瑞利与氩的发现

瑞利与氩的发现

　　1904年诺贝尔物理学奖授予英国物理学家瑞利勋爵(Lord Rayleigh， 1842—1919)，以表彰他在研究一些气体的密度中发现了惰性气体氩(Ar)等重要成就。

　　瑞利原名约翰·威廉·斯特拉特(John William Strutt)，尊称瑞利男爵三世(Third Baron Rayleigh)，1842年11月12日出生于英国埃塞克斯郡莫尔登(Malden)的朗弗德林园。他的父亲是第二世男爵约翰·詹姆斯·斯特拉特，母亲叫克拉腊·伊丽莎白·拉图哲，是理查德·维卡斯海军上校的小女儿。

　　出身名望贵族的瑞利以严谨、广博、精深著称，并善于用简单的设备作实验而能获得十分精确的数据。气体密度测量本来是实验室中的一件常规工作，但是瑞利不放过常人不当回事的实验差异，终于作出了惊人的重大发现。这就是1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。

　　自从门捷列夫周期表提出以后，科学家对寻找新的元素以填补周期表上的空缺，表现出了很大的积极性。但是，人们没有想到，竟然在周期表上遗漏了整整一族性质特殊的惰性气体。

　　1882年，瑞利为了证实普劳特假说，曾经测过氢和氧的密度。经过十年长期的测定，他宣布氢和氧的原子量之比实际上不是1：16，而是1：15.882。他还测定了氮的密度，他发现从液态空气中分馏出来的氮，跟从亚硝酸铵中分离出来的氮，密度有微小的但却是不可忽略的偏差。从液态空气中分馏出来的氮，密度为1.2572 g/cm3，而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮，密度却为 1.2505 g/cm3。两者数值相差千分之几，在小数点后第三位不相同。他认为，这一差异远远超出了实验误差范围，一定有尚未查清的因素在起作用。为此他先后提出过几种假说来解释造成这种不一致的原因。其中有一种是认为在大气中的氮还含有一种同素异形体，就像氧和臭氧那样，这种同素异形体混杂在大气氮之中，而从化学方法所得应该就是纯净的氮。两者密度之差说明这种未知的成分具有更大的密度。于是，瑞利仿照臭氧的化学符号O3，称之为N3。可是论文发表后没有引起人们的普遍注意，只有化学家拉姆赛(W.Ramsay)表示有兴趣和他合作进一步研究这一问题。拉姆赛重复了瑞利的实验，宣布证实了瑞利的结果，肯定有N3的存在。两位科学家在经过严密的研究后，于1894年确定所谓的N3并不是氮的同素异形体，而是一种特殊的，从未观察到的不活泼的单原子气体，其原子量为39.95，在大气中约含0.93%。他们取名为氩，其希腊文的原意是“不活泼”的意思。第一个惰性气体就这样被发现了。这种普遍存在的大气成分，存在于人类身边，多少科学家在分析空气时，都错过了发现的机会。瑞利之所以抓住了这个机会，应该说是他严谨的科学态度、认真的周密研究的结果，假如他把千分之几的偏差简单地归于实验误差，就会轻易地失之交臂。瑞利和拉姆赛发现氩的过程，历经了10年之久的平凡琐碎的化学实验工作，他们不惜付出巨大劳动，亲自动手，一丝不苟，才终于取得有历史意义的重大成果。

　　在发现氩之后，拉姆赛在瑞利的协助下又发现了氦，氪和氖。据说，拉姆赛在研究其它惰性气体时，曾将百余升的液态空气慢慢蒸发，逐步检查，才得以对空气的组成作出明确的判定。科学界对瑞利和拉姆赛的功绩作了充分的肯定，因此瑞利和拉姆赛在1904年分别被授予诺贝尔物理学奖和化学奖。