第二天,保罗叔叔又开始了他的谈话。
他说:“这种气体称为氧,也就是我们目前在化学范围内的研究对象。我把它分成了这么多的阶段,让你们花时间干了好多其他的事情。难道是因为我忘记了这件事吗?丝毫没有。我们正离目标越来越近,或者实际上我们已经达到了目标。我们刚刚已经知道,盐类是氧的仓库,这一点我们非常肯定。酸是由氧和非金属构成的,氧化物是由氧和金属构成的。而盐本身是由酸和氧化物化合而成的,如果我们要获取能够支持燃烧的氧,必须得明白这一点。无论我们选择多谨慎,大多数盐类间的结合是相当紧密的,要使它放出氧仍然是非常困难的,这跟从磷酸或氧化锌中获取氧一样困难,它们在夺取氧后会与之紧密结合。化学家告诉我们,盐类中有一种物质叫做氯酸钾,它含氧丰富,且易于分解。”
说着,叔叔把一瓶鳞状的略微透明白色物质放在了孩子们面前。
叔叔说道:“这就是氯酸钾,是我从药店买来的。我顺便还买了些今天的课程所需的磷棒和其他材料。”
“看起来有点像食盐。”埃米尔说道。
“是的,有点像食盐,但两者性质完全不同:食盐带有咸味,氯酸钾没有咸味;食盐不含氧,氯酸钾含氧很丰富。我必须再一次提醒你们,由于语言上的巧合,所有盐的通用术语并非来自于盐公认的定义——一种酸和一种氧化物的化合物。也就是说,它不是一种酸和一种氧化物的化合物。同时,我还想让你们记住,大多数盐类和常见的食盐一样,具有无色玻璃状的外表,这种外部相似性正是化学上盐类得名的原因。”
“也就是说,这种白色的氯酸钾里面含有能够支持物质燃烧的氧?”
“是的,氯酸钾中含有氧,而且含量很丰富。仅仅只是这样的一小撮氯酸钾,就能释放出好几升的纯净氧。氯酸钾中的氧与其他物质化合后,会被压缩到一个很小的空间内。回忆一下你们刚刚学过的化学语法中的几条重要准则,你们就会知道氯酸钾的组成成分。”
朱尔斯回答道:“氯这个字告诉我,氯酸钾中含有氯酸。氯酸这东西我从来没有见过,但至少从名字中可以知道,它里面含有非金属氯和氧。”
叔叔插话道:“在这里我要补充一下,这种非金属称为氯。食盐中也含有氯,它会帮助你记住这个新名字,很快你们就会对它很熟悉。氯酸钾这个名字还告诉你们些什么?”
“如果我没弄错的话,它告诉我们,这种盐含有金属草碱(实际上应该叫做金属钾)的氧化物。”
“你说的这种叫做草碱的金属是不存在的,但这不是你的错。例如石灰就是一个反常的例子,你一定还没有忘记,它是化学上众所周知的氧化物,但仍保留着它的俗名。我们说石灰,却不说氧化钙;同样,我们说草碱,却不说氧化钾。钾确实是一种金属,跟石灰中的金属元素非常类似,但质地更软,在水中更易着火。它是在草木灰中发现的。但是我们今天无需做详细讨论,你们只需记住:对于最常见的事情,通过化学方法来检验却能得到奇怪的事实。例如,我们从卷心菜汤的食盐中摄取的氯,是一种非常有趣的非金属,只要埃米尔敢于同它打交道,很快就能记住它的名字。炉床的灰烬中含有钾,钾一遇到水就会着火。总之,草碱是金属钾的氧化物,习惯称为‘氯酸钾’,‘硫酸钾’等等,就像我们说硫酸钙,却不说‘硫酸石灰’。所以,我们这里的氯酸钾中的氧既来自于氯酸中的氧,也来自于氧化钾中的氧。
“这种盐易于分解,只需加热就可以放出所有的氧。看这里,你们马上就会相信了。”
说着,保罗叔叔抓了一小撮氯酸钾粉末放在了炽热的煤块上。氯酸钾渐渐融化,并产生了大量的泡沫,同时周围的煤块开始剧烈燃烧,放出大量的热,就像是给火苗通了一阵风一样,但即便是通风也不会如此安静和奏效啊。这剧烈的燃烧让两个旁观的孩子简直惊呆了。
“煤块刚点燃时火焰很小,为什么撒上氯酸钾后,燃烧会变得如此剧烈呢?你只放了一小撮这种粉末,木头或煤块就能剧烈燃烧起来。就算是整天用风箱鼓风也不见得有这样的效果呀。”
叔叔回答道:“因为风箱只能扇出空气,其中有一大部分是不助燃的氮,只有少部分才是助燃的氧,惰性的氮会极大地削弱活泼的氧的效果。而氯酸钾受热后会分解释放出纯净的氧,这便是煤块燃烧如此剧烈的原因。正如埃米尔所说,有了这种引火物,火焰会燃烧得非常迅猛,这便是纯净的氧的功劳。”
叔叔又往煤块上撒了几把氯酸钾的粉末,两个孩子看着易融的氯酸钾是如何产生气泡,释放氧加速煤块的燃烧。朱尔斯告诉叔叔,他和埃米尔已经注意到了很多奇怪的事情。
他说道:“有一天,我拿了一支羽毛在刮地窖墙壁上结有的那种白色发霉的东西,有人告诉我它叫硝石,是用来造火药的。我抓了一些放在了壁炉燃着的煤块上,就像氯酸钾一样,煤块的火焰立即明亮起来,燃烧也变得更加猛烈。如果将这种从潮湿墙壁上得来的蓬松物质放在火上,是不是也能释放出氧呢?”
“事实上,你从地窖墙壁上扫下来的细小的白色鳞状物,就是硝石,化学名叫做硝酸钾。顾名思义,这种物质是一种含氧的硝酸和钾的氧化物构成的盐。当你把它撒在火上时,它会分解释放出氧,这也就解释了它使燃烧物燃烧更快的原因。也就是说,从潮湿的墙壁上得来的硝石和氯酸钾发生了同样的作用:它们都会分解,然后释放出大量助燃的氧。不过,我必须得让你们知道,硝酸钾并不适合获取氧,因为它没有氯酸钾那样容易分解。要使硝酸盐分解出氧,仅凭加热是不够的,还需要一些可燃物比如木头或木炭的帮助。然后这种燃料会迅速夺取它释放出来的氧,这样我们将无法得到氧,因为氧已经被碳俘获,生成了新的化合物。这样我们完全是无功而返,根本得不到氧。氯酸钾恰好相反,仅需加热就能释放出氧。”
“我还有一个问题。”朱尔斯说道。
“尽管问,我很乐意解答你的问题,因为我知道,只有心思缜密的人才能提出有价值的问题。”
“你将氯酸钾撒到煤块上后,它首先会融化,然后产生泡沫释放氧,最后只剩下一小块不能燃烧的白色颗粒。留在煤块上的这种白色物质是什么东西呢?”
“你问得很好,这是一个非常重要的问题。我忘记对它进行解释了,现在我弥补这一疏忽。这剩下的不能燃烧的白色硬壳是氯酸钾受热分解得来的。氯酸钾最初含有三种元素:氯酸中的氯、氧化钾中的钾和氧。在这三种元素中,氧已经消失了,只剩下了氯和钾,它们结合成了与氯酸钾完全不同的化合物。这种化合物称为氯化钾。
“现在是时候教你们新的化学语法规则了。各种非金属可以与各种非金属化合。以氧为例,氧与某金属的化合物称为氧化某,这你们已经知道了;其他硫、氯和磷等其他非金属与金属化合时,化合物的名称则为某化某:前一个代表指非金属,后一个某代表金属。比如我们眼前的物质是氯和钾的化合物,就可称为氯化钾。好了,说的够多的了。再回头说氧的制备问题吧。
“如果可能的话,我们必须想出一个办法,使操作不熟练的实验者也能轻易获得氯酸钾中的氧。首先,他需要某种类型的玻璃容器,用作分解的发生场所。可以选择尽可能粗矮的药瓶,玻璃瓶不仅要薄,还要整体厚度均匀。只要满足了这两个要求,玻璃容器加热时就不会破裂。玻璃瓶越薄,因突然的温度变化造成破裂的可能性就越小。你们看这个平底玻璃杯,它的底部有你们的指头那么厚,但其他地方却很薄。如果用它先装冷水,再装热水,或者先装热水,再装冷水,都极有可能发生破裂。相反,如果是一只厚度均匀的杯子,则会完好无损。所以,我们得选择最薄的瓶子,而且瓶壁和瓶底厚度要一致。实验的成败很大程度上就在于瓶子的选择。”
埃米尔说:“我想应该用厚实的瓶子,这样耐受力才更强。”