从前,有两个国家,他们是仇敌。他们没有进行正面对抗,也没有和解。他们爆发了一场科学战争,一场争夺技术优势之战。两个国家都派出特工探听对方的科技进展,试图给己方带来科技优势。一名间谍在观察敌人发射新型火箭时,注意到火箭推进器冒出了奇怪的绿色火焰,他赶紧回报观察到的怪事。
当报告传来,一帮科学家愣愣地盯着元素周期表——绿色的火焰?他们知道每种元素燃烧时会显现特有的颜色。火箭的火焰通常是橙色的,因为推进剂中有含氮、氢和碳的化合物,它们在氧气中燃烧时会发出橙色的光。但是……绿色?什么样的绿色?他们想要获得更详细的信息,但间谍无法提供更多线索。
确实有几种元素燃烧时会发出绿色的火焰,比如铜和钡。那是否表明敌人制造的新型发动机使用了含铜或钡的材料?或者,颜色并非来源于火箭本身,而是燃料呢?
大多数传统燃料都是烃类,由碳和氢组成。这些分子与氧气反应,释放大量能量,并产生我们熟悉的橙黄色火焰。在元素周期表里,碳的旁边是硼。作为邻居,它们在化学性质上有一些相似之处,也有一些不同。和碳一样,硼可以与氢形成化合物,称为硼烷。它们类似于一般烷烃,也可以在氧气中燃烧,但硼烷反应更剧烈,可以释放出更多的能量。而且,硼烷燃烧时的火焰是绿色的。
很明显,敌人已经找到了一种新的火箭燃料,形成了技术优势。于是,这帮科学家在硼烷研究上投入了大量的时间和资源,试图赶上甚至超越敌人,而这个过程难于登天。
元素周期表中,同一族中的元素非常相似。相邻族的元素则更像是整个元素大树上的不同分支。硼是碳怪异的表兄弟。碳异常平衡,非常愿意分享电子,形成碳氢化合物。这些分子足够稳定,便于储存,但又足够活泼,只需要一个小火花,就可以释放出蕴藏在它们体内的能量。
硼与碳相似,只是差了那么一点点。硼,即使当它与氢原子结合形成硼烷时,也不会拥有一套完整的电子,是缺电子型的[1],这让它变得暴躁,只要有机会,就想夺取更多的电子,比如,当它靠近氧的时候。氧元素里的电子多到诱人,而硼则毫不手软。许多种硼烷一旦暴露在空气中,就会自燃。当你想发射火箭时,这真是极好的燃料!但对那些生产和储存燃料以及为火箭加燃料的工作人员来说,这却很伤脑筋。
烷烃燃烧时会产生水和二氧化碳。诚然,二氧化碳不是环境的朋友,但就发动机和火箭而言,它是完美的,因为它是一种无毒的气体,可以轻易扩散到大气中。硼烷则是有毒的,燃烧时会产生水和三氧化二硼——一种类似于玻璃的固体,会堵塞引擎并损坏喷气发动机的叶片。对火箭科学家来说,硼烷蕴含的巨大能量使其收益似乎远大于其风险,所以大把的时间和资金都被扔进了这个无底洞。后来他们寻找了其他方法,但带来了更多问题。科学家和工程师们逐渐失去耐心:他们的敌人究竟是怎么玩转这种技术的?
走投无路的科学家把那个间谍召回,以便获得更多情报。他们希望间谍提供更多的线索或细节,力图走出这座永无止境的技术迷宫。他们在巨细靡遗的询问后,突然“惊喜”地发现这个间谍原来是个色盲,多年前他看到的火焰其实是橙色的。
[1] 传统教科书上认为,硼烷中的硼原子最外层电子不满8个,为缺电子型。但近年来的研究发现并非如此。