2.6　小數點后第三位數字的價值

氦是人類發現的第一個惰性元素，它的發現饒有趣味。它是英國物理學家瑞利在對氣體密度作精密測量時發現的。他的發現，是小數點后一個不起眼的小誤差所提供的機遇。

瑞利以善于用較簡單的實驗設備獲得十分精確的數據而著稱。自1882年起，瑞利開始研究大氣中各種氣體的密度。在當時，大氣中的氧和氮都已被發現并確定為元素，科學界大多數人都深信大氣的成分已經研究得很透徹了——主要成分是氧和氮，還有少量碳酸氣和水蒸氣。瑞利分別用電解水、加熱氯酸鉀和加熱高錳酸鉀三種方法制取純凈的氧，測得了它們的密度完全相同，并確定了氫和氧的密度之比為1∶15.882。接著，他在測定氮的密度時發現從大氣中除去氧、碳酸氣和水蒸氣后所得的氮氣的密度為1.2572克／升，而由亞硝酸氨制得的氮的密度是1.2508克／升，兩者相差0.0064克／升。盡管在實驗允許的誤差范圍之內，但瑞利沒有放過這小數點后第三位和第四位數字上的誤差，他以高達萬分之一克靈敏度的天平反復測試，結果證明了這個差別仍然存在。

瑞利

瑞利對這個不起眼的誤差百思不得其解，他撰文在《自然》雜志上公開征答。

瑞利的征答公布后，一位學者向瑞利提供了卡文迪許在100多年前遇到的一個重要實驗事實：卡文迪許曾經在玻璃容器里用電火花使氮和氧化合，他發現不論化合過程延續多久，總有一個小氣泡不能被氧化，從而猜想空氣中的濁氣不是單一的，還有一種不會與氧化合的成分，其總量不超過全部空氣的l／120。另一位有心人、年輕的化學家拉姆塞表示要與瑞利合作。拉姆塞剛發現了化合物氮化鎂具有吸收大量氮的本領，他因此推測，瑞利發現的細微誤差，可能是兩種方法制取的氮不純而引起的。他試圖用氮化鎂來檢查氮的純度，然而實驗結果表明：用空氣中的氮制取氮化鎂之后，剩余的氮越少，測得氮的密度就越大。開始時氮的密度接近14，氮化鎂生成后，又吸附剩余的氮，剩下氮的密度從15一直上升到30。拉姆塞仔細觀察，重復精密稱量，屢試不爽。他因此推斷，也許剩余氣體中存在三原子的氮（N₃，密度為21），或者存在其他未知的較重元素。拉姆塞決心與瑞利一起解開這個難題。

瑞利重復了卡文迪許的實驗，發現在電火花使氮和氧化合的過程中，果然有小氣泡不能被氧化，他認為卡文迪許的猜想是有道理的。他和拉姆塞進行了多次測定，以判斷“從化合物中制得的氮”和“從空氣中制得的氮”是不是一回事。他們先把從“化合物中制得的氮”與鎂一起加熱，或與氧混合通以電火花，再用“從空氣中制得的氮”進行同樣的試驗，兩者對照。結果證明前者制得的氮是純氮，后者不是純氮，含有較重的新元素。

1894年8月3日在牛津召開的英國科學振興會上，拉姆塞和瑞利公布了這一發現。新元素被命名為氬（意為“懶惰者”）。他們以辛勤的勞動請出了躲藏在深處的“懶惰者”。

1888年，美國礦物學家將無機酸加入鈾礦中發現有一種不活潑的氣體發生，而誤稱為氮。拉姆賽見到這個報告時，重做了這個實驗，結果發現與存在的太陽元素——氦的譜線相同，證明了氦在地球空氣中也有，但只占空氣成分的1/250000。

由于發現了氬和氦，并確定了它們在元素周期表中的位置，拉姆賽于是斷定在空氣中至少還有三種類似的氣體。他與英國另一位化學家特拉維斯合作，在三年時間內，終于找到了這三種氣體：氖、氪、氙。他們發現的方法是將空氣液化，再進行分離而得到。這三種氣體都少得可憐，例如氙，只占空氣的一億七千萬分之一。拉姆賽根據放射能的研究，在理論上創立了元素的變質論。1910年，拉姆賽與格萊合作，經反復探索，最后發現了具有放射性的惰性氣體——氡，完成了整個惰性元素的發現。