第4章 化學軼事(1)
關於化學有過很多有趣的故事，發生過很多有趣的爭論。下麵我們且放輕鬆，來看看這當中的幾個小故事吧。
一、萬物的磚塊
一根木棒，可以從中間被分成兩根。其中的一根，又可以再分……如此下去，會不會有一天，不能再分了？
這個有趣的小問題在古代是一個人們爭論不休的問題。有一派認為，這樣可以永遠分下去，所謂“日取其半，萬世不竭”；但是也有一派人認為，事情不是這樣的。他們認為，世界由一些非常微小的磚塊組成，這些磚塊不能再被劃分。所以這樣分下去，總會有一天會遇到一個極限，那就是木棒隻包含一個磚塊。這時候，劃分就不能再繼續下去了。古希臘持這種觀點的代表人物 把這種磚塊叫做“原子”。不過，這種理論和元素說等等學說一樣，隻是樸素的思辨，沒有證據也缺乏係統的理論，微小到眼睛無法辨識的原子這種觀念更是違反一般人的常識，因此最終湮沒在曆史的長河之中。
時光冉冉，到了17世紀。英國化學家博伊爾重新拾起了這種思想。他相信：“宇宙中由普遍物質組成的混合物體的最初產物實際上是可以分成大小不同且形狀千變萬化的微小粒子，這種想法並不荒謬。”又提出“元素……是指某種原始的、簡單的、一點也沒有攙雜的物體。元素不能用任何其它物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全混合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素”。“近代化學之父”拉瓦錫也認為，元素就是“分析所能達到的終點”。英國化學家道爾頓在此基礎上更進一步，於1803年正式提出了近代原子論。
道爾頓原子論主要的觀點包括三點：
（1）元素是由極其微小的微粒——原子組成，原子在一切化學變化中不可再分，並保持自己的特性不變。
（2）同一元素所有原子的質量、性質都完全相同。不同元素的原子質量和性質也各不相同。
（3）不同元素化合時，原子以簡單整數比結合。
這一理論在化學史上第一次把純粹思辨中的原子概念變成了一種具有一定質量的、可以由實驗來測定的物質實體，具有劃時代的意義。
1811年，阿佛伽德羅明確提出了分子論，並在之後幾十年裏不斷對分子論進行闡述和完善。分子論對道爾頓原子論進行了進一步發展：物質由分子組成，而分子是由原子組成的，分子分為單質分子和化合物分子，無論單質分子還是化合物分子，都是物質能夠獨立存在的最小微粒。阿佛伽德羅的分子概念是，解決了道爾頓原子論和蓋呂薩克氣體化合時簡單體積比定律之間的矛盾，同時也是一種測定原子量的可能方法。為了紀念分子論，化學家們把一單位的物質當中包含的分子數目稱為阿佛伽德羅常數。
圍繞原子是否存在的問題，幾位大科學家在19世紀末展開了一場激烈的爭論。其中統計力學的奠基人，物理學家玻爾茲曼堅信原子存在，站在他對立麵的也有是一大批著名的科學人士，其中包括馬赫。雙方都是大科學家，你來我往了爭執了多年，仍然誰也無法說服對方。
解決這個爭論的是愛因斯坦，牛頓之後最偉大的科學家。1905年他成功地運用統計熱力學對布朗運動進行理論分析。理論結果與試驗現象的吻合證明，建立在分子假說上的分析是正確的。這有力的證據說服了大多數反對原子的科學家。
然而這個爭論並沒有就此結束。相當多的人仍然反對分子假說，理由是人們並沒有從直觀上見到原子分子的存在。然而到了1982年，這種爭論再也無法進行下去了。這一年，國際商業機器公司蘇黎世實驗室的葛.賓尼博士和海.羅雷爾博士等研究人員成功地運用世界上第一台掃描隧道顯微鏡（英語稱為Scanning Tunneling Microscope，簡稱為STM）拍攝到了原子和分子的照片。人們終於用自己的雙眼看到了原子。
至此，這個綿延幾千年的爭論終於劃下了句點。今天我們知道，地球上的物質都是由微小的顆粒——原子/分子或者離子組成的。而化學，就是研究這些微粒之間的分合變化的學問。
二、帶在身上的空調（C.5）
炎炎夏日下，小說主人公的臉上卻毫無汗跡。因為他身上佩戴著一塊千年寒玉，散發出的寒氣讓周圍的氣溫變得怡人；冰天雪地裏，身體柔弱的女主角卻穿得很是單薄。因為她身上帶著的萬年溫玉發出的熱力將身邊三尺都變成了春天。
現實生活中真的有小說故事當中那種法寶嗎？有的，盡管沒有故事當中那麼神奇。但不是什麼天材地寶，而是化學產品。
人們很早就知道，化學反應常常伴隨著熱量的變化。人們一度認為，自然條件下能自動進行的化學反應都是放熱的，最典型的例子就是燃燒反應——發光發熱的氧化反應。有的物質的氧化反應不像燃燒反應那麼劇烈，而是可以控製的，並且開始反應之後能持續而緩慢地進行，以比較穩定的速率釋出一定的熱量。利用這個原理，有人發明了一種懷爐，向其中添加燃料之後，隻要按動開關，其中的燃料就在催化劑的作用下和空氣中的氧氣慢慢反應，同時放出熱量給人體加溫。還有人製作了一種一次性的袋子，其中裝著鐵粉一類中等活潑金屬的純粉末，隻要撕開一個口子，金屬粉末就會和空氣中的氧氣化合放熱，一袋大約可以用幾個小時：這就更方便了。
隨著化學的發展，人們逐漸認識到化學反應並不一定是放熱反應，也可以是吸熱反應。決定反應能否自發進行的，是“自由能”這個熱力學參數的變化量。類似於上麵的緩慢放熱反應，人們也發現了一些能緩慢進行的吸熱反應。了解到原理之後，“冷爐”的發明就不是什麼難事了。可是從發現這個反應到利用它，卻隔了200多年。化學中存在著很多的機會，這也是一個例證吧。這個日本人發明的小東西是一個當中被夾子隔開的袋子，兩邊分別盛有碳酸鈉和硝酸銨的粉末。隻要打開中間的夾子，把兩邊的粉末混合在一起，它們便自動開始反應，同時吸收外界的熱量。隻要10來分鍾，袋子的溫度就迅速下降到0度左右。這樣的輕便裝備，對於在夏日出門或者在高溫區域工作的人群，真是“雪中送炭”呢。