“不,孩子们,氢是不会跑出来的,它比空气要轻得多,因而是往上跑而不是往下掉。如果要防止氢逸出,就得把上面封住而不是下面,所以我才把瓶子倒置。只要上面没有了出口氢就无法逸出了,至于下面的出口我们并不必去理会,因为氢是不会从下面跑出来的。将一根点燃的蜡烛放入瓶中并一直推到接近瓶底,看看会发生什么。最下层与空气接触的氢立刻着火并有轻微爆炸声,火焰渐渐向瓶内上升,而蜡烛火焰一进到瓶中就因为被氢包围而熄灭了,跟在氮里发生的完全一样。”
孩子们觉得这非常奇怪,他们不明白为什么一个这么容易燃烧的气体也可以扑灭燃烧的火焰。可是稍后叔叔给出的解释让他们觉得原因非常简单。
他说:“再跟你们重复一遍燃烧的原理,好让你们对它更加熟悉。所有的燃烧都是某些物质与氧结合的化学反应,通常在空气里发生。一旦没有了氧,就不会发生燃烧。将燃烧的蜡烛放入装满氢的坛子里,蜡烛会因为没有氧维持其燃烧而熄灭。没有氧,而其他气体又无法代替氧的位置,即使是一种极易燃烧的气体也不行。坛子里的氢只有在接近瓶口的位置才会燃烧,因为只有在那里才能与空气接触。火焰慢慢地由下至上爬升,因为氢燃烧之后空气就可以从下部进入坛子里。
“氢的密度大约是空气的十四分之一,这是用极精确的、在空气的重量下都会倾斜的化学天平测量出来的。氢虽然是一种极轻的气体,但仍然是有重量的,一升的重量大约是0.1克。没有比氢更轻的物质了。一升水的质量为1千克,是氢的一万倍。目前所知道的最重的物质是金属铂,约为水的27倍,是氢的27万倍。其他物质都依序排列在这两种最轻与最重物质之间,它们的重量根据它们排列位置的不同而不同。根据以上所说的情况,我们可以用实验证明氢确实是比空气还轻的物质。
“你们刚刚都看到了,要把坛子口朝下才能把氢盛在里面。氢的重量小,会往上爬升,因此我们需要把上部封住以免氢逸出去。现在给你们证明一下,如果将瓶口朝上的话氢就会跑出去。我们将坛子直立起来,口朝上,就像之前装氮、氧和空气那样,这三种气体的重量相近。上面没有东西阻挡的话空气会立即跑出去,你们等下就知道了。”
坛子装满氢之后被立在桌子上。过了几分钟,看不到任何东西进去或出来,即使眼睛再好也看不到里面的氢被另一种气体置换了。
“等的时间已经够长了,”保罗叔叔告诉大家,“里面不会再有氢了,已经全是空气了。”
“您怎么知道的?”埃米尔问,“我没看到任何事情发生啊。”
“我也没看到,如果我们只用肉眼去看的话,不会看出坛子里发生了什么,也不会知道里面是什么东西。但是一根点燃的蜡烛会告诉我们一切。如果蜡烛可以在坛子里继续燃烧,就证明坛子里面是空气,否则,就说明氢仍然在坛子里面。”
将一根点燃的蜡烛放进坛子之后它仍然可以一直燃烧,跟放之前一样。由此证明氢已经跑了出来,剩下的是比较重的空气。
“如果我们将一罐敞开的油放进水里,”保罗叔叔继续道,“会发生什么呢?水比油重,因此会把罐子里的油挤出来并充满罐子,而重量较轻的油会上升并浮在表面。这就是刚刚将坛口朝上的时候空气和氢之间发生的事。不过我有个更好的实验来证明氢比空气要轻。用几根吸管和一点肥皂泡就可以证明氢重量很小。方法是这样的,你们比我更清楚将吸管一端用肥皂水沾湿然后对着另一端轻轻吹会发生什么,埃米尔前不久才玩过的,而且玩得很开心。”
“你是说吹肥皂泡吗?”埃米尔抢着说,“是啊叔叔,很好玩!吸管末端会冒出一个气泡,越变越大,吹得好的话可以吹到苹果或橘子那么大。在泡泡上可以看到彩虹一般的颜色,蓝色、绿色、红色等等,比我们花园里的那些花还漂亮。每次都不敢乱动吸管生怕把泡泡弄炸了,可是不用多久它还是会突然炸掉,不见踪影。这种时候我总是很难过,因为我的肥皂泡不能带着它鲜艳的颜色飞翔到高空去。”
“这一次你不用再难过了孩子,”叔叔像他保证道,“因为这次你会看到你的泡泡完整地升到天上,绝不骗你。”
“我那些漂亮的肥皂泡?”
“对,你那些漂亮的肥皂泡。”
“那就再好不过了。”
“你先用你已经非常熟悉的方法给我们吹一些气泡出来。”
埃米尔拿起一根吸管,将它的一头插进已经准备好的肥皂水中,然后拿出来,在另一头轻轻地吹了一下,吹出一串气泡,最大的跟人的拳头差不多大。继续吹下去水膜开始变薄,吹出的气泡都有彩虹般的颜色,可是它们一离开吸管就轻轻地坠落到漆面,没有一个能在天空中飞舞。
“为什么它们飞不起来呢?”保罗叔叔问道,“它们里面充满的气体与周围空气中的气体没什么两样,既不能将它们推上去也不能把它们往下压。只是它们的外层是由一层薄薄的肥皂水做成的,比空气要重,所以它们会往下落。因此,如果我们要想使气泡往上升,就得在气泡里面冲入比空气轻的气体,这种气体不仅可以抵消气泡表层的重量,而且还可以将气泡往天上提升,这就是氢。”
“可是怎样才能让气泡里充满氢呢?”埃米尔问,“我无法用嘴往气泡里面吹氢啊。”
“我们可以用那个制氢的瓶子来吹,它会比我们吹的都好。首先拿出曲形玻璃管,用一根直管代替,将直管插在倒酸用的直管旁边,并将其稍稍往上延伸一段长度。不过玻璃管太粗了,得用湿纸将一根吸管从根部裹在玻璃管上,这样在吸管的上端就会有一股氢喷出来了,或者说是吹出来,这样听起来更像是在吹肥皂泡。我将瓶子直立起来,这样小气泡在被氢往上提升的过程中就不会受到任何阻碍。现在我们需要用纸或其它东西,卷成一个筒,然后立即将一滴肥皂水粘在吸管的末端,这样就可以看到充满氢的气泡了。”
说做就做。一直向吸管的末端加入肥皂水,就会有一串串的气泡不断冒出,有时大点,有时小点,全部都冒在吸管的上边,并且竭力从吸管口逃出来。一些大一点的跑了出来,迅速往上爬升,很快就碰到屋顶的天花板了,然后再碰到天花板的瞬间破裂;另外的一些没有逃出来就破裂了。孩子们的眼睛从始至终都片刻不离地紧紧盯着那些五颜六色的气泡,不肯错过一点点令人陶醉的景象。他们看到气泡先是小小的,然后慢慢膨胀,并且带有鲜艳的色彩。气泡在吸管末端轻轻摆动一会儿之后离开吸管,直往天花板飞去。啊,它飞翔得多美优美!只是很快就飞到天花板上碎裂了,一个接着一个,都撞到了天花板上。朱尔斯陷入了沉思,埃米尔依然欢呼雀跃。
“我可以让这个化学现象变得更有趣,”保罗叔叔说,“在一根长长的棍子上绑上一小根蜡烛,将蜡烛点燃后接近空气中正在上升的气泡。”
埃米尔很快明白会发生怎样的现象了。他将蜡烛绑在竹竿上,点燃后靠上一个正在上升的气泡。噗!小气泡突然在空中着火,然后不见了,消失得无影无踪。埃米尔吃了一惊,他没料到火焰燃烧得如此突然,如此之快。
“吓着了吧?”叔叔问他,“你不知道氢是种极易燃烧的气体吗?将点燃的蜡烛靠近充满氢的气泡,当然会瞬间燃烧起来了。这就是这些空气中的小火团让你吃惊的原因。”
“恩,确实很简单,可是我没有料到。”
“现在你们知道会发生什么现象了,我们再试一次。”
实验又重复了几次。埃米尔等到气泡升到半空,快到达天花板的时候才用蜡烛去碰它。无论气泡上升得多快,都没有一个能逃过埃米尔的追赶。氢就这样以一种非常有趣的方式燃烧着。从不随便提问的朱尔斯终于打破了沉默。
他说:“我们的肥皂泡撞到天花板上就破裂了,如果有足够的空间的话它们是不是可以飞得更高?它们会飞到哪去呢?”
“在没有任何东西阻挡的广阔天空中,只要它们没有很快破裂就可以飞得非常高。可是轻轻地触动或是一缕微风都足以摧毁它们,肥皂泡是一种非常脆弱、易碎的东西。不过假如空气非常平静的话,肥皂泡有可能维持很长时间,并且可以飞出我们的视野。我们现在就可以去外面试试它,幸好现在外面的空气很平静。花园里的树叶都在树上一动不动。”
他们将装置搬到了外面,重新开始吹气泡。许多气泡还没飞过屋顶就破裂了,但是依然有很少的一部分飞出了他们的视野,很快就消失在蓝天中,即使埃米尔尖锐的眼睛也无法辨别他们了。
“它们飞得很高吗?”朱尔斯问。
“我觉得没有,大概也就100米左右,但是它们如此小又如此透明,在这样高的地方是看不到的。它们表层及其单薄易碎的膜也早就破裂了。你们现在寻找的在天上的气泡,虽然你们很想再看它一眼,但说不定它早就已经不在了。”
“但是假如表层永远不破的话,气泡能飞多高啊!”
“关于这点我倒可以更确切地说出来。一些有学识的人为了探索上面的大气层,了解上面是什么状况,就用一些结实的布做了些大大的气球,然后将外面涂上漆,像我们现在把氢冲进肥皂泡这样,在气球里面充满氢。他们可以将这些气球飞到任一高度,最高的已经飞到了一万米的高空。”
“为什么不能飞得更高呢?”朱尔斯问,“我要是他们的话就会飞得更高,我想想看看蓝天的最上面是什么。云层的上面该有多漂亮啊!”
“亲爱的孩子,要是你是他们你也会做得跟他们一样的,甚至可能还没那么高。因为得有非凡的勇气才敢去看那么高的地方。当你到达没有充足空气的地方,呼吸会变得困难,你会很快就要下来,否则会在几分钟内死亡的。这就是为什么迄今为止人类能达到的最高高度只有一万米左右。”
“假如对驾驶员没有危险的话,氢球可以飞得更高是吗?“
“毫无疑问,会飞得更高。”
“多高?”
“我无法准确地告诉你,也许会高一倍吧。我只能确定气球的上升是要受固定装置限制的,不管气球多轻,也不管操控得多熟练。据估计,大气层的厚度大约只有一百五十里格,即使比空气再轻的东西也无法飞过地球表面上的那一高度,因为再往上就没有空气将其浮起来了。任何物质,即使是最轻的气体,上升到地球表面往上一百五十里格的高度也会停止。”
“如果我的气球有足够结实的外层,不像我们的肥皂泡那样一碰就碎,能飞到一万米高或者更低我就已经满足了。”
“你们明天就会拥有一个外层结实的气球了。”
“可以让它想飞多高就飞多高吗?”
“是的,想多高就多高。”
听到这里,埃米尔高兴地拍起了手,朱尔斯也满意地笑起来,对他们叔叔保证的话非常感兴趣。如果自己无法亲自探索让人十分着迷的神秘的蓝色天空,至少可以放一个氢气球到上面去。
“在停止吹肥皂泡之前我还有个问题,”他说,“当气泡被我们吹出的气填满的时候会有各种鲜艳的颜色,当它们被氢填满的时候也是这样的,所以那些美丽的颜色并不是气泡里面的东西发出的是吗?”
“不是,孩子。你们看到的那些彩虹般的颜色并不是由空气或氢发出的,也不是气泡表面包裹着的那层肥皂水发出的,而是由光在非常薄的表层作用后发出的。任何透明物质——不管它是由什么做成的——都是由一层非常薄的薄膜形成的,光照射到上面之后就会形成灿烂的颜色。比如把一滴油滴在静止的水上,油就会扩展开,并形成非常薄的薄层,这样就会出现你们所说的多样的色彩。一个肥皂泡、一层薄薄的油或者是任何一层薄薄的透明物质,都会发出彩虹般的颜色,这就是古人所说的虹膜。”