第3章 我們身邊的化學(2)
七、煉石成金
古代的煉金術士們希望能“點石成金”，但是他們一直沒有成功，黃金始終還是隻能用原始的淘金法從自然界當中獲取。淘金法的自然條件要求苛刻，而且勞動量大，這使得黃金產量上千年來始終徘徊不前。
但他們的後輩化學家們利用化學原理，能從數以噸計的岩石中將其中分散的少許幾克黃金提煉出來，可以說現代黃金提煉技術在某種程度上實現了點石成金的夢想。
科學家們首先利用物理方法對粉碎後的金礦進行浮選。這種方法可以把不含黃金的大部分岩石去掉，之後就輪到化學方法登場。黃金是自然界中最穩定的元素之一，相反地，金離子則是很不穩定的，因此用一般的酸堿都不能把它從岩石當中溶解出來。不過，化學平衡的理論告訴人們，事實上這時候還是有一點點黃金被溶解出來，隻是由於金離子的不穩定，溶液中不能再容納更多的金離子，因此黃金也不能被繼續溶解。假如有某種方法能夠讓金離子變得穩定，或者是從溶液當中把生成的金離子去除，那麼黃金就可以繼續溶解了。
這種方法是有的。自然界當中的金屬離子，在溶液當中往往可以和一些特殊的離子或者分子形成“配合物”，或者說“絡離子”。有的配合物可以非常穩定，穩定到溶液中幾乎完全不存在原本的金屬離子。對於金來說，這樣的配合物也是存在的。人們向溶液中加入這些特殊的離子或者分子，之後溶解出來的黃金離子立刻形成配合物從溶液當中消失，岩石中的黃金就進一步溶解。這樣下去，岩石中的黃金就被提取出來了。有了這樣的方法之後，世界黃金產量迅速上升。19世紀和20世紀的黃金產量遠遠不是過去能夠比擬的。
其實，不止黃金。還有很多的金屬，甚至一些現在價格相當低廉的金屬，比如鋁、鉀等等開始都是非常稀罕的,是化學家們探索出更有效的方法來從礦石當中提煉出它們才使得它們的產量上升，能為人們所用。這當中，最為人稱道的大概就是鋁的故事了。鋁最初需要使用本身就造價高昂的金屬鈉把它從礦石中置換出來，因此成本驚人，甚至一度比黃金還要昂貴。當年拿破侖三世擁有一隻鋁製的杯子，用來在宴會上向來賓炫耀自己的富有。但是化學家發明了電解熔融冰晶石製取金屬鋁的方法之後，鋁的價格迅速下跌，如今已經走入了千千萬萬的尋常百姓家。
今天，化學家們仍然在改進冶煉工藝，製取不同的合金，改善合金的性能。不久前，英國劍橋的化學家們發現，可以利用電解方法容易地製取在航空醫學等很多方法用途廣泛的金屬鈦以及其它一些稀有金屬，正在試著把這種方法運用到實際生產中。一旦成功，不久的將來，鈦這種太空金屬就會廣泛進入到我們的生活中了。從某種意義上，或許可以說，現代的化學所做到的，已經超出了古代煉金術士的夢想。
八、舉目可見的“稀有氣體”
夜晚的街頭，五彩繽紛。這當中，一多半是霓虹燈在閃爍。說起霓虹燈，就不能不說說稀有氣體的故事。
人類測定物質化學成分的能力隨著科學的發展是不斷增強的。到了19世紀，人們已經能夠通過光譜手段測定遙遠星體的化學成分了。奇怪的是，在測定太陽表麵的化學組成的時候，光譜學家發現有幾條光譜線跟地球上任何一種已知元素都無法對應上。於是化學家們猜測，太陽表麵存在某種地球上不存在的元素。他們還給這種元素起了個名字，就叫做氦，希臘文裏麵“太陽元素”的意思。可是，這種太陽元素除了光譜學性質之外，有哪些特性？人們一無所知。有人甚至悲觀地認為，我們永遠也無法了解它的秘密。畢竟，要到太陽表麵取樣實在太困難了，即使今天的航天科技也做不到這點。
這個問題的答案，來得出乎人們預料的快。
1892年，英國科學家瑞利在研究氮氣密度的時候，驚訝地發現自己從空氣中除去氧氣等氣體之後得到的氮氣密度比從氨水製得的氮氣密度小0.0062克/升。他反複實驗，確認這一現象不是實驗誤差而是真實的數據差之後，百思不得其解，於是在1894年向科學界征求答案。化學家拉姆賽這時提醒他，脾氣怪誕的大科學家卡文迪許生前也有過類似的記錄。
在卡文迪許的實驗記錄的幫助下，拉姆賽和瑞利合作，終於從空氣中發現了密度比氮氣略大，化學性質非常不活潑的一種新元素。他們本來以為這就是氦，但是光譜卻證明這不是氦，而是另外一種全新的元素。他們根據它的性質，把這種新元素命名為氬——希臘文“不活動”的意思。隨後，拉姆賽繼續在這方麵開展研究。在釔鈾礦和硫酸反應後產生的氣體中終於找到了氦。但是拉姆賽並沒有就此止步。通過對液化空氣進行精細分餾，他在空氣中先後找到了"氪"(希臘文“隱藏”)、“氖”（希臘文“新”），接著又發現空氣中其實也含有氦氣，最後還發現了“氙”——希臘文“陌生”。於是，人們一下子發現了5種新的元素，其中之一還是以前隻從光譜中認識的“太陽元素”。
事情還沒完。1899年，英國物理學家歐文斯和盧瑟福在研究釷的放射性時發現一種新的放射氣體，稱為“釷射氣”；1900年，德國化學家道恩在研究鐳的放射性時發現了“激光氣”；1902年，德國化學家吉賽爾在錒的化合物中發現“錒射氣”。1908年，還是那位化學家拉姆賽通過光譜學數據確認，這三種氣體原來其實是一個元素的三種同位素。1923年國際化學會議上給這種新元素命名為氡。
於是，從小數點後麵三位數字的一個差異出發，氦、氖、氬、氪、氙、氡六種元素構成的這麼一個家族全被發現了，它們占據了元素周期表零族的位置，一邊挨著電負性最強，最活潑的非金屬元素，另外一邊則是電負性最小的金屬活潑性最強的金屬元素。由於這些氣體常溫下都很不活潑，不能和當時已知的任何物質形成穩定的化合物，化學家給了它們一個總名，叫做“惰性氣體”。現在我們知道，“惰性氣體”其實並不真的是惰性的。1962年英國青年化學家巴特列特首先合成出第一個惰性氣體的化合物──六氟合鉑酸氙之後，人們又陸續合成了各種“惰性氣體”的含氟化合物。惰性氣體也因此改名為“稀有氣體”——但一般人還是習慣性地這麼稱呼。
稀有氣體由於其穩定性，今天被廣泛用做隔絕外界空氣的保護氣體。如長壽燈泡當中就充有氬氣，以免鎢絲被空氣中的氧氧化燒斷。由於電離的時候會發出各種彩色光，稀有氣體還被用來製作霓虹燈。此外，它們還在激光技術當中有重要地位；氦在低溫技術中舉足輕重；氙還可以用來做麻醉劑呢。稀有氣體在人類的科學麵前，不但不再“稀有”、“惰性”，反而是越來越頻繁地活躍在人們的生產生活中。
九、奇妙的水
水，分子式H2O，氧的氫化物，是我們日常生活中司空見慣的物質。洗衣服要用水，做飯菜要用水；人體內60%以上的質量都是水；人可以十幾天不攝入營養，但是7天不喝水就會死亡。人們常用的攝氏溫標，就是按照一個大氣壓下麵水的沸點和凝固點來製定的。可是，大部分人並不知道，水有許多與眾不同的奇妙性質。甚至不知道水的分子式，以至於有人鬧出這樣的笑話：有人開玩笑地寫了一篇文章，裏麵列舉了“一氧化二氫”的諸多危險之處，呼籲政府禁止使用它。這個呼籲還差點真的變成了禁令！
為了不要對這個跟我們的關係如此密切的夥伴太陌生，我們來看看水的一些奇妙之處吧。