火焰中的力量：本生灯与本生赛先生

127年前，一位德国化学家与世长辞。他是光化学领域的先驱，也是铯（Cs）和铷（Rb）两种元素的发现者。在其门下，更是走出了丁达尔与门捷列夫等科学巨擘，可谓桃李满园。然而，为他赢得最广泛知名度的，既非开创性的学术成就，也非耀眼的学生名单，而是一盏以他命名的可靠加热工具——本生灯。

罗伯特·本生 （Robert Wilhelm Bunsen，1811年3月30日—1899年8月16日，摄于1852至1856年间）。图源：参考文献1

1811年3月30日，罗伯特·本生（Robert Bunsen，1811-1899）出生于德国哥廷根的一个书香门第。他的父亲是哥廷根大学的语言学教授兼首席图书管理员，母亲也出身于高级公务员家庭。在浓厚的学术氛围中成长，本生自幼便对自然万物展现出强烈的好奇心。

1828年，本生考入哥廷根大学，系统研习了化学、物理学、矿物学和数学，期间他曾师从镉元素发现者弗里德里希·斯特罗迈尔，亦受教于数学巨匠卡尔·高斯。年仅二十岁，他便获得了化学博士学位，并因出色的学术表现获得了一笔旅行资助。于是，他遵循当时德国年轻学者的传统，展开了一段游学之旅。他先后来到巴黎、柏林、维也纳等欧洲学术重镇，拜访了盖-吕萨克和李比希等当时的一流化学家。三年的游学经历大大拓宽了本生的学术视野，也为他日后的独立研究奠定了坚实基础。

危险的有机砷探索

1833年，本生回到哥廷根大学任教，之后又辗转到了卡塞尔理工学院和马尔堡大学。这段时间，他的主要研究对象是砷 (As) 的化合物。

他首次合成出一种有机砷化合物——二甲胂氰（C₃H₆AsN），并给它起了个名字叫“卡可基”（Cacodyl），这个词来自希腊语，意思是“恶臭”。实际上，臭味儿在它所有的问题里，算是最不起眼的一个了。这种物质毒性极强、挥发特别快，还很容易爆炸，甚至能在空气中自燃。

本生曾这样描述二甲胂氰：

“该物质毒性极大，制备和纯化只能在露天进行。操作者必须用一根长导管呼吸，以确保吸入的空气未被这种极易挥发的化合物污染。即使仅有数粒该物质在室温下蒸发，任何吸入其蒸气的人都会突然头晕目眩，甚至失去知觉。”

——Scientific Worthies，Nature, 1881年4月28日

就算在今天，化学家们已经充分了解它的危险性，配备各种先进的安全设备后，处理起来依然可能提心吊胆。可想而知，一百多年前的本生会为此付出了多大的代价。

他曾多次出现砷中毒的症状。最严重的一次事故发生在1843年。一次实验中，有机砷突然爆炸，飞溅的玻璃碎片直接击中了他的右眼。以当时的医疗水平，他的这只眼睛最终没能保住，永远失去了视力。

可就算选了这么一个“超高难度”的研究开局，本生还是没有退缩，并且还做出了令人瞩目的成果。1834年，他在一篇论文中指出，新制备的水合三氧化二铁（Fe₂O₃·xH₂O）能够与砷结合，生成一种既不溶于水、也不溶于体液的亚砷酸铁。这个发现后来长期被用于砷中毒的临床治疗。而他当年的学生爱德华·弗兰克兰，正是沿着老师开辟的道路继续深耕，最终成为了有机金属化合物研究领域的奠基人。

本生灯的诞生

失去一只眼睛的事故，让本生决心远离涉及有机化学的实验，但这并未动摇他对化学的热爱。 1852年，本生接任海德堡大学化学教授一职。得益于充足的经费支持，他开始着手对实验室设备进行全面的改造。

在化学实验室里，火焰是人们最亲密也最敬畏的伙伴。没有足够的热源，很多精妙的反应只能停留在纸面上。然而，1852年本生所面对的，却是一个“有火却不好用”的尴尬现实。

传统的油灯一燃烧就会产生不少煤烟，因此容器很快就被熏黑，瓶底的炭黑沉积还会挡住热量传递，影响实验效果。若换成“矮胖”造型的酒精灯，确实比油灯清洁不少，但即便使用高纯乙醇，通过灯芯燃烧时仍免不了有烟，而且那抹黄色火焰也格外显眼。如果在酒精中掺点水，固然能减少烟尘，代价却是火焰温度的显著下降，导致酒精灯“火力不足”。更棘手的是，酒精在当时并不便宜，一旦实验需要长时间加热，燃料成本便会迅速攀升。

酒精灯。图源：Chemicalbook

到了19世纪中期，随着煤气照明和供暖技术在城市中逐步普及，越来越多化学家开始尝试将煤气引入实验室，以替代传统的油灯、酒精灯和木炭炉。后来因设计了标准款式烧杯“格里芬烧杯” （Griffin Beaker）而闻名的英国出版人兼化学家约翰·约瑟夫·格里芬（John Joseph Griffin，1802-1877），就曾设想在实验台下统一铺设煤气管道，让每位学生都能独立使用燃烧器，这一理念与现代化学实验室中的供气系统已颇为相似。然而，当时的煤气燃烧器火焰温度低、烟尘较重，难以满足熔融、分解等需要持续高温加热的实验。

约翰·格里芬和其设计的标准款式烧杯。图源：参考文献 4和5

关于煤气的燃烧，早期的探索可追溯至英国化学家汉弗里·戴维及其助手迈克尔·法拉第。为解决矿井中瓦斯（主要成分为甲烷）爆炸的隐患，他们发明了戴维安全灯。其核心构造是以金属网罩住火焰，既能防止点燃外部瓦斯，又能让火焰随环境中瓦斯浓度变化而改变形态和颜色，从而向矿工发出危险警示。

戴维灯。图源：explorerantiques.com

后来的研究进一步表明，火焰的温度和稳定性并非由煤气本身决定，而主要取决于燃气与空气的混合程度。在前人工作的基础上，新任海德堡大学教授的本生，与大学仪器技师彼得·德萨加（Peter Desaga）合作，设计出一种全新的燃烧器。使用时，煤气从灯底部的小喷嘴进入灯管，而灯座侧面开有进气孔，可通过旋转调节环逐渐增大空气吸入量。

本生灯。图源：wikipedia

随着空气供给增加，原本摇曳不定、带黄色光晕的扩散火焰逐步缩短，最终形成稳定的双层淡蓝色火焰。其背后的原理在于，黄色火焰和烟尘源于碳原子不充分燃烧所生成的碳微粒。增加预混空气量后，燃烧过程中的供氧更为充分，促进碳原子氧化为二氧化碳或一氧化碳，从而使火焰颜色由黄色转变为蓝色。

本生灯火焰依不同空气流量，会产生不同形态的火焰。图源：参考文献2

1855年，这款新型管式煤气灯在海德堡大学正式投入使用。凭借结构简洁、火焰可调、温度极高（可达上千度）且几乎无烟等优点，它迅速传遍全球，成为化学实验室里的标配。有意思的是，尽管有不少学者认为这一发明的更多功绩应归于德萨加，而且本生的确也将专利的商业利润留给了德萨加，但这款煤气灯最终还是被后人冠以“本生灯”之名。

直到21世纪初，笔者在大学化学实验课上，仍然需要学习如何正确使用本生灯——调节空气与煤气比例、点燃并调整火焰。这几乎成为一代化学学子共同的实验记忆。

直至最近十年，随着明火在有机化学实验室被严格禁用，以及油浴和各种更便捷、更安全的电加热装置的普及，本生灯的应用空间不断被压缩。这款曾服务了化学界一个半世纪的经典加热工具才逐渐退场 ，目前只在一些微生物实验室和分析化学实验中还保留着一席之地。