第3章 本森和基尔霍夫

用光谱分析的方法在化学新元素的发现中作出了杰出贡献的是一对非常要好的朋友：本森和基尔霍夫。

本森是一位化学家，基尔霍夫却是一位物理学家，他们两个人都是德国人，都在德国的海德尔堡大学教学，而且还是一对非常要好的朋友。本森身材高大，体态魁伟，基尔霍夫却身材矮小，只有他的大个子朋友的一半。本森沉默少言，很难得说句话，而基尔霍夫呢，则是有名的贫嘴。他妈从小就叫他“小尤丽娅”，就因为他长得又小、又矮、又爱说，像个小女孩子。人们无法想像他们两个人怎么会成为一对形影不离的好朋友。

其实，这一对好朋友的关系很简单，基尔霍夫是个学者，除去科学，什么也不想知道，而本森呢，为了自己的科学事业一辈子连婚也没顾上结，这是两个把自己完全献给了科学事业的科学家。他们每天在一起讨论着他们共同关心的东西，他们怎么能不成为好朋友呢？本森曾经发明过一种煤气灯，今天这种灯的名字就叫本森灯。他在玩他的本森灯的时候，发现在灯上燃烧的物质不同，产生出来的火焰的颜色也不同。他想：如果能用火焰的不同颜色区分化学元素多么省事啊。于是他就开始了这方面的实验。

本森在实验中发现：钠这种元素在我们这个地球上几乎无处不在，许多物质都含有钠，而且钠在燃烧时发出的光很强、很亮，总是掩盖了其它颜色。在对物质进燃烧时，很难区分不同的元素，所以他感到很困惑。在一次散步的时候，本森就把自己遇到的困难告诉了好朋友基尔霍夫，基尔霍夫非常爱说，而光学又正好在他的物理学研究范围之内。他马上作出了回答说：“这太好办了，你不会看光谱吗？”于是便滔滔不绝地向本森讲开了光和光谱的知识。在这次谈话以后，两个好朋友努力合作揭开了化学科学光辉的一页，他们用光谱分析的方法取得了许多世界第一流的发现。

基尔霍夫所说的光谱，就是牛顿在乡下和他的小妹妹用三棱镜分解出来的那道美丽的彩虹。牛顿得到的光谱是太阳光谱，由赤、橙、黄、绿、青、兰、紫七种原色组成的。由于不同的元素燃烧时会产生不同的光谱，于是这一对好朋友就开始用光谱分析的方法去寻找新的未知元素了。

用光谱分析有个最大的好处，无论钠在燃烧时发出的光多么强、多么明亮，在光谱上只是相应的彩带宽了一些，却掩盖不了其它元素的光谱了。因此，只要在对某种物质燃烧时发现了新的光谱线，那么，这种物质中就一定含有新的元素了。于是，两个好朋友就用一盏本森灯开始了他们的科学新发现。

他们两个不断地把不同的东西投入本森灯的火焰之中，然后用三棱镜对他们燃烧时产生的光谱进行分解，从1860年4月—11月，基尔霍夫和本森两个人发现好多种新的化学元素，当他们发现铯和铷的时候，人类已经知道了59种元素了。

对科学来说，更重要的是，这两位科学家把这种方法从地上扩大到了太空。用光谱分析法分析了天体的元素成份。

基尔霍夫和本森的研究起源于一个名叫夫琅和费的科学家。

早在1814年，德国光学家夫琅和费为了检验他的光学仪器，研究了许多种灯的光谱，想找一种光线为单色光的理想光源。光源没有找到，这位先生却发现了许多有趣的现象。其中最为重要的就是发现了以他的名字命名的夫琅和费线。

夫琅和费进行研究时也是用的牛顿的方法。像牛顿一样，他也钻进了一间黑屋子，只留了一条狭缝让阳光照进去。

第一次，夫琅和费在狭缝跟前摆了一盏油灯，他通过三棱镜看到的是有两条大小和狭缝相等的极其明亮的黄线，并排出现在那条彩色的光谱带上，这就是钠的光谱线。

第二次，夫琅和费把油灯换成了日光，他发现黄线不见了，变成了两条宽窄相同的黑线。

这引起了他极大的好奇，当他在太阳光的谱带上仔细寻找时，发现在太阳的光谱上有许多条横断在上面的黑线，他数了数一共有500多条，截断了太阳光谱，使彩虹变成了断断续续的。这就是著名的夫琅和费线。但是，许多年来，谁也弄不清这些夫琅和费线是哪儿来的。

霍尔基夫认为钠的光谱和太阳光谱中的双黑线总是占着同一位置，这绝不是偶然的。于是他进行了一个实验：他在把本森灯放在狭缝上的同时，让日光也照了进去，他要看一看这两种光谱重叠的现象。当太阳光的强度调得较弱时（用毛玻璃挡住口），夫琅和费线的双黑线就变成了两条明亮的纳谱线，当太阳光稍强时，黄色的纳谱线消失了，再现了那两条黑色的夫琅和费线。然后，他用石灰灯光代替阳光继续观察，他发现只要把一个含钠的灯焰放在石灰灯前，就会出现那两条黑色的夫琅和费线了。

两个好朋友终于明白了，因为含钠的灯焰吸收了石灰灯发出的钠光谱，所以才出现了夫琅和费线，那么在太阳上，也一定是纳蒸气吸收了阳光中的钠谱线才出现的夫琅和费线。这充分说明了太阳里含有钠，那么，那500多条夫琅和费线也一定和其它相应的元素谱线相对应了。

一个新的、意义深远的工作开始了。

本森和基尔霍夫首先在铁的谱线上找到了60条各种颜色的线与太阳光的谱线完全相合。

紧接着，用同样的方法——通过元素的谱线与夫琅和费线对比的方法，这两位科学家查明了太阳上的30多种元素与地球上的元素基本上是一致的。

这个惊人的消息立刻传遍了整个科学界，震动了全球。到了这个时候，在科学面前，连太阳也失去了神秘性。紧接着，所有的天体的神秘性也逐渐消失了。亚里士多德月上界，月下界的划分，在科学面前，在更深的认识层次上被彻底地推翻了。

由于本森和基尔霍夫的巨大成功，许多科学家也纷纷把各种物质送进火焰中去烧，并且使用这种新的方法去寻找新的元素了。

1861年，英国科学家克鲁克斯发现了铊；1863年，德国科学家利赫杰尔发现了铟：1868年，法国让逊和英国洛克发现了氦；1875年，法国科学家列科克·布阿博德朗发现了镓；1879年，瑞典化学家拉尔斯·弗勒德里·尼里逊发现了钪；1885年，德国化学家温克勒发现了锗。

这最后面的三种元素的发现，非常有意思，因为他们都是由一个伟大的预言家，在发现之前早已预言过的。而且这个预言者甚至指出了这些新元素的发现者测定的比重和原子量上的错误，在整个科学界引起了极大的震动。

这个预言家就是俄国伟大的化学家门捷列夫。

由于元素周期律是在原子论的基础上产生的，所以在讲门捷列夫的惊人发现的故事之前，还得先讲一下古希腊原子论的新生。