正文 第十一章 徐家父子與化學的奇緣(1 / 3)

在我國,係統地介紹近代化學的基礎知識始於19世紀60年代。在這一方麵,徐壽做了重要的工作,許多科學史專家都公推徐壽為我國近代化學的啟蒙者。他的次子徐建寅繼承父誌,也成長為一位傑出的化學家。徐壽與徐建寅,堪稱“一門兩代化學家”。

鹹豐七年(1857年)的一天,徐壽和同鄉華蘅芳從上海返回無錫,在馬車上兩人還興致勃勃地交談著此行的收獲。徐壽並未意識到,這次上海之行,決定了他一生的道路。

徐壽(1818—1884年),字雪村,號生元,江蘇無錫人。徐家曾是無錫一帶的名門望族,到徐壽祖父時,經商種田,家道由衰漸興。在徐壽5歲時,父親去世,到他17歲時,母親也累病去世,徐壽就是在這艱難貧寒的家境中,形成了勤奮刻苦、質樸上進的高尚人格。徐壽少年時讀過經史之書,也走過科舉之路,但未能如願。於是,他放棄科舉之路,立誌專攻“博物格致之學”。同鄉的華蘅芳喜愛數學,兩人常在一起切磋自然科學知識。有一次,華蘅芳十分高興地找到他說:“雪村兄!我剛得到一本好書———《幾何原本》,你要看嗎?”

徐壽說:“可是徐光啟翻譯的?”

華蘅芳說:“徐光啟隻譯出了前六卷,這可是全本共十五卷的《幾何原本》。後九卷是海寧李善蘭和英吉利人艾約瑟合譯、上海墨海書館刊印的。”

徐壽接過書翻閱後說:“若汀(華蘅芳的字)兄,我們什麼時候到上海去,見見這位李善蘭先生,好好地向他請教請教。”

這次談話,促成了徐壽與華蘅芳的上海之行。在上海墨海書館,徐壽和華蘅芳見到了李善蘭。華蘅芳與李善蘭談數學,那是十分投機的,差一點把徐壽冷落了。後來,李善蘭聽說徐壽對格致之學興趣更大一些,就取出一本書遞給徐壽,說:“這本書叫《博物新編》,也是我們墨海書館刊行的。它是一個叫合信的英國傳教士編著的,合信還是個醫生。他寫這本書是給我們介紹西方自然科學知識的,你可以拿去好好看看。”

回到客棧,徐壽就迫不及待地翻閱這本《博物新編》,並和華蘅芳商量,要在上海弄一些儀器回去做實驗。為買這些科技書籍,他們花光了所有帶去的錢。這些書在鄉間是極難見到的,鄉裏讀書人除經史子集之外,隻能借到一些天文曆算、農醫典籍……弄到這些講述新知識的書籍,徐壽當然高興萬分。

到家時,徐壽13歲的兒子徐建寅(1845—1901年)最能領會父親的心思,他最先跑來迎接父親,幫助父親搬運書籍、儀器、雜物。

上海之行歸來後,徐壽對《博物新編》一書中介紹的物理化學知識一一加以驗證。當時沒有完整的科學儀器,徐壽就自己設法研製儀器。徐壽從書中讀到:三棱鏡可以將太陽光分為七種顏色。他就四處搜求三棱鏡,但哪兒都沒有三棱鏡。忽然他想到自己家傳的水晶石印章也是透明的,隻不過是四方的,於是他就將這珍貴的水晶印章磨去一方,做成三棱鏡。水晶石很堅硬,要花費很大的氣力去磨。徐壽不怕辛苦,一下一下地磨。徐建寅見狀,也幫著父親磨水晶石。當水晶石三棱鏡磨好後,徐壽父子急忙將三棱鏡拿到太陽光下,他們清晰地看到白色的太陽光透過三棱鏡後分成赤、橙、黃、綠、青、藍、紫七種色彩,這使他們更堅信科學實驗的重要。

為了驗證槍彈射擊仰擊時與俯射的拋物線的差異,徐壽弄來一枝槍,設立了高矮遠近不同的靶子,然後一槍一槍地射擊,以察看其拋物線的軌跡。就這樣,他一邊研讀書籍,積累現代科技知識;一邊認真實驗、磨煉自己製造機件、器具的能力。他製造過指南針、象限儀、溫度計等儀器,對於數學、物理、化學、機械等方麵的知識,也都有了廣泛而深入的了解。那次上海之行徐壽剛40歲,5年後他就成為“於西學具窺見源委,尤精製器”的飽學之士。

鹹豐十一年(1851年),45歲的徐壽被大學士兼兩江總督曾國藩看中,派往安慶機器局。這是中國近代第一家機器工業,華蘅芳、徐建寅也一起進了安慶機器局。作為洋務派首領的曾國藩指派徐壽仿製西方的機器,在機器局內全用中國人,不請一個西洋的工程師。在仿製了一些軍械槍彈之後,徐壽等人就決定製造輪船。從船體到汽輪機都沒有現成的圖紙,徐壽和華蘅芳就仿製設計,日夜思考。這時徐建寅已經成年,他從小隨父親學習理化製造之學,也算是個學識厚實的青年。在徐壽與華蘅芳冥思苦想之際,徐建寅常常能出一些精妙的主意,幫助他們。經過幾年的努力,終於在同治五年(1866年)三月造成木質輪船一艘,長50餘尺,靠蒸汽動力行駛,每小時能行駛40多裏,可載重25噸。曾國藩給這艘輪船命名為“黃鵠”號。

李鴻章在上海創辦江南製造總局,經過幾年努力,總局內有機器廠、熟鐵廠、洋槍樓、木工廠、鑄銅鐵廠,逐步形成當時中國最大的軍事工業企業,專門製造新式兵艦和新式槍炮。同治六年(1867年),徐壽被曾國藩調派到江南製造總局,徐建寅也隨他一起到了江南製造總局。在上海,徐壽父子除船炮槍彈製造之外,又自製硝鏹水,以製造化學炸藥,這樣就可以不必依賴外國人了。在當時絕大部分人都主張引進外國機器設備的情況下,徐壽一到江南製造總局就極有遠見卓識地上書曾國藩,建議設立翻譯館,翻譯西方有用的科技書籍,這樣才能探索西方船堅炮利工藝精良的根本原因。曾國藩認為這個意見非常正確,於是在徐壽調到上海後,江南製造總局就在同治七年年底設立了翻譯館。翻譯館聘請了外國人偉力亞利、傅蘭雅、林樂和、金楷理,並調來華蘅芳、李風苞、王德均、趙元益等人和徐壽一起翻譯西方科技著作。其後,江南製造總局翻譯館譯書數百種,成了近代中國最有影響的翻譯機構,在傳播西方科技知識方麵起了巨大的作用。

在翻譯館裏,徐壽與英國傳教士傅蘭雅等人合作譯書共13種,其中6種與化學有關:即有《化學鑒原》6卷、《化學鑒原續編》24卷、《化學鑒原補編》7卷、《化學考質》8卷、《化學求教》8卷和《物體遇熱改易記》

4卷,內容涉及無機化學、有機化學、化學定量分析,以及化學實驗等方麵。在翻譯化學著作時,徐壽為確定化學元素名稱的中譯名,煞費苦心地確定了一個原則:即取西文名詞的第一音節為聲符,加上漢字“金”“石”

的偏旁,造成新的形聲字,一共譯定了64個化學元素的名稱,其中有44個沿用至今,如鈉、鉀、錳、鎳、鈷、鋅、鈣、鎂等。徐壽的這一造字原則,得到學術界的普遍認同。徐壽在此基礎上還編成《化學材料中西名目表》和《西藥大成中西名目表》。

徐壽還認識到,培養科技人才也是當務之急。他和英國教士傅蘭雅一起籌建了一所格致書院,在光緒二年(1876年)正式開院,同時他們籌辦的科技期刊《格致彙編》也正式出刊。為辦學出刊,徐壽四處奔波,作出了巨大貢獻。由於他的努力,各地都注重開辦機器局,並紛紛聘請徐壽主持事務。但徐壽以為譯書、辦學、出刊之事更為重要,推辭了所有聘請,直到光緒十年(1884年)九月,他在格致書院去世,徐壽為近代中國科技事業的發展,貢獻出畢生的精力。

在徐壽忙著科技事業的時候,徐建寅總是他的得力助手。在安慶,徐建寅在徐壽設計製造輪船“黃鵲”號時,出過很有價值的主意,他自己同時也積累了一些實踐經驗。徐建寅隨父親一起調到江南製造總局後,他曾參與建造“惠吉”、“操江”、“測海”、“澄慶”、“馭遠”等輪船。由於徐建寅像他父親一樣勤奮刻苦,質樸上進,他的學識與名聲也與日俱增。同治十二年(1873年),徐建寅被任命為江南製造總局提調。

徐建寅和傅蘭雅合譯過一本《化學分原》,這部西方的分析化學著作共兩冊8卷,在同治十年(1871年)由江南製造總局翻譯館出版,成為中國近代化學研究的一本重要資料。徐建寅繼承了徐壽的翻譯事業。

徐建寅代替他父親,奉調去天津機器局指導督造鏹水(濃硝酸),後又去山東總辦山東機器局、南京督辦金陵機器局,任福州船政局提調,為中國近代工業的發展,做出了不少貢獻。在光緒五年(1879年)至光緒七年間,徐建寅還擔任中國駐德國使館二等參讚,赴西歐考察過德國、法國、英國的廠礦,並將考察80多個廠礦的規模、技術、設備、工藝過程及200多項工藝技術全都整理記錄在《歐遊雜錄》和《水雷錄要》這兩本書中。這對於清末中國科技的發展有著十分積極的作用。

可惜的是,光緒二十七年(1901年),在武漢辦廠的徐建寅,因試驗生產無煙火藥失事,發生爆炸,徐建寅及在場的16人,全部以身殉職。

一門兩代化學家,徐壽和徐建寅在中國近代化學史上永遠占有光輝的一頁。

不毛之地上創造的“奇跡”

1803年5月12日,德國化學家李比希誕生在德國的達姆施塔特。他的父親是一個染料製造商,家中有許多化學藥品。小小的李比希經常自己動手作化學實驗,他對實驗和觀察有著濃厚的興趣。他把父親店鋪後邊的廚房改造成自己的實驗室,在閣樓上,自己偷偷作雷酸鹽的實驗。有一次他在作雷酸汞的實驗時,引起了爆炸,震動了整個樓房。幸運的是,他沒有受傷,父親也沒有責怪他,還稱讚他有探索精神。

因為李比希自幼酷愛化學,卻對其他學科都不感興趣,結果15歲時連中學都沒念完就輟學了。到18歲時,李比希終於深刻地認識到,要想成為一名化學家,必須有紮實的基礎知識,這才進入大學發奮苦讀。大學還沒畢業,李比希就來到巴黎的索邦大學繼續深造,1824年獲得化學博士學位,並被聘為吉森大學的化學教授。

有一天,李比希來到城郊的莊稼地裏,彎下腰來仔細察看莊稼和土壤。他看見幾個農民正在田間勞作,他們個個眉頭緊鎖。李比希問他們:“這幾年的莊稼收成好嗎?”其中一個農民憂心忡忡地說:“年複一年地種植莊稼,土地越來越貧瘠了,哪能指望有好收成呢?”農民的話讓李比希陷入了沉思,他想:要是能給土地添加些營養,莊稼不就會豐收了嗎?

說幹就幹,李比希馬上開始大量地閱讀書籍、報刊,並和助手作了大量的實驗。在實驗中,他發現氮、氫、氧這3種元素是植物生長不可缺少的物質。而且,鉀、蘇打、石灰、磷等物質對植物的生長發育起一定的作用。“接下來的工作是研製出含有這些無機鹽和礦物質的人工合成肥料。”

李比希對助手們說。

1840年的一天,李比希的化學實驗室裏洋溢著歡樂的氣氛,世界上第一批鉀肥、磷肥在這裏誕生了。李比希把這些潔白晶瑩的無機化肥小心地施灑在實驗田裏,密切注意著莊稼的變化。可是沒過幾天,一場大雨不期而至。助手們發現那些化肥晶體被雨水一泡後,很快變成液體滲入土壤的深層,而莊稼的根部卻大多分布在土壤的淺層。果然,收獲的季節到了,實驗田裏的莊稼並沒有顯著的增產。於是,他們又開始了新的探索。這一回,李比希把鉀、磷酸晶體合成難溶於水的鹽類,並且加入少量的氨,使這種鹽類成為含有氮、磷、鉀3種元素的白色晶體。

李比希和助手們把這些白色晶體和黏土、岩鹽攪拌在一起,施在一塊被農民認為的“不毛之地”上,然後種上了莊稼。過了一段時間,農民們驚奇地發現,那塊被廢棄的“不毛之地”竟然奇跡般地長出了綠油油的一片莊稼,而且越長越茁壯。消息很快就傳出去了,李比希成為德國農民們最敬仰的人物。

出身寒門的化學奇才貝采裏烏斯自幼在逆境中生活。他從小聰明過人,沒有上學的條件,卻能堅持刻苦學習。成年以後來到烏普薩拉,一邊幹活謀生,一邊堅持自學。他曾到醫院裏給醫生當助手,還給人補過課,節衣縮食積蓄下點錢進入烏普薩拉大學讀書。在大學裏學的是醫學專業,但在學習中對化學產生了特別的興趣。他有意地結識了該大學的著名化學家約翰·阿夫采利烏斯教授。貝采裏烏斯強烈的求知欲和刻苦奮進的精神,深深地感動了這位名教授。他破例允許這名寒門弟子在實驗室裏自由地做各種化學實驗。貝采裏烏斯充分利用老師提供的這一優越條件,做了電流對動物作用的奇妙實驗,他的工作受到教授的細心指導和熱情幫助。在教授的指點下,貝采裏烏斯首先想到的是把過去的那些分析結果重新通過實驗檢驗一次,並盡量地加以完善,再從理論上加以概括,提出自己的見解,寫成論文,用以攻取博士學位,並於1802年榮獲了醫學博士學位。

時隔不久,貝采裏烏斯到首都斯德哥爾摩當了外科醫學學校的一名普通助教。為了維持生活和繼續從事科學研究,貝采裏烏斯被介紹到一個大礦場主希津格爾家。他住在這裏,同具有旺盛求知欲的希津格爾先生一起從事研究工作。他們對礦物進行化學分析,還研究一些感興趣的化學理論問題。希津格爾先生的實驗室,規模不大,但設備俱全,應有盡有。這期間,貝采裏烏斯在研究中首次發現了金屬鈰。直到1806年5月,他被任命為化學講師,27歲的時候結束了漂泊不定的生活。貝采裏烏斯每天除了在實驗室緊張地工作外,還抽空編寫了《生理化學》教科書。

19世紀30年代前,貝采裏烏斯首先把許多科學家的研究成果做了比較,確認水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的,測得氧的原子量是16。隨後他又以氧作標準來測定其他元素的原子量,從而使原子量的測定工作大大地簡化了。他對當時已知40多種元素的2000多種單質或化合物進行了分析,克服重重困難,終於取得了驚人的成果。1814年,他發表了第一個原子量表。1818年,貝采裏烏斯所分析的數據更加豐富,更加精確,第二個原子量表內已列入47種元素。隻是由於計算原則未變,使某些元素的原子量較實際值高了一倍到幾倍。1826年,他發表的第三個原子量表,已全部完成了元素原子量的測定工作。除個別元素的原子量外,幾乎與現代值一樣。到1830年,貝采裏烏斯已重新列出一張原子量表,表上的原子量與現在所用的就完全相同了。他還在化學領域中首先倡導以元素符號來代表各種化學元素,關於元素符號及化學式的表示方法,遠比道爾頓等人以往用小圓圈表示的方法簡便、明確,因此,他的倡導很快地就被科學界接受了。

研究化學親和力,使貝采裏烏斯建立起電化二元論的學說,他早年對電解過程做過仔細考察,特別是電解槽兩極的電荷相反,電荷之間的吸引和排斥給他留下了深刻印象,經過更多的實驗考察後,1811年從電學的角度出發,提出電化二元論。貝采裏烏斯是當時最著名的分析化學家之一,他在測定原子量時,把許多新的分析方法、新試劑和新儀器設備引進分析化學中來,使定量分析的精確度空前提高。他對各種分析操作進行過細致的研究與改進。例如他曾指出,漏鬥的錐角60°時過濾速度最快,而且濾紙不能高出漏鬥,否則溶劑在濾紙邊緣會很快蒸發,使沉澱難以洗淨。貝采裏烏斯對礦物學做過長期係統的研究。他在對礦物進行定量的全分析時,發現其中大部分是“矽質”(矽石)。矽質與其他金屬的氧化物結合成化合物,就是礦物的主要成分。貝采裏烏斯把含有這種化合物的礦物,取名為“矽酸鹽”,並對各種矽酸按其組成做了分類,這種分類沿用至今,同時在礦物研究中,他還發現新元素鈰、硒、釷、矽、鈁、鉭、鍺等。

貝采裏烏斯還是開創有機化學研究領域的傑出化學家。1814年貝采裏烏斯開始了對有機物的深入研究,他最早引用了“有機化學”概念,但由於當時科學條件限製,有機化學研究的對象隻能是從天然動植物有機體中提取的有機物,即隻能從有機物裏製造出有機物。這給了人們一種錯覺,似乎有機物均屬“有生機之物”或“有生命之物”,並隻有在一種非物質的“生命力”的作用下才能形成,而不能在實驗室裏用化學方法合成。顯然,這種“生命力論”及貝采裏烏斯的電化二元論,都束縛了有機化學的發展。當1828年維勒人工合成尿素之後,貝采裏烏斯受到極大啟發,他想到自己也曾發現過雷酸銀和氰酸銀,這是兩種組成相同而性質不同的物質,他發現酒石酸和葡萄酸也有類似情況。

貝采裏烏斯十分重視化學人才的培養。他曾編著化學教科書共三卷,這是一部最完整、最係統和最通俗的化學教科書。在長達30年的時間,成千上萬的青年化學家們都讀過該書。貝采裏烏斯以其廣博的知識和正確評價實驗數據的洞察力吸引著科學家們。他總是不斷地改造舊方法,創造新方法,並且毫不隱瞞地把自己的所有成就都寫進教科書裏,給青年學者們鋪成了前進的坦途。維勒等一大批化學家都曾師承於貝采裏烏斯,他是當時國際上公認的化學權威之一。首次提出化學反應中使用的“催化”與“催化劑”概念,又是他,1841年第一個提出了“同素異形”的術語。

由於長期緊張地工作和經常接觸有毒化學藥品,貝采裏烏斯的健康遭受很大損傷,最終積勞成疾,於1848年8月7日,在斯德哥爾摩病逝,享年69歲。他的逝世,不僅是瑞典人民的巨大損失,也是國際化學界的一大不幸。瑞典科學院和瑞典政府為他舉行了隆重的葬禮。貝采裏烏斯的名字,永遠留在世界化學史上,他的偉大的科學的一生,將是後輩化學工作者學習的楷模。