书城教材教辅新课改·高一化学备课素材
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第50章 碳族元素无机非金属材料(5)

有,戴上变色眼镜准行。在阳光下,它是一副黑墨镜,浓黑的玻璃镜片挡住耀眼的光芒。在光线柔和的房间里,它又变得和普通的眼镜一样,透明无色。

变色眼镜的奥秘在玻璃里。这种特殊的玻璃叫做“光致变色”玻璃。它在制造过程中,预先掺进了对光敏感的物质,如氯化银、溴化银(统称卤化银)等,还有少量氧化铜催化剂。眼镜片从没有颜色变成浅灰、茶褐色,再从黑眼镜变回到普通眼镜,都是卤化银变的“魔术”。在变色眼镜的玻璃里,有和感光胶片的曝光成像十分相似的变化过程。卤化银见光分解,变成许许多多黑色的银微粒,均匀地分布在玻璃里,玻璃镜片因此显得暗淡,阻挡光线通行,这就是黑眼镜。但是,和感光胶片上的情况不一样,卤化银分解后生成的银原子和卤素原子,依旧紧紧地挨在一起。当回到稍暗一点的地方,在氧化铜催化剂的促进下,银和卤素重新化合,生成卤化银,玻璃镜片又变得透明起来。

卤化银常驻在玻璃里,分解和化合的反应反复无穷地进行着。照相胶卷和印相纸只能用一次,变色眼镜却可以一直使用下去。变色眼镜不仅能随着光线的强弱变暗变明,还能吸收对人眼有害的紫外线,的确是眼镜中的上品。如果把窗玻璃都换上光致变色玻璃,晴天时,太阳光射不到房间里来;阴天或者早晨、黄昏时,室外的光线不被遮挡,室内依然亮堂堂的。这就仿佛扇扇窗户挂上了自动遮阳窗帘。在一些高级旅馆、饭店里,已经安上了变色玻璃。汽车的驾驶室和游览车的窗口装上这种光致变色玻璃,在直射的阳光下,连变色眼镜都不用戴,车厢里一直保持柔和的光线,避免了日光耀眼和暴晒。

神通广大的活性炭

1915年,第一次世界大战期间,西方战线的德法两军正处在相持状态。德军为了打破僵局,在4月22日,突然向英法联军使用了可怕的新武器——化学毒气氯气18万公斤。英法士兵当场死了5000,受伤的有15000。

有“矛”必然就会发明“盾”,有化学毒气必然就会发明防毒武器。在两个星期后,军事科学家就发明了防护氯气毒害的武器,他们给前线每个士兵发了一种特殊的口罩,这种口罩里有用硫代硫酸钠和碳酸钠溶液浸过的棉花。这两种药品都有除氯的功能,能起到防护的作用。

可是,令人为难的是敌方并不老是使用氯气,如改用第二种毒气,这种口罩就无能为力了。事实也是如此,在使用氯气后还不到一年,双方已经用过几十种不同的化学毒气。

所以,必须找到一种能使任何毒气都会失去毒性的物质才好。

这种百灵的解毒剂在1915年末就被科学家找到了。它就是活性炭。

大家也许知道,把木材隔绝空气加强热可以得到木炭。木炭是一种多孔性物质,多孔性物质的表面积必然很大。物质的表面积越大,它吸附其他物质的分子也就越多,吸附作用也就越强烈。如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气,除去粘附在木炭表面的油质,使内部的无数管道通畅,那么木炭的表面积必然更大。经过这样加工的木炭,叫做活性炭。显然,活性炭比木炭有更强的吸附作用。

在1917年,交战双方的防毒面具里都已装上了活性炭。

奇怪,活性炭的眼睛为什么那么雪亮,能抓住毒气而放过氧气、氮气呢?原来,活性炭的吸附作用同被吸附的气体的沸点有关。沸点越高的气体(即越容易液化的气体),活性炭对它的吸附量越大。军事上使用的大多数化学毒气的沸点都比氧气、氮气高得多。

请不要以为活性炭只用在防毒面具里,它还有许多其他用途。

在自来水工厂里,如果水源有臭味,只要让水流过活性炭后就不臭了。你也许会说自来水仍然有股味。这是氯的气味,因为自来水常用氯来消毒。

在制糖厂里,工人们往红糖水里加一些活性炭,经过搅拌和过滤,可以得到无色的糖液,再减压蒸发水分,红糖就变成晶莹的白糖了。

现代家庭的金鱼缸里,有不少装着电动水泵,让水循环通过滤清器。在滤清器里也用活性炭去吸附水中的臭味和杂质。

一吹即燃的蜡烛

一般的蜡烛,当它燃烧的时候,一口气就可吹灭。然而,却有一种特殊的蜡烛,当你需要点燃的时候,只要吹一口气就可以了,请看魔术师的表演吧。只见魔术师手里拿一只蜡烛,并且故意让台下的观众看看,让观众相信这是一只普通蜡烛,然后把蜡烛插到蜡台上,他对准蜡芯吹一口气后,蜡烛便燃烧起来了。

当你看完魔术师表演之后,能回答蜡烛一吹即燃的奥秘吗?

原来,魔术师在表演之前将蜡烛芯松散开,滴进了些溶有白磷的二硫化碳溶液。因为二硫化碳液体是极易挥发的物质,魔术师吹口长气使其挥发速度进一步加快,当二硫化碳挥发完了,烛芯上留下极为细小的白磷颗粒,白磷与空气中的氧气发生氧化反应并产生热量,当温度升高到35℃时,白磷便自行燃烧,随之就把原来熄灭的烛芯又引着了。这种由于白磷在空气中氧化而引起的燃烧现象,在大自然中是经常发生的,这就是人们所说的“天火”或“鬼火”。

咖啡杯事故

1981年2月报道了美国西雅图出现的一起家庭铅污染事故。一个两口之家中,妻子突然出现典型的铅中毒腹绞痛,开始却因没有铅的接触史而被误诊;丈夫为此查阅了大量资料后,要求作血、尿的铅检测才得到确诊。丈夫追忆3年前自己也曾出现腹泻、腹痛、易激动、体重减轻等铅中毒症状,也要求作尿铅、血铅检测,同样获得了确诊。

然后,他们试图找出中毒的原因。首先考虑的是自来水管,但那是镀锌的;夫人是画家,颜料含铅,但丈夫从不接触。当种种因素被排除后,他们想起涂釉咖啡杯。经测定,在放入热咖啡时,含铅量达8mg/100mL。平时,夫妇俩用这样的杯每天饮8次,进入体内的铅要比美国食品药物管理局规定的标准高出400倍。铅的慢性中毒就不言而喻了。

20世纪70年代起,人们就已经认识到环境铅污染的严重危害。据报道,美、德、法等国人的所有组织都有铅蓄积,1980年我国几个大城市居民普查的结果表明,血铅已达危险水平。其主要污染物是汽车废气中的四乙基铅。推广使用无铅汽油是主要预防手段。

治疗铅中毒颇为棘手,因系过量蓄积,只有设法促排。西医对人常采用化学螫合驱排法。所谓螫合驱排就是口服适当络合剂,使之与污染金属成分作用生成螫合物排出而解毒。目前常用的络合剂有二巯基丙醇、EDTA或青霉胺等。由于它们是非选择性的,在驱铅的同时,也排出了大量必需微量元素(如锌、铜、锰等)。这种过度络合的毒副作用,又会造成体内微量元素新的失衡。此现象中医称之为“祛邪伤正”。90年代我国中药学界研制出解毒健脾中药驱铅方剂,以解毒为本,辅以健脾,标本兼顾,在临床上取得良好疗效。由于健脾兼有利胆,加速了进入肝脏的铅通过胆汁从粪便排出。最为突出的是,中药驱铅而不干扰微量元素的体内平衡。这正好体现了祛邪(驱铅)而不伤正(不排出具他微量元素)、邪去而又利正的中医医理。

干冰的用途

和氧气或氢气比较,二氧化碳显得易液化、固化。只要把压强加到60×1.01×105Pa,二氧化碳气就可变成无色液体。若继续降温、加压很快可由雪状固体变成外形像冰一样的固体。固态的二氧化碳称做“干冰”。“干冰”是一种比冰更好的制冷剂,它冷却的温度比冰低得多,可以产生-78℃的低温。而且,“干冰”熔化时,不会像冰那样变成液体,它直接蒸发成为温度很低的、干燥的二氧化碳气体,因此它的冷藏效果特别好。“干冰”经常用于保藏容易腐烂的食品。

用飞机从高空撒布“干冰”,它能使空气里的水蒸气冷凝,变成水滴下降。因此“干冰”可用于人工降雨。

植物的生长发育离不开光合作用。在植物体中的叶绿素通过光合作用能将二氧化碳转换成糖和淀粉。在温室里施用二氧化碳作肥料,可以提高农作物的产量。

蜡烛的成分及其燃烧产物

蜡烛通常是由石蜡制造的。石蜡是从石油的含蜡馏分经冷榨或溶剂脱蜡而制得的。石蜡是几种高级烷烃的混合物,主要是正二十二烷(C22H46)和正二十八烷(C28H58),含碳元素约85%,含氢元素约14%。蜡烛里还常加入硬脂酸(C17H35COOH)以提高软度。

蜡烛燃烧时,正二十二烷和硬脂酸燃烧的产物都是二氧化碳和水。反应的化学方程式如下:

2C22H46+67O2点燃44CO2+46H2O

C17H35COOH+26O2点燃18CO2+18H2O

为什么豆腐和菠菜不能一起煮

菠菜营养丰富,有“蔬菜之王”之称,但是菠菜里含有很多草酸,每100克菠菜中约含300毫克草酸。豆腐里含有较多的钙质,两者若同时进入人体,可在人体内发生化学变化,生成不溶性的草酸钙。人体内的结石正是草酸钙、碳酸钙等难溶性的钙盐沉积而成的,所以最好不要把菠菜和豆腐一起熬着吃。

另外,单独吃菠菜也不宜一次吃得过多,因为菠菜里的草酸能够跟人体内的钙、铁质结合,从而使人体缺乏钙、铁,影响健康。在钙和草酸的比例为1∶2时,最易形成结石。若通过食物搭配破坏这个比例,则结石可以防止。例如吃菠菜时搭配着吃些含钙丰富的芝麻、牛奶或鱼,就可以克服菠菜的这个缺点。

二氧化碳与工业生产

二氧化碳是我们所熟悉的物质。二氧化碳只占空气总体积的0.03%,可是没有这0.03%的二氧化碳,自然界的生命活动就无法进行,地球的环境也会有极大的改变。人类和其他生物的生命尘埃,许多自然现象,以及工业生产,都和二氧化碳密切相关。下面就来介绍一下二氧化碳在化学工业中的一些重要作用。

在常态下,二氧化碳对液体和固体的溶解能力非常低,但随着压力和密度的增加,其溶解能力逐渐提高,尤其是对有机化合物的溶解更为明显。在一定的温度条件下,二氧化碳与甲醇等许多有机溶剂能够很好地混溶,而与水的互溶性则很小,因此,二氧化碳可以从水中提取出许多有机溶剂,它是一种良好的萃取剂。而且由于二氧化碳挥发度大、黏度低、扩散系数高,并且具有稳定、不燃、无毒、无爆炸等特点,被广泛用于食品、饮料、油料、香料、药物等方面的加工萃取。

固体二氧化碳,又称做干冰,在融化和升华的时候,能够吸收大量的热量。干冰的升华潜热是590.34J/g,可见,干冰具有比冰块更有效的制冷效能。此外,干冰比冰的制冷温度低50多摄氏度,吸热后即升华为气体逸出。使用干冰作为制冷剂,不仅冷却速度快,操作性能良好,不浸湿产品,不会造成二次污染,而且投资少,节省人力。因此,二氧化碳被广泛用于制冷工业中。

粮食、蔬菜、瓜果存放久了会变质腐烂。怎样才能将它们保存的时间延长呢?人们又想起了二氧化碳。我们知道,蔬菜瓜果的腐烂是来自于它们的呼吸作用,呼吸作用很大程度上依赖空气中的氧含量。而改变普通空气的成分,降低空气中氧气的含量,提高二氧化碳的含量,可以有效地抑制瓜果的呼吸强度,减弱其新陈代谢速度,阻止发芽,延缓成熟腐烂。同时,二氧化碳还有杀菌作用,可抑制微生物的活动,而且具有优异的杀虫灭鼠和防潮防霉的性能。因此,二氧化碳作用为一种不添加任何防腐剂的保鲜物质,在粮食蔬菜水果的贮存中被越来越广泛地应用。使用二氧化碳作为保鲜剂,可将苹果贮藏200多天,柑橘贮藏100天以上。使用二氧化碳贮存大米,可以有效地杀灭大米里的成虫,还可以省去翻晒所需的大量人力物力。

在医疗卫生方面,二氧化碳是一种良好的呼吸刺激剂,将6%的二氧化碳与96%的氧气混合,是治疗一氧化碳中毒、溺死和休克的标准药物,这种混合剂在麻醉和碱中毒的处理中也可作为一种增效剂。

二氧化碳在工业上还有许多其他的用途。随着科学的进步和技术的发展,二氧化碳还会找到越来越多的用武之地。

沙子——未来的石油

目前汽油价格不断上涨,是所有的碳化合物(石油、煤和天然气)开始耗尽的首批迹象。不管石油藏量还够人类使用40年还是100多年。碳作为能源供应者的时代在人类历史中将只是一个短短的篇章。

硅的数量无限同碳一样。硅也与氧气一起“燃烧”。但是,地球上实际存在的硅(化学结合)数量无限。除了氧气之外,硅是地球表层最常见的元素,因为普通沙粒型都有硅。如果能够成功地以合适的成本把银光闪闪的硅用做产生能量的物质,那么人类将摆脱对资源用尽的一切忧虑。

硅作为产生能量的物质。甚至可能比石油和煤还多。与碳不同,硅也可以同氮一起燃烧。在大自然里没有纯硅,它都是以化学方式结合的,大多与氧结合。二氧化硅与通常的石英砂和石英岩没有什么不同。地壳的四分之三是由这种物质组成的地球表层二氧化硅多的原因很简单:几乎没有其他化学化合物像硅和氧的化合那么坚固。因此,要把这两种元素分开需要很多能量。但是,为把这两种元素分开所需的能量不会丢失。硅里蕴藏着能量。纯硅将成为一种带有与碳相同的能源密度的电池:一磅硅产生的能量与一磅碳产生的能量大致相当。

随时都可以通过使硅与氧或者氮在一起燃烧的方式,使硅中所含有的化学能量重新释放出来。硅在开辟一种不受时间限制的地储存能源和安全地运送能源的新方法。燃烧时不产废气硅燃烧时不产生废气。如果硅与氧结合,硅会还原,变成无害的沙子。但如今在获取这种金属时。还需要煤作为反应伙伴。因此,在获取硅时也会产生二氧化碳。法兰克福大学的无机化学教授奥纳寄希望于开发把污染环境的气体从废气中过滤出来的技术。根据接新的看法。可以使固体二氧化碳转变为甲醇,甲醇是可能的汽油替代物。从中期来看,找到不排放二氧化碳的解决办法是可以想象的:通过生物技术方式或者借助电解。卡尔斯鲁厄大学汽车制造研究所的赫布斯特就寄希望于借助电解。安全的最佳燃料从安全的角度来说,硅是最佳的燃料。例如,与铀燃料棒不同,硅在运输时不需要安全容器;也不像氢那样需要高压油箱。这种能源物质可以简单地用卡车装运。在运输硅时,驾驶员甚至可以吸烟。用燃烧着的烟不能点燃碎硅片,甚至用切割烧嘴也不能点燃碎硅片。

运输硅的船只沉没后,不会像油船那样发生灾难。在船只破损时,运载的硅会简单地下沉,然后随着时间的推移在海底重新转变成沙子。