化学分析,或曰确定每种化合物所由以构成的组分的技艺,是化学的本质,因此,化学一旦要成为一个体系,就必须发展分析方法。开始,这种尝试取得的成功微不足道,但随着知识的不断普及,化学家变得更加专业,像常规分析这样的事物就开始出现。于是,勃兰特说明了白矾是硫酸和锌氧化物的化合物,马格雷夫证实了透石膏(selenite)是硫酸和石灰的化合物。布莱克博士至少是为了确定镁盐组分的性质,从而分析了几种这类盐。在这门技艺的早期阶段,几乎没人试图确定相关组分的含量。贝格曼是尝试为矿物的常规分析建立规则,并将其用于实践的开拓者,这体现在他1777年到1780年间发表的论文(《矿物水分研究》、《矿物宝石研究》和《矿物电气石研究》)中。
分析一种矿物或将其分离为组分的首要前提,是能将其溶于酸中。贝格曼表明,如将矿物研磨成细粉并加热到红热状态,或将其与碱性碳酸盐融和,绝大多数矿物能溶于盐酸。在用上述方法得到溶液后,他提出了将不同组分相互分离,并确定各自的相对含量的方法。与碱性碳酸盐融和需要强力的加热条件。此时不能使用瓦器坩埚,因为它在融合温度下会被碱性碳酸盐腐蚀,从而会在待检测的矿物中引入一定量的杂质。贝格曼使用了一个铁坩埚,这样就有效地避免了任何杂质的混入。但在红热以及所加入强碱的作用下,铁坩埚本身容易被腐蚀,因而使待检测矿质受到一定量金属铁的污染。这种铁或许容易用已知的方法再次分离出来,因此,假若我们确定矿物中不含铁,则其对结果的影响相对较小。但当矿物含铁(这是常见的)时,我们就不能避免它带来的误差。克拉普罗特对化学分析技艺所做的一个巨大改进是,用银材质的坩埚替代了贝格曼使用的铁坩埚。唯一不足的地方是银坩埚容易熔化,使用的时候要十分注意温度的控制。大约在本世纪初,沃拉斯顿博士引入铂坩埚。我们可将这个时间视为精确分析化学的开始。
贝格曼的那些方法被认为是简陋和不完善的,这并不意外。是克拉普罗特首次使化学分析系统化,并将这门技艺带入了一个新的状态,使得他人仿照他的方法可以得到相同的结果,为分析方法的精确性提供了保证。
马丁·亨利·克拉普罗特于1743年12月1日生于韦尼格罗德,他对化学做出了广泛和深远的贡献。1751年7月30日,他的父亲因一场火灾而变得一无所有,因此对孩子们的教育无能为力。克拉普罗特在三兄弟中排行老二,老大成为了一名牧师,老三成了战时的私人秘书和柏林内阁的档案管理员,克拉普罗特比两个兄弟都活得长。他从韦尼格罗德中学学到的拉丁文少得可怜,并且,他不得不加入教堂唱诗班来赚取微薄的学费。卡拉普罗特最初想学神学,但他在学校遭受的不公平待遇让他放弃了这个想法,于是在16岁的时候,他决定学习药剂贸易。他被迫当了五年学徒,又在奎德林堡公开实验室当了两年的助理,这让他学到了一些科学知识,以及对最常见药物制剂有一定的动手制备能力。
克拉普罗特通常认为,他在汉诺威市公开实验室的那两年——从1766年的复活节到1768年的复活节——是他自己科学教育的重要时期。在那里,他第一次遇到了一些有价值的化学书籍,特别是斯皮尔曼和卡修瑟所写的书,使他深深感受到一种高贵的科学精神。此时,通过阅读波特、汉高、罗塞和马格雷夫的著作,他对柏林已经非常了解,他急于去到那里。大约在1768年的复活节,他幸运地获得一个担任文德兰实验室助理的机会。该实验室位于摩尔街有金色天使标志的那个地方。在此,作为助理他全心尽职尽责,并利用剩余的时间完成了科学教育。克拉普罗特认为,他在韦尼格罗德中学接受的古代语言教育还不够,为了完成完整的科学教育,他必须对古代语言有更加深透的掌握。于是,他以极大的热情投入到希腊和拉丁语的学习中,在学习中他还得到当时的传教士波潘布恩先生的帮助。
大约在1770年的米迦勒节,克拉普罗特前往但泽担任公共实验室的助手,但第二年的三月,他返回柏林,在当时最杰出的化学家之一老瓦伦丁·罗塞的实验室当助手。1771年罗塞去世,因此这段关系没有持续多久。死前他在病榻上要求克拉普罗特接管他的实验室。克拉普罗特不仅忠心、尽职尽责地管理实验室达九年,而且还像父亲一样负责罗塞的两个儿子的教育。小儿子在快成年的时候去世,大儿子和他成为了亲密的朋友,并且是他所有科研工作的助手。罗塞去世后的数年中(至1808年),他们一起工作,除非实验经过罗塞重复,否则克拉普罗特对实验结果就不会满意。
1780年,克拉普罗特以骄人的成绩通过了药剂师执业考试。1782年,他的论文《磷和蒸馏水研究》在《柏林杂录》上发表。不久后,克拉普罗特收购了此前在施潘道街的弗莱明实验室,并与索菲娅·克里斯蒂安娜·里克曼结婚。他们一同度过了快乐的时光,直到她1803年去世。他们有三个女儿和一个儿子,他们的寿命均长过其父。克拉普罗特一直拥有该实验室。他还在此给自己安排了一小间工作室,直到1800年,他购买了科学院化学家协会的房子,他才有了一处条件更好、更宽敞的工作室。该工作室的日常费用由研究院支付,用于他收集矿物和化学品,以及举办讲座。
现在他有了一个在自己监督和管理之下的实验室,其运作井井有条,堪称实验室的典范,他的管理也尽职尽责。在初步安排妥当上述事务之后,他马上就在期刊上发表了内容涉及多方面的德文论文,包括《克雷尔化学年鉴》、《自然知识促进会文集》、《自然科学和医学舍勒文献集》及《科勒期刊》等。很快,如此众多的论文就引起了化学家们的关注,这些论文论及诸如柯巴脂、弹性石头、蒲鲁斯特的珠剂(sel perlee)、塔斯的绿色铅硫酸盐矿、氨水的最优制备方法、重晶石碳酸盐、康沃尔的钨锰铁矿、木锡矿、紫黑电气石、著名的气体金、磷灰石等。克拉普罗特因这些1788年前发表的论文,成为了一个著名的化学家,也是在这一年他被选为柏林皇家科学院物理科的普通院士,此前一年他已被选为皇家艺术科学院院士。从此以后,除了其他一些定期刊物上的论文之外,《科学院学术论文集》的每一卷上都会刊载这位杰出化学家的大量论文,其中,每篇论文都使我们对自然或艺术的某一方面有更加确切的认识。他纠正错误的观点,拓展先前不完备的认识,抑或揭示物质的组成成分和混合物的构成,因此使我们熟悉许多新的基元物质。我们难以作出判断,应该将所有这些研究工作最为恰当地归功于如下的哪个因素:一种能够轻易洞穿隐藏在事物后面重要性的幸运天赋才能,一种能发现达到目标最佳手段的敏锐性,一种不懈的努力以及不断提高的精确性,抑或是一种科学精神,他在践行这种精神并最大可能地远离了自私、贪婪和不良的企图。
1795年,克拉普罗特开始将散见于众多定期出版物上的他的著述搜集起来,以《矿物化学知识文集》为名结集出版。它包括六卷,最后一卷约在作者去世的前一年(1815年)出版。文集中包括多达207篇学术论文,这些是他在化学和矿物学方面所作的最有价值的工作。遗憾的是,因销量因素该著作没有出版第七卷。该卷本来应该收入他的其他论文(包括他自己没有收集到的论文),因此可提供他所有工作的完整索引,这对实验化学家是有重要参考价值的。前五卷确实附有一个索引,但其内容单薄且存在缺陷,仅仅包含他曾实验研究过的那些物质的名称。
除了研究,他从事的其他一些工作也值得关注。他主编了新版的《格伦化学手册》,较之他对此书所作的增补,他的删节和纠错工作更为出色。他参与编写的《沃尔夫化学辞典》是一项非常重要的工作。沃尔夫教授负责每个特定专题论文的撰写,但在其印行前克拉普罗特负责审查每一篇重要论文,并以他丰富的经验和学识,尽其所能地协助这位主编工作。在费舍尔翻译贝托莱的《亲和力》和《化学静力学》时,他也给予了有益的帮助。
他的这些无私奉献,以及他因人格和科学发现而为国争光,自然得到德国君主的赏识。1782年,他成为新成立的医学和卫生最高法院的助理法官。此前不长的一段时间,他在医学和卫生高等法院也有相同的头衔。1810年,当最高法院被推翻时,他成为附属内政部的医学代表团的委员。他也是永久医学法廷委员会的委员。他的讲座使他获得了几个市政职位。当公众了解了他的伟大化学成就后,他就被允许每年开两门单独的化学讲座课程:一门面向皇家炮兵队的军官,另一门面向军队以外的官员。这些人为了能够就业希望充实自己。这两门讲座课程后来都成为具有市政府性质的课程。他因前一门课程被聘为位于坦普霍夫的炮兵科学院的教授,在炮兵科学院解散后又成为皇家战争学校的教授。另一门课程使他成为皇家矿业学院的化学教授。矿业大学成立后,他的讲座也成为该大学的讲座,他也被聘为常任化学教授,同时也是大学学术评议会的委员。从1797到1810年间,他也是一个小规模科学社团的活跃成员,该组织每年都会召开为期几周的研讨会,探究一些科学上的谜题。在1811年,在他已有荣誉之外,普鲁士国王又加授他一枚三等红鹰勋章。
克拉普罗特倾其一生都在积极和认真地履行他在每个职位上的职责,同时从不间断地开展实验研究。他1817年1月1日于柏林去世,享年70岁。
克拉普罗特最为显著的品德是:对他认为是真实、美好和完善的所有事物都秉持敬重之心;对科学充满真爱,没有夹杂任何自私、野心和贪婪;对他人罕见的谦虚,不带哪怕是一丝虚荣或是吹嘘的成分。他善待所有的人,对于比他职位低的人他也从不会说出一句轻视的话来;当不得不责备他人时,他会一笔带过而不伤人,因为他的责备总是对事不对人。他的友谊从不是自私的算计,而是建立在这个人是否可交的基础上。他一生中遇到许多不顺心的事情,但不论事情大小,他都能安之若素。平常,他讨人喜欢,处事沉稳,但爱开玩笑。另外,他的宗教意识很强,这在当时从事科学的人士中非常罕见。他的宗教并不是体现在言辞和形式上,抑或绝对的信条上,更不在教会的仪式上。然而,尽管他相信上述这些都是必要的,也是可敬的,但他的宗教体现在一个人的恪尽职守上。也就是说,不仅要恪尽那些人的法律所规定的职守,而且要遵从来自且仅仅来自上帝的指示,恪尽那些本源于爱和慈悲的神圣职守,否则,即使是最有学识的人也会“像空响的锣,或是叮叮当当的铙钹”。他的这种宗教意识很早就表现在对瓦伦丁·罗塞孩子的悉心教育上。当他在后期成为他的学徒和助手后,他对他的关怀一如往常,给予他指导,对他的成功也投入了极大的心血。他喜欢做善事,怀着热情去做每一件他认为有益的事。他没有像同龄人那样陷入迷信或失去信仰,而是——不是挂在嘴上,而是根植在心底——坚守宗教原则,继而外化为实际行动,令他的个体存在和行为透射出高贵的光芒。
至于说到克拉普罗特在化学上的贡献,我们不应过分强调他发现的那些新基元物质(虽然这也不应被忘记),更应把关注的重点放在他引入的那些新分析方法上,关注他在进行这些分析时的精度、程序和规律性,以及他充满自信叙述每一项发现时所表现出的一丝不苟。
1. 通常的情况是,对一种待分析的矿物,无论我们如何小心收集所有组分,并分毫不漏地称量其重量,所得总重量总会略少于矿物原本的重量。因此,取100格令矿物进行分析,全部组分的重量相加,鲜少能达到100格令,一般都会有所减少,可能只有99格令,甚至是98格令。但在有些情形下,也会发生100格令的矿物经分析后其组分相加后的重量会超过100格令,可能达到105,甚至在极少数情下达到110。贝格曼及其同时代的分析家倾向于认为,这种亏欠或盈余是由于分析误差造成的,因此在做分析说明时对此都闭口不谈,只是说,经计算组分的重量精确地达到100格令。克拉普罗特对此却是如实地记述。他的所有分析均是先给出待测矿物的重量,然后是提取出的每种组分的重量。如将这些重量累加起来通常都会有一个亏量,其变化范围介于0.5%~2%。乍一看,他的这种做法微不足道,但我相信,后来在分析化学中引入的绝大多数改进都应归功于此。如果亏量很大,那么显然,或是分析没做成功,或是矿物中哪个组分被遗漏了因而没有被检测出来。因此,他就需要重新分析。此时如果仍存在亏量,他自然会检查是否有什么组分在分析中没能检测出来。运用这种方法,他发现矿物中存在苛性钾。后来,肯尼迪博士遵循他的分析方法,发现苏打也是矿物的一个组分。同样按这种方法,人们发现水、磷酸、亚砷酸、氟酸、硼酸等都作为组分存在于各种矿物中,然而,是克拉普罗特引入了这种精确的计量模式,这一点却被人们忽略和遗忘了。
2. 当克拉普罗特刚开始分析矿物时,他发现矿物极难溶于酸,矿物达不到溶解状态就难以对其做出精确分析。金刚砂、刚玉、风信子石、红锆石的溶解困惑了他相当长的时间,这引发他思考金刚砂的特殊性质。他的解决办法是,将这种矿物研磨成极其细小的粉末,与苛性钾溶液一同煮解,直到水全部散尽为止,然后再升温使全部混合物熔化,熔化必须在银坩埚中进行,这种新方法对于金刚砂,以及那些与碱性碳酸盐熔化后仍旧不能溶解的其他矿物均有效。这一尝试具有相当重要的启发作用,所有这些矿物石中硅土的含量都比较显著,但与两倍量的苏打碳酸盐一同在火焰上保持一段时间后,一般都变得可溶解了。在这样的温度下,矿物中的硅土与苏打结合,碳酸被脱除。但是,如硅土含量很少或是完全没有,与苏打碳酸盐混合加热并不能达到理想效果。对于上述矿石,取代苛性钾或苏打是有利的,如果不用上述试剂,其中有些矿石根本无法分析。纯态的金刚砂和金绿玉中都不含硅土,我曾成功地分析过这两种矿石,方法是将其研磨成细粉后于苏打碳酸盐一同加热,但是,矿物需研磨成极其细小的粉末,否则难以成功。
3. 当克拉普罗特在符山石及其他矿物中发现苛性钾时,此时一个显见的问题是,通过将矿物同苛性钾或碱性碳酸盐混合加热,从而使得矿物能够溶于酸,这种老方法仅可用来确定矿物中所含硅土的量以及金属氧化物的量,但无法确定其中苛性钾的量。鉴此,他选用重晶石碳酸盐替代苛性钾、苏打或它们的碳酸盐。他在已确定了硅土和金属氧化物的含量之后,继而最后确定其中苛性钾含量的方法如下:取一部分矿物研磨成细粉,与重量为其4倍或5倍的重晶石碳酸盐混合,在铂坩埚中高温加热一段时间。经如此过程所得产物能全部溶于盐酸。通过加入氨的碳酸盐,可从盐酸溶液中脱除矿物所含的硅土、重晶石及所有的金属氧化物。所得液体除了含碱之外无它,碱受盐酸和沉淀剂氨的作用被保持在溶液中。将该溶液在铂坩埚中蒸干,再将所得干燥物小心加热,直到氨性盐全部释出,此时所剩之物只有和盐酸结合的苛性钾或苏打。加入铂的盐酸盐可检验出剩余碱是苛性钾还是苏打:如为苛性钾则出现黄色沉淀,如为苏打则无沉淀。
人们都把这种分析矿物中所含苛性钾或苏打的方法归功于罗塞。费舍尔在克拉普罗特的悼词中告诉我们,克拉普罗特不止一次和他说,他自己也不确定他和罗塞到底是谁对完善这种方法贡献最大。他曾回忆,克拉普罗特讲述过类似的分析方法。据此我认为,最初的想法不可能是罗塞提出,是克拉普罗特最先将这种方法付诸实验的。
这种分析方法的最大问题是重晶石碳酸盐的价格昂贵。一种解决办法是将重晶石以碳酸盐形态回收。一般说来,这是能做到的,从而尽量减少损失。贝尔蒂埃曾提议用铅的氧化物代替重晶石碳酸盐。如铅的氧化物预先与少量铅硝酸盐混合,从而将其中可能含有的任何金属态铅粒氧化,则铅的氧化物的效果非常好,且其非常便宜,也不会损坏坩埚。因而就经济性而言,贝尔蒂埃的方法优于克拉普罗特的方法,但在有效性和精确性方面两者相当。较之上述这两种方法,我更倾向于一些其他同样简便的分析方法,这些方法较采用重晶石碳酸盐和铅氧化物的成本更低。戴维的方法中采用硼酸,该法颇受非议,因为再次完全分离出硼酸是件相当困难的事。
4. 贝格曼采用的分离铁和锰的方法存在严重不足,因而其实验结果根本难以取信于人。沃克兰提出的方法有所改进,但仍旧存在缺陷。克拉普罗特采用的方法是否有很高的精确性有待商榷。(我们猜测)他是把铁锰混合物溶入盐酸后再令两者相互分离。第一步是将铁从低氧化物(如果存在的话)转化为过氧化物。为此,在铁锰溶液中加入少量硝酸并加热一段时间,此时溶液最大程度地呈中性。继而尽可能脱除溶液中过量的酸,使溶液提浓。然后加入极少量的稀氨使液体完全中和,直至再加入也不致产生沉淀。以如此方式令溶液中和,则析出的沉淀物就只是氨的琥珀酸盐或安息香酸盐。也因如此,所有铁的过氧化都与琥珀酸或安息香酸结合并沉淀下来,而所有锰仍留存于溶液中。将铁的苯甲酸盐从溶液中滤除后,(如溶液中没有其他的物质)则向溶液加入碱性碳酸盐就可使锰沉淀下来。如果溶液中含有氧化镁,或者其他金属氧化物,则可加入硫化氢氨或者是漂白粉。
这种方法本是盖伦首创,但是克拉普罗特使其广为人知,他后来也一直将其用于自己的分析中。盖伦使用氨的琥珀酸盐,希生格尔后来表明,用安息香酸盐替代氨的琥珀酸盐不会降低分离的精确性,在德国前者更为便宜,因而更为实用。
5. 虽然克拉普罗特提出了许多重要的新分析方法,但他对分析方法的改进并不仅止于此,他对仪器也做了改进,这对他成功开展实验同样必不可少。当面对硬度很大的矿物时,他使用燧石研钵,而不是玛瑙研钵。首先,他会对研钵进行分析以准确确定其组分的性质,然后再进行称量。当在这样的研钵中捣碎硬度很大的矿物时,部分研钵表面会被磨损下来并与矿物混合。捣碎过程终了时他会再次称量研钵的重量,据此确定磨损量,这也就是混入矿物中的被磨损的研钵量。
硬度高的石头如在玛瑙研钵中研磨,那么磨损量肯定不会少。研磨的最好方法是在(事前用金刚石研钵研磨)的粗糙粉末中掺入一点水,这既有利于研碎,也可防止飞尘。而且,一次研磨的矿物不要超过两格令。但是由于显见的原因,研磨中还是会有少量矿物流失。研磨结束后,所有粉末都要倒入铂坩埚中加热到红热状态并称重。假定研磨过程中没有流失,则称得的重量应该为研磨后的矿物外加一部分研钵磨损量。但是,实际称得的重量常常低于前一重量。假定初始(未研磨)的矿物重量为a,研钵磨损量为l;如研磨中没有流失,那么称重后的重量应该为a+l,但是实际称量只有b,少于a+l。为了确定粉末中所含研钵的磨损量,我们有a+l:b=l:x,则研钵的磨损量为x=b/(a+l)。在做这样的分析时,克拉普罗特先得到了硅土的磨损量然后将其减去了。这种减法初看上去是多余的,但实际上是必要的一步。在分析蓝宝石、金绿玉及其他一些硬度大的矿物时,从研钵上磨耗下来的硅土量有时会达到矿物总重量的5%,如果不考虑粉末中掺入的硅土,则会对所分析矿物的组成做出错误的判断。迄今为止,已发表的有关金绿玉的分析均报道其中含大量硅土组分。即使分析化学家真的发现事实如此,这些硅土也肯定是源自研钵,因为金绿玉根本不含硅土,而是由铍、氧化铝和氧化铁组成的混合物。
当克拉普罗特需要用火操作时,他会遵循一定的原则选用容器,材质为陶瓷、玻璃、石墨、铁、银或是铂。较之其他化学家,他对不同容器对结果的影响有着更清醒的认识。他在制备试剂时也非常精心,以确保其纯度。为了制备几种最佳的试剂,他还发明了相应的有效方法。正是由于他非常细心地选择待分析的矿物,保证试剂的纯度,并选用合宜的容器,因此在很大程度上保证了分析结果的高精度。他的实验操作技艺必定非常娴熟,因为当他需要准确确定某个预设的论点时,一般总能如愿得到和真相接近的结果。我注意到这样一个例子:他在分析重晶石硫酸盐时,绝对误差在1.5%以内。考虑到当时的化学家都不得不采用非常分散的数据,这么小的误差确实令人吃惊。贝采里乌斯的数据精度较好,并且也具有娴熟的实验技艺和先进的仪器,但他在许多年后分析这种盐时的分析误差是0.5%。
克拉普罗特一生勤奋,全身心致力于分析化学,并彻底改变了矿物学的面貌。当他开始研究生涯时,化学家对单一矿物的组成并不了解。他分析了200种以上的矿物,绝大多数分析结果都具有极高的精确性,以致他的后继者们在多数情形下都是在证实他的这些结果。在他的分析中,最不精确的是对同时含石灰和镁氧化物矿物的分析,因为他将这两者相互分离的方法尚不完善。我不能确定的是,他是否总是可以成功地将硅土与镁氧化物完全相互分离。首次确切阐明这类分析的人是特伦奇先生。
6. 事实上,分析化学体系是克拉普罗特建立的。他做过的分析数量众多,内容多样。正是通过研究他的分析,化学家才学到了这门非常必要但有难度的技艺。而且,通过获取较他更为精确的数据,化学家也使分析化学变得更为完善。但是我们必须铭记,克拉普罗特是分析化学的奠基人,因此分析化学的进步在绝大程度上应归功于他。
指出他的那些最不精确的分析,可能不是一个公允的做法。或许,这种不精确应该归咎于选用试样时运气不好,而不是操作不精心或技艺不熟练。他在分析过程中还发现许多新的基元物质,对此有必要列举说明如下。
1789年,他测定了一种名为沥青铀矿的矿物,并在其中发现了一种新金属的氧化物,他将它命名为铀。他确定了铀氧化物的性质,并在将其还原成金属态后确定了这种金属的性质。后来,里希特、布霍尔茨、阿尔费德松和贝采里乌斯也对铀氧化物做过测定。
在同一年,也即1789年,他发表了关于锆石分析的论文。他表明,它由硅土和一种新的金属氧化物构成,他将该氧化物命名为锆土。他确定了该氧化物的性质,并指明了如何将其与其他物质分离并纯化。后经查明,该物质为一种金属氧化物,其金属基质是现在得名为锆的物质。1795年他表明,风信子石和锆石含相同的组分,这二者其实是相同的物种。莫维恩重复了这个分析结论,这也被现代分析化学家所不断证实。
1795年,他分析了当时被称作红色电气石(现称钛铁矿)的物质。他表明,该物质为一种新金属的氧化物,他将该金属命名为钛。他描述了其性质并指明了其突出性质。但需要指出的是,他未能成功获得纯态的钛氧化物(现称钛酸)。这是因为,钛氧化物与铁氧化物结合后呈红色,他未能将铁氧化物分离出来。罗塞首次获得了纯态的钛氧化物。他是克拉普罗特的学生兼朋友的儿子,参与了克拉普罗特的多数研究工作。
几年前,沃拉斯顿博士就发现了金属态的钛,它存在于威尔士的梅瑟蒂德菲尔地区炼铁炉底部的炉渣中。它呈黄色,易碎但质地坚硬,看上去非常漂亮,但在当时没有任何用途。
1797年,克拉普罗特测定了钛铁砂。这是一种来自康沃尔的黑色沙子,1791年格雷戈里曾对其做过化学分析,并从中提取出一种后被柯万命名为menachine的新金属物质。克拉普罗特阐明,格雷戈里发现的金属与他自己发现的钛的性质极其相似,钛铁砂是一种钛酸和铁氧化物的化合物。因此,格雷戈里先生的工作已经预示了克拉普罗特对钛的发现,但他当时并不知道这个情况,他是两年后发表实验结果时才知道的。
1793年,克拉普罗特发表了重晶石碳酸盐和菱锶矿碳酸盐性质的对比实验,并表明它们的主要成分是两种不同的金属氧化物,这在当时的德国是一种普遍的认识。这是欧陆发表的第一篇关于菱锶矿的研究论文,克拉普罗特似乎不知道大不列颠就此已经研究过什么,至少他在论文中未提及这回事,但是,如果他知道的话,他是绝不会略过其他化学家的工作的。克劳福德博士最先提出菱锶矿是一种特别的金属氧化物,这个说法见于他1790年发表的关于重晶石盐酸盐药用性质的论文中。他告诉我们,他得出这个观点所采信的实验,是克鲁克山恩克斯先生做的。1793年,奥普博士曾在爱丁堡皇家学会就这个专题宣读过一篇论文,但是他们的实验从1791年就开始进行了。在该文中,奥普博士确定了菱锶矿的特性,并精确地描述了菱锶矿盐的性质。因此,克拉普罗特关于菱锶矿的实验再次落后,但他肯定是事后才知道的,因为他的实验结果在奥普之前发表。
1798年1月25日,克拉普罗特在柏林科学院的一次会议上宣读了他研究特兰西瓦尼亚金矿石的论文。在对这些矿石的分析中,他检测到一种白色的新金属并将其命名为碲。他阐述了金属碲的属性,并指出了其突出的性质。
1782年,赖兴斯坦的穆勒曾测定过这类矿石,并从中萃取出一种金属,他认为这种物质有别于其他。出于对自己技术的不自信,他将这种新金属的试样送到贝格曼那里,希望他分析一下这种金属,然后告知他对其性质的看法。贝格曼所能做到的只是表明他所拿到的这种金属物质不是锑,但在所有已知的金属中,它仅与锑最为相似。据此推断,穆勒的金属是一种新物质。随之这个课题淡出了人们的视线,直到1802年克拉普罗特发表了他的实验,它才又重新引起了化学家的关注。克拉普罗特确实是以非常公正的态度介绍了穆勒的所有工作。
1804年,他发表了有关一种红色矿石的分析结果。这种矿石出自瑞典的巴斯塔,曾被混同为钨,但尔互亚特兄弟已经表明它不含钨。克拉普罗特表明,它含有一种新物质组分,并且认为,这种组分为一种新的金属氧化物。因其遇酸形成带颜色的盐,故称其为电气石(ochroita)。两年后,贝采里乌斯和希生格尔也发表了这种物质的分析结果。他们认为,矿物中含有的这种新物质为一种金属氧化物,因其为一种未知的金属性碱,他们将其命名为铈,化学家们为了纪念克拉普罗特一直采用这个名称。贝采里乌斯和希生格尔给出了铈氧化物的特性,它们在本质上与克拉普罗特对电气石的描述一致。当然,克拉普罗特当之无愧是这种新物质的发现者。现今,人们知道难还原氧化物和金属氧化物间的区别只是臆想出来的东西。所有之前统称为难以还原的氧化物实际上就是金属氧化物。
除了这些通过自己的实验发现的新物质外,克拉普罗特还重复他人的分析实验,确证和扩展他们的发现。当沃克兰在翡翠和水苍玉中发现了新金属铍的氧化物时,克拉普罗特对此也重新做了分析,证实了沃克兰的发现,并对铍的性质进行了更加详细的阐述。加多林在一种叫做硅铍钇矿的矿物中发现了另一种新金属氧化物。这个发现被埃克伯格的分析所证实,埃克伯格将其命名为钇氧化物。克拉普罗特立即对硅铍钇矿进行了分析,进一步证实了埃克伯格的分析结果,并考察和描述了钇氧化物的性质。
肯尼迪博士在玄武岩中发现了苏打,克拉普罗特对此也再次进行了分析,证实了这位爱丁堡化学分析家的结果。
如果我一一列举克拉普罗特的重复分析工作,那将需要很大篇幅。如果是有谁不惮其烦去翻检他的各个文集的话,他还会发现其他一些引人注目或有用的重复分析工作。
克拉普罗特对德国矿物学所作的贡献与沃克兰在法国所作的贡献相当。在法国,罗姆·德里斯乐的辛勤工作与阿比·豪伊所作的数学研究,使得对晶体结构的考察扩展到了整个矿物王国,也使得矿物学的进步走上正轨,并在一定程度上成为现在的常态。豪伊认为每种矿物是由相同比例、相同的相互结合的组分构成,他将此视为矿物学的第一原理。因此,他认为这是矿物学的主要目标,应以此为依据对每种矿物进行精确的化学分析。迄今为止,法国分析化学家还没有对矿物做过精确分析。萨热是科学院的化学矿物学家,但仅局限于阐明矿物组分的性质,并没有进一步确定其比例。但不久后,沃克兰就向世人展示了一种化学分析模式以及应用仪器的熟练技艺,这与克拉普罗特相比并不逊色。
关于沃克兰的历史,我收集到的生平事迹并不多,故对此只能给出一个不全面的记述。沃克兰是诺曼底一位农民的孩子,佛克罗伊与他偶然结识。沃克兰做事明快投入,待人诚实正直,深受佛克罗伊的喜爱。他将沃克兰带往巴黎,并让他管理自己的实验室。他很快就掌握了化学知识和熟练的实验技能。情况似乎是,他完成了佛克罗伊发表的所有分析实验。因发表的论文和所作的发现,他很快为人所知。罗伯斯庇尔死后,一些科学机构或被恢复或是被建立起来,沃克兰成为了科学院的院士和矿山学校的化学家。他是造币厂的总分析师。沃克兰还担任巴黎的化学教授,因此也开设私人讲座,召学徒进实验室。他的实验室很大,他常常制备药品和化学试剂并出售。法国化学家们需要的磷等试剂主要由沃克兰提供,因为单纯用于科研的实验室没有制备的条件。
沃克兰的勤奋在法国化学家中屈指而数,他发表的论文的数量也无人能比,内容涉及矿物、植物和动物的分析。当他负责矿山学校的实验室时,豪伊还是会习惯性地把他要分析的各种矿物的样品交由他分析。沃克兰的分析技术纯熟,分析方法的许多改进都应归功于他,但论贡献他不及克拉普罗特,因为他有一个有利条件,也即利用克拉普罗特的很多分析实验作为指导。但在法国,他的角色属前无古人。他使用的仪器和试剂都是自己发明和制备的。我有时会怀疑他所用试剂的纯度,但我相信,之所以他的许多分析都难以令人满意,主要是因为他选用的试样不好。从沃克兰的论文可以明显看出,他不是一个矿物学家,因为他从来无意描述他所分析的矿物,仅限于分析豪伊提供给他的试样。当试样是纯态的,例如翡翠和水苍玉,他就会分析得很好。但一旦试样不纯或是选择得不好,那么他就无法分析出正确的矿物组分。从他自己橱柜中的矿物试样看,我有理由认为,他的许多矿物试样没有经过精心挑选。因此,他发表的大量分析结果并非如其所是是他所指称的那些组分,或者至少而言,并非与后来化学家分析出的比例相同。这倒不是因为分析误差,相反,他的分析非常细致并且非常注重精度要求,而是因为豪伊及其他人提供给他的试样本身就选择不当。因此,除非他的分析结果经过他人的重复和验证,否则我们对他的分析就难以取信,这实在令人为之惋惜。
沃克兰不仅改进了分析方法,使这门技艺大为简化和精确,而且还发现了一些新的基元物质。
因其美丽的外观,化学家早就注意到了西伯利亚的红铅矿石,并尝试了多种对其进行分析的方法,1789年,马夸特先生从西伯利亚带回了红铅矿石,于是沃克兰就此施展了他的分析技艺。但在当时,他并没有成功确定其中与铅氧化物结合的酸的性质。1797年他又再次对红铅矿石进行了测定,成功从这种色彩艳丽的盐中分离出了一种酸,并将其命名为铬酸。他确定了该酸的性质,表明该酸的主要成分为一种新的金属,并将其命名为铬。之后,他成功获得了分离态的这种金属,并表明其低氧化物为一种极其漂亮的绿色粉末。这一发现对该国制造业的不同领域都产生了重要的作用。这种绿色氧化物被广泛用于在陶瓷上涂覆绿色。它成为一种非常漂亮的着色持久、易于涂覆的绿色颜料。这种铬酸可与铅氧化物结合,在棉布上形成着色持久、色彩艳丽的黄色或橘色图样。花布印染厂普遍采用这种方法。在格拉斯哥、兰开夏郡以及其他地方,人们大量采用苛性钾重铬酸盐晶体。
沃克兰应豪伊之请对绿宝石进行过分析。这是一种漂亮的浅绿色矿石,其晶体为六棱体,偶见于尤其是西伯利亚的花岗岩中。他发现,它的主要成分为硅土。硅土和矾土及另一种金属氧化物结合,这种氧化物的性质与矾土大多相似但也有不同。他将这种新氧化物命名为铍,因为这种氧化物的盐具有甜味。但这个名称不大合适,因为矾土、硅铍钇矿、铅、铬的低氧化物甚至铁的低氧化物形成的盐同样有甜味。沃克兰因发现铍而受人称颂,因为这充分说明沃克兰分析的严谨性。粗心的实验者很容易将铍和矾土混淆。沃克兰能将这两者区分开来的方法是:在两者的硫酸溶液中加入苛性钾硫酸盐,如果溶液中的氧化物为矾土,则很快会析出明矾晶体,如该物质是铍,则没有晶体析出,这是因为,矾土是明矾的主要成分,对铍则不然。他还表明,铍极易溶于氨的碳酸盐溶液,在这种溶液中矾土不易被检出。
1829年,沃克兰以高龄去世。他是一个大好人,做事堪称典范。他从不参与政治,在大革命的血腥时期也一直洁身自好,没有沾染一丝恶行或是暴力,他一直都受到人们的尊敬和爱戴。
特伦奇先生是一位分析化学的促进者,在此值得一提。他是爱尔兰人,恐怖时期碰巧在巴黎,他被送进监狱,和一些法国化学家们关在一起,这些人一起讨论的都是化学问题。受此熏陶,他出狱后就开始潜心研究化学并取得了成功,不久后成为一位杰出的分析化学家。
他分析过刚玉和蓝宝石,并测定了氧化镁和硅土间的亲和力,这些研究都具有很大的价值,极大地促进了化学分析方法。他还分析过砷酸铜,虽然他指出了其中存在的几种不同的组分,但这个结果不大可靠,因为他所采用的分离砷酸和估算其重量的方法并不完善。这个化学分析的疑难问题直到后来才得到充分的解释。
在几年里,特伦奇都是一个勤奋和多产的实验化学家。很遗憾的是,因在钯的实验中出现的错误,他被迫放弃化学研究。钯最先为世人所知是伦敦散发的一份不知名的传单,其中宣传说,钯(或称新银子)在福斯特夫人店内有售,并且描述了其性质。由于这项发现的这种非同寻常的宣传方式,特伦奇自然认为这是欺骗民众的一种手段。他去到福斯特夫人店里,买下了她所有的钯,然后着手对它进行测定,并且认为这不过是两种已知金属的合金而已。在做了一组繁复的实验之后,他确信它是钯和汞的化合物,或是按照他所述方法特制的铂汞合金。他的论文由皇家学会秘书沃拉斯顿博士在该学会的一次会议上宣读,并将其发表在了学会的《汇刊》上。该文发表后不久,又有不知名的传单散播出来,说是愿以高价全部收购用特伦奇或其他什么方法生产的钯,但并没有人出来挣这笔钱。大约一年后,在皇家学会宣读的论文中,沃拉斯顿承认他自己是钯的发现者,同时还描述了他是如何将天然的白金溶解到王水溶液中获得钯的。自此以后可以确定的是,钯是一种特殊的金属,特伦奇在实验中犯了一个错误,一时疏忽用了钯溶液而不是钯汞合金溶液,因此将溶液的性质张冠李戴了。令人非常遗憾的是,沃拉斯顿博士没有在第一时间告诉他钯的历史真相,而是同意发表特伦奇的论文。我认为,如果他清楚这会带来什么不良后果,清楚这甚至会使特伦奇最终离开科学界,他不会如此行事。我不止一次和沃拉斯顿谈论过这个问题,他告诉我,除了坦白他的秘密,他尽其所能做了他该做的事情,以期阻止特伦奇发表他的论文。他还拜访过特伦奇并告诉他,他试图重复特伦奇的过程但是没有成功,他陷入一个错误而不自知。虽然有这些警告,但特伦奇仍旧坚持他自己实验的正确性,因此也并不奇怪,沃拉斯顿还是允许他把论文发表了。我相信,如果沃拉斯顿充分意识到此时的后果,他是不会这么做的。问题是,沃拉斯顿博士是否告述了他全部的秘密,即使是,特伦奇先生又是否会被说服呢?
另一位化学家斯乔迈尔博士对矿物分析做出过很大贡献。他是哥廷根大学的化学和药剂学教授,他原本是植物学家,在受聘为哥廷根大学化学教授职位后,才将研究转向化学。之后,他前往巴黎,在沃克兰的实验室用了几年时间学习应用化学。他主要致力矿物分析,并且于1821年将分析结果结为一卷出版了名为《关于矿物混合物及其他相关物质的调查》(以下简称《调查》)的著作,其中包含了30种分析,其分析技艺和精准均堪称典范。在《克拉普罗特文集》之后,没有哪一本书比斯乔迈尔的这本《调查》更值得分析化学家研究。
该书第一篇论文为霰石的分析。此前,化学家们不能区分霰石和方解石在化学组成上的不同,认为二者都是石灰为3.5,碳酸为2.75的混合物,但它们在硬度、比重和晶体形态上存在区别。针对这种性质上的区别,人们尝试过多种解释,但无定论。霍姆先生表明,霰石中存在1%的水,但方解石中无水;霰石受热可碎成粉末,方解石却不能。但难以理解的是,这额外的1%的水是如何使得方解石的密度和硬度增加,并改变了晶体结构的形态。斯乔迈尔对霰石进行了大量非常细致的实验,结果表明,巴斯塔(位于兰德斯行政区的达克斯附近)的霰石和莫利纳(位于阿拉贡)的霰石均含96%石灰碳酸盐和4%菱锶矿碳酸盐,这相当于35个石灰碳酸盐原子和1个菱锶矿碳酸盐原子。既然菱锶矿碳酸盐的硬度和密度都大于石灰碳酸盐,那么就可以解释为何霰石比方解石重量和硬度大。后来,他对霰石的不同变种做了更多的研究,因此阐明了这种矿物存在含不同比例菱锶矿碳酸盐的变种,有的仅含有2%,或1%,或0.75%,甚至是0.5%,但在他所分析的许多种霰石中没有发现不含菱锶矿碳酸盐的。确实,沃克兰后来所测定的几种霰石变种根本不含菱锶矿,但由于沃克兰非常欠缺矿物学知识,所以不清楚他所分析的矿物是真的霰石,还是仅是一些不同品种的方解石。
斯乔迈尔教授凭借他的洞见和娴熟的分析技艺发现了一种新的金属——镉。他担任汉诺威王国的药剂师总监,工作在希尔德斯海姆。在履行公务之时,1817年他发现可以用氧化锌代替锌碳酸盐,此法被收入《汉诺威药典》。萨尔茨基特的生产厂出产锌碳酸盐。在一次调查中,他从管理这家生产厂的约斯特先生那里得知,因为氧化锌呈黄色没有销路,因此该厂被迫用锌碳酸盐替代锌氧化物。在测定了这种氧化物后,斯乔迈尔发现,该氧化物之所以呈黄色是由于一种新金属的氧化物掺杂在了里面。他将这种金属氧化物从中分离出来,再将其还原,并做了测定。因该金属通常与锌结合一同出现,故将其命名为镉。他能从这种锌氧化物中提取出的镉的量少得可怜,然而,一个幸运的机会给他提供了额外的镉,使他可以对其做更多的测定。在一次药剂师的视察中,他们在马格德堡的几家药店发现来自西里西亚的锌试剂(舍纳贝克的赫尔曼实验室制备),因为这种锌溶液遇硫化氢生成一种黄色沉淀,所以被认为是雌黄,故而这种试剂被怀疑其中含有砒霜,就被没收了。赫尔曼对此很重视,因为它关乎实验室的信誉。特别是支持这次视察工作的医药顾问洛夫,他起草了一份没收起因的情况说明,并将其发表在了《霍夫兰德医学杂志》上。赫尔曼仔细分析了这种可疑的氧化物,但并没有在里面发现砒霜。他还请洛夫重复他的实验。洛夫做了以后,这才搞清楚他先前认为沉淀物是雌黄不对,出现沉淀物原因在于存在另一种金属氧化物,它不同于砒霜,可能是一种新物质。这种锌氧化物及黄色沉淀物的试样被送到了斯乔迈尔那里进行测定,他立即分析出其中含镉,并从这些试样中提取出大量的镉。
至此,距离斯乔迈尔出版《调查》第一卷已经过了九个年头。所有有志于分析化学的研究者都在急切期待这本杰作的续集。在这九年里,他肯定已经积累了再出一卷的丰富素材,而这无疑会在他已经实至名归的崇高声誉上再锦上添花。
较之同期在世的化学家,若论所作分析的数量或精确性,贝采里乌斯对分析化学的贡献无人可以比肩。
雅克比·贝采里乌斯在乌普萨拉大学接受教育,其时,贝格曼的外甥阿夫塞柳斯担任化学教授一职,埃克伯格是无薪化学讲师。阿夫塞柳斯因其关于重晶石碳酸盐的论文具有很大价值,在化学上初出茅庐便一举成名。但是据说,他身体状况不久后就出现了问题并每况愈下,因此失去了活力,整日无精打采。
1767年1月16日,安德鲁·古斯塔夫·埃克伯格出生在斯德哥尔摩,他的父亲是瑞典的一位海军上尉。他在卡尔马接受教育,1784年到了乌普萨拉大学,在此他花费精力主要学习数学并于1788年获得学位,学位论文题为《油酸脂研究》。1789年他去往柏林,在他1790年返回之时,他出版了名为《歌颂瑞典和俄罗斯间的和平》的诗歌,展现了他的诗歌天赋。之后,他的兴趣转向了化学,1794年成为无薪化学讲师。他在这个职位上一直工作到1813年,也正是这年的2月11日他去世了。在去世前的一段时间里,他的身体状况已经非常糟糕,难以胜任所处的职位。他发表的论文不多,并且这些论文也并不全与分析化学相关。
埃克伯格的第一个研究是关于石灰磷酸盐的,随后又发表一篇关于黄玉的分析论文,旨在解释克拉普罗特的溶解坚硬石头的方法。
随后,他分析了硅铍钇矿,并确定了氧化钇的化学性质。在这些实验中,他发现了一种新金属并将其命名为钽,沃拉斯顿后来证明埃克伯格的钽与哈契特先生的钶是同一种物质。他还发表过分析锌类晶石(automalite)、钛矿石以及蒙戴夫矿物水的论文。矿物水的分析是在贝采里乌斯的协助下完成的,后者当时在化学界还籍籍无名。
贝采里乌斯较在乌普萨拉的同时代化学家更为勤奋。他第一次出版的著作是两卷本的动物化学,分别在1806年和1808年出版。除了第二卷的引述部分即血液分析实验是他自己的工作外,该书主要是一个汇集。1806年,他和希生格尔创办了一个名为《矿物化学和物理研究》的定期出版物,它共出了六卷,直到1818年结束。这个出版物刊载了贝采里乌斯的47篇论文,其中一部分论文是长篇的大作,这将在后面述及。但这部分论文中最重要的一篇是有关矿物分析的,也就是希生格尔和贝采里乌斯对铈所作的分析,以及对两种铈氧化物化学性质的描述。在第四卷中,他给出了矿物的一种新的化学排序,它基于如下假设:矿物是具有确定比例的化合物。史密森先生已经摒弃了硅土是酸这种观点,但贝采里乌斯采纳了这个观点,并且通过确定性实验表明,硅土能以确定的比例与绝大多数碱结合。借助这个有利的论点他表明,大多数石质矿物都是硅土与某些金属氧化物的确定化合物。他在第一次将该结论公开后,又对其做过几次修正。但我认为,他1824年在《斯德哥尔摩科学院学术论文集》上的一篇论文中发表的最后一次修正结论,未必比他于1815年第一次发表的结论好。第一次排序基于碱排列,最后一次排序基于可与碱结合的酸排列。贝采里乌斯根据米切里希的类质同晶学说,修正了他的排序方法。这些修正体现在对辉石、角闪石、石榴子石和其他一些矿物组成的解释上,但我以为,这类解释本来不必大费周章地诉诸类质同象学说。而该学说就像贝托莱的无限结合假说,即使没有推翻化学的整体原理,也与我们对于化学结合的认识鲜少相符之处。
从同一卷上的一篇论文中,我们可以看到关于钶的一组实验,还原成金属态后钶的特性,以及对截至1815年所有已知含钶矿物的分析。
此外我们还可以看到一种测定氧化钇性质的新方法,对多种含铈和氧化钇矿物的分析结果,以及一种用苛性钾将这两者相互分离的方法。
在第六卷的一篇论文中,我们可以看到他如何发现硒,以及对于硒酸及其生成的不同化合物的描述。
从1818年开始,他的论文均发表在《斯德哥尔摩学院学术论文集》上,但他也留意将这些论文翻译后刊载在《波根斯道夫年鉴》和《化学和物理年鉴》上。
在1819年的《学术论文集》上,贝采里乌斯发表了银星石的分析结果,他表明,这种矿物是一种含水的矾土磷酸盐。福斯已经做过与此同样的分析和发现,并在1818年发表了他的结果。但贝采里乌斯可能没有读过该论文,至少是没有注意到。在同一卷上,他还发表了对蓝柱石、锌硅酸盐的分析结果,另有一篇关于铁氰化物的论文。
在1820年的《学术论文集》上,我们可看到他的4篇论文,其中一篇研究镍矿石的分析方法。在1821年的《论文集》上的一篇论文中,他论述了碱的硫化物,并报道了关于白碧玺的分析结果。他所选的分析试样可能不纯,因为在我的实验室,林特上校连续对白碧玺做了两次分析,但所得组分比例和结构式的结果,均与贝采里乌斯所发现的大相径庭。
在1822年的《论文集》上,他发表了卡尔斯巴德矿物水的分析结果。在1823年,他发表了关于铀的实验结果,阿尔费德松先前已对其做过测定,贝采里乌斯的实验是对阿尔费德松已有工作的验证和扩展。同年,他还发表了关于氟酸及其化合物的实验结果,在他对分析化学所作的无数贡献中,该项工作是最有趣和最重要的工作之一。1824年,他发表了对挪威的氧化钇磷酸盐的分析结果。他还发表了对克里斯蒂安尼亚附近发现的铌铈钇矿的分析结果,这是存在于当地锆石正长岩中的一种矿物,其显著性质是其中含多种与钛酸结合的碱,即氧化锆、铁氧化物、石灰、锰氧化物、铈氧化物和氧化钇。另外他还发表了对取自巴西和康沃尔的铁砷酸盐,以及西班牙耶劳岛的菱沸石的分析结果。在后一项工作中,他提到了取自苏格兰的菱沸石,认为它含苏打而不是石灰。但就我所知,苏格兰的菱沸石仅见于格拉斯哥附近,我从未在其中发现苏打。但我发现在爱尔兰北部的菱沸石中存在苏打而不是石灰,这种矿物通常为结晶态,并被豪伊命名为三棱石(Trirhomboidale)。因而我认为,贝采里乌斯引述的阿尔费德松所分析的菱沸石,应该是取自爱尔兰,而不是苏格兰。我还不确定的是,这种通常含苏打而不是石灰的结晶态物质是否为一种新物种。
1826年,贝采里乌斯发表一篇关于硫化物盐的非常细致且有价值的论文。他在文中表明,硫磺可与不同物质结合,其方式和氧气相同,它也可将可酸化的碱转化为酸,将可碱化的物质转化为碱。硫酸和碱结合形成一类新的盐类物质,他将其命名为硫化盐。自此以后,罗塞大大推进了这个课题的研究,并对化学家们解释一些迄今为止难解的矿物给予极大启发。据此,所谓的银硫其实是一种镍的硫化盐,得到的酸为硫和砷的化合物,得到的碱为硫和镍的化合物。因此,银硫的组成为:
1原子的砷二硫化物
1原子的镍二硫化物
同理,辉钴矿的组成为:
1原子的砷二硫化物
1原子的镍二硫化物
辉锑铅矿的组分为:
3原子的锑硫化物
1原子的铅硫化物
脆硫锑铅矿的组成为:
2.5原子的锑硫化物
1原子的铅硫化物
锑羽矿(此前与硫化锑混同)的组成为:
5原子的锑硫化物
3原子的铅硫化物
灰铜矿(此前似乎很难被还原为有规整结构的物质)的组成为:
1原子的锑硫化物或砷硫化物
2原子的铜硫化物或银硫化物
深红银矿的组成为:
1原子的锑硫化物
1原子的银硫化物
浅红银矿的组成为:
2原子的砷倍半硫化物
3原子的银硫化物
这些试样充分表明硫化盐学说在矿物界的重要作用。
1828年,贝采里乌斯发表了关于钯、铑、锇、铱的性质及其化合物的实验研究结果,以及关于不同铂矿石的分析方法的实验研究结果。
贝采里乌斯对分析化学的最大改进之一是,他提出了一种分离下述物质的方法,也即,从与氧结合生成碱的物质(如铜、铅、银等)中分离出与氧结合生成酸的物质(如硫、硒、砷等)。他的做法是,将合金或是矿石装入玻璃管中,然后通入氯气气流,使用照明灯加热管中的粉末。可酸化的物质具有挥发性,挥发后流过管子并进入用于接收的水容器,而可碱化的物质仍留在管中。罗塞对该方法进行了很大的改进,并利用该法的优点分析了灰铜矿和其他类似的化合物。
贝采里乌斯对分析化学的贡献不仅表现在他自己所做的研究上,也体现在他的实验室培养出的那些学生的工作上:本斯道夫、诺登舍尔德、C. G.甘末林、罗塞、沃勒、阿尔费德松等都曾在分析化学研究中取得出色的成果。
本斯道夫是埃博大学的教授,这所大学被烧毁后,他迁往一处俄国政府的新垦区。他对一种结晶后具有闪石结构的矿石的分析,无论是分析结果的精准,还是不同组分的分离和定量方法,对于年轻的分析化学家而言都是值得学习的范例。他在分析红银矿时,首次阐明其中所含金属并非以氧化态的形式存在。继贝采里乌斯关于硫化盐的论文之后,罗塞首次对盐的结合本质做出了最详尽的解释。本斯道夫关于几种氯酸性质的论文,对贝采里乌斯最早提出的不同盐类的观点做了很大的补充和完善。
尼尔斯·诺登舍尔德是芬兰矿产的负责人,1820年,他发表了论文《芬兰矿物及岩石学知识导论》,其中包含对十四种拉普兰矿物的描述和分析结果,这些矿物均有价值且其中的几种为新发现矿物。这些分析是在贝采里乌斯的实验室中进行的,都是出色的分析工作。1827年,他依据化学性质发表了一个矿物物种一览表,其中给出了晶体的形状、硬度、比重以及化学组成结构式。
C. G.甘末林是图宾根大学的化学教授,一生致力于分析化学的研究,发表了大量出色的化学论文,特别是刊载在《施韦格尔杂志》上的那些论文。他分析日光榴石与电气石的论文具有很大的价值。他阐明电气石中存在硼酸。海德尔堡大学的化学教授里欧波得·甘末林也是一位杰出的分析化学家。他的《化学体系》至今仍再版,堪称出自德国的最好的化学著作。
亨利·罗塞是M.罗塞的儿子,M.罗塞的老师为克拉普罗特,后来两人成了亲密的朋友以及研究上的合作伙伴。亨利·罗塞以不倦的热情从事分析化学研究,他做过的分析数目众多,方法新颖,技艺令人叹服,也使人受益匪浅。他分析了辉石、钛矿石、灰铜矿、辉银矿、红银矿、辉锑银矿和硫锑铜银矿等,每一个分析都是可效法的范例。1829年,他出版了一部单卷本的分析化学著作,这是迄今所见的最完整和最有价值的同类著作,值得所有想要掌握分析化合物这门困难和不可或缺技艺的学者细心研读。[1]
沃勒是柏林理工专科学校的化学教授,看上去他的主要研究方向并不是分析化学,而是对不同简单物质间如何相互结合形成化合物更感兴趣。值得一提的是他发现了氰酸。他还年轻并且充满活力,我们对他抱有很大的期望。
奥古斯图斯·阿尔费德松因在透锂长石和锂辉石中发现新的固定碱和氧化锂而知名。后来莫斯科的赫尔曼对此做了阐明,贝采里乌斯也做了重复实验,并且他证实,较之阿尔费德松发现的氧化锂,他的氧化锂要轻得多,其原子重量仅为1.75。阿尔费德松关于铀及铀的氧化物以及金属硫化物中氢的作用的实验是重要的工作。同样,他非常细致地分析了大量的矿物,但在后期,他似乎失去了研究活力。他分析过金绿玉,但结果的精确性不如其他分析。由于疏忽,他曾把一种铍和氧化铝的化合物视为硅土。
值得一提的是,瑞典化学家沃尔莫斯塔特和乔利·瓦克梅斯特因其重要论文推动了分析化学的发展。前者关于贵橄榄石的学术论文及后者关于石榴子石的学术论文均具有特殊价值。因本书篇幅所限,在此不可能逐一例述每一位做出过贡献的分析化学家,因此,我恳请读者谅解,我略去了如下化学家:布霍尔茨、盖伦、福斯、杜米斯尼尔、德贝赖纳、库普弗和其他一些有成就的化学家,他们对完善矿物的化学分析做出了很大的贡献。但是这里不得不提到的是米切里希先生。他是柏林大学的化学教授,贝采里乌斯的学生。他发表的同晶物质、各类盐的结晶形态及各种矿物的人工合成方法等方面的论文使他名留青史,也使他当之无愧成为柏林化学教授职位的杰出继任者。一个多世纪以来,在这座城市里,一流的化学家层出不穷,从不间断,并且现在在普鲁士政府的支持下,其数量也是空前的。
法国当下最杰出的分析化学家是洛吉耶和贝尔蒂埃。前者是佛克罗伊的外甥和继任者,并任皇家植物园化学教授;后者一直担任矿物学校实验室主任。洛吉耶发表的分析化学论文并不多,但付诸发表的那些分析结果都堪称精准,非常值得关注。贝尔蒂埃非常活跃,不仅发表了大量论文,而且对分析过程做了多种重要的改进。他提出的分离砒酸的方法以及确定的砒酸重量,已经得到了普遍的应用。据我的经验,我可以说,他将矿物和铅氧化物一同熔融,从而检测出碱,这种方法既准确且简便。贝尔蒂埃还年轻,充满活力与热情,我期待他在将来取得更大的成就。
迄今为止,英国的化学家们在分析化学领域并未取得显著的成就。我认为,这和英国遵循的教育体制有关。英国直到近几年都还没有地方教授应用化学。结果是,化学家只能单打独斗地从事研究,靠长时间实践换取必要的分析技能。约在本世纪初,爱丁堡的肯尼迪博士是一个既充满热情又老练的分析化学家,但不幸的是,他英年早逝,只留下少量但出色的分析结果给世人。大约在同一时期,查理斯·哈契特先生也是位活跃的化学家,发表了不少非常出色的分析结果,但可惜的是,这位受人称颂、成就卓著的化学家已远离化学25年多了。因专注于有利可图的多种贸易和财富的有害作用,他断了追求科学的念头。康沃尔的格雷戈里先生是个一丝不苟的人,一心从事分析化学研究,他做过的分析数量不多,但均属出色的工作。他也英年早逝,这不啻是科学的一个损失。爱德华·霍华德先生的情形和格雷戈里一样,他对陨石的分析开启了这个化学分支的新纪元。他不仅技术娴熟,而且坚持不懈,具备一个伟大的应用化学家的特质。在英国现代分析化学家中,理查德·菲利浦先生无疑是第一人,他以娴熟的化学技能完成了一些非常精准的分析,但他的贡献不止于此。可惜的是,在后期他所作的工作甚少,这是因为,为了支撑一个大家庭的生计,他被迫退出了科学界,转向了贸易和制造业。亨利博士的情形和菲利浦一样,他对气体的研究增进了我们在这方面的知识,如果他把他的分析技艺全用到科学研究上的话,那么他就会作为一个发现者赢得更高的声名。亨利博士是一位生产商式的化学家,虽然如此,他理应享有很高的声誉。在近来开始从事分析研究的年轻的化学家中,伦敦大学的特纳博士最受人瞩目。在对锰矿石所作的分析中,他的分析技艺及准确性都令人钦佩,堪称典范。并且,他的分析完全阐明了矿物学的这个分支,而在此之前以及海丁格尔对此的描述出现之前,这个领域一直处于不可知的黑暗中。
若论化学技艺和心智能力,英国没有人比史密森·特南特先生更适合成为一个伟大的分析化学家,但他生来体格羸弱,因此变得和布莱克博士一样处于一种懒散的状态,这在一定程度上限定了他能达到的高度。他发现了锇和铱,并分析了金刚砂和镁质灰岩,单看这些工作就可以了解,如果身体条件允许他尽力的话,他的成就会有多大。他关于金刚石的实验首次阐明,这是一种纯碳物质。他发现的石灰磷化物成为化学讲座上一个最炫目、美丽的展示品,被教师用来吸引学生们的关注。
史密森·特南特是牧师格沃特·特南特唯一的孩子,他的父亲是塞尔比的教堂牧师,是一个受人尊敬的家庭的幼子,其家族位于约克郡里士满附近的温斯利代尔。他于1761年11月30日出生,九岁那年不幸失去了父亲,在他就要成年时,他又因一次不幸的事故失去了母亲。当他母亲和他一起骑马的时候,他的母亲被马甩下,当场死亡。在他父亲去世后,他的教育变得断断续续,显然没有受到重视。他被陆续送往位于约克郡斯科特、塔德卡斯特和贝弗利等地的不同学校。有许多迹象表明,他年轻时偏爱化学和自然哲学,阅读了他能得到的这方面的所有书籍,并模仿书中的介绍做过一些小实验。他的第一个实验是在九岁的时候做的,当时他按一本科技书中的说明,制备了一些制作烟火的火药。
在职业的选择上,他自然倾向于医学,因为这与他的哲学追求更为相关。约在1781年,他前往爱丁堡,在布莱克博士的指导下打下了他的化学知识基础。1782年,他成为剑桥大学基督学院的教员,并定居下来。他在进入学院的初期曾领取助学金,但因厌倦学院生活的清规戒律,于是他改为自费研究人员,从这些条条框框的束缚中解脱了出来。在定居剑桥期间,他主要致力于化学和植物学,但他也学习了数学基础知识,并掌握了牛顿《原理》的最重要部分。
1784年,特南特游历了丹麦和瑞典,因对舍勒慕名已久,他此行的目的就是与舍勒结识。特南特十分高兴能够遇到这位杰出人士,也惊讶于他那些曾做出过伟大实验的仪器竟是如此简单。重返英国后,他向剑桥的朋友们展示了舍勒送给他的各种矿石样品,并且演示了他从那位伟大化学家那里学到的几个有趣的实验。一两年后,他前往法国,并与法国那些最杰出的化学家建立了友谊。之后,他又去往荷兰,当时荷兰正处于反约瑟夫二世的暴动中。
1786年,特南特跟随赫尔曼教授离开基督学院,并一同到了伊曼努尔学院。1788年,他获得物理学学士学位,不久就离开剑桥并定居伦敦。1791年,他进行了那个著名的碳酸分析实验,它完全证实了拉瓦锡先前关于这种物质组成的说法。他的方法是,使磷通过红热状态的石灰碳酸盐,则磷被酸化,木炭沉积下来。也是在这些实验过程中,他发现了石灰磷化物。
1792年,特南特再次前往巴黎,但鉴于当时暴乱一触即发的情况,他幸运地在那个值得纪念的8月10日前离开了巴黎。他一路横穿意大利,并经过德国部分地区,于1793年初,又重新回到巴黎。此时的巴黎在恐怖体制的笼罩下弥漫着黑暗荒凉的气息。一次,他登门拜访德拉米希尔先生,他对这位先生的朴实和谦和非常赞赏,到了那里他发现门窗紧闭,似乎是主人不在家的样子。在费了些时间才被让进屋内后,他发现他的这位朋友坐在里屋,中午时分百叶窗就被合上了,屋内点着烛光。二人经过一番匆忙而忧心忡忡的交谈后,特南特起身离开,他的朋友恳求他不要再来了,否则他如被人发觉还在这里,对他们两人都会带来严重的后果。德拉米希尔的光荣事迹在此值得一说:即使面对大革命时期的审讯,他也保护了他的朋友特南特先生托付他保管的巨额财产。
从欧陆返回后,他寄居在一个教堂里,并在那度过了余生。他仍旧进行医学研究,到医院出诊,但已不大有意从事这类实践活动。1796年,他获得剑桥博士学位。此时,他在经济上已经可以独立,他还觉得医学实践并不能给他带来幸福感,于是下定决心放弃所有实践的想法。他性格上的一个显著特征是情感细腻,他自己也非常清楚,因此他特别不适合从事医疗实践。我们从发生在这个时候的一件事情上看出他的慈爱之心。
特南特在故乡家中有个管家,他对这位管家充分信任,并且待他不薄。一次,这位管家把一件事弄得一团糟,因此特南特返回家乡听他如何解释。特南特为了出版他的书,本来给管家指定了时间和地点事宜,但现在却出了岔子。这位不幸的管家觉得自己把事情搞砸了,没法交代,在绝望中竟然结束了自己的生命。这个伤感的事件使特南特先生深受触动,他尽最大努力救济和保护管家身后的家人,不仅免除了他们的债务,同时提供给他们经济上的援助,后来也一直是他们的朋友和赞助人。
1796年,为了证实金刚石为纯碳物质,他将金刚石和硝石放入金管中加热。实验中,金刚石被转化为碳酸气,碳酸气与硝石中的苛性钾结合。由于金刚石的用量是给定的,所以通过释出的碳酸气的量可以估算碳的生成量。从这个实验中,我们可以看到特南特的一件轶事。沃拉斯顿博士是他的助手,他告诉过我当时的情况,我想他的说法是可信的。特南特先生习惯每天在固定的时间骑马出去溜达。一天,管中的金刚石和硝石正在加热,实验也进行到了关键的时候,特南特突然想起骑马的时间到了,于是他将剩下的实验工作交给了沃拉斯顿博士,自己像往常一样骑马走了。
1797年,他拜访了林肯郡的一位朋友,看到那里正在开展改进农业种植的活动,因此他动了在该郡买一块地皮并开始农业种植的念头。1799年,在切达村庄附近的索美塞特夏,他买下了一大块荒地,并在那里盖了一个小房子。此后他每年夏天都习惯在这里过几个月,偶尔也会在一年中的其他时间来此。或许是由于特南特的懒散和粗心习惯,他的这些农业投机生意并没有取得多大成功。然而他留下的论文中可以看出,他在农业上非常用心,阅读了这方面的优秀书籍,并在他游历英格兰各地时收集了各种事例。在这些考察过程中,他发现在英国米德兰县有两种为人所知的石灰岩,其中一种会产生对植物有害的石灰。1799年,他表明这后一种石灰岩品质不好的原因在于它含有镁碳酸盐,并且发现,在中部地区,这种含镁的石灰岩形成了一个广泛的地层,在原始地区它以名为白云岩的形式存在。
鉴于这种石灰岩在酸中的溶解缓慢,他推断,它是由石灰碳酸盐和镁碳酸盐以化学结合形成的一种复盐。他发现,在潮湿的镁碳酸盐中,谷物几乎不生长并很快死去,因此他得出结论,镁对植物有害。基于这一原理,他解释了含镁石灰岩当肥料使用时产生危害的原因。
1802年,他证实金刚砂仅是各种刚玉中的一种,或者是一种蓝宝石。
同年,他在用王水处理天然铂后得到一种粉末,随后他试图制备铅与这种粉末的合金,此时他观察到粉末的一些显著特性,同时也发现粉末中含有一种新金属。在他开展这项研究时,他已经注意到德科提尔提过的这种粉末,德科提尔已经发现,其中所含的金属可使铂的含氨沉淀物变为红色。不久后,沃克兰用碱处理这种粉末,得到一种挥发性的金属氧化物,他认为这其中的金属与德科提尔看到的金属相同。1804年,特南特证实这种粉末中含有两种新金属,并将其取名为锇和铱。
特南特先生的健康此时已每况愈下,上床睡觉时很少不发烧,常常被折磨得半夜起来,暴露在寒冷的空气中。他发现每天骑马能够得到充分锻炼,恢复和保持体质。他骑马时显得很笨拙,以至于有时会出现有点危险的情况。我不止一次听他讲,说不定哪天他会从马背上摔下来丧命。1809年,在布赖顿附近,他从马上摔了下来,导致锁骨骨折。
1812年他被说服举办了几次矿物学原理讲座,听众都是他的朋友,其中包括许多女士,以及许多科学界的人士。这些讲座十分成功,也使他在朋友圈中成为有极高声誉的良师。在矿物研究中,他特别推崇吹管实验。他也不止一次对我提到,他非常感谢最早从法伦的技术顾问约翰·哥特里布·盖恩那学到的如何使用这个宝贵仪器的知识。
1813年,剑桥大学化学教授一职空缺,特南特被举荐为候选人。他得到朋友倾尽全力的支持,反对意见都被驳回,1813年5月,他被聘为教授。
法国的情况安定下来后,1814年他前往该国南边的几个省,访问了里昂、尼斯莫斯、阿维尼翁、马赛和蒙彼利埃地区。他11月份返回巴黎,深感此次南行受益匪浅。他原打算年末返回英国,但后来逗留到来年2月后才启程。他2月15日到了加来,恰巧加来海港遭遇海风,于是在那停留了几天。等到了20号,他到了布伦,想抓个机会从那里出港。22号他搭乘了一艘船,但海上仍旧狂风大作,船只被迫返航。上岸后,特南特说道:“与自然对抗是徒劳的,我还没有活够呢。”他们于是决定,等到海风小一些时,当晚再试一次。在等待期间,特南特向他的同伴布洛男爵提议,他们可以雇几匹马骑上转转。他们骑马先沿着海边前行,后来在特南特的建议下,又到了拿破仑之柱旁,这个柱子高高矗立在离海岸3里格的高处。因为一天前他看到过这个柱子,此时他急于指给布洛男爵看。他们在从那里返回的途中,偏离原来的道路,因为他们想看一下柱子附近的一座小型要塞,其入口处就在二十英尺深的护城河上。在他们的旁边,有一座直通桥一直连接到一个可开闭的吊桥。吊桥靠一个支点转动,靠近要塞的一端被架在地面上;它通常是由一个螺栓固定,但螺栓约在两星期前被盗,此时还没有装上。桥梁太窄,不能供两个人并排前行,布洛男爵提议他自己先行,试着骑马过去。当察觉到桥在逐渐往下沉时,他一面试着要通过桥中间,一面大声叫喊以提醒他的同伴危险,但这已经太迟了,二人都掉进了河渠里。男爵虽然受到了惊吓,但很幸运没有受什么大伤,等他恢复意识,发现特南特躺在马上,已经奄奄一息。他被送往最近的地方医院进行抢救。一段时间之后,他好像恢复了一丝意识,想说话但却无法开口,不到一个小时就离开了人世。几天后,他的遗体被埋葬在了布伦的公共墓地,当地大多数英国居民都出席了他的下葬仪式。
我们将看到,有这样一个研究分支,它与分析化学密切相关,并且矿物学家和化学家利用自己的巨大优势促进了它的发展。我指的是吹管的应用,它采用干法对矿物进行小规模的分析,如此一来,至少能够确定待检测矿物的组分的性质。相对采用溶液法所作的严格分析,它可作为一种预备分析,因此具有许多优点。如果我们知道组分的性质,那就可以预先形成一个分析计划,在很多情况下,这样做可以避免同时进行两类独立分析研究的麻烦和繁复。反之,如果我们开始分析一种矿物时对其性质一无所知,那么就不可避免要同时进行两类独立的分析研究。检测矿物的第一步是确定其组分的性质。明白了这个道理,我们就能制定一个分析计划,据此顺次分离出矿物中的每一组分并估算各自的量。现今,应用吹管可以在几分钟之内准确地确定组分的性质,因此省去了预备分析的麻烦。
吹管为金匠焊接时用到一种管子。借助于吹管,他们可以迫使蜡烛或灯火的火焰聚焦到他们希望加热的特定点,这样就可以焊接各种小饰品,但又不影响不需要加热的其他部分。克隆斯特和英格斯特罗姆首次想到。可将这种小仪器应用于矿物的分析中。他们将待检测的一小片(甚至没有针头大)矿物放在一块木炭上,让吹管的火焰对准矿物,使矿物升温到白热化。然后他们观察矿物可能的变化,如是否烧爆、耗尽抑或熔化,无论如何,他们都能从中得出有关被检测矿物性质的结论。
贝格曼对这种仪器所起的重要作用感到惊异,于是想要彻底考察吹管对不同矿物的加热作用,这种作用或针对木炭本身,或是各种焊剂的混合物。他选用了三种不同的物质作为焊剂,依次为苏打碳酸盐、硼砂和苏打磷酸氢盐,最后这种焊剂也可以等效地选用氨化苏打磷酸盐或是当时从尿液中提取出来的苏打磷酸氢盐(磷酸氢钠氨)。该盐是由整粒的苏打磷酸盐和整粒的氨磷酸盐化合而成。它在吹管下加热会被熔化,其中的结晶水和氨都会逐渐释出,最后只剩下苏打磷酸氢盐。已经发现,这类焊剂与绝大多数矿物反应都会放出大量能量。苏打碳酸盐遇富含硅土的矿物非常易于熔化,而硼砂和苏打磷酸氢盐对碱性物质作用巨大,对硅土的作用不明显,硅土在熔融物中没有任何变化。如将硼砂和苏打磷酸盐的混合物置于木炭之上,只要掌握火焰的适宜应用方式,我们通常可以将金属氧化物还原为金属态。贝格曼雇了当时是他学生但实验技艺娴熟的盖恩来做这些必须的实验。贝格曼将这些实验结果写成一篇论文并在1777年寄给了布洛男爵,1779年他又在维也纳将其出版。这篇有价值的论文将吹管应用于矿物分析指明了方向,并且,对于书中每个有新意之处,贝格曼也要感谢盖恩完成实验之功。
约翰·哥特莱比·盖恩是贝格曼和舍勒的好友。他是一位非常有教养的人,也是我所有交往过的科学家中为人最为朴实和友善的一位。1812年,我和盖恩一起在法伦待了好几天,而这也是我生命中最愉快的时日之一。他具有非常广博的知识,举止朴实大方,面容慈善,透射着迷人的气质。1745年8月17日,他出生在南赫尔辛格兰的沃克森纳铁矿区。他的父亲汉斯·雅克比·盖恩是斯托拉·库珀伯格政府的财务主管。他告诉我,他的祖父或是曾祖父从苏格兰移民到了这里,他还提到几个有亲戚关系的苏格兰家族。在威斯特拉斯完成中学学业后,他于1760年前往乌普萨拉大学。在此前的学习中,他已显示出对化学、矿物学和自然哲学的偏爱。在瑞典几乎很难找到科学仪器制造商,因此他也像其他从事科研的人一样,熟练掌握了各种不同工具的使用方法,以便用这些工具自制科研所需的各种仪器。他在乌普萨拉度过了近10年,这期间他打下了非常扎实的化学知识基础,并做出了多项重要发现,但他生性谦和,淡泊名利,他人将这些发现据为己有他也不置可否。他令一块六棱形矿物落下,矿物很偶然地被摔碎了,他因而发现了其中石灰碳酸盐的长菱形晶核,这个发现成为豪伊结晶学说的基础。他与贝格曼交流了这个现象,贝格曼将其发表在自己《选集》一书的第二卷上,但书中并未提到盖恩的名字。
骨骼中的难还原氧化物被认为是一种特殊的简单氧化物,但盖恩通过分析阐明,它是一种磷酸和石灰的化合物。他将这一发现同舍勒做了交流,舍勒随后在1771年发表了一篇关于萤石的论文,在该文的第17节,他在描述磷酸对萤石的作用是说道:“后来发现,骨骼或是角中的难还原氧化物是和磷酸结合的石灰质氧化物。”舍勒在这个评述中并未提到盖恩的名字,因此很长一段时间以来,人们都认为舍勒不是盖恩做出了这项伟大发现。
同一时期,盖恩还阐明了锰的金属性质并测定了其性质。当时,贝格曼宣布这一发现是盖恩的发现,在盖恩所阐明的无数新事实中,这差不多是唯一一个被归于他名下的发现。
盖恩的父亲去世后,他的生活陷入窘困中,他不得不转向矿业和冶金研究。为了掌握矿业实践知识,他像普通矿工一样同他们一起劳作,一直到他学到了通过实践所能学到的所有实用技艺和知识为止。1770年他受矿业大学委派,创设了一门实验课程,旨在改进法伦的铜冶炼技术。这项研究促成了对整个冶炼系统的革新,从而节约了大量时间和燃料。
一段时间后,他在斯托拉·库珀伯格政府里担任一个主管职位,参与了一些繁重的工作。1770年他第一次定居法伦,并一直住到1785年。在此期间,他专心于改进当地及附近地区的化工厂,创建了硫磺、硫酸和铁丹生产厂。
1780年,皇家矿业学院为了褒奖盖恩对化学发展所做的贡献,授予了他一枚金质奖章。1782年收到了矿业大师的皇家特许证书。1784年,他被任命为皇家矿业学院的技术顾问。出于公务需要,这个职位和他所担任的其他职位一样,使他可以长时间住在斯德哥尔摩。同年,他与安娜·玛丽亚·伯格斯土姆结婚,并育有一个儿子和两个女儿,他同她一起度过了31年平静的幸福生活。
1773年到1814年,盖恩一直是皇家矿业学院的化学薪金领取者。在这期间,学院几乎所有的疑难问题都要送到他这里处理和解决。1795年,他被选为指导王国一般事务的委员会的委员;1810年,成为维护穷人生计的委员会委员;1812年,被选为皇家农业科学院的预备院士;1816年,成为矿业协会筹备委员会委员;1818年,被选为造币厂委员会的委员,但不久后,在他的请求下,他退出了该委员会。
盖恩的妻子1815年去世,从那时起,他本来就不健壮的身体日渐虚弱。盖恩的健康偶有好转,但疾病反复发作,一次比一次厉害,到了1818年秋天,病情发展得更快也更为严重。他逐渐变得虚弱,1818年12月8日,他安详地离开了人世,没有一丝痛苦。
自从在贝格曼的要求下做了吹管实验后,盖恩的研究兴趣就转向了这个仪器,在他漫长的一生中,他对其做过许多改进,因此能够做到在几分钟内就确定几乎是任何一种矿物的组分。他几乎涉猎了整个矿物王国,并在吹管前考察了几乎是每种矿物的性质,不论这些矿物是单一的,还是与他发明的用于检测不同矿物组分的各种焊剂和试剂混合在一起的。但是,他没有将这些观测资料和实验结果记录成册或写成正规的学术论文,这是因为他没有这个意愿。如果不是贝采里乌斯给他一个助手职位,那么这些资料和结果很可能已经灭失了。他曾执笔写了一篇关于吹管的短论文,其中详细说明了他所发明的那些装置的使用方法,该文刊载于《贝采里乌斯化学》第二卷。贝采里乌斯和盖恩后来在吹管前考察了所有已知的矿物,或者至少是他们可以得到的矿物。所有这些实验的结果成了贝采里乌斯关于吹管的专题论文的素材,该文被译成了德语、法语和英语。可以说,该文包括了所有盖恩对吹管使用所做的改进,同时也包括了盖恩在吹管前观测并收集到的有关矿物行为的所有新事实。它是一本极其有用和有价值的书,每个分析化学家手边都应该备有这样一本书。
像盖恩一样,沃拉斯顿博士对吹管的作用也非常看重,并对其用途做了许多改进,因此也能够做到在几分钟内就确定任何一种矿物的组分。他对这样的实验乐此不彼,只要谁有一种新的矿石,他就会拿来分析并说出矿石的组分。如果伦敦还有矿物学家的话,那么他们肯定迫切希望有这么一个可以召之即来、从不爽约的人。
威廉·海德·沃拉斯顿博士是牧师沃拉斯顿博士的儿子,这位父亲是英格兰教会一位有地位的牧师,而且拥有足够的财富。他很有能力,是一个杰出的天文学家。他的祖父就是《自然宗教》划定的著名作家。威廉·海德·沃拉斯顿博士于1767年出生,他家有15个孩子,个个都活到成年。他的体质生来羸弱,但是,通过在生活中保持严格节制,并饮食有度,他使自己处于适合开展脑力劳动的状态。他在剑桥接受了教育,还曾是那里的研究人员。在伦敦,他通过到医院值班和听讲座,学习了医学并获得剑桥的博士学位。这之后,他定居圣埃德蒙特并在那里做了几年医师。之后他回到伦敦,成为了皇家医师学院的医师,并开始在这个大都市做执业医生。当得知圣乔治医院有个空缺职位时,他自荐补任该机构的这个医师职位。但是,另一个他认为知识和技术水平都不如他的人却占了先,于是他彻底放弃了医学,将余生奉献给了科学研究。对于他父亲这样一个大家庭而言,他的收入显得微薄。为了改善家庭境遇,他转而想到了制备铂这个主意,并取得了显著的成功,可以想见他靠这个肯定发了一笔大财。威廉·海德·沃拉斯顿博士首次将铂还原,并转化为纯态的铂锭,使其适合各种用途。它可以被用作化学实验容器,如此一来化学研究的精确性得以大大提高。在硫酸生产过程中,铂容器也被用来逐渐替代玻璃容器。
沃拉斯顿博士对发明科研仪器有着特殊的兴趣。他的反射测角仪对矿物学家们而言是一件宝物。就像我们最近看到的那样,借助这种装置,晶体学取得了长足的进步。他发明了一种简单仪器,用于测定不同物体反射光的能力。对不懂绘画的人而言,他发明的显相器提供了一种描绘自然物体的简便方法。他发明的潜望镜也有很大的用处,销量巨大。他还发明了一种计算化学当量的计算尺,可以马上算出分解给定量的一种物质所需的另一种物质的量。
沃拉斯顿博士的知识面广博,除了卡文迪什先生外,他爱好之广泛,不亚于同时期任何其他科学家。但是,他贡献最大的领域是光学和化学。他的第一篇化学论文研究了尿结石,该文大大增进了我们先前已有的这方面的知识。他首次指明了桑结石的组分,并表明它由石灰草酸盐和动物质组成;首次阐明三重磷酸盐、胆囊性氧化物及偶见于痛风患者关节处的痛风石的性质;首次证实流电和普通电流的同一性,并解释了二者产生不同现象的原因;发现了钯和铑并论述了这两种金属的性质;首次指出草酸和苛性钾按三种不同比例混合后,形成草酸盐、草酸氢盐和草酸二氢盐。他还首次阐述了其他许多化学事实,与此相关的众多论文散见于近四十卷的《哲学汇刊》。这其中一个有价值的工作是将原料铂还原金属并将其制成铂锭。
沃拉斯顿博士于1829年1月死于脑肿瘤。如果我没记错的话,是死于脑丘神经病变(thalami nervorum opticorum)。可能的情形是,肿瘤已长了一段时间。他的眼睛是我见过的最敏锐的眼睛:他可以用钻石在玻璃上刻下很小的字,凭肉眼无法看清,看上去只是一些凌乱的痕迹,但在显微镜下观察这些字迹,它们工整秀气,完全可以辨认。几乎到生命的最后一刻,他都保持着清晰的意识:当他躺在那里看上去毫无知觉的时候,他的朋友们十分担心他还是否清醒,他用手写的方式告诉他们,他的意识完好。很少有人像沃拉斯顿一样获得人们普遍的尊重和信任,或像他那样很少有敌人。当你和他接近,起初会认为他害羞、冷漠并且十分谨慎,但交往相熟之后,他会不知不觉地变得越来越招人喜欢,到最后,你会把他看成是最真挚的朋友,并收获最温暖和最亲密的友谊。
[1]格里芬(Griffin)先生刚出版了该书的一个出色的英文译本,其中包括了作者添加的一些重要补充。
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