推动社会进步的一种力量——火药的发明

苍蝇吃蚊子/文

火药是中国古代四大发明之一。然而人们又常说,大名鼎鼎的瑞典化学家诺贝尔是发明火药的“炸药大王”,这究竟是怎么回事呢?

推动社会进步的一种力量——火药的发明

“黑火药”是炼丹家的杰作

火药的故乡在中国。我国的炼丹术士早在1000多年前就发明了黑色火药。古代的封建帝王为了能长生不老,经常命令一些人专门为自己炼制长生药,这就是“炼丹”。在炼丹过程中,为了减小其中一些药材成分的毒性,往往在使用之前有必要对它们加以烧灼,例如有一种就是硫磺加硝石(硝酸钾)和木炭烧制。炼丹术士们在实践中发现,采用这样的配方操作,经常会产生强烈的火焰与爆炸,他们把这个发现作为教训记录了下来。由于硝石、硫磺都是中医处方里的药物,所以就把它们称做“着火的药”。后来就把它们的混合物叫做“火药”。鉴于其中混有黑色的木炭粉末,世人为了和后来发明的各种火药相区别,便又叫它“黑色火药”。

推动社会进步的一种力量——火药的发明

到了唐末宋初的时候,黑色火药从炼丹术土的手里转到了军人武士的手里,从此火药开始用于军事,各种火药武器相继出现在战场上。北宋曾公亮等编撰的军事著作《武经总要》(公元1044年)里,不仅描述了多种火药武器,还记下了当时的3种火药配方。宋代,开封设立了世界上第一个兵工厂,雇佣4万多工人,其中有专门加工黑色火药的作坊。根据使用要求,用硫磺、焰硝、松脂及其他种种物质,按一定比例和操作程序,可以制造出不同用途的火药,分别起燃烧、爆炸、放毒和制造烟幕的作用。可见当时火药的配方已经相当复杂了,这也是最早的配方。

元朝的时候,元军进攻日本使用了火药,令日本武士大为震惊,这是中国火药在海外造成影响的开始。随着中国和波斯的商业往来不断增加,当年的黑色火药和火药武器的技术与13世纪传人阿拉伯国家。

随后又传到了欧洲,因而有可能使欧洲首先研制成步枪和火炮,加速了欧洲社会的进步,结束了中世纪世界各国的封建制度。13世纪中叶,英国牛津大学教授罗杰·培根,第一次在自己的著作里提到这种黑色火药的调配方法,即7份硝酸钾,5份木炭,5份硫磺。培根还指出,过去记录火药配方是一种秘密,当作秘诀。不过培根的时代要比记载火药武器的中国古书《武经总要》的出书年代晚了2个世纪。

“硝化纤维素”在厨房诞生

1845年,第一个在欧洲发明新型火药的人是瑞士化学家谢恩拜因。他长期从事臭氧的研究,为了方便,经常把一些实验带回自己家里去做。谢恩拜因的妻子非常反对他这样做,因为她忍受不了臭氧的难闻气味,特别是不赞成把试验放到厨房里去进行,当然是害怕试验会污染食品。为了避免矛盾和争执,夫妻俩最后达成了一个互相妥协的“协议”,就是同意谢恩拜因在家里搞试验,但绝对禁止将药剂带进厨房。

推动社会进步的一种力量——火药的发明

有一个星期天,妻子上市场采购食品需要半天的时间,这对谢恩拜因来说,是一个非常难得的时机。因为厨房里有水管,有案台,确是一个很理想的试验场所,这半天当然应该充分地加以利用。他深知自己的行为是违背他俩的“君子协定”的,万一被妻子发现,那将是一场不可避免的冲突。因此,谢恩拜因怀着十分不安的心情在厨房搞起实验来,平日心灵手巧,今天突然变得紧张和笨拙,顾此失彼,实验进行得有些手忙脚乱。突然他撞翻了一个盛满浓硫酸与浓硝酸的混合液瓶子,酸液流满案台。为了消除痕迹,以免妻子回来发现惹出麻烦,他在慌乱中抓起妻子用的围裙当抹布擦起来,案台很快擦干净了,而围裙却被混合液湿透了。为了不让妻子看出破绽,谢恩拜因连忙将湿乎乎的围裙搭在炉子上烘烤。

正在烘烤围裙的时候,一件意外的事情突然发生了,只听“扑味”一声,火光一闪,围裙已不翼而飞,不知去向。谢恩拜因是一位富有研究经验的化学家,他马上意识到,这是一种不寻常的发现。他忘记了害怕,立即反复试验这一种现象。谢恩拜因通过试验找到了答案:原来是天然纤维素可以和硝酸起化学反应,结果生成一种易燃易爆的化合物,学名叫它“硝化纤维素”,也就是俗称“火药棉”的那种炸药。谢恩拜因及时向外界宣布了自己的这项发现和发明。很快地,世界各国竞相生产这种炸药。可是没过多久,人们便发现硝化纤维素太容易爆炸了,用它制成的炮弹,往往还没有来得及发射,就已经在炮膛里炸开了。

“硝化甘油”付出血的代价

1846年,也就是“硝化纤维素”发明的第二年,意大利一位叫阿斯康尼·索勃莱洛的化学教授又有了一项新发现。在一次化学实验中,索勃莱洛无意中把制造肥皂的副产品甘油和浓硝酸倒在了一起,结果生成一种油状物质,这就是“硝化甘油”。

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起初,索勃莱洛并不了解这种硝化甘油的性质,更不知道它究竟有什么用途,出于新奇他决定对它做一番研究。一天,他把一些很稀的硝化甘油倒进一个玻璃杯,想通过加热进行浓缩再看看有什么新变化。索勃莱洛完全没有想到,硝化甘油放在加热器上没一会儿,猛然“轰”的一声爆炸了。炸碎的玻璃和爆炸产生的气浪向索勃莱洛凶猛地袭来,他受了重伤,倒在血泊中,虽然经过抢救保住了他的性命,但索勃莱洛从此再也不敢去研究硝化甘油了,只好将自己的发现搁置起来。硝化甘油发明后,欧洲不少化学家开头仍醉心于它的研究,但接二连三的爆炸死人事故,使人望而生畏,一个个都知难而退了。

“炸药大王”诺贝尔

谁制伏了硝化甘油的烈脾性?制伏硝化甘油的第一人是瑞典化学家艾弗雷德·诺贝尔。诺贝尔1833年出生在一个军火工厂主的家庭。他的父亲伊曼纽尔·诺贝尔对火药武器很有研究,曾经发明了地雷和水雷。1853年,俄国和英、法、土耳其之间爆发了克里米亚战争,老诺贝尔承接了为俄国军队生产战艇、潜艇和水雷的任务。不过,那时用的火药仍然是黑色火药。

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1852年,19岁的诺贝尔在美留学结业,回到了彼得堡父亲的工厂,帮助父亲研究和解决生产中的技术问题。1855年的一天,父亲的老朋友西宁来到工厂,见到22岁朝气蓬勃的诺贝尔,非常赏识他,两人聊得十分投机。他们谈到了科研与生产,自然谈到硝化甘油。西宁预言硝化甘油必将是一种很有前途的炸药。不过西宁也说:“现在有人在研造实用的硝化甘油。如能生产大批量的硝化甘油,制成可以控制的炸药,必将是一项了不起的创造发明!”西宁的一席话给诺贝尔留下了深刻的印象,所受启发很大。从此,诺贝尔便把自己的研究重心由机械工程转移到炸药上来。

1856年,23岁的诺贝尔在研究索勃莱洛硝化甘油资料的基础上,开始研究对它爆炸的控制问题。反复多次实验,证明了硝化甘油在点燃和撞击的时候会发生爆炸,很有希望取代黑色火药。1862年5月期间,诺贝尔在盛装硝化甘油的容器内,放上几支有黑色火药的玻璃管,再连上导火的东西,在水下试爆成功。这是炸药史上首次受人控制的爆炸。诺贝尔劲头很足,加紧研究硝化甘油的工业生产方法。不久便研究成功“温热法”,并用它开始批量生产硝化甘油,为硝化甘油从实验室制取转向大规模的工业生产奠定了基础。1862年10月,诺贝尔获得了制造硝化甘油炸药的专利权。

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诺贝尔通过试验,发明了用炸药引爆的“雷管”,从而解决了火药的引爆问题。从此,硝化甘油炸药很快推广使用到采矿和河道开掘上。人们为了把“硝化甘油”与黑色火药区别开,就称它为“黄色炸药”。在硝化甘油的使用中,又渐渐发现它对运输器材有腐蚀作用,而且在运输途中,常因颠簸而引起爆炸。针对这个问题,诺贝尔和他的父亲、弟弟又进行了深入的研究。

4年时间进行了400次试验,发生了好几次惊险的爆炸事故。在一次试验中,因为加热忘了看温度计,硝化甘油过热而爆炸了。整个实验室都飞上了天!诺贝尔的弟弟和另外4个助手当场被炸死,老诺贝尔也因为惊吓、伤心而中风瘫痪了。邻居由于他们的试验感到安全受到威胁,一直提出抗议。诺贝尔在极度悲痛中,迎着困难没有退却。

为了避开邻居的纠缠,他购进一艘平底船,停泊在斯德哥尔摩的马拉伦湖的水面上,放心地在船上做试验,在船上生产炸药。1867年9月3日,马拉伦湖上的这条船爆发出一声巨响,整个船身晃动,滚滚浓烟从船舱里冒出来。人们惊呼:“诺贝尔完了,诺贝尔完了!”正当大家要冲进去的时候,忽然一个人从硝烟中冲出来,面孔乌黑,满身是血,呼喊着:“就要成功了!就要成功了!”这时的诺贝尔又惊又喜,他思考的主要问题是如何找到一种能和硝化甘油搭配的东西,它应该使硝化甘油不像过去一样容易爆炸,又不致影响它的爆炸力。为此,他又找来很多物质做试验,结果都不尽如人意。

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一天,诺贝尔做完实验,走上甲板散步休息。正巧有几个工人在卸下新近购进的一批硝化甘油,他忽然发现有一个硝化甘油罐破裂了,里面的硝化甘油淌出来了,并和罐外防震用的硅藻土混合凝成了固体。新奇的是,这次泄漏却没有发生爆炸,他觉得这其中必有文章。经过试验,果然,硅藻土这种惰性材料,正是诺贝尔要寻找的物质。这种用硅藻土混合硝化甘油制成的新炸药,诺贝尔命名为“达纳炸药”。

达纳,是希腊语“力量”的译音。这是世界上发明的第一种威力巨大而又安全价廉的炸药,是炸药史上的一次重大演进。时隔不久,诺贝尔接到现场报告,说“达纳炸药”在开掘工地上的爆炸力不够;不适应工程需要。他在分析中认识到,硅藻土是一种惰性材料,它在爆炸中会吸收硝化甘油汽化所产生的部分热量,因而影响爆炸力。硅藻土受潮后,硝化甘油还能从中析出,又影响有效成分的含量。诺贝尔又经过几百次的试验,决心寻找新的材料取代硅藻土,再研制一种既安全又提高爆炸力的新炸药。

1875年,诺贝尔在实验室工作时,不小心被划伤了手指,他顺手取了一小团珂珞酊棉敷在伤口上。那一夜,他因手痛未人眠,思前想后,他在助手帮助下对200多种材料进行了试验,其中包括很多种硝化纤维素,都未获得满意的效果。他忽然想到敷手用的这种硝化不完全的珂珞酊棉,何不试一试,看看怎么样。于是天还未亮,诺贝尔冒着寒冷的晨风跑进实验室,又进行了新的试验。早上,当他的同事都来上班时,诺贝尔已制出了新炸药的样品,效果十分理想。就这样,终于找到了硝化纤维和硝化甘油的最佳搭配比例。这种呈胶冻状态的烈性炸药,比“达纳炸药”的爆炸力大了将近50%。它高效价廉,安全可靠,是当时最理想的炸药。同年,诺贝尔在英国申请了专利。

推动社会进步的一种力量——火药的发明

1887年,诺贝尔研制成无烟炸药。第一次世界大战期间,“梯恩梯”用于战场。第二次世界大战期间,比“梯恩梯”威力更大的三次三硝基胺投入使用。诺贝尔成名之后,要求他写自传的人很多,他都一一谢绝了。晚年,在他哥哥卢德卫的一再催逼下,才不得已写了几句遗嘱性的“自传”:

艾弗雷德·诺贝尔—他那可怜的生命,当他呱呱坠地时,本可断送于仁慈医生之手。主要美德:保持指甲干净,从不累及他人。主要过失:终身不娶,脾气坏,消化力不佳。仅有的愿望:不要被人活埋。最大的罪恶:不敬财神。一生重要事迹:无。

寥寥数语,表达了这位科学巨人的伟大心灵。

诺贝尔临终前,他把自己的财产900多万美元用以设立了“诺贝尔奖金”,以激励后人从事科学技术文化方面的研究。


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