“警告过后,我们还要按照谨慎的要求行事。现在,我向你们解释磷是如何显示出空气的组成部分。我们必须燃烧一点固定量的空气,这些空气必须和大气隔离。我们实验用的容器应该足够大,这样玻璃杯才能离火焰足够远,以避免产生裂缝或者热量中断。如果我没有合适的仪器的话,一个常见的玻璃罐头瓶也会很合适,它从顶部到底部可以装两升或者更多的空气,非常合适。现在我们有更好的东西——化学家的钟形玻璃罩,我最近刚买的,你们以后会发现,它将是我们的实验室里最有用的装置。我要求你们尤其要注意它。你们可以看到,这是一个由无色玻璃制成的简单容器,它是圆柱形的,它的顶部是圆柱状的,有一个把手,是专门用来手拿的。它是扩口的,让人想到教堂的青铜钟的形状,这就是它的名字钟形玻璃罩的来由。有些纤弱的植物需要背阴和温暖,园艺师们就是用类似的玻璃罩盖在上面。但是对实验室来说,园艺师用的玻璃罩都太大了,有些累赘。如果有人可以找到一个中型的玻璃罩就会非常完美。”保罗叔叔耐心说道。
“一个大瓶子,园艺师用来保护植物的大小合适的玻璃罩,或者是常见的化学家的钟形玻璃罩,我们要是有机会得到其中的任何一个用来做燃烧磷的实验容器都会非常好。但是保罗叔叔的钱包让我们有机会得到了一个真正实验室用的钟形玻璃罩,让我们心怀感激,继续进行我们的实验吧。”朱尔斯说。
“燃烧试验,也就是燃烧一点磷,必须在水面上进行,这才能使玻璃罩内部和外界之间的空气隔绝。所以,我们必须把磷放在一小块漂浮物上使它保持干燥,为了这个目的,我们可以使用任何小的、可以漂浮的物体,比如说一个软木塞或者一小片木头。但是我们的漂浮物可能会被燃烧的磷引燃。因此我们要把磷放在一个可以漂浮的小陶盘上,我们可以简单地从旧的破陶罐上找一小块凹形碎片来当陶盘用。现在一切都准备好了,我们将要继续进行实验了。
“首先,我们需要从一块磷上切下一小片。磷很软,和凝固的蜡的硬度差不多,可以用刀切下来;但切的时候不能太粗心,就跟削一根松木似的。如果把磷暴露在空气中,仅仅是摩擦,就可能让磷燃烧,这就会跟那个粗心的人一样,造成非常严重的损伤。这种易燃物不能暴露在空气中,必须在水里切,而且一定要用指尖,时间要尽可能短。看我的。”
保罗叔叔把手放进瓶子里,取出了磷。磷有一股强烈的大蒜味,并且释放出少量白烟。他告诉孩子们,那股大蒜的气味是磷天然的味道;如果在黑暗中看的话,会发现白烟在发光。火柴也会发出一点点同样难闻的气味,不过味道要小得多。磷立刻被放入一碗水中,保罗叔叔将双手都放进去,用刀切了一小块磷,跟两颗豌豆的大小差不多。这一小块磷被放在一小片破陶片上,然后陶片又被放在一小片木头上,这片木头有足够的浮力,可以支撑起陶片;所有东西都被放在一个装满水的中型碗的表面。
保罗叔叔迅速用一根燃烧的火柴点燃了磷,他快速盖上了钟形玻璃罩,里面立刻充满了烟雾。燃烧!孩子们看到磷燃烧得非常剧烈,这对孩子们来说非常新奇,他们到现在还没见过什么易燃物比用一小根火柴点燃的磷燃烧得更剧烈。燃烧的时候发出噼噼啪啪的声音,火焰非常耀眼,简直令人眩目。白烟形成密集的烟雾,看上去好像钟形玻璃罩里装的是牛奶一样。同时,碗里的水快速上升到玻璃罩里,保罗叔叔不得不加更多的水,以防止碗的底部变干,因为那样的话,空气就会进入钟形玻璃罩里。像牛奶一样乳白色的烟雾越来越厚,都看不见磷燃烧的火焰了;偶尔看见的时候,就像是穿过厚厚的云层的闪电。但是后来,喷出的火焰越来越稀少、越微弱,最后完全停止了。
“都结束了,”保罗叔叔宣布,“磷已经消耗了钟形玻璃罩里空气所含的所有氧,现在里面只剩下氮,而氮无法维持燃烧,尽管陶片上还有一点点易燃物。当白色烟雾都散去的时候,我们需要观察一下。同时我们要讨论这种烟雾,看上去它漂亮的乳白色非常吸引你们的注意。它来源于燃烧的磷,也就是磷和空气中的氧化合而成。磷燃烧的火焰非常耀眼,也非常剧烈,同时伴随着化合反应,就像通常那样。我并没有说热量,如果陶片可以说话的话,它可以证明。烟雾易溶于水,因此水从碗里里一点点的上升,就这样展示出氧是如何消失的。我们需要再等差不多二十分钟,这样玻璃罩里的东西就会像开始时那样清晰透明。但是为了加快这个过程,我们看看可以怎么做:我们可以轻轻地摇晃钟形玻璃罩,流动的水就可以清洗它的内部,并且驱散烟雾。这样里面就可以很快清晰了。”
保罗叔叔细心地摇晃玻璃罩,里面的气体很快恢复了它本来的透明状态。我们可以看见,在破陶片上有一小块残渣,但是现在是红色的,颜色变化非常大,以至于孩子们都没有辨认出它是硫。被热量熔化以后,磷在陶片上散落,它的样子发生了很大变化。但是为了让他的听众相信这还是硫,保罗叔叔轻轻地倾斜钟形玻璃罩,让这一小块漂浮物靠近边缘,这样就可以很容易的取出这一小块漂浮物和它上面的东西。
他说:“我们现在得到的是真正的磷,除了它有一点轻微的红色,这是热量和熔化造成的。燃烧过后留下的磷比燃烧的时候还要多,你们可以自己判断一下。”
破陶片被拿到花园中,这样就不会和工作室里难闻的硫的味道混合在一起。保罗叔叔用火柴点燃了这种红色的物质,它发出了耀眼的光芒,并释放出白色的烟雾,就跟玻璃罩下的燃烧是一样的。这就可以证明,陶片上还有一些磷,甚至是大量的磷,因为它燃烧了相当长时间。这次所有的颗粒都消耗完了,最后只剩下消散在空气中的白色烟雾。
“如果钟形玻璃罩下面停止燃烧,”保罗叔叔继续说道,“这并不是因为缺少可以燃烧的东西,因为最后还剩了大量可以燃烧的东西,而是缺少了必要的气体维持燃烧,简而言之,就是氧。当最后一点氧耗尽的时候,它停止了燃烧,无论磷的量有多小,只要有氧它就可以一直燃烧。所以,钟形玻璃罩里现在只有纯氮,它不支持任何物质燃烧。
“磷的实验再一次告诉我们(就像蜡烛实验那样,不过这次更肯定、更明显):空气中包含两种气体,支持燃烧的氧,和不支持燃烧的氮,氮不支持蜡烛也不支持磷或者是别的物质的燃烧。它还告诉我们这两种气体在空气中的比例,它们都是单质,都是非金属,在空气中混合。我们的钟形玻璃罩是圆柱形的。如果我们把它的高度分为相同的五个部分,每一部分可以代表相同的容量和体积。现在我们可以看到,水从玻璃杯中上升,占据了之前氧的位置,占总高度的五分之一,氮占剩余的五分之四。因此,我们周围的空气中,氮是氧的四倍;或者换一种方式说,五公升空气中包含四公升氮和一公升氧。
“我们今天先到这里。我先通知你们,明天我们的化学实验需要两只活的、没有受伤的麻雀。你们做个陷阱捉麻雀吧。我要先告诉你们,一定要小心,不能骚扰到花园里各种各样的鸟类,它们是勤勉的猎手,专门捕捉危害农业的昆虫和蠕虫;但是我很乐意给你们自由行动的时间让你们捕捉麻雀,因为在春季麻雀总是急切地寻找嫩树叶来满足它们饥渴难耐的味觉,只要我的豌豆发了芽,它们就会从附近的高处飞下来啄豌豆。我一定要用两只麻雀来做实验,同时也给它们那些掠夺者一个教训。