保罗叔叔已经准备进行新的实验了,孩子们总是非常喜欢这些实验。桌子上放着锡盒,里面是装有磷的瓶子;盘子里放着那只著名的钟形玻璃罩,中间是一个装满石灰的浅碟。
“叔叔,你准备用这些设备做什么实验呢?”孩子们询问道。
叔叔说道:“你们对我们呼吸的空气并不十分了解。组成空气的两种元素,只有氮你们已经知道了;而另一种,氧,含量虽然并不大但是却更为重要,你们除了名称以外基本上什么也不知道。你们回忆一下燃烧磷的实验向我们证明了什么,你们知道空气中的五分之一是氧,这是我告诉你们的,并没有事实证明。任何东西燃烧都需要氧,没有氧火焰会熄灭,没有氧动物也无法存活。但是氧到底是什么呢?它单独存在的时候,不像在空气中那样和氮混合在一起,可以做什么呢?孩子们,这是一个非常重要的问题。我想努力给你们解答这个问题。
“因为五公升空气中有四公升氮和一公升氧,所以无论我们想获得哪一种元素的纯态,都应该以空气为来源。现在,空气中的氧和氮并没有化合,只是简单地混合在一起,这一点以后有机会我会给你们证明。因为它们只是混合,所以只需要简单地分离出需要的物质,但这也是一件非常困难的事情。我们怎样才能分离两种看不见、摸不着的物质?之前我们把硫粉和铁屑混合在一起,埃米尔认为这两种东西是可以分离出来的,只不过需要很多时间和极大的耐心。他的话是正确的:因为只要手指灵活、眼神敏锐就可以把这两种物质分离出来。然而,这种叫做空气的混合物就完全不同了。组成这种混合物的两种物质都看不见也感觉不到的,即使我们可以看见它们,想要把它们分离出来也非常困难,因为它们的性质都非常微妙。那么,我们应该做什么呢?”
“我们用一块磁铁就可以很容易的分离铁和硫,”沉思了一会儿,朱尔斯说,“即使它们都是粉末,融合在一起,用一块磁铁就可以很快把它们分离出来。我们能不能也用什么方法把构成空气的两种物质分类呢?”
“是的,”埃米尔插话道,“我想我们可以找到一种东西,让它吸引空气中的一种气体,留下另一种,就像是磁铁吸铁粉而不吸硫那样。”
“孩子们,你们知道吗?我没有想到你们还有这么好的理解力。”保罗叔叔回答,“你们的答案让我非常高兴,正和我准备跟你们建议的一样,这是唯一一种可行的办法。埃米尔说他想要找到的那样东西,其实你们都已经知道了,你们已经在实验中见过,前天就见过。”
“是磷吗?”孩子们询问道。
“是的,是磷。当它在钟形玻璃罩里燃烧的时候,它是不是消耗了所有的氧,把它的同伴——氮,留在了钟罩里?”
“是的,它就是这样的。”
“它表现的是不是跟磁铁一样,当你们把磁铁放在铁屑和硫的混合物中时,它吸走了铁屑,而把硫留在了纸上?”
“它确实是这样!”
“磁铁吸铁,但是不吸硫,所以硫被留下了。同样地,燃烧硫的时候消耗空气中的氧,但是却留下了氮,因为它不喜欢氮。”
“我想,现在我们马上就可以有氮了。”朱尔斯说,“我们先把被铁屑包裹的磁铁从混合物中拿出来,然后我们把铁屑放到一张和硫距离远的纸上。现在让我们让磷吸住所有它喜欢的氧,然后我们再把它拿走。”
“这是一个重要的建议,”保罗叔叔称赞,“但不幸的是,这个并不能完全生效。虽然磁铁很乐意交出它吸的铁粉,但是硫却不乐意把它吸的氧交出来。我告诉过你们,硫的胃口特别大。只要它吸满了氧,它是不可能再吐出来的。除非我们采取暴力手段,但是我们这个简陋的实验室没有条件这样做。只要它得到了氧,它就会一直牢牢控制着,而我们的设备有限,我们没有办法成功地让它放手。”
“那就让它控制着氧吧。”朱尔斯苦恼地发现,就在他以为计划就要成功的时候却失败了,“我会尝试别的方法。有什么东西跟磷的作用刚好相反吗?有什么东西吸走空气中的氮,而只留下氧?那样就可以更简单一点。”
“毫无疑问那会简单很多,但是——”
“但是什么?”
“唉,也有问题,而且是最严重的问题!你们一定知道,氮是一种最不爱交际的元素,它明显对任何联盟的概念都有敌意。没有什么元素和它有关系,通常来说,它对任何合作伙伴都没有用处。它讨厌化合,只有我们用最有技巧、最柔和的设备哄诱它的时候,它才会接受联盟的形式。我们不要再希望通过让它与另一种物质结合,从而将它从空气中分离出来;所有这样的尝试都是注定要失败的。
“我们一定要绝望地放弃吗?当然不是的。如果我们操作谨慎的话,第一种方法会非常有效。磷燃烧的时候和空气中的氧紧密结合,想让它放弃氧是绝对不可能的。但是,幸运的是,不是所有的单质都是这样。我们应该找到一些更随和的、不需要怎么哄骗就能乐意放弃自己战利品的物质。今天,我们将要先学习这种气体,就像我们说的那样,它可以被储存在燃烧的物质中;为了证明这个事实,我们还要使用磷。
“你们还没有忘记我们前天的实验中,当磷燃烧的时候,烟雾是怎样在钟形玻璃罩中形成的吧?像牛奶一样乳白色的浓密烟雾给你们留下了很深的印象,你们一定都记得。你们也应该记得烟雾是怎么样一点点被碗里的水驱散的。如果我没有提醒你们注意的话,你们可能会认为烟雾的消失是火消灭一切的实例。你们通常会有这个观念,那就是火会把它燃烧的任何材料消灭得一干二净。我仅仅告诉你们,火不能消灭物质是远远不够的;我希望通过事实的证明,让我这一小小的断言变得令人信服。因此,我告诉你们,火不会消灭,只是改变了物质;它改变了物质的外观和性能,但没有影响它的存在。磷会给我们提供一个很好的例子,同时也会告诉我们一些知识,这些知识是关于我们今天课堂的主要话题。我们将要做的实验,一个方面会向你们证明火不能破坏物质,另一方面又通过燃烧储存了氧。
“磷燃烧释放出的白色烟雾很容易溶解在水中,在我们上次实验中我们可以很明显地观察到它们迅速消失。因此,为了保存这些白色烟雾,用于在空闲的时候检测它们,让它们在冷却的时候呈现自然属性,我们就需要在没有水的地方进行燃烧实验。我们要充分做好预防措施,因为燃烧磷所形成的这种化合物非常喜欢水蒸气。不论空气看上去有多干燥,一定或多或少包含有我们看不见的水蒸气,而燃烧的磷会贪婪地猛扑过去,把自己溶解在水蒸气里,就像糖溶解在水中一样。因此,我们的钟形玻璃罩里必须有完全干燥的空气,这样才能进行燃烧实验。”
“这种干燥空气,是我用生石灰得到的,生石灰是指泥瓦匠将石灰熟化之前或者是刚刚从石灰窑中烧制出来的石灰。你们当然应该知道石灰在空气中放置一段时间之后会发生什么变化。”
“我知道你的意思了,”朱尔斯说,“石灰会慢慢地裂开,然后逐渐粉碎,化为乌有,就跟把少量的石灰撒在水中一样;不过后者消失的会快一点。”
“就是这样的。一小块石灰撒上水之后会慢慢裂开,粉碎,化为乌有。在空气中暴露一段时间,它也会这样,只不过要慢很多。为什么呢?因为它一点点地吸收了周围空气中的水分,就像是水雾一点点喷洒在它上面一样。因此,石灰可以吸收水分,不论水分多少它都可以吸收。我们可以说,它是从周围的空气中,一点点的用武力吸收水分。因此现在我们有了一个既简单又方便的方法来得到全完干燥的空气。
“几个小时之前,我把一浅碟生石灰放在大盘子的中间,上面盖了一个钟形玻璃罩,当然也装满了空气。做了这样的准备,燃烧磷释放的烟雾就不会逸出了。因为不仅是钟罩中的空气,盘子的表面和钟罩内部都已经变得非常干燥了。现在我们开始做燃烧磷的实验吧。”
保罗叔叔从水里切了一小块磷,小心地用吸墨纸吸干。然后把它放在一小块破陶片上,他拿出了装满石灰的浅碟,换成了磷;他点燃了磷,再立刻把它放在盘子上。在孩子们看来,起初,这次燃烧实验和上次看见的现象没有什么不同:同样耀眼的火焰,浓密的白色烟雾同样呈旋涡状。但这时发生了一点不一样的事:在没有知觉的玻璃罩内部,烟雾凝结了,变成了漂亮的白色薄片状的物质,一片片地分开,到处散落,就像飘落的雪花一样。盘子很快覆盖了一层奇怪的雪花状的物质,这种物质来自于火焰中央。
“好了,埃米尔,”保罗叔叔说,“你对这种‘雪花’有什么看法?”
“我认为非常奇妙。有谁会想到火可以制造降雪呢!不过我当然知道这不是真正的雪,尽管人们可能会被它的外观欺骗。这些‘雪花’,这么白这么漂亮,一定来自于燃烧的磷,因为它们不可能来源于别的东西。”