一丝不苟的“隐士”发现者

代晓琴

氩是一种非金属元素，化学性质不活泼，爱“躲”在氮气后面“不动声色”，像个不折不扣的隐士。虽然氩极其懒惰，但它可作为电灯泡内的填充气体，也可用来焊接和切割金属，以及作为电弧焊接不锈钢、镁、铝和其他合金的保护气体。那么，这个“隐士”是怎样被发现的呢？

两份氮气引发的好奇

19世纪末的一天，在英国剑桥大学卡文迪许实验室里，年轻的物理学家瑞利正在测量氮气的密度。为了提高实验的精准度，他制取了两份氮气：一份是从空气中得到，另一份由分解氨而制得。很快，结果出来了，它显示空气中的氮的密度居然比分解而得的纯氮大0.0067。

两份都是氮气，按道理密度应一样，可怎么一个大、一个小呢？瑞利首先想到是自己的实验步骤出了差错，把实验重复了一遍又一遍，没想到结果还是和第一次一样。

“难道这两份氮气存在差异？”瑞利那根好奇的神经紧绷起来。

最初，瑞利猜测是由于大气中所得的氮气里面可能还含有少量的氧气，但是这个猜测很快被排除，因为氧气和氮气的密度相差不大，必须含有大量的氧，才有可能出现这种差异，而这是不可能的。

紧接着，瑞利又猜会不会是从氨分解而得的氮气中混进少量氢气，导致其密度小呢？于是他又改用一氧化氮、尿素等其他含氮物质进行试验。奇怪的是，用这些物质制取的氮气的密度也比从空气中制取的氮气的密度小那么一丁点儿。

为了弄清楚其中的缘由，瑞利花了两年的时间和精力，反复测定氮气的密度。渐渐地，他悟出了凡是从化合物里分解出来的氮气，密度总比从空气中分离出来的氮气要小那么一点儿。

这究竟是什么原因呢？瑞利深感困惑，将这一实验结果发表在英国的《自然》周刊上，寻求读者的解答。

一丝不苟的瑞利发现“隐士”

一个偶然的机会，瑞利遇到了苏格兰化学家拉姆塞。拉姆塞也对这两份重量不同的氮气很感兴趣，提出了和瑞利共同研究的建议。

不过，拉姆塞的想法更大胆，他认为两份氮气的密度之所以不同，很可能是从空气中得到的那份氮气里还含有一种未知成分。

拉姆塞的话让瑞利立即联想起著名的英国科学家卡文迪许很早以前指出过的空气中的氮并不是单一的，而是两种物质的混合物。不过，卡文迪许只是根据不完善的实验进行推测，根本没有对此深究，所以，瑞利决心与拉姆塞共同合作，携手揭开这个谜。

假如来自空气的氮比化学氮重是由于空气中还存在一种未知成分，那么，下一步就应通过吸收氮来分离这种成分。

要用什么方法才能把隐藏在空气中的氮气里的神秘物质找出来呢？瑞利冥思苦想，终于想到当年卡文迪许利用电火花使氮气与氧气化合并用碱吸收酸类化合物，从而验证了大气的主要成分和硝石中的氮是同一种东西。那么，有没有可能用同样的实验原理找出空气中的氮气里夹杂着另一种物质呢？

为此，瑞利用他比卡文迪许先进得多的仪器，重复了当年卡文迪许的实验。遗憾的是，这次试验只发现极其微小甚至不可视的气泡。

正如开始的那千分位上的误差一样，瑞利并没有放过那些微小的气泡，坚信这一定是一种新的气体，而且是一种含量极其微小且不容易发觉的气体。

怎么证明那极其微小的气泡就是新的气体？经过一番苦苦的思索，他们想到了用光谱来证明。他们将这种气体充入放电管中，结果发现了原来未曾见过的红色和绿色等各种光谱。经光谱学家的分析，剩余气体的谱线多达200余条，这说明的确有一种新气体存在。

那么，这种气体是什么，为什么如此隐秘？成果面前，瑞利并没有满足，而是一丝不苟地和拉姆塞进一步研究这种新气体的性质。

通过实验，瑞利和拉姆塞发现这种新的气体极其“懒惰”，跟谁都不肯沾边。就连化学性质十分活泼的氯气，对它也无可奈何。根据新气体的“性格”特点，他们把它命名为氩（希腊文的原意是“不活泼”的意思）。

其实，氩普遍存在于大气中，很多科学家在分析空气时，都错过了发现它的机会，但瑞利没有，他的成功与他严谨的科学态度和一丝不苟的精神是分不开的。

（责任编校：贺年青）