氙) ．

　　可惜的是, 那时卡文迪许还没有从燃素说的影响中解脱出来, 认为那是不同於｀浊气＇ (氮气) 的另一种｀浊气＇．

　　卡文迪许本人还有一个怪脾气, 就是非常不擅於在社交活动中跟人交谈, 几乎整天呆在实验室里．就这样, 他不仅能把实验做得很精确, 而且实验的记录都写得详细, 但却很少发表．他拿不准的事 (诸如那个小气泡) 更不会轻易的公开了．卡文迪许的实验记录, 是他死后５０ 多年, 由别人整理发表的, 这个小气泡的问题 (它到底是什么? ) 也就被积压到１００ 多年后的公元１８９４ 年, 才又引起了人们的注意．

　　稀有气体在空气中的含量实在太少了, 它的性质又是那样的特别, 要让从来不知有其物的人发现它, 真是一件难以开始事．后来又是由於一点蛛丝马迹, 才让人又想起了卡文迪许的发现．这还是从研究气体 (包括空气) 旧事重提的．

　　１９ 世纪, 继任剑桥大学卡文迪许实验室主任的英国物理学家瑞利, 决定重新测定各种气体的密度, 前后用了１０ 多年的时间．由於他工作十分认真, 加之有比过去更为精密的实验仪器, 很多数据, 经他之手而得到修正．瑞利测定的气体样品, 总是每种都从各种途径来制取, 分别提纯, 分别测定, 直到结果完全一致, 才确认是可取的数据．

　　瑞利测定氮气密度时, 一种方法是从空气中提取氮气．他用化学方法除掉了空气中的氧气、二氧化碳等气体后, 剩下的气体 (氮气) 密度是每升１.２５７２ 克．另一种方法是用氨气 (NH３) 分解 (实际做法是氧化去氢) 制氮气, 但这一氮气的密度是每升１.２５０８ 克．两个数据相差只有０.００６４ 克．几次重做, 结果都是如此．

　　瑞利在这只有千分之五的微小差别面前, 从头检查实验过程, 确认无误, 又用化学方法测定两种来源不同的氮气, 并没有发现其中含有杂质．尽管瑞利对此百思不得其解, 但他仍不放过这一问题, 他写信给一家科学杂志社, 介绍了实验情况, 征求读者的解答, 又在英国皇家学会的一次会议上, 宣读了他的实验报告．

　　这种事情, 放在常人眼前, 会被看作微不足道的, 而瑞利却如此严谨认真, 终於在科学上有了重大的发现．

　　１９８４ 年, 就在瑞利宣读了实验报告后, 苏格兰的化学家莱姆塞, 以过人的想象力告知瑞利说, 这种由空气而得到的氮气里, 一定含有一种未知的密度较大的气体．与此同时, 他们又从别人那里得到了一个重要线索, 那就是１００ 多年前卡文迪许发现了的小气泡．

　　很快他们找出了卡文迪许的实验记录, 瑞利照着做了, 没用多久, 果然得到了卡文迪许所说的那个小气泡．莱姆塞则用赤热镁粉吸收氮气的方法, 也从空气中得到一种密度是氢气的１９.０８６ 倍的气体．他们坚信, 这是一种新的特殊气体, 在各种条件下, 跟所有金属、非金属都不发生化学反应．由此可以肯定它是一种元素, 是跟以往所发现的元素不同, 不是金属也不是非金属的新元素．

　　１８９４ 年的８ 月１３ 日, 他们在英国的科学城牛津召开的自然科学家代表大会上, 正式宣布发现了一种奇怪的新元素并由大会公认给这种气体元素起了个名字, 叫做｀迟钝者＇, 用中文汉语音译叫｀氩＇．

　　其实１８９４ 年所发现的氩气, 并不是纯净的氩气, 而是五种稀有气体元素氦、氖、氩、氪、氙的混和物, 只是其中氩的含量最多, 它占空气中全部稀有气体体积的９９.７４％．

　　后来, 莱姆塞的助手在莱姆塞的指导和委托下, 终於又从空气中发现了另外四种稀有气体元素．