拉姆塞

為周期表增補新家族的拉姆塞

William Ramsay 1852一1916

拉姆塞1852年10月2日生於英國的格拉斯哥。他的父母結婚時，都已年近四十，自慮已沒有生育子女的希望，沒想到第二年就生下小拉姆塞。拉姆塞的父母都是善良聰明的蘇格蘭人，家庭幸福美滿，他們努力使拉姆塞受到良好的教育。

拉姆塞從小喜歡大自然，極善音律，愛讀書也愛收藏書，而且很喜歡學習外語。他幼年時的許多行為，使成年人都感到吃驚。他小時經常坐在格拉斯哥自由聖馬太教堂里，寂寞地好像是聽卡爾文教徒講道，大人們不明白這位活潑好動的孩子，為什麼能安靜地坐著。人們總看見他在閱讀聖經，走近一看才明白，原來小拉姆塞看的不是英文版的聖經，而是看的法文版，有時又看德文版。他是在用這種方法學習法文和德文。拉姆塞去教堂的另一目的是看教堂的窗子，因為那窗上鑲嵌著許多幾何圖形，他通過那些圖形驗證學校學的幾何定理。

拉姆塞14歲時，被格拉斯哥學院破格錄取為大學生。他極肯鑽研，他的同班同學菲夫回憶拉姆塞剛上大學時的情形說：“拉姆塞剛入大學時，我們還沒學化學，但他一直在家中做各種實驗，實驗是在卧室中做的，他的卧室四處都放著藥瓶，瓶里裝著酸類、鹽類、汞等等。那時我們才剛剛認識，印象中對他買化學藥品和化學儀器很內行。下午，我們常在我家會面，一起做實驗，如製取氫、氧，由糖制草酸等。我們還自製了許多玻璃用具，自製了本生燈，拉姆塞是製造玻璃儀器的專家。我相信，學生時代的訓練，對他的一生大有好處，除了燒瓶和曲頸瓶以外，所有的儀器，都是我們自製的。”

1870年，拉姆塞大學畢業。畢業后，去德國海德堡拜本生為師繼續學習。一年以後，由本生推薦到蒂賓很大學繼續深造，他在那裡獲博士學位。1872一1880年問，拉姆塞在格拉斯哥學院任教職，1880年被布里斯托爾學院聘為化學教授，1882年任該學院院長，1888年被選為英國皇家學會會員，1895年獲戴維獎章，同年還被選為法國科學院院士，1911年擔任英國科學促進協會主席。1882年，英國化學家、劍橋大學化學教授瑞利（Rayleighj 1842一1919）研究空氣的成分，他經過極為精密的定量分析發現，由氨製得的氮，總比由空氣製得的氮輕5／1000，反覆研究不得其解。於是，他將這一研究事實，刊登在英國《自然界》刊物上，遍請讀者解答，但沒能得到滿意的答覆。

拉姆塞得知瑞利的研究以後：徵得了瑞利的允許，也開始研究大氣中氮的成分，他研究的方法是讓空氣在紅熱的鎂上通過，讓鎂吸收空氣中的氧和氮。經過反覆作用，原空氣體積的79／80都已被吸收，只餘下1／80。起初，拉姆塞認為餘下的氣體是氮的一種變種，可能是類似臭氧的物阮但經過精密的光譜分析發現，餘下的氣體，除了氮的譜線以外，尚有原來人們不知道的紅色和綠色各種譜線，經克魯克斯分析，剩餘氣體的譜線多達200餘條。

1894年5月24日，拉姆塞給瑞利的信中與道：“您可曾想到，在周期表第一行最末的地方，還有空位留給氣體元素這一事實嗎？”同年8月7日他給瑞利的信中又寫道：“我想最好用我們兩個人的名義發表，對於您的提議，我非常感謝，因為我覺得，一個幸運的機會，已經使我能夠製取大量的Q,此外還有兩種X……”之後，正值英國科學協會在牛津開會，拉姆塞和瑞利向大會宣布，發現了一種惰性氣體。與會學者都很吃驚，這一發現，以主席馬登（H.0.Madan）的提議，定名為氬（Argon），即“懶惰的氣體”。

元素氖發現以後，拉姆塞在他開發的領域繼續深入研究，1895年3月17日，他把他研究太陽元素氦的情況，寫信給布卡南（Bachanan），信中說，“那種瀝青鈾礦經無機酸處理以後，放出的惰性氣體，克魯克斯認為它的光譜是新的，而我從處理方法上來看，我敢確定它不是氖，現在我們正忙於繼續製取，數日以後，我希望能製得足量的做密度測定，我想，也許就是我們尋求已久的氫吧。”不到一周，拉姆塞就證明了，這種物質是氦。

1895年3月24日，拉姆塞給他的夫人的信中寫道：“先講一個最新的消息吧，我把新氣體先封人一個真空管，這樣裝好以後，就在分光器上看到它的光譜，同時也看到氖的光譜，這氣體中是含有氬的，但是忽又見到一種深黃色的明線，光輝燦爛，和鈉的光線雖不重合，可也相差不遠，我惶惑了，開始覺得可疑。我把這事告訴了克魯克斯，直到星期六早晨，克魯克斯拍來電報。電文如下：從釩鈾礦中分離出的氣體，為氬和氦兩神氣體的混和物。”

拉姆塞發現氬、氦兩種氣體以後，繼續研究，又發現了氪、氖和氙。

拉姆塞繼續發現的各種惰性氣體，多得特拉弗斯的幫助，他們設法取得了1升的液態空氣，然後小心地分步蒸發，在大部分氣體沸騰而去之後，遺下的殘餘部分，氧和氮仍佔主要部分。他們進一步用紅熱的銦和鎂吸收殘餘部分的氧和氮，最後剩下25毫升氣體。他們把25毫升氣體封人玻璃管中，來觀察其光譜，看到了一條黃色明線，比氦線略帶綠色，有一條明亮的綠色譜線，這些譜線，絕對不和已知元素的譜線重合。

拉姆塞和特拉弗斯在1898年5月30日，把他們新發現的氣體命名為氪（Krypton），意即隱藏的意思。他們當晚測定了這種氣體的密度、原子量，同時發現，這種惰性氣體應排在溴和銣兩元素之間。為此，他們一直工作到深夜，特拉弗斯竟把第二天他自己要舉行的博士論文答辯部忘得一乾二淨。

拉姆塞和特拉弗斯用減壓法繼續分餾殘留空氣，收集了從氬氣中揮發出的部分，他們發現，這種輕的部分，“具有極壯麗的光譜，帶著許多條紅線，許多淡綠線，還有幾條紫線，黃線非常明顯，在高度真空下，依舊顯著，而且呈現著磷光。”他們深信，又發現了一種新的氣體，特拉弗斯說：“由管中發出的深紅色強光，已敘述了它自己的身世，凡看過這種景象的人，永遠也不會忘記，過去兩年的努力，以及在全部研究完成以前所必須克服的一切困難，都不算什麼。這種未經前人發現的新氣體，是以喜劇般的形式出現的，至於這種氣體的實際光譜如何，目前尚無關緊要，因為我們就要看到，世界上沒有別的東西，能比它發出更強烈的光來。”

拉姆塞有個13歲的兒子名叫威利，他曾向父親說：“這種新氣體您打算怎麼稱呼它，我倒喜歡用nove這個詞。”拉姆塞贊成他兒子的提議，但他認為不如改用同義的詞neon，這樣讀起來更好聽。這樣， 1898年6月，新發現的氣體氖就確定了名稱，它含有“新奇”的意思。以後氖成了霓虹燈的重要材料。

1898年7月12日，由於他們有了自己的空氣液化機，從而製備了大量的氪和氖，把氖反覆分次革取，又分離出一種氣體，命名為xenon（氙）。含有“陌生人”的意思。

拉姆塞晚年，從事放射學的研究，他在這方面的貢獻也很大。1910年，他測定了氧的原子量，還提出最早的化合價電子理論。他一生著作很多，主要有《近代理論與系統化學》、《大氣中的氣體》、《現代化學》、《元素與電子》、《傳記與化學論文集》等。1916年7月23日拉姆塞去世，享年64歲，著名科學家威廉·湯姆生在評述拉姆塞的偉大發現時指出：大部分學者認為科學的想象力更勝於精確的量度。其實，瑞利和拉姆塞的工作證明：一切科學上的偉大發現，幾乎完全來自精確的量度和從大量偽數字中明察秋毫。拉姆塞的理論思維能力與動手能力都很強，他把發現的氦、氖、氬、氪和氙等氣體，作為一族，完整地插入了化學元素周期表中，使化學元素周期表更加完善，他的這一工作，比每一個單獨元素的發現都更為重要。

拉姆塞告誡他的學生，做學問應當“多看、多學、多試驗，如取得成果，絕不炫耀。學習和研究中要頑強努力，一個人如果怕費時、怕費事，則將一事無成。”