碧玉是由硅质物质沉积而成,化学成分为SiO2,并含Fe2O3,因含有铁质,故常呈各种颜色。其浓绿者极似浓绿玉髓,质致密不透明,琥珀成分为碳氢化合物(C10H16O),非晶体,透明至半透明,有赤褐等色,硬度为2~2.5,摩擦能生电。
孔雀石成分为Cu2(OH)2CO3,由含铜矿物受碳酸及水的作用而形成,光泽似金刚石,色翠绿,间有呈孔雀尾之彩绞。
人的能量从哪里来
生活在社会中,我们每天都要工作、学习、娱乐,我们就像一个上满了油的汽车马达,可以连续不停地运转,那么汽车可以通过燃料的燃烧将化学热能转变为机械能。但是人呢?人实际上也是通过能量的转化来维持生命的运转的。
人又与植物有很大的不同,植物可以通过叶片上的叶绿素将阳光的光能与空气中的二氧化碳相结合转化成其生长所需的能量,另外植物还可扎根于泥土,吸收其生长所需的水分和矿物质元素。人没有转化光能的本领,也没有扎根泥土的特性。那么人的能量从哪里来呢?
我们也许会产生这样的疑问。
我们可以不约而同地回答:当然是从食物中来的。是的,人的一日三餐所吃进的食物确实给人体提供了能量基础,但是将这些食物转化成能量的能量加工转换工厂我们却未必清楚了,其实,这才是真正的能量的来源之所。
我们吃的每一种食物都要经过这能量转换系统的精密加工才会真正发挥出效用,不同的食物可以转化出不同的能量。人们就像一个高度发展的市场,它需要的是供销平衡。因此,在人体中,我们先需要选择原料,才不致使产品积压,而有的却供给不足。
这实际上就是要求我们能有选择地进食,使吃进去的东西充分满足人体的需要,这是一个十分重要的问题。
各种食物中所含的各种养料(主要是蛋白质、脂肪、淀粉及糖类)的含量是不同的。例如大米中含的淀粉约77%,蛋白质约70%;面粉中所含淀粉约74%,蛋白质约10%。就蛋白质的多少而言,面粉的营养要比大米好一些。
不同食品中所含的蛋白质种类也是不同的,鱼、肉、蛋所含的蛋白质,营养价值要比植物中的蛋白质高。这是因为蛋白质是由多种氨基酸组合而成的。多种氨基酸又是蛋白质在烹调和人体消化吸收过程中最后得到的。这些不同种类的氨基酸由人体吸收后再结合成人体各部分的组织细胞。动物性蛋白质中的氨基酸种类与人体所需要的氨基酸大致相似,越相似就越易为人体所吸收,营养价值也就高一些,而植物性蛋白中的氨基酸种类比较少,并且比较简单,相对地说,不像动物性蛋白质那样为人体所吸收,营养价值也差一些。但是也有例外的时候。例如我们前面介绍过的大豆,其蛋白质含量为36%,几乎是鱼、肉中的蛋白质的两倍,素有“素牛肉”之美称。虽然大豆中的蛋白质不易为人体所吸收,但其做成豆腐后却很容易为人体所吸纳。
尽管动物性蛋白质具有易为人体吸收,营养价值高的优点,但是我们却切不可认为我们应只吃荤,不吃素。人们的食物结构是要讲究科学搭配的,那就是要荤素结合。这不单单是为了调调口味,增进食欲,更重要的是为了吸收人体所需的多方面的营养。人体中所需要的氨基酸是多方面的,植物性蛋白质提供的氨基酸种类和动物性蛋白质是不相同的,它们可以相互补充。例如我们生活中的一道名菜——红烧鱼头豆腐,不仅味道鲜美,而且由于鱼类蛋白质有较为丰富的松氨酸,豆腐蛋白质中少这种酸,但却含有丰富的麸氨酸,相互扬长避短,使这个菜的营养更加丰富。
另外,我们还要注意进食必须适量。蛋白质营养的主要因素,不可缺少,但也不易过量,一般一个成人每天有60~80克就够了。蛋白质不像脂肪、淀粉、糖类那样可以贮藏在人体中,供缺少时补充。它过量了就要经过肾脏的作用,变成尿素排出体外,这样就会加重肾脏的负担,反而不利于人体的健康。过多的蛋白质不能及时地被肠子中酶的作用分解、吸收,结果被存在于肠子中的细菌分解,产生出臭味和一定毒性的胺类、硫化物及二氧化碳等。它们被吸收到人体中,对人体也是不利的。
脂肪也有动物性脂肪与植物性脂肪两种,它们被吃进人体后,经过化学反应,一部分供给人体活动所需要的热量,多余的会合成人体脂肪在人体皮下贮存起来。脂肪贮存得过多,人就发胖了。脂肪经过反应后生成的热量比蛋白质、淀粉经过反应后生成的热量要高一倍以上,所以含有较多的脂肪的食物被吃进人体后,人可以比较耐饥。
最后的一类是淀粉和糖类。淀粉和糖类进入人体后会发生水解,最后都成为葡萄糖、果糖等一类单糖。这些单糖除一部分供应人体所需要的热量外,多余部分组成人体的脏糖贮存在肌肉和肝脏内,以备不时之需。
上面我们讲了各种营养因子、蛋白质、脂肪、糖类、淀粉。这些营养在与体内的血红细胞所含的氧发生生物化学反应时,释放出大量的热能和生物反应生成细胞组织。这些热能还会依据人体的需要进行各种转化,如人的头脑进行的思考,活动需要占去人体所需全部能量的80%~90%,这些都属生物能。总之,人体的能量转化是一个十分复杂的问题,至今人类尚未找到解答它的钥匙。
我们前面还介绍过了人体所需要的大量的矿物元素如宏量元素碳、氢、氧等;痕量元素铁、铜等。这里我们又介绍了营养因素。实际上,人体是一个高度复杂的有机体,它的摄入与消耗都需要维持微妙的平衡,即达到所谓的“恰到好处”的理想境界。
由此可见,营养问题实质是人体的能量,转换系统能否进行良好的运转的问题,营养的科学,实质也就是人们研究人体健康发展的内部学问。
人的器官能替换吗
古代的帝王在拥有了大量的财富,过了极其奢侈的生活以后,往往最终的目标就是长生不老。虽然帝王的目标是难以达到的,但是,对于现代的人来说,延年益寿并不是过高的要求。要做到这一点,当然需要多方面的努力,可是,如果有办法来替换人体内日益衰老的器官,也许有助于延年益寿。另外,由于患病和某些意外事故,使人体器官受到损伤时,也需要有代用品,这就是化学家研究医用高分子的目的。
高分子在医药领域中的应用主要有三个方面:(1)用于制造人工组织人人工器官的高分子生物材料。
(2)医疗过程中各种体外用的器具和用品。
(3)作为载体、助剂和药理活性物质,用于提高药物制剂的安全、长效性和专一性,如高分子药物。
人、鱼和减压病
减压病是我们经常遇到的一种生理反应,它又称为潜涵病或潜水员病,是在潜涵工人或潜水员等,在长时间的高压条件下工作之后,突然恢复到常压时所患的病症,主要症状有肌肉及关节疼痛、眩晕、呕吐、麻痹甚至心脏麻痹等。
我们知道,潜水员潜水时,一般港到几米到一百多米深不等,利用最现代化的新型潜水服可下潜到几百米深的水下。一般,每下潜10米,约增加1个大气压。因此,当潜到水深20米处所受到的压力,就比在水面上高出12个大气压,这时要把船上的空气供给处在加压状态下的人进行呼吸,必须使用高于水压的压力来送气。一般是气体的压力越高,在水或血液中溶解的量就越高。所以在长时间呼吸加压空气的人的血液中,就会溶解有大量的氧(O2)和氮(N2)。氧可以在呼吸的过程中消耗掉,而氮却滞留在空气中。这时如果人突然上升至水面。血液中的氮就要变成过饱和,进而在血中产生气泡,堵塞血管,以致出现上述减压病的症状。
但是,我们知道,同样处在海中的鱼,有的甚至可生活在几百米深海域,为什么它们没有产生出类似于人的减压病呢?
原来,深海下的鱼所受的压力虽然很高,但是由于它们接触不到高压的空气,它们是通过鳃来吸入氧的,所以在它们的血液中不会溶解过多的氧和氨。因此在急骤地升到水面时它也不与得减压病。但在某些情况下,如突然地被从水中钓上来时,也会出现和减压病相同的症状。
实际上我们在分析鱼的减压问题时,还必须考虑一个问题,那就是鱼鳔。鱼鳔中装的是CO2、O2、N2等气体,当鱼飞快地游向浅水,在它体内密封着的鱼鳔(鲤鱼、沙丁鱼等的鱼鳔,是和食道之间通过一根管子相连通的,但是大多数鱼的鱼鳔是不与外界连通的),由于外界压力减小,因而发生膨胀,它在压迫心脏的同时,也增大了浮力。为了克服这种压迫所带来的不适和调节浮力,血液就要吸收一些鱼鳔中的气体,以至增大了血中气体的压力,这时则应当考虑有可能发生减压病。但是实际上,鱼并不会如此迅速地升到浅水层,所以通常我们看不到鱼类的减压病。
下面我们来看一下快速地把鱼类从深海中钓上来的情况。由于鱼眼球中的血管不多,因此网膜附近存在着多量的氧,常压下测定时,很多都已经处于饱和状态。这种氧为了养护具有强烈代谢作用的网膜所必须要的,而氧是位于网膜后部的称为脉络膜腺的腺体——一种特殊的“泵”来供应。
舰在我们把处于这种状态的鱼,从几十米以下的深水中突然钓上来时,就可以看到它的鱼鳔由于膨胀的结果而从口中吐出,眼球的后部也产生气泡,致使眼球鼓起。这种眼球突出的症状,可以认为是一种减压病。而眼球后部所产生的气泡,则可以认为是因为突然被钓上来而产生的减压作用引起的,及从所谓脉络膜腺这种泵所产生的氧、推动泵运动的二氧化碳以及一部分从鱼鳔中吸收到血液中的气体中产生的。
我们下面接着来分析一类和减压病有关的鱼类疾病。有许多涌泉的水,人们喝起来没有任何害处,看起来也非常干净,但是,如果把鱼放进去,就会在一夜之间死掉。这是为什么呢?
实际上,当这种水处于地下高压时就已经溶有多量的氮,在它涌至地面上时,就成为含有过饱和氮的水。如果鱼进入含氮量超过130%的过饱和的水中,水中的氮就能从鳃扩散到血液,使血液中的氮也成为过饱和,如果时间一长,就在血管内成为气泡,以至堵塞血管。虽然发生这种病的机理和减压病相同,但它却和减压及潜水无关,因此称为气泡病或气体病。
例如把新孵化出来的小金鱼,投放到有许多水生植物的水槽中,并把水槽放在有阳光照射的地方,由于光合作用,水生植物会释放出大量的氧气,使水中气体溶解度增高,这样,小金鱼也会出现气泡病的症状。
植物在进行光合作用时,由于对二氧化碳的同化作用而放出的氧,随着水温的增高,而变得显著地过饱和(有的情况下可达到200%)。因此可以认为,小金鱼的气泡病是由过饱和氧所引起的。
人类的好伴侣
一、铝的诞生与发展史
1854年,法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合,通人氯气后加热得到NaCl,AlCl3复盐,再将此复盐与过量的钠熔融,得到了金属铝。这时的铝十分珍贵,据说在一次宴会上,法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉,而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链;1955年巴黎国用博览会上,展出了一小块铝,标签上写到:“来自粘土的白银”,并将它放在最珍贵的珠宝旁边,直到1889年,伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年,美国的豪尔和法国的海朗特,分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝,奠定了今天大规模生产铝的基础。
近一个世纪的历史进程中,铝的产量急剧上升,到了20世纪60年代,铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位,这时的铝已不单属于皇家贵族所有,它的用途涉及到许多领域,大至国防、航天、电力、通讯等,小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛,不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。
二、铝及其合金
纯的铝很软,强度不大,有着良好的延展性,可拉成细丝和轧成箔片,大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二,但由于其密度仅为铜的三分之一,因而,将等质量和等长度的铝线和铜线相比,铝的导电能力约为铜的二倍,且价格较铜低,所以,野外高压线多由铝做成,节约了大量成本,缓解了铜材的紧张。
铝的导热能力比铁大三倍,工业上常用铝制造各种热交换器、散热材料等,家庭使用的许多炊具也由铝制成。与铁相比,它还不易锈蚀,延长了使用寿命。铝粉具有银白色的光泽,常和其他物质混合用作涂料,刷在铁制品的表面,保护铁制品免遭腐蚀,而且美观。由于铝在氧气中燃烧时能发出耀眼的白光并放出大量的热,又常被用来制造一些爆炸混合物,如铵铝炸药等。
冶金工业中,常用铝热剂来熔炼难熔金属。如铝粉和氧化铁粉混合,引发后即发生剧烈反应,交通上常用此来焊接钢轨;炼钢工业中铝常用作脱氧剂;光洁的铝板具有良好的光反射性能,可用来制造高质量的反射镜、聚光碗等。铝还具有良好的吸音性能,根据这一特点,-些广播室,现代化大建筑内的天花板等有的采用了铝。纯的铝较软,1906年,德国冶金学家维尔姆在铝中加入少量镁、铜,制得了坚韧的铝合金,后来,这一专利为德国杜拉公司收买,所以铝又有“杜拉铝”之称,在以后几十年的发展过程中,人们根据不同的需要,研制出了许多铝合金,在许多领域起着非常重要的作用。
在某些金属中加入少量铝,便可大大改善其性能。如青铜铝(含铝4%~15%),该合金具有高强度的耐蚀性,硬度与低碳钢接近,且有着不易变暗的金属光泽,常用于珠宝饰物和建筑工业中,制造机器的零件和工具,用于酸洗设备和其他与稀硫酸、盐酸和氢氟酸接触的设备;制作电焊机电刷和夹柄;重型齿轮和蜗轮,金属成型模、机床导轨、不发生火花的工具、无磁性链条、压力容器、热交换器、压缩机叶片、船舶螺旋桨和锚等。在铝中加入镁,便制得铝镁合金,其硬度比纯的镁和铝都大许多,而且保留了其质轻的特点,常用于制造飞机的机身,火箭的箭体;制造门窗、美化居室环境;制造船舶。
渗铝,是钢铁化学热处理方法的一种,使普通碳钢或铸铁表面上形成耐高温的氧化铝膜以保护内部的铁。铝是一种十分重要的金属,然而,许多含铝化合物对人类的作用也是非常重大的。
三、含铝化合物