千分位误差引出的重大发现
瑞利勋爵?????
???瑞利原名斯特拉特，因为他祖父被英国皇室封为瑞利勋爵，他是第三世，故称瑞利勋爵第三。其父辈在科学上都没有什么声望，到瑞利勋爵第三，成了科学巨人。科学史习惯上不称他为斯特拉特，而简称瑞利。
???1842年11月12日，瑞利生于伦敦附近的埃塞克斯。他自幼体弱多病，学习时常因病中断。1861年，他进入剑桥大学的三一学院攻读数学。开始他的学业平平，但不久他以突出的才能超过了班上学习最好的同学。1865年他以优等成绩毕业。当时剑桥的主试人指出：“瑞利的毕业论文极好，不用修改就可以直接付印。”
???1866年，瑞利开始在剑桥任教，直到1871年。这一年，他结了婚，妻子是后来的首席国务大臣的妹妹。1872年，他因严重的风湿病不得不去埃及和希腊过冬，同时开始写作两卷本的《声学原理》。这部物理学上不朽的名著一直写了六年，直到1877年第一卷才初次出版。
???1879年，著名的物理学教授麦克斯韦去世，空缺的剑桥大学卡文迪许实验室主任职位由瑞利继任。瑞利对科研事业热情极高，投入了全部身心。他担任卡文迪许实验室主任之后，扩大了招生人数，把原只有六、七个学生的小组发展为拥有七十多位实验物理学家的先进学派，其中包括女性，反映了瑞利男女平等的观念。瑞利要求学生都要通过实验来学习物理、研究物理。由他开创的这种培养学生的方法从此在欧美的大学流传开来。瑞利还带头捐出500英镑，同时还向友人募集了1500英镑，为实验室添置了大批的新仪器，使实验室的科学研究设备得到充实。后来，该实验室培养了多位诺贝尔奖得主。1884年接替瑞利任实验室主任的汤姆生，在这里发现了电子，荣获1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆生的学生卢瑟福，发现了放射性衰变规律，提出了半衰期的概念。他接替汤姆生任卡文迪许实验室主任后，还是在这里，利用a-射线发现了原子的“行星式”有核结构，第一次打开了原子的大门，于1908年荣获诺贝尔化学奖。卢瑟福培养了很多的学生，其中有成功解释了氢原子光谱的丹麦物理学家玻尔，发现了原子序数与它的X-射线波长间关系的莫斯莱。还培养了中国人霍秉权，霍老于1934年在卡文迪许实验室学习，回国后任郑州大学物理系教授。下图是卡文迪许实验室一角——配有实验仪器的教室。
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???瑞利在卡文迪许实验室最初的研究工作主要是光学和振动系统的数学，后来的研究几乎涉及物理学的各个方面。他用精密的实验建立了电阻、电流和电动势的标准。考虑到建立基本单位准确性的重要意义，瑞利建议英国政府成立国家物理实验室。这个实验室自1900年建立以来，一直是国际上重要的标准化机构。
???瑞利是注重严格定量研究的物理学家。例如他测量气体密度时，想到玻璃容器受大气压的影响，在充满气体和抽成真空时体积是不一样的，因而所受空气的浮力也是不一样的。他将这微小的差别计算在内，可见他的实验作风极为严谨，对研究结果要求极为精确。由他测定的气体密度值，经过了一百多年，有些还在使用。这种追求至真的作风使得他在测定氮气密度时发现并抓住了“千分位的误差”，从而与拉姆塞共同发现了氩。这一成就使瑞利荣获了1904年的诺贝尔物理学奖。1905年，瑞利当选为英国皇家学会主席。从1908年直到1919年去世，他是剑桥大学的名誉校长。下面是瑞利勋爵的画像。
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千分位误差?????
???瑞利对气体密度的测定花费了他二十多年的时间，目的是为了验证普劳特假说。什么是普劳特假说呢？
???早在1815年，曾积极宣扬原子论的苏格兰化学家汤姆逊，在他主编的《哲学年鉴》上发表了英国化学家普劳特的文章，指出各种气体的密度精确地是氢气密度的整数倍。由此他推测氢原子可能是各种元素的“元粒子”。这就是普劳特关于元素的氢母质假说。
???汤姆逊认为“该假说是非常站得住脚的”。他为使原子量的数值符合这一概念积极奋斗了几年之久。他总试图让实验结果去符合他预先想好了的结论，这种治学作风曾受到贝采里乌斯的严厉批评。贝采里乌斯在1826年发表的原子量与汤姆逊基于普劳特假说的臆断值有明显的差别。当时欧洲大陆接受贝采里乌斯的原子量，而英国的化学家则接受汤姆逊的数值。
???1859年，曾反对贝采里乌斯电化二元论的杜马发表文章支持普劳特假说。他说元素的原子量是氢原子量四分之一的整数倍。这就是说，氢原子是四个“氢元粒子”的牢固结合体，在化学反应中这些“氢元粒子”总是不分开。其它元素的原子也是“氢元粒子”的牢固结合体，其数目多数是4的整数倍，即普劳特所说的“氢的整数倍”。比利时化学家斯达广泛使用当时已经发展起来的各种制备纯物质的方法，用二十五年时间精确测定的原子量否定了杜马的结论。但普劳特假说依然引起人们的兴趣。兴趣归兴趣，当时谁也想不到，大约半个世纪后科学家发现了同位素，普劳特假说重新焕发了异彩，人们似乎再度发现了“元粒子”——氕原子核（质子）。由此我们看到科学与伪科学相伴而生，在比较与斗争中看到了真理的曙光。
???瑞利在验证普劳特假说的过程中，是怎样有所发现的呢？让我们看看他的自述吧。
???“20多年来，我一大部分精力从事气体密度这个题目的研究，这些正是普劳特假说所涉及的问题。当时列尼奥宣称氧气的密度是氢气密度的15.96倍。这个数值与16相比，看来是在实验误差范围以内。
???“我的工作同库克同时进行的工作一样，沿用了列尼奥的方法，使用的球形容器和一个外形体积相同的样品容器（密封的）保持平衡。在这样的条件下，实验就不受空气密度起伏的影响。这个考虑非常重要，因为在用黄铜和白金做砝码的常规称量中，气压的高低要比球形容器内是真空或装有一个大气压的氢气造成更大的表观误差。库克最初宣布的结果是和列尼奥的结果相同的，但在他们俩的计算中都忽略了一个修正值。他们都假设球形容器内不论是真空还是装有一个大气压的气体，其外部体积都是相同的。其实在充满气体的情况下体积应比较大。做了修正后，库克的实验结果成为和我同时宣布的数值一致，即15.882。这样，此数值与普劳特假说的差异增大了，重新测定差异也未必减小。
???“我的注意力开始转向氮气。我使用一种处理方法作了一组测试。这个方法是哈库特首先发明的，后由拉姆塞介绍给我的：空气先通过液态氨，再通过一个管子，管中放有炽热的铜。空气中的氧在管中被氨中的氢吸收生成了水，
???????3O2+4NH3=6H2O+2N2?
剩余的氨再用硫酸吸收。在这个实验中，铜仅仅起了增加接触面和指示器的作用。只要铜还发亮，我们就可肯定氨在起作用。
???“我对这样处理过的气体进行了一组测试，结果都一致。起初我打算就此结束对氮气的实验，但后来我仔细考虑，这次所用的方法不是列尼奥的方法，而后者无论如何是值得一用的方法。因此我又回到比较正统的实验程序，不用氨而使空气直接通过炽热的铜。按照此想法又进行了一组实验，其结果又一次完全一致。但是使我惊奇不解的是，两种方法得出的密度值相差千分之一。这个差值虽小，但完全超出了实验误差范围。氨法给出的密度值较小，于是产生一个问题：差值是否由某些已知条件引起的？经过一段时间的研究，对此做出了否定的回答。我很困惑，不知道该怎样继续研究。实验中有一条好规矩：当差值一开始就存在时，我们总是要设法放大这个差值，而不是凭感情放弃它。两种氮气到底有什么差别？一种氮气全部来自空气，另一种氮气约有五分之一来自氨。在氨法中用氧气代替空气是放大这个差值的最有希望的办法，因为这样一来，实验中的全部氮气都应来自氨。这个实验立刻获得了成功。来自氨的氮气比来自空气中的氮气轻约千分之五。这个差值比较大，可以进行满意的分析。一种可能的解释是：空气中有一种比氮气重的气体；另一种可能的解释（这种见解最初相当受化学界朋友的支持）是：经过液态氨处理的气体中存在一种游离状态的氮。由于这种游离氮应当是不稳定的，因此我作了一次实验，将样品保存了八个月，但结果发现密度没有改变。”
?????这就是许多史料都提及的一段实验经过。瑞利用电解水、加热氯酸钾和高锰酸钾等三种不同的方法制取的氧气，密度完全相等。经过十年的努力，他测得氧气和氢气的密度比是15.882:1,削弱了普劳特假说的影响。而他用不同的方法制取的氮气，密度则有微小的差异。由氨制得的氮气密度是1.2508g/L，由空气制得的氮气密度是1.2572g/L，前者要小千分之五左右。对此，他自己反复验证了多次。尽管差别很小，但是瑞利发现，这个“误差”总是表现为由空气除去氧、二氧化碳、水以后获得的氮气，比由氨和其它氮的化合物获得的氮气密度大；误差虽小，但是不对称。瑞利起初认为，之所以由空气制得的氮气密度大一些，可能有四种解释：
???（1）由大气所得的氮气，可能还含有少量的氧气。
???（2）由氨制得的氮气，可能混杂了微量的氢气。
???（3）由大气制得的氮气，或许有类似臭氧O3的N3分子存在。
???（4）由氨制得的氮气，可能有若干分子已经分解，游离的N原子把氮气的密度降低了。
???第一个假设是不可能的，因为氧气和氮气的密度相差不大，必须杂有大量的氧，才有可能出现千分之五的差异。与此同时，瑞利又用实验证明：他由氨制得的氮气，其中不含氢气。第三个解释也不足置信，因为他采用无声放电使可能混杂N3的氮气发生变化，并没发现氮气的密度有所变化，即不存在N3。第四种假设经过八个月的实验也排除了。
???瑞利感到困惑不解。1892年，他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，但他一直没有收到答复。
共同发现氩?????
???1894年4月19日，瑞利在英国皇家学会宣读了他的实验报告。随即苏格兰化学家、伦敦大学教授拉姆塞提出愿与瑞利合作研究。他说两年前就看到瑞利发表在《自然》周刊上的实验结果，今天听了报告更感到空气中可能还含有未知的密度更大的成份。瑞利听出了这话的分量。
???另外有人向瑞利提起了一百多年前卡文迪许所作的实验，他放电使氧气与氮气化合。正是这位与拉瓦锡同时代的卡文迪许，英国的贵族科学家，以科学实验为乐，身后留下了大量的实验记录和大笔的财产。他的亲属（他自己没有后代）1871年捐款给剑桥大学建立了著名的卡文迪许实验室。瑞利曾任实验室主任，当然很容易就找到了当年卡文迪许的实验记录。
???卡文迪许将电火花引入空气时产生了红棕色硝酸气（NO2）。为了深入研究，他用两只酒杯装满水银，又把U型管倒立在两个酒杯上，使水银密封U型管内的空气。在这之前他在水银面上放少量苛性钾，以吸收硝酸气（NO2）。然后通过水银插入导线，在U型管内放电，使气体不断减少。
???????O2+N2=2NO,2NO+O2=2NO2,2KOH+NO+NO2=2KNO2+H2O
???当管内的氧气消耗殆尽时，再通入一些氧气，继续放电。如此反复，卡文迪许率领着他的仆人们，利用摩擦起电，一直摇了三个星期的起电盘。最后管内残留少量不再反应的气体时，卡文迪许用他的“硫肝液”吸收掉剩余的氧气，结果发现还有一个小气泡，说不清是什么气体。他在实验记录中写道：“在U型管里剩下的小气泡是由于某种原因而不与脱燃素气（氧气）化合的浊气，但它又不象普通的浊气（氮气），因为什么电火花都不能使它与脱燃素气（氧气）化合。空气中的浊气（氮气）不是单一的物质，还有一种不与脱燃素气（氧气）化合的浊气，其总量不超过全部空气的一百二十分之一。”
?????瑞利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，得到了曾被称作“浊气”的那种气体。而同时，拉姆塞分别用炽热的铜和苛性钠除去了空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气，最后用炽热的镁粉吸收了氮气，
???????3Mg+N2=Mg3N2
也剩下一点气体。这期间他们互相通信、密切合作。还是看看瑞利的自述吧：
???“假如来自空气的氮比“化学”氮重是由于空气中存在一种未知的成分，那么，下一步就应通过吸收氮来分离这种成份。这是一项很艰巨的任务。拉姆赛和我起初是分别进行工作，后来则是合作从事了这项工作。有两种方法是可行的：第一种方法是在电火花作用下使氮气与氧气化合并用碱吸收酸性化合物。卡文迪许最早就是用此方法验证了大气的主要成份和硝石中的氮是同一种东西。第二种方法是完全用炽热的镁来吸收氮气。用这两种方法都分离出了同一种气体，数量约占空气体积的百分之一，密度约为氮气的1.5倍。
???“从气体的处理方式就可看出，它不被氧化，也不被炽热的镁所吸收，进一步设法使它化合也没有任何结果。不要认为这种气体是很稀少的，一个大厅中它的重量，一个人是搬不动的。”
???拉姆塞将这种气体充入气体放电管中，发现了原来未曾见过的红色和绿色等各种谱线。再经光谱学家克鲁克斯分析，剩余气体的谱线多达200余条。通过光谱分析可以判断这是一种新的气体元素。
???在合作了四个月后的1894年8月13日，瑞利和拉姆塞以共同的名义宣布了一种惰性气体元素的发现。英国科学协会主席马丹提议把这种气体命名为Argon（氩），即“懒惰”、“迟钝”的意思。
???在这之后，他们又想：氩会不会是放电或氮气与镁剧烈反应的产物呢？为了排除这种可能性，瑞利和拉姆塞又作了大量的物理实验，希望结果不受化学反应的影响。他们采用了气体扩散速度比的实验法，即将空气通过多孔性的长管，分子量较小的氮气和氧气就会较多地通过管壁扩散到管外去，最后排出的气体就会含有较重的气体，其密度也会随之增加。管道越长分离得越彻底。这样，他们用物理方法也得到了氩。
???瑞利于1919年病故，比他的精诚合作者拉姆塞晚逝3年，享年77岁。据拉姆塞的学生特拉弗斯说，瑞利与拉姆塞之间往返信件极多，彼此关系十分融洽，共同为科学而努力，毫无名利之争。瑞利逝世后，他的实验室曾供科学界参观，凡是来访问的科学家，对瑞利使简便的仪器发挥出巨大的作用莫不惊异。瑞利实验室中的一切重要设备虽外形粗糙，但关键部位都制造得十分精细。瑞利用这些仪器做了极为出色的定量分析。后人经常记起这位伟大科学家的名言：一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。
拉姆塞爵士?????
???拉姆塞1852年10月2日生于英国的格拉斯哥。他的父母结婚时，都已年近四十，自虑已没有生育子女的希望，没想到第二年就生下小拉姆塞。拉姆塞的父母都是善良聪明的苏格兰人，家庭幸福美满，他们努力使拉姆塞受到良好的教育。
???拉姆塞从小喜欢大自然，极善音律，爱读书也爱收藏书，而且很喜欢学习外语。他幼年时的许多行为，使成年人都感到吃惊。他小时经常坐在格拉斯哥自由圣马太教堂里，寂寞地好像是听卡尔文教徒讲道，大人们不明白这位活泼好动的孩子，为什么能安静地坐着。人们总看见他在阅读圣经，走近一看才明白，原来小拉姆塞看的不是英文版的圣经，而是看的法文版，有时又看德文版。他是在用这种方法学习法文和德文。拉姆塞去教堂的另一目的是看教堂的窗子，因为那窗上镶嵌着许多几何图形，他通过那些图形验证学校学的几何定理。
???拉姆塞14岁时，被格拉斯哥大学文学院破格录取为大学生。他极肯钻研，他的同班同学菲夫回忆拉姆塞刚上大学时的情形说：“拉姆塞刚入大学时，我们没学化学，但他一直在家中做各种实验。他的卧室四处都放着药瓶，瓶里装着酸类、盐类、汞等等。那时我们才刚刚认识，他买化学药品和化学仪器很内行对我印象很深。下午，我们常在他家会面，一起做实验，如制取氢、氧，由糖制草酸等。我们还自制了许多玻璃用具，自制了本生灯，拉姆塞是制造玻璃仪器的专家。我相信，学生时代的训练，对他的一生大有好处，除了烧瓶和曲颈瓶以外，所有的仪器，都是我们自制的。”
???1870年，拉姆塞大学毕业后，去德国海德堡大学拜本生为师继续学习。一年以后，由本生推荐到蒂宾根大学继续深造，他在那里获博士学位。1872一1880年间，拉姆塞在格拉斯哥学院任教。1880年他28岁的时候，由于教学和研究方面都有了较出色的成绩，被伦敦大学聘为化学教授。1888年他被选为英国皇家学会主席，1895年因发现惰性气体元素族而荣获戴维奖章。同年他还被选为法国科学院院士，1911年担任英国科学促进会主席。1902年，英国政府授予他爵士的荣誉称号。下面是拉姆塞爵士的照片。
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???拉姆塞学问很渊博，也是科学界中最优秀的语言学家。1913年，他在化学学会国际会议上担任主席时，使全世界各地代表大为惊奇和愉快的是，他先讲英语，后讲法语，再讲德语，间或也用意大利语，无不流畅自如，从容清晰。这主要得益于他自小的刻苦练习。
太阳元素???
???1890年，美国地质调查所的地球化学家西尔布兰德观察到，当把沥青铀矿粉放到硫酸中加热时，就会放出一种气体，经实验这种气体也是惰性的。1895年，对“惰性”两字十分敏感的拉姆塞和特拉弗斯读到报告后立即重复了这项实验。他们把放出的气体充入放电管中进行光谱分析，原以为要出现氩的光谱，但却出现了黄色的辉光，在分光镜中出现了很亮的黄色谱线——这不是27年前发现的“太阳元素”么？他们又将这种气体标本寄给权威的光谱专家克鲁克斯。克鲁克斯证实这确是“太阳元素”氦。
???1895年3月17日，拉姆塞把他研究太阳元素氦的情况，写信给布卡南说：“那种沥青铀矿经无机酸处理以后，放出的惰性气体，克鲁克斯认为它的光谱有些是新的。我从处理方法上来看，我敢确定它不是氩。现在我们正忙于继续制取，数日以后，我希望能制得足量的做密度测定，我想，也许就是我们寻求已久的氦吧。”不到一周，拉姆塞就证明了这种物质是氦。他非常高兴，在3月24日给他的夫人的信中这样写道：“先讲一个最新的消息吧，我把新气体先封入一个真空管，这样装好以后，就在分光镜上看到它的光谱，同时也看到氩的光谱，这种气体是含有氩的，但是忽又见到一种深黄色的明线，光辉灿烂，和钠的光线虽不重合，可也相差不远，我惶惑了，开始觉得可疑。我把这事告诉了克鲁克斯，直到星期六早晨，克鲁克斯拍来电报。电文如下：从铀矿中分离出的气体，为氩和氦两种气体的混和物。”
还有一族?????
???元素氦、氩发现以后，拉姆塞在他开拓的领域继续深入研究。当时的元素周期表还没有氦和氩的位置。这两种元素不与任何元素化合，即化合价为零，理应另列一纵行作为零族放在第一主族碱金属的左边。氦的原子量为4，排在锂的左边十分合适；但氩的原子量为39.88，而钾的原子量为39.1，这样就出现了原子量大的排在前面的情况。是氩不纯净还是氩的原子量测定有问题？为了确证氩的原子量，拉姆塞又作了大量的实验，结果依然。他是元素周期律的坚信者，这个先进的理论是他做出杰出发现的一个思想基础。他想，应尊重实验结果，不能随意改动氩的原子量。在元素周期表中更应看重的是化合价等元素的性质。这样，他相信氩就应该排在钾的左边。
???既然是一族，性质类似的元素就应该不止这两种。由此拉姆塞预言还有原子量分别为20、82和130的三种未发现的惰性元素，并对其性质作了推测，如惰性、有美丽的光谱等。
???1894年5月24日，拉姆塞给瑞利的信中写道：“您可曾想到，在周期表最末的地方，还有空位留给气体元素这一事实吗？”
??????紧随着坚定的信心，是艰巨的劳动。拉姆塞继续的实验多亏得到特拉弗斯的帮助，这位学生兼助手有着十分高超的实验技能和充沛的精力。他们设法取得了一升的液态空气，然后小心地分步蒸发，在大部分气体沸腾而去之后，遗下的残余部分，氧和氮仍占主要部分。他们进一步用红热的铟和镁吸收残余部分的氧和氮，最后剩下25毫升气体。他们把这25毫升气体封入玻璃管中，来观察其光谱，看到了一条黄色明线，比氦线略带绿色，有一条明亮的绿色谱线，这些谱线，绝对不和已知元素的谱线重合！我亲爱的读者，这意味着什么？
???拉姆塞和特拉弗斯在1898年5月30日，把他们新发现的气体命名为Krypton（氪），意即隐藏的意思。他们当晚测定了这种气体的密度、原子量，同时发现，这种惰性气体应排在溴和铷两元素之间。这正是拉姆塞预言过的。为此，他们一直工作到深夜，特拉弗斯竟把第二天他自己要举行的博士论文答辩都忘得一干二净。
???但是他们更希望找到的是位于氦和氩之间的惰性元素。由于它原子量较小，所以一定会先挥发出来。拉姆塞和特拉弗斯就用减压法分馏残留空气，收集了从氩气中首先挥发出的部分。他们发现，这种轻的部分，“具有极壮丽的光谱，带着许多条红线，许多淡绿线，还有几条紫线，黄线非常明显，在高度真空下，依旧显著，而且呈现着磷光。”他们深信，又发现了一种新的气体，特拉弗斯说：“由管中发出的深红色强光，已叙述了它自己的身世，凡看过这种景象的人，永远也不会忘记，过去两年的努力，以及将来在全部研究完成以前所必须克服的一切困难，都不算什么。这种未经前人发现的新气体，是以喜剧般的形式出现的，至于这种气体的实际光谱如何，目前尚无关紧要，因为我们就要看到，世界上没有别的东西，能比它发出更强烈的光来。”
???拉姆塞有个13岁的儿子名叫威利，他曾向父亲说：“这种新气体您打算怎么称呼它，我倒喜欢用novum这个词。”拉姆塞赞成他儿子的提议，但他认为不如改用同义的词neon（氖），这样读起来更好听。这样，1898年6月，新发现的气体氖就确定了名称，它含有“新奇”的意思。以后氖成了霓虹灯的重要材料。
???1898年7月12日，由于他们有了自己的空气液化机，从而制备了大量的氪和氖，把氪反复分次萃取，又分离出一种气体，命名为xenon（氙），含有“陌生人”的意思。它的光谱是美丽的蓝色强光。
???从液态空气中连续分离出了氖、氩、氪、氙四种惰性气体元素，拉姆塞更加相信空气中也含有氦，他要从空气中再次发现氦。氦的原子量小，又是单原子气体——现在我们知道在所有气体中它的沸点最低，怎样液化它呢？当时已知液态氢的沸点最低，他们就将从液态空气中最先挥发出的氖压缩到一只管子里，再将管中的高压气体放入液态氢中强冷。氖在这种低温下竟成了固体，而氦仍是气体。氦终于从空气中分离出来了！
???这个“太阳元素”1868年在日珥的光谱中首次出现时，是那样的遥远和辉煌！27年后它从地球上的沥青铀矿中挥发了出来。到了1898年，拉姆塞又证实它就存在于我们每时每刻呼吸的空气中。
???在不到一年的时间里，拉姆塞师徒俩艰辛地处理了120吨的液态空气，找到了预言的三种惰性气体元素，使零族元素发展为五种，进一步完善了元素周期表。这在化学史上写下了极为光辉的一页。1904年的诺贝尔物理学奖授予瑞利，同时诺贝尔化学奖授予拉姆塞。同年的两项诺贝尔奖纪念同一项伟大的发现，可见发现惰性气体元素的意义。
???拉姆塞晚年，从事放射学的研究，他在这方面的贡献也很大。他还最早提出化合价的电子理论。他一生著作很多，如《近代理论与系统化学》、《大气中的气体》、《现代化学》、《元素与电子》、《传记与化学论文集》等。
???1916年7月23日拉姆塞病逝，享年64岁。著名科学家威廉·汤姆生在评述拉姆塞的伟大发现时指出：“大部分学者认为科学的想象力更胜于精确的量度。其实，瑞利和拉姆塞的工作证明：一切科学上的伟大发现，几乎完全来自精确的量度和从大量伪数字中明察秋毫。拉姆塞的理论思维能力与动手能力都很强，他把发现的氦、氖、氩、氪和氙等气体，作为一族，完整地插入了化学元素周期表中，使化学元素周期表更加完善，他的这一工作，比每一个单独元素的发现都更为重要。”????
???拉姆塞的名言是：“多看、多学、多试验，如取得成果，绝不炫耀。学习和研究中要顽强努力，一个人如果怕费时、怕费事，则将一事无成。”
1768年德国化学家马格拉夫（Marggraf,A.S.1709-1782）发现氢氟酸以后，到1886年法国化学家莫瓦桑（Moissan,H.1852－1907）制得单质的氟，历时118年之久。在这当中不少化学家损害了健康，甚至献出了生命，可以说是一段极其悲壮的化学元素史。
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1768年马格拉夫研究萤石，发现它与石膏和重晶石不同，判断它不是一种硫酸盐。1771年化学家舍勒用曲颈甑加热萤石和硫酸的混合物，发现玻璃瓶内壁腐剂。1810年法国物理学、化学家安培，根据氢氟酸的性质的研究指出，其中可能含有一种与氯相似的元素。化学家戴维的研究，也得出同样的看法。1813年戴维用电解氟化物的方法制取单质氟，用金和铂做容器，都被腐蚀了。后来改用萤石做容器，腐蚀问题虽解决了，但也得不到氟，而他则因患病而停止了实验。接着乔治·诺克斯（Knox,G.）和托马斯·诺克斯（Knox,R.T.）两弟兄先用干燥的氯气处理干燥的氟化汞，然后把一片金箔放在玻璃接受瓶顶部。实验证明金变成了氟化金，可见反应产生了氟而未得到氟。在实验中，弟兄二人都严重中毒。继诺克斯弟兄之后，鲁耶特（Louyet,P.）对氟作了长期的研究，最后因中毒太深而献出了生命。法国化学家尼克雷（Nickles,J.）也遭到了同样的命运。法国的弗雷米（Fremy,E.1814－1894）是一位研究氟的化学家，曾电解无水的氟化钙、氟化钾和氟化银，虽然阴极能析出金属，阳级上也产生了少量的气体，但始终未能收集到。
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同时英国化学家哥尔（Gore,D.G.1826-1908）也用电解法分解氟化氢，但在实验的时候发生爆炸，显然产生的少量氟与氢发生了反应。他以碳、金、钯、铂作电极，在电解时碳被粉碎，金、钯、铂被腐蚀。这么多化学家的努力，虽然都没有制得单质氟，但他们的经验和教训都是极为宝贵的，为后来制取氟创造了有利条件。
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莫瓦桑出生于巴黎的一个铁路职员家庭。因家境贫穷，中学未毕业就当了药剂师的助手。他怀着强烈的求知欲，常去旁听一些著名科学家的讲演。1872年他在法国自然博物馆馆长和工艺学院教授弗雷米的实验室学习化学，1874年到巴黎药学院的实验室工作，1877年获得理学士学位。1879年通过药剂师考试，任高等药学院实验室主任。1886年成为药物学院的毒物学教授。1891年当选为法国科学院院士。1907年2月20日在巴黎逝世。他在化学上的创造发明很多，现在主要介绍他在氟方面的研究。
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1872年莫瓦桑当上弗雷米教授的学生，开始在真正的化学实验室工作了。
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弗雷米教授是当时研究氟化物的化学家，莫瓦桑在他的门下不仅学到了化学物质一般的变化规律，而且还学到了有关氟的化学知识和研究过程。他知道早在６０年代安培和戴维就已证明，盐酸和氢酸是两种不同的化合物。后一种化合物中含有氟，由于这种元素反应能力特别强，甚至和玻璃也能发生反应，以致人们无法分离出游离的氟。弗雷米反复做了多种实验，都没有找到一种与氟不起作用的东西。虽然他知道制单质氟这个课题难着了许多化学家，可是莫瓦桑对氟的研究却非常感兴趣，不但没有被困难所吓倒，反而下定决心要攻克这个难关。由于工作的变化，这项研究没有及时进行，所以在10年以后，才集中精力开展研究。
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莫瓦桑先花了好几个星期的时间查阅科学文献，研究了几乎全部有关氟及其化合物的著作。他认为已知的方法都不能把氟单独分离出来只有戴维设想的方法还没有试验过。戴维认为：磷和氢的亲合力极强，如果能制氟化磷，再使氟化磷和氧作用，则可能生成氧化磷和氟，由于当时还没有方法制得氟化磷，因而设想的实验没有实现。于是莫瓦桑用氟化铅与磷化铜反应，得到了气体的三氟化磷，然后把三氟化磷和氧的混合物通过电火花，虽然也发出了爆炸的反应，但并没有获得单质的氟，而是氟氧化磷。
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莫瓦桑又进行了一连串的实验，都没有达到目的。经过长时间的探索，他终于得出了这样的结论：他的实验都是在高温下进行的，这正是实验失败症结所在。因为氟是非常活泼的，随着温度的升高，它的活泼性也就大大地增加了。即使在反应过程中它能够以游离的状态分离出来，它也会立刻和任何一种物质相化合。显然，反应应该在室温下进行，当然，能在冷却的条件下进行那就更好一些。看来电解是唯一可行的方法了。他想如果用某种液体的氟化物，例如用氟化砷来进行电解，那么怎样呢？这种想法显然是大有希望的。莫瓦桑开始制备剧毒的氟化砷了，随即遇到了新的困难，原来氟化砷是不导电的。在这种情况下，他只好往氟化砷里加入少量的氟化钾。这种混合物的导电性能好，可是在反应开始几分钟后，阴极表面覆盖了一层电解析出的砷，于是电流中断了。莫瓦桑疲倦极了，十分艰难地支撑着。他关掉了联通电解装置的电源，随即倒在沙发椅上，心脏病剧烈发作，呼吸感到困难，面色发黄，眼睛周围出现了黑圈。莫瓦桑想到，这是砷在起作用，恐怕只好放弃这个方案了。出现这样的现象不是一次，曾因中毒而中断了四次实验。莫瓦桑的爱妻莱昂妮看到他漫无节制地给自己增加工作，而且又经常冒着中毒危险，对他的健康状况极为担心。
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可是莫瓦桑仍然继续进行实验，设计在低温下电解氟化氢。由于干燥的氟化氢不导电，于是往里面加入少量的氟化钾。他把这个混合物放在一支Ｕ形的铂管中，然后通电流。在阴极上很快就出现了氢气泡，但阳极上却没有分解出气体。电解持续近一小时，分解出来的都是氢气，连一点氟的影子也没有。莫瓦桑一边拆卸仪器，一边苦恼地思索着，也许氟根本就不能以游离状态存在。当他拨掉Ｕ形管阳极一端的塞子时，惊奇地发现塞子上覆盖着一层白色粉末状的物质。可不是么，原子塞子被腐蚀了！氟到底还是分解出来了，不过和玻璃发生了反应。这一发现使莫瓦桑受到了极大的鼓舞。他想，如果把装置上的玻璃零件都换成不能与氟发生反应的材料，那就可以制得单体的氟了。荧石不与氟起作用，用它来试试吧，于是把荧石制成试验用的器皿。莫瓦桑把盛有液体氢和氟化钾的混合物的Ｕ形铂管浸入制冷剂中，以铂铱合金作电极，用荧石制的螺旋帽盖紧管口，管外用氯化甲烷作冷冻剂，使温度控制在-23℃，进行电解。终于在1886年第一次制得单质氟。莫瓦桑的成就经过著名化学家的审查，认为是无可争论的。为了表彰他在制氟方面所作的突出贡献，法国科学院发给他一万法郎的拉·卡泽奖金。20年以后，又因他研究氟的制备和氟的化合物上的显著成就，而获得了1906年的诺贝尔化学奖。
制盐技术在中国
据说，在远古时代，渤海地区居住着一个名叫“宿沙氏”的部落。这个部落以打鱼为生。在这个部落中有个最能干，最聪明的人，名叫“宿沙瞿子”。一天他用瓦罐提了半罐海水放在草棚前，准备冲脚。谁知，因忙别的事把冲脚的事忘了。过了六七天，发现瓦罐中的海水干了，瓦罐内留下一层白色的粉状物。当时他刚好捕到一条鱼，他便用手把白粉抹在了鱼身上，没想到抹了“白粉”的鱼特别好吃。于是他便想到，如果用火煮海水制成盐，不就可以天天食用了吗？然后，他用罐子提了海水架在火上煮了起来，没过多久，他便煮出了盐。他把盐分给部落的人，随后，其他人也像他一样煮起盐来。这样，制盐业便兴起了。后人为纪念他，建庙祭祀并把他称为“盐祖”。
宿沙瞿子是否真正存在，目前也未得出结论。但有一点是可以肯定的，那就是我国的制盐业历史悠久，最早的盐来自大海，为“海盐”。接着又产生了池盐、井盐、岩盐等。明朝科学家宋应星在他所著的《天工开物》中，对盐的制作工艺作了详细说明。他在书中记载：
海水本身含有盐质。海边地势高和地势低的地方都能产生盐。
同为海盐，制取的方法却不一样。一种方法是：在潮水漫不上来的高岸地种盐。各种盐户自有一定的地段界限，互不相侵。预计明天天晴无雨，今天就把稻草、麦杆灰和芦、茅灰撒在地界内的土地上，约撒一寸左右，并将之摊匀压平。第二天早晨大雾时，盐就像茅草一样在灰下长出来。雾散天晴后，到中午时就可将灰和盐扫起，拿于洗淋煎熬，就得到了需要的盐。
另一种方法是：在海潮涌没的地方，预先挖一个深坑，然后在坑上横架木杆，上铺草席，草席上铺沙子。当海潮没顶冲过时，卤气便通过沙子渗到坑中，然后撒去草席和沙子，用灯在炕里照，当卤气把灯火熄灭，就可取出卤水煎炼。
这两种方法只能在晴天时制盐，如果遇连阴雨天，就出现了“盐荒”。
在滩场制盐用的是大晒盐，它不用煎炼，扫起来即可食用。除此而外，利用顺风海水漂来的海藻草煎炼出来的盐叫蓬盐。
煎盐和洗盐方法是挖两个坑（一深一浅），用竹竿等横架坑上，上铺苇席，将扫来的盐料铺于席上，并堆成堤坝形，中间用海水灌沐，卤水便渗入浅坑。深坑接受浅坑灌淋出的卤水，然后放锅里煎炼。
用卤水熬盐如不结晶，可将皂角捣碎，与粟米糠混合。当水沸时倒入搅匀即可。
对于池盐、井盐、岩盐此书也有记载。
池盐：
池盐产地有宁夏和山西解池，现在产地远远不止这两处。
春天是引水种盐的最好时机，晚了水就会变红。待夏秋之交，南风一吹，一夜便可结成盐粒。这种盐称为“颗盐”，即古书中的“大盐”。由海水煎炼的盐较细碎，而盐池形成的盐颗粒较大，所以才冠以“大”的称号。
井盐：
四川离河不远的石山上，多可以凿井取盐。井口不过几寸，而井深却在100米以上。凿掘这种井费用高，难度大。一般井浅需一个多月；深井要半年以上才能掘完。待盐井凿到卤水层后，找一根一丈多长的好竹子，把中间全部凿通，只保留最底下那一节，在节上按上阀门，再用粗绳将装有阀门的竹子沉入井中，就可以汲满卤水了。卤水一提上来，立即倒入锅里煎炼，卤水很快就能结成盐。
岩盐：
陕西阶州（今甘肃武都、康县等）和风县等地，盛产岩盐。在当地的岩洞中，附着一层盐，直接刮取即可食用，不需煎炼。
宋应星对岩盐的记载不是最早的。最早见于史书《北史·西域传》中，书载高昌出红盐和白盐。尽管如此，宋应星的记述在科学技术史上还是极有价值的，它至少让后人了解了更多的岩盐产地。
〈关闭窗口〉 火柴生产小史
安全火柴的着火原理，是火柴上的化学物质与火柴盒上的一种化学物质产生反应。擦火柴所产生的热力，会触发这种化学反应。若火柴头与摩擦表面没有接触，火柴就不会燃烧。
现代火柴的始祖是英国药剂师和克。1827年，他制成属于一擦即着的火柴，不过并不十分可靠。
1830年，法国的索里埃发明用黄磷作火柴头，制成更好的火柴。这种火柴称为摩擦火柴，一直沿用至19世纪末。
摩擦火柴非常可靠，而且方便储存。不过有一个最大的缺点就是容易致命。黄磷燃烧时放出毒烟，长期接触会引起一种称为磷毒性颌骨坏死的病，患者颌骨烂掉，最终死亡。
火柴厂工人受影响最大。黄磷在上世纪末禁用于制造火柴，由三硫化四磷取代。
19世纪50年代中期，瑞典制造商伦德斯特罗姆将磷与其他易燃成分分开，创制出安全火柴。他把无毒的赤磷涂在火柴盒的摩擦面上，其他成分则藏于火柴盒中。
现在，火柴都是以自动化机器制造。每小时生产量达200万根，并把火柴装进盒子备用。标准火柴的制作是先把原木切成小木条，每根厚约2.5公厘，再把小木条切成火柴枝，浸于碳酸铵中，这是为了确保火柴枝不会闷烧。
火柴枝由机器插入一条不停移动有孔长钢带，末端浸在热石蜡中；石蜡渗入木材的纤维，可助火焰由火柴头外层烧至火柴枝顶端。然后，火柴浸在制造火柴头的混合物中。安全火柴的火柴头含有硫磺和氯酸钾，硫磺的作用是产生火焰，氯酸钾则用于供应氧。
火柴头干后，火柴枝被击落，掉在输送带上的火柴盒内匣里。
火柴盒的外匣在另一行平行的输送带上。两条输送带每隔数秒就停下来，内匣被推进外匣里。匣子两旁加上涂有赤磷的划纸，造成擦面。若是一擦即着的火柴，摩擦面则由玻璃砂纸或含砂树脂制成。
金属水下焊切
焊接是通过产生足够的热量把金属熔合在一起。产生热量时熔化金属的几种方法中，只有电弧焊可以应用在水下作业。用一股强电流通过两极之间的小空隙产生弧电，焊接时，须修补的金属作为另一电极，电荷从电缆末端的电极流到金属，产生热量而使金属熔化。水下焊接在二战期间曾用于紧急修补船只，当时应用并不广泛，直到20世纪70年代，水下修理的活动才大量增加。
现在焊接的方法有两种，即湿式焊接法和干室焊接法。
湿式焊接：由发电机在水面上供给500安培左右的强大电流，用绝缘电缆送到潜水焊接处，为防止漏电，在电极上涂了蜡或防水漆。但是这种方法的缺点在于水很快冷却了焊接的金属，使焊缝变得又脆又硬。焊接的热量使水分解为氢与氧，热的氢和氧会穿透焊缝，降低了强度；另外这种方法不能在90米深以下作业，否则水压太大导致不能产生电弧放电。
干室焊接法：这种方法可用于深水作业，焊缝质量较好，但成本较高。具体方法是，首先，在需要修理的地方用一个坚固透明的塑料罩保护起来，然后充入压缩气体，把水排出，这样在焊缝周围的金属是干的。然后，焊接室底部敞开，潜水员可在里面使用焊炬。室内的压缩气体阻止水进入。但焊接时产生的烟和蒸汽使工作人员看不清工作情况。
要想使焊接效果更好，可用一个大罩把潜水员同修理范围全部罩上，这样焊出的焊缝与地面操作效果可相媲美，但费用昂贵，因这种高压室必须专门设计，以适合在修理处安装。此外还需要有其他昂贵的密封设备。在深水处作业，例如300米左右，还需制造容纳几个人的工作室，便于工作人员轮换休息。但是水过深时，人工操作可能比较困难，特别是钻油井越来越深，有需要在600米深处作业。所以人们开始设想用遥控机器人来代替潜水员。
深水切割同深水焊接一样，应用范围越来越广。而深水切割所费人力非常大。在北海深处切割不列颠石油公司马格纳斯钻油台零件，所费时间比太空人从地面登月球还多。在水深200米处作业，回到地面前要8天时间来减压。
水中切割现在使用两种方法，即氧气电弧切割法和爆炸法。
氧气电孤切割法与电焊过程相似，只是用氧气和强电流产生高热切开金属，而不是把金属熔合；切大块金属，一般先用氧气电弧切割法在金属里开出横槽，放入塑性猛烈炸药，只要炸药放置在正确的位置上，且药量适中，就可炸出一条整齐的切口。
炸药的发明
1831年，英国人比克福德发明了安全导火索，使炸药的应用条件得到了极大改善。黄色炸药威力较大，它是由瑞典化学家、工程师和实业家诺贝尔发明的。1846年，意大利人索布雷罗合成硝化甘油，制成了液体炸药。这种液体炸药，爆炸力强，但使用时极不安全。1859年，诺贝尔父子俩又对硝化甘油进行研究，最后用“温热法”对硝化甘油进行了较为妥善的处置。1862年，他们建起了一座炸药加工厂，专门生产经过处理的炸药。但投产不久工厂就发生了爆炸，诺贝尔的父亲被炸成重伤，弟弟被炸死。为此，政府禁止重建炸药工厂。为了寻求减少搬动硝化甘油时发生危险的方法，诺贝尔把试验室搬到了一只驳船上，在船上进行试验。1865年，他发明了雷汞雷管，与比克福德发明的安全导火索并用，成了硝化甘油炸药等高级炸药的引爆手段。在试验过程中，他发现硝化甘油被干燥的硅藻土所吸附以后的混合物运输时很安全，而后又经过反复研究，不断改进，终于研制出了运输安全，性能可靠的黄色炸药——硅藻土炸药。随后又开发成功一种威力更大的同类型炸药——爆炸胶。10年后，他又研制出了第一批硝化甘油无烟火药弹道炸药。
此后，各个国家的科学家们研制出了一代代的更高级的炸药，炸药的用途也越来越广，爆炸力越来越大，但安全度和可靠性却越来越高，用量却越来越少。时至今日，炸药除了军事以外，其他各个领域都得到了广泛的应用。
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