很多元素是根据民间传说或者神话来命名的,有时这些元素的名字能够告诉人们一点历史知识。钴的英文源于德语中的“kobalt”,它的意思是精灵或者鬼魂,镍的英文“nickel”也是“魔鬼”的意思,源于德语中的“nicklaus”。这些矿石遇到酸就会分解消失,这让那些日耳曼矿工迷惑不已,还以为是地底的魔鬼偷走了矿石。钽的英文“tantalum”让人想起希腊神话中的宙斯之子丹达罗斯在天堂喝水时被戏弄的情景:无论什么时候,他弯下腰喝水,水都会流走。我从书上看到,赋予此元素这个名字,是因为钽的氧化物不能吸水,也就是说,会溶解到酸里。铌,也就是以丹达罗斯的女儿妮奥比的名字命名的,因为人们发现这两种矿石经常相依相伴。我看过的19世纪60年代出版的书还提到一种元素,这种元素也与钽和铌共存。它的英文是“pelopium”,源于珀罗普斯②,丹达罗斯的儿子,传说中丹达罗斯将他的儿子杀死献给众神。人们起初以为这是铌矿中的一种新元素,后来证实这种元素并不存在。
还有一些元素的名称与天文学有关。比如铀是在18世纪发现的,其名称来自天王星。几年过后发现的钯和铈,是以同一时期发现的小行星智神星和谷神星来命名的。碲有一个非常美丽的希腊名字,与它类似的一种元素因比较轻,于是根据月亮(希腊文selene)的名字命名为硒(selenium)。
我很喜欢读元素的故事或元素的来历,不仅是化学元素,而且还有化学研究的奇闻逸事。所有我知道的知识,都是从一本非常有趣的书上看到的,这本书是战前韦克司所著,书名就是《元素大发现》。通过这本书我可以想象出很多化学家的生活,有时还能想象出他们表现出来的怪异行为。这本书中还收录了早期化学家信件的摘录。从这些信件可以看出科学家在探索过程中的成败得失,尽管最后他们都达到了想要追求的目标,但是他们历尽艰辛,会时不时地迷路,钻进死胡同找不到出口,在黑暗的峡谷中迷失。
儿童时代我对地理和历史的了解都是通过化学,而不是战争或者其他世界大事。我只关注早期化学家的成就,从不关心战争谁胜谁负(也许这样反而帮我摆脱周围的恐怖,事实也确是如此)。我很想去北极圈,也就是稀土金属元素在北方的家,还想去参观瑞典的小镇于特比,这个小镇发现过四种以上元素(镱、铽、铒、钇)。我也很想去格陵兰。我想象中那里会有很多的山脉,还有透明的几乎看不见的冰晶石。我还希望去苏格兰,想去那里看一个小村庄斯特郎廷,此处就是锶的源头。在我看来,整个英国就是由铅矿组成-比如德贝郡的马特洛克矿;拉纳克郡的铅丘矿。还有在威尔士的安格西岛发现的美丽的硫酸铅-安格列塞矿。美国南达科塔也有铅镇-一个小城镇。我总是认为这个城镇就是由金属铅筑成的。元素和矿物的产地对我而言,仿佛一座座灯塔,矗立在世界地图上,闪闪发光。
博物馆里看到的矿物让人生起收藏的欲望。巧得很,只要花上几便士,就能在附近的便利店买那么一个“矿物百宝袋”,袋里装着黄铁石、方铅石、萤石、赤铜石、赤铁石、石膏、菱铁石、孔雀石以及不同形状的石英。和这些相比,戴维舅舅可以拿出更罕见的东西,比如一大块白钨矿片上掉下来的白钨碎片。我的大多数矿物标本都很破旧了;真正的收藏家肯定对我的标本不屑一顾,因为它们太小了,但是,我却感觉我拥有大自然的样本。
通过在地质博物馆中观察矿物质以及在那里学习它们的化学分子式,我才弄明白它们的组成成分。有些矿物的组成是非常简单也是固定不变的,朱砂就是这样。朱砂是一种硫化汞,无论在哪里找到一种特殊的样本,它含有的汞和硫的比例都是一样的。但其他的矿物并非如此,包括戴维舅舅最喜欢的白钨矿。白钨矿是纯钨酸钙,一些样本还含有某种数量的钼酸钙。相反,钼钙矿中有天然的纯钼酸钙,但是钼钙矿的一些样本也含有少量的钨酸钙。事实上,我们很可能拥有介于这两种矿物之间的物质,这种媒介物含有99%的钨酸盐和1%的钼酸盐,也可能含有99%的钼酸盐和1%的钨酸盐。这是因为钨和钼有大小相近的原子和离子,因此在矿石的晶体点阵中可互相替代。但是更主要的是因为钨和钼都属于一个化学组或者化学家族,它们的化学和物理特性都非常相近,所以它们的性质也十分类似。因此,钨和钼与其他元素形成的化合物也很相似,在类似的条件下会自然结晶成酸性盐类。
钨和钼常在一起,可说是一对化学兄弟。铌与钽之间的关系还要更亲密些,常出现在同一块矿石中。锆与铪之间的亲密关系就像是一对双胞胎一样,不仅一同出现在同一块矿石中,而且化学特性也非常相近,光是靠自然的力量是不可能分离的,化学家花了一个世纪的工夫才使之分离。
在地质博物馆闲逛的时候,我突然感觉到这个博物馆好大,囊括地壳中成千上万种不同种类的矿石以及组成这些矿石的丰富的元素。氧和硅是最常见的两种元素-地球上所有的沙子当中大部分是硅合物。在地球上一般看到的岩石-白垩、长石、花岗岩和白云石,大多是镁、铝、钙、纳和钾。铁也很常见,澳大利亚所有区域都好像火星一样红。并且我能以含有这些元素的矿物质小碎片丰富我的收藏。
舅舅告诉我,18世纪是发现和分离新金属的黄金时期(不仅是钨,还有几十种其他金属)。18世纪时,对化学家来说,最大的挑战就是如何将这些新金属从它们的矿石中分离出来。这就是化学。真正的学科是这样建立起来的:研究不同类型的矿石,分析它们,分解它们,看看里面有什么东西。真正的化学分析要通过实验进行:观察什么样的矿石相互反应,观察在加热或者是溶解的时候,它们会有什么样的变化。这当然要求有一个实验室,但是人们几乎在任何地方都可以作一些初步的观察,用手来掂量矿物的重量,估计它们的密度,用眼睛观察它们的光泽以及它们在瓷托盘上的色纹。矿石硬度各不相同,试一下便知分晓-用手指甲可以将滑石和石膏划破,方解石要用硬币去刮,萤石和磷灰石要用不锈钢刀,正长石就得动用钢锉了。石英可以将玻璃划破,刚玉可以划破除钻石外的所有东西。
测量样本的相对密度或者是精确比重的最好方法就是在空气中和在水里称两次矿物碎片,就可得知其密度与水的密度的比值。另一种比较简单的方法就是测量不同的矿石在不同比重液体中的浮力。我非常喜欢这种方法。必须用比重大的液体,因为矿石的比重大于水(只有冰的比重小于水)。我有一些比重大的液体:第一种就是溴仿,这种液体的比重几乎是水的3倍;其次是二碘甲烷,它的比重更大;接下来就是混合两种铊盐的饱和溶液,这种饱和溶液被叫做克累西溶液。这种液体看来虽然就像一般的水,比重足足比水大上4倍以上,很多种矿石,甚至是一些金属都可以非常容易地漂浮在上面。我喜欢将我的克累西溶液瓶带到学校去,让同学拿拿看。大家感觉到克累西溶液的重量时都非常吃惊,这个重量比大家预期的要重几乎5倍。
在学校里我比较害羞(学校的一份评语称我“缺乏自信”),巴拉德菲尔德的经历让我变得更胆小了,但是我一想到自己收集的宝贝-无论是炸弹的弹片还是一块铋矿石(其中的棱柱就像一个个台阶,非常像阿兹特克小村庄的缩影),或者是我那盛克累西溶液的小瓶子,让人伸手一拿就能感觉到非凡的重量;又或者是镓,可以在水中溶化(我有一个镓做的勺子模型,当我用这个小勺来搅拌茶水的时候,小勺就会缩小并溶化)-这些使我不再羞涩,变得开朗,我愿意敞开心扉和所有的人交流,让之前的那些恐惧永远停留在过去。