19世紀末,日本營養專家池田研製了一種調味品,取名“味素”,並大量應用於生產。20世紀20年代初,日本生產的調味品“味素”大量湧入中國。上海等各大城市布滿了“味素”的巨幅廣告。日本人宣傳的行為極大地觸動了具有強烈民族自尊心和責任感的吳蘊初先生,他發誓:“我一定要研製出自己的調味品,將‘味素’從中國趕出去”。
吳蘊初憑借早年畢業於上海兵工學堂化學專科的基礎,不分晝夜寒暑地進行著他的研製工作,經過無數次的失敗,一年以後,他硬是靠著酒精燈、試劑瓶等一些簡單得不能再簡單的化學儀器,在非常簡陋和艱苦的條件下,終於研製出了我國自己的調味品,並參照糖精而取名為味精。
接著,吳蘊初與他人合作使我國第一個味精生產廠———上海天廚味精廠正式建成投產。產品投放市場後,在國內抵製日貨的影響下,廣大市民爭相購買國產味精,生產效益漸好。隨後吳蘊初又不斷增加資本擴大再生產,改進工藝,提高產品質量,使天廚味精多次在國內外獲獎,大大提高了產品的信譽,因此,天廚味精不僅暢銷國內,還遠銷南洋各地,以致產品數量供不應求。20世紀20年代後期,上海天廚味精廠已具有相當的規模和影響,同時工廠還能兼營澱粉、糊精、葡萄糖、飴糖等產品。
接著由於天廚的擴大再生產需要大量的鹽酸,當時國內尚無力生產,完全靠日本等帝國主義國家進口,而日本人為了報“味素”之仇,對供應中國的鹽酸實行了嚴格控製。況且,鹽酸屬於危險品,用耐酸陶器盛裝,笨重易碎,運費也十分昂貴,為了解決這些問題,迫切需要建立自己的鹽酸廠。中國人自己辦廠,勢必要影響帝國主義國家的在華利益,他們對吳蘊初進行了經濟和技術等的極端封鎖和阻撓。吳蘊初起誓:“小辮子不能捏在別人手裏”。
吳蘊初再次克服重重困難,於20世紀20年代末建成了我國第一個電解食鹽水生產鹽酸的天原電化廠,日產鹽酸2噸,使天廚味精真正做到了“完全國貨”。鹽酸的自行生產,填補了我國電解食鹽工業的空白,對我國的氯堿工業作出了重大貢獻。它不僅為國家爭了光,長了中國人的誌氣,它還證明了:“外國人能做到的,中國人也一定能夠做到”。
隨著天原電化廠的產品產量不斷增加,裝運鹽酸所需的耐酸陶器已遠不能滿足需求,且在此之前所用的耐酸陶器都是日本貨,這更激起了吳蘊初生產自己的耐酸陶器的決心。他憑借早年製造矽磚的經驗,建起了我國第一個耐酸陶器廠———天盛陶器廠,又一次填補了我國化學陶器的空白。
上海淞滬抗戰爆發後,吳蘊初收購了大批的核桃殼,燒製活性炭,製造防毒麵具,為支援抗戰,準備無償送給當時駐紮在上海的十九路軍,後因十九路軍撤離上海而未能如願。接著,吳蘊初又以天廚味精廠的名義,花12萬元購買戰鬥機一架支援抗戰,成為當時家喻戶曉的“獻機愛國”
的抗日模範。
20世紀30年代中期,吳蘊初又辦起了我國第一個氮氣(合成氨)廠———天利氮氣廠,結合天原電化廠生產的氫氣合成氨,並在此基礎上,利用氨氧化法生產硝酸。
全國解放後,吳蘊初急忙從美國返回祖國。周恩來總理高興地對他說:“味精大王回來了,歡迎歡迎!”,並希望他為新中國化學工業繼續做出自己的努力。
正當吳蘊初躊躇滿誌地投入新中國的化工事業之時,不料,回國僅3年的吳蘊初因糖尿病複發,危及心髒,不幸逝世,享年62歲。臨終前,他立下遺囑,將“蘊初基金會”的全部財產交給國家,並叮囑兒子說:“你們今後要照國家指引的道路走下去”。
吳蘊初的事業由研製和生產味精而步入民族化學工業的道路。在這條道路上,他經過艱苦的跋涉和努力,最終作出了卓越的貢獻。由吳蘊初創辦的上海“天字號”化工企業集團成為支撐當時我國的民族化學工業的一大支柱。吳蘊初通過自己的努力,為國爭了光,為中華民族爭了一口氣。
氣體化學之父———普利斯特裏
1733年3月31日,約瑟夫·普利斯特裏出生在英國約克郡的一個農莊。他利用氣體進行的許多實驗都屬於人類首創,被人們稱為“氣體化學之父”。
普利斯特裏刻苦好學,興趣廣泛。他曾自學過古文、數學、自然哲學導論等知識,這些知識使他形成了善於獨立思考的性格。18歲那年,由於經常與基督教的牧師來往,他遭到了姑母的激烈責備。從此,他成了家庭的叛逆者。
普利斯特裏的妻子是當時英格蘭最大的鐵器製造商艾薩克的女兒,結婚後,普利斯特裏仍然專心地埋頭科學研究。後來,由於他們的兒女先後出世,家庭經濟負擔加重。加上各教派之間的矛盾日益尖銳,普利斯特裏放棄了教師職業,當上了牧師,家庭收入雖增加不多,但他卻有了更多的空閑時間自由地從事科學研究和著書立說。
有一次,普利斯特裏偶然遇到了美國科學家富蘭克林。富蘭克林向他講述了自然科學方麵許多有趣的問題,一下子吸引了他。從此,普利斯特裏開始對自然科學發生興趣。他常常在空閑的時候,做著各種化學實驗。
特別是在英國舍爾伯恩伯爵圖書館工作期間,他閱讀了不少自然科學方麵的著作,這使他更加愛上了化學。
18世紀70年代初的一天,普利斯特裏在一個密閉的瓶子裏放進一支點著了的蠟燭,蠟燭很快就熄滅了。接著,他又往瓶裏放進一束帶著綠葉的薄荷枝。十天後,他重新再往瓶裏放進一支點燃了的蠟燭,蠟燭竟能夠燃燒。
於是,普利斯特裏又做了另一個實驗:在兩個密閉的瓶子裏都插進點燃了的蠟燭,待它熄滅之後,在一個瓶裏放進薄荷枝,而另一個瓶子裏什麼也不放。經過幾天,當他再把點燃了的蠟燭放進去時,放了薄荷枝的瓶裏的蠟燭能繼續燃燒著,而在另一個沒有放薄荷枝的瓶裏,蠟燭剛一伸進去,立即熄滅了。
這究竟是怎麼回事兒呢?普利斯特裏對這個奇怪的現象很感興趣。於是,他便開始鑽研這個問題。
偶然一次機會,他得到了一個大型凸透鏡(火鏡),於是開始研究某些物質在凸透鏡聚光產生的高溫下放出的各種氣體。他研究的物質中有“紅色沉澱物”(氧化汞)和“汞灰”(亦稱水銀燒渣)。普利斯特裏把氧化汞放置在玻璃鍾罩內的水銀麵上,用一個直徑30厘米、焦距為50厘米的火鏡將陽光聚集在氧化汞上。很快他就發現氧化汞被分解了,放出一種氣體,將玻璃罩內的水銀排擠出來。他以排水集氣法把這種氣體收集起來,然後研究其性質,發現蠟燭會在這種空氣中燃燒,火焰非常明亮,同時,普利斯特裏還把一隻小老鼠放到充滿這種氣體的瓶子裏,小老鼠在瓶子裏顯得挺快活,挺自在!
“老鼠既然在這氣體裏能舒舒服服地生活,我自己也要親自來試試看!”普利斯特裏在論文中寫道:“我用玻璃管從一個大瓶裏吸進這種氣體到肺中,我竟覺得十分愉快。我的肺部在當時的感覺,好像和平常呼吸空氣時沒有什麼區別,但是,我自從吸進這氣體後,覺得經過好久,身心還是十分輕快舒暢。唉,又有誰知道,這種氣體在將來會不會變成時髦的奢侈品呢?不過,現在世界上享受到這種氣體的快樂的,隻有一隻老鼠和我自己!”
普利斯特裏把自己新發現的氣體命名為“失燃素的空氣”,這也就是現在我們所稱的“氧氣”。
縱觀普利斯特裏的一生,他37歲開始研究氣體化學,直到終生。他曾分離並論述過的大批氣體,數目之多超過了與他同時代的任何人。可以說他是18世紀下半葉的一位業餘化學大師。是他發明了帶有酸味的“氣水”。他的《用排水集氣法收集“空氣”》一書,深受讀者歡迎,非常暢銷,當年就被譯成法文。普利斯特裏因此名揚世界,並榮獲英國皇家學會的銅質獎章。
普利斯特裏對氣體化學的研究成果,一是以其強烈的求知欲與非凡的勤奮態度為基礎的,二是得益於他自己精湛的實驗技能。為此,皇家學會曾授予他卡普裏獎。他出版過巨著《關於種種空氣的實驗與觀察》。以後他的研究成果又彙集於《與自然科學各個部門有關的實驗與觀察》一書。
19世紀初,普利斯特裏死於美國賓夕法尼亞州的諾讚巴蘭鎮,終年71歲。普利斯特裏一生主要靠自學成為一位化學大師,其刻苦奮勉精神,堪稱今人之典範。
當“燃素學說”遇到拉瓦錫
安東·尼羅朗·拉瓦錫,出生於巴黎一個富裕的律師家庭。11歲時,他進入當時巴黎的名牌學校———馬沙蘭學校,後來升入法政大學,21歲畢業並取得律師的資格。在大學裏他已對自然科學產生了濃厚的興趣,主動學習數學、天文學、植物學、地質礦物學和化學。
35歲時,他成為法國皇家科學院18名正式會員之一,也是從那年開始,他逐漸地取得了化學研究上的重大突破,步入化學家的行列,逐漸成為科學界的一位新星。
初進法國皇家科學院,拉瓦錫選擇的一個研究課題是驗證水能否變成土。在當時,許多人都相信水能變成土。亞裏士多德的“四元素說”中就有水土互變的提法。17世紀比利時化學家海爾蒙特曾以栽柳樹的實驗(海爾蒙特將一棵柳樹栽入一個土盆中,盆中的土是經過烘幹稱重的。除了經常給樹淋水之外,不給樹提供其他營養。5年後,柳樹長成大樹了。泥土經烘幹,重量並沒有減少。於是他認為柳樹長大所增加的重量,隻來源於水,因此水能轉變為土,並為樹所吸收。)來支持這一觀點。人們也時常發現在容器中煮沸水,時間長了總會有沉澱物生成。
拉瓦錫對這一觀點表示懷疑,為此他設計了一個驗證實驗。他采用一種歐洲煉金術中使用過的很特別的蒸餾器,這種蒸餾器能使蒸餾物被反複蒸餾。他將蒸餾器稱重,然後加入一定重量的經3次蒸餾後的蒸餾水。密封後點火加熱,保持微熱,同時進行觀察。兩周過去了,水還是清的。第三周,水開始出現很小一點固體,隨後慢慢變大。第八周,固體因增長而沉澱下來。就這樣連續加熱了101天,蒸餾器中的確產生了固體沉澱物,冷卻後,他首先稱了總重量,發現總重量與加熱前相比沒有變化。後來他又分別對水、沉澱物、蒸餾器進行稱量,結果是水的重量沒變,沉澱物的重量恰好等於蒸餾器所減少的重量。據此拉瓦錫著寫論文,駁斥了水轉化為土的謬說。
氧氣的發現是對拉瓦錫勤於思考、勇於探索的鑽研精神的饋贈。其實,在此之前,已經有兩位科學家觸到了氧氣的鼻尖,令人遺憾的是,囿於傳統理論的束縛,他們都半途而廢,從而將撩開氧氣麵紗的殊榮讓給了拉瓦錫。
瑞典化學家舍勒在拉瓦錫以前,就通過實驗製取了純淨的氧氣。但是,作為“燃素學說”的忠實信徒,他錯誤地把這種氣體叫“火氣”,並且,他認為燃燒是火氣與燃燒物中的燃素結合的過程,火和熱是火氣與燃素化合的產物,從而未能正確地解釋燃燒現象。
幾乎與此同時,英國化學家普利斯特裏也通過實驗製取了這種氣體。
他把蠟燭放在這種氣體中,發現火焰比在空氣中更加熾熱明亮。他還把老鼠放進去,發現它比在等體積的尋常空氣中活的時間約長了4倍。他親自嚐試了一下,一吸進去,便“覺得這種空氣使呼吸輕快了許多,使人感到格外舒暢”,但他沒有繼續研究。
當科學的珍珠出現在舍勒和普利斯特裏眼前的時候,他們沒有鑒別出來,與機遇女神失之交臂。
於是機遇女神青睞的目光投向了拉瓦錫。他發現“燃素學說”存在著許許多多的破綻。比如,既然金屬在煆燒中逸出燃素,那為什麼重量反倒增加呢?而蠟燭呢,燃燒之後,竟一無所剩,似乎全部消失了。
為了弄清事實的真相,拉瓦錫開始了嚴格的實驗。他首先仔細地稱量了裝有空氣和固態物質的密閉容器,然後用放大透鏡將陽光聚集在物質上,或者用火加熱。當物質燃燒完後,再重新稱量裝有反應物的容器。他用各種不同的物質反複進行實驗,結果都表明,密封容器的重量在燃燒前後都不變。
這是什麼原因呢?拉瓦錫的大腦開始了緊張的思索。後來他終於得出結論:原來在沒有密封的燃燒當中,空氣中有一種新的氣體物質元素參與了反應,使得物質燃燒前後重量不一。隨後,他對這種新的氣體元素的本質進行了認真的考察,確認這種元素除了助燃、助呼吸外,還能與許多非金屬物質結合生成各種酸,為此他把這種元素命名為酸素,現在氧元素的化學符號O就是來源於希臘文酸素:oxygene。
對氧氣作係統研究後,拉瓦錫明確地指出:空氣本身不是元素,而是混合物,它主要由氧氣和氮氣組成。他進而提出,燃燒過程在任何情況下,都是可燃物質與氧的化合,可燃物質在燃燒過程中吸收了氧而增重。
拉瓦錫關於燃燒的氧化學說終於使人們認清了燃燒的本質,統一地解釋了許多化學反應的實驗事實,為化學發展奠定了重要的基礎。
之後,拉瓦錫開始對燃燒現象進行研究。
在這以前,波義耳曾對幾種金屬進行過煆燒實驗,他認為金屬在煆燒後的增重是因為存在火微粒。在燃燒中,火微粒穿過器壁而與金屬結合。
德國化學家斯塔爾也進行了類似的實驗。他認為金屬在煆燒中放出了燃素。斯塔爾將有關燃素的觀點係統化,並以此來解釋當時已知的化學現象。由於燃素說的解釋較過去的說法合理,便很快被化學家所接受,成為18世紀占統治地位的化學理論。盡管一些實驗研究的進展已披露了燃素說與實驗事實的矛盾,但多數化學家還是設法調和這一矛盾,以維護燃素說。18世紀70年代的一個秋天,拉瓦錫稱量了定量的白磷,並使之燃燒、冷卻後又稱量灰燼(P2O5)的質量,發現質量竟然增加了!他又燃燒硫黃,同樣發現灰燼的質量大於硫黃的質量。他想這一定是什麼氣體被白磷和硫黃吸收了。於是他又改進實驗方法:將白磷放入一個鍾罩裏,鍾罩裏留有一部分空氣,鍾罩裏的空氣用管子連接一個水銀柱,用來測定空氣的壓力。加熱到40%時,白磷就迅速燃燒,水銀柱上升。拉瓦錫還發現1盎司的白磷大約可得到27盎司的白色灰燼(即六氧化四磷),增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量基本接近。
拉瓦錫的發現和當時的燃素學說是相悖的。燃素學說認為燃燒是分解過程,燃燒產物應該比可燃物質量輕。他把實驗結果寫成論文,交給法國科學院。
從此他做了很多實驗來證明燃素說的錯誤。他在實驗記錄本上寫到:“我所做的實驗使物理和化學發生了根本的變化。”他將新化學命名為“反燃素化學”。
拉瓦錫批判燃素學說:“化學家從燃素說隻能得出模糊的要素,它十分不確定,因此可以用來任意地解釋各種事物。有時這一要素是有重量的,有時又沒有重量;有時它是自由之火,有時又說它與土素相化合成火;有時說它能透過容器壁的微孔,有時又說它不能透過;它能同時用來解釋堿性和非堿性、透明性和非透明性、有顏色和無色。它真是隻變色蟲,每時每刻都在改變它的麵貌。”
拉瓦錫向法國科學院提交了劃時代的《燃燒概論》,係統地闡述了燃燒的氧化學說,將被燃素說倒立的化學給正立過來。這本書後來被翻譯成多國語言,逐漸掃清了燃素說的影響。化學自此切斷了與古代煉丹術的聯係,揭掉了神秘和臆測的麵紗,取而代之的是科學實驗和定量研究。化學由此進入定量化學即近代化學時期。因此稱拉瓦錫是近代化學的奠基者。
拉瓦錫對化學的另一個貢獻便是從試驗的角度驗證並總結了質量守恒定律。
早在拉瓦錫出生前後,多才多藝的俄羅斯科學家羅蒙諾索夫就提出了質量守恒定律,但並沒有得到廣泛的傳播。
拉瓦錫用硫酸和石灰合成了石膏,當他加熱石膏時放出了水蒸氣。拉瓦錫用天平仔細稱量了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質量。他的導師魯伊勒把失去的水蒸氣稱為“結晶水”,從此就多了一個化學名詞———結晶水。
這次意外的成功使拉瓦錫養成了經常使用天平的習慣,由此,他總結出質量守恒定律,並成為他進行實驗、思維和計算的基礎。拉瓦錫指出:“由於人工的或天然的操作不能無中生有地創造任何東西,所以每一次操作中,操作前後存在的物質總量相等,且其要素的質與量保持不變,隻是發生更換和變形,這可以看成是公理。”這番話體現了“物質不滅定律”的基本精神。
為了表明守恒的思想,拉瓦錫用等號而不用箭頭表示變化過程。如糖轉變為酒精的發酵過程表示為下麵的等式:葡萄糖
碳酸(CO2)+酒精這正是現代化學方程式的雛形。
拉瓦錫的思想超越了他的同時代人,因為他不僅注意到了物質在化學反應中性質的變化,而且注意到了數量上的變化,從而使得化學科學割斷了與古代煉金術的最後一根紐帶,以一種嶄新的麵目蓬勃發展起來。
法國大革命爆發後,拉瓦錫被誣陷犯有叛國罪,並處以絞刑。著名的法籍意大利數學家拉格朗日痛心地說:“他們可以一瞬間把他的頭割下,而他那樣的頭腦一百年也許長不出一個來。”