书城教材教辅新课改·高一化学备课素材
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第53章 碳族元素无机非金属材料(8)

功能卓越的硅橡胶

在众多的合成橡胶中,硅橡胶是在其中的佼佼者。它具有无味无毒,不怕高温和严寒的特点,在摄氏三百度和零下九十度时“泰然自若”、“面不改色”,仍不失原有的强度和弹性。硅橡胶还有良好的电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等。由于具有了这些优异的性能,使得硅橡胶在现代医学中获得了十分广泛又重要的用途。近些年来,由医院、科研单位和工厂共同协作,试制成功了多种硅橡胶医疗用品。

硅橡胶防噪音耳塞:佩戴舒适,能很好的阻隔噪音,保护耳膜。

硅橡胶胎头吸引器:操作简便,使用安全,可根据胎儿头部大小变形,吸引时胎儿头皮不会被吸起,可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病,能大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦。

硅橡胶人造血管:具有特殊的生理机能,能做到与人体“亲密无间”,人的机体也不排斥它,经过一定时间,就会与人体组织完全事例起来稳定性极为良好。

硅橡胶鼓膜修补片:其片薄而柔软,光洁度和韧性都良好。是修补耳膜的理想材料,且操作简便,效果颇佳。

此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡胶十二指肠管等,功效都十分理想。

随着现代科学技术的进步和发展,硅橡胶在医学上的用途将有更广阔的前景。

晶莹多彩的玻璃

我们日常生活中使用的玻璃制品可多啦:窗玻璃、穿衣镜、灯泡、眼镜、茶杯、酒瓶、玻璃工艺品……

它们的共同特点是透明,可以做成各种各样的形状,还不怕腐蚀。

据说,玻璃是古代腓尼基商人偶然发现的。运载天然碱的腓尼基商船队在航行中遇到大风浪,无法继续前进,只好就近抛锚,在沙滩上过夜。他们用碱块当石头,垒起炉灶,烧火做饭。当风平浪静后,他们收拾锅灶,准备扬帆起航,忽然发现沙滩上有一些闪闪发光的明珠似的东西,这就是最早的玻璃。

这个古老的传说告诉我们,玻璃是由沙子做主要原料熔融而来的。砂子的化学成分是二氧化硅。二氧化硅的熔点很高,加进纯碱(碳酸钠)可以大大降低熔制的温度,使熔浆容易流动。不过,这样做出来的玻璃像糨糊一样,能溶解在水里,我们把它叫做水玻璃,就是硅酸钠。

加进石灰石,给水玻璃“吃”钙片,熔融时和水一样流动的玻璃液冷却后就成为我们常见的玻璃了。在古墓里发掘出的古埃及啥舍苏女皇的项链——一串墨绿色的玻璃珠,是四千年前人类历史上最早的玻璃制品,当时比金银首饰还要珍贵呐!只是那时熔炼温度不高,玻璃珠不很透明。玻璃在很长时期里,一直是王公贵族厅堂上的摆设和艺术品,如今已成为非常普通的生活用品和建筑材料。用玻璃制作的用具和仪器品种繁多,价钱便宜,很受欢迎。盖房子的时候,总少不了玻璃做的门窗;法国巴黎的世界博览会大厅由钢筋镶嵌大面玻璃做成,采光很好,号称“阳光大厦”。普通的窗玻璃、油瓶、酒瓶等带有淡淡的绿色,这是制造玻璃的原料里含有二价铁离子杂质带来的绿色。有些药瓶、啤酒瓶、酱油瓶却是棕黄色的,这仍然是铁的杂质造成的,不过不是二价铁离子,而是三价铁离子。

要制造没有颜色的玻璃,选用的原料里必须不含铁质。可是,自然界的砂子、石灰石以及纯碱,或多或少总会有一些铁的化合物。怎样消除玻璃中的绿色呢?化学的办法是:往玻璃熔浆里加进一定比例的二氧化锰。二氧化锰是氧化剂,它把绿色的二价铁离子氧化成黄色的三价铁离子,锰变成了紫色的三价锰。黄色和紫色合成白色,玻璃就变成无色透明的了。玻璃里含有不同的金属化合物,会被“染”上各种颜色。加氧化亚铜,可以得到红色玻璃;加氧化钴——蓝玻璃;加氧化铬——绿玻璃;……

玻璃也会“老化”。它本是无定形的过冷液体,分子、原子的排列杂乱无章。但是经过长时期的分子运动,玻璃里会出现局部排列稍有秩序的微小晶体,使玻璃透光性下降,好像蒙上了一层雾气,怎么擦也擦不掉,人们从擦不亮的老玻璃这件事里得到启发,干脆让玻璃经过淬火处理,使内部分子排列整齐一些,微晶化。这样的微晶玻璃很像金属,不像一般玻璃那么脆。微晶玻璃茶杯不怕摔,不炸裂,用来做大型反射望远镜,不胀不缩,在冷热剧变的环境里仍然可以正常工作。微晶玻璃做车刀,削铁如泥;还可以加工成人造骨骼。用微晶玻璃做的炒锅,干净,美观,能直接摆上宴席。

人造金刚石

我们知道,金刚石和石墨都是碳元素的单质。金刚石是天然界中硬度最大的矿石,因此具有广泛的社会用途。比如被制成锋利无比的金刚钻来切割钢铁和玻璃,比如在高端研究中的应用等等。在自然界中,天然的金刚石以极少的矿藏深深地埋在地底下,因此,金刚石显得极为宝贵和稀有,自古以来就是财富的重要象征。人们还常常把金刚石镶嵌在金光闪闪的首饰里,作为坚贞不渝的爱情的象征。

金刚石如此的宝贵和稀有,却有着巨大的社会需求,促使很多人苦思冥想,希望能使金刚石成为大量存在的物品,能够“飞入寻常百姓家”那该多好。当年铝制品价格比黄金还昂贵,现在却便宜得很,为什么金刚石不可以呢?

人们对金刚石的首度分析大约在1770年,法国著名的科学家拉瓦锡根据石墨和金刚石燃烧产物与木炭相同这一现象分析得出:金刚石和木炭、石墨的组成相同,都是由碳所组成的。这一发现对当时的贵族震动很大,很多人不相信原来高贵无比的金刚石和低贱的木炭原来是同一种元素组成的。

这一发现对研究者也有很大的启发,既然金刚石、石墨和木炭是同种物质构成,那么它们之间能进行互相转化么?1799年,法国化学家摩尔沃将金刚石隔绝空气加热,发现可转变为石墨。可是由石墨转变为金刚石的尝试,直到20世纪60年代才得以实现。

在人造金刚石的研究过程中,还发生了一件著名的“科学悬案”。法国化学家莫瓦桑,他曾经发明了高温电炉,并首先制取了单质氟。他也投入到人造金刚石的研究中去。莫瓦桑是个坚韧不拔的人,虽然遇到一次又一次的挫折失败,但意志依然坚定。在无数次的失败后,终于有一次实验过后,在残留的石墨里出现了一粒璀璨的金刚石。很快这个消息传统了法国和全世界。莫瓦桑因为氟的制取和其他贡献挤掉了门捷列夫获得了诺贝尔化学奖,然而他在获奖发言中谈得最多最自豪的还是人造金刚石的成就。但是在以后的研究中,再也没有人能用莫瓦桑的方法制取成功金刚石,包括莫瓦桑本人也没有成功过。这不由得让人生疑,难道人造金刚石是虚构的事情?后来莫瓦桑的助手终于承认他看见莫瓦桑的无数次失败,不忍心偷偷地将一颗天然金刚石放在实验器皿里,造成了实验成功的假相。世界上本来很“沸腾”的企盼一下子就被压下去了。

20世纪30年代,人们曾用过1500℃、3.04×106kPa(相当于3万大气压)的条件制造金刚石。1955年提高到2500℃和1.01×107kPa(相当于10万大气压),1962年再提高到5000℃和2.03×107kPa(相当于20万大气压)。也许读者会想,为何不把压力和温度再提高一些呢?提高温度和加大压力也许不是主要困难之所在,难就难在这个反应既要在密闭的条件下进行,又能耐高达5000℃以上的高温,同时还能耐高达几千万帕高压,能满足此条件的容器材料无处可寻,这就好比“巧妇难为无米之炊”。

幸而有人发现,利用金属凝固时收缩而产生的高压和局部产生的高温,可以提供石墨转化所需的条件,如果往体系中加入少量金属(如钢等)做催化剂,则可以得到人造金刚石。首批超高压合成金刚石是在1953年瑞典的ASEA制成的,但在当时一直处于保密,直到1954年底美国通用公司取得成功。3年后通用将第一种合成金刚石作为磨料应用而推入市场。自50年代起,许多实验室如得比尔斯金刚石研究室已成功地进行了这个令人兴奋的实验,实现了无数人的夙愿。但是这样制得的金刚石已经失去了璀璨夺目的光彩,晶体小且外形不规整,常呈暗黄色。由于它具有与天然金刚石类似的硬度,则在工业中广泛用于磨削、钻探等设备中。但是挑剔的珠宝商人是根本不承认这种人造的、坚硬而且色泽黯淡的透明固体就是金刚石的。

期盼有朝一日,我们的人造金刚石也能与天然金刚石一样璀璨夺目,这样金刚石飞入寻常百姓家的梦想就会得到实现了。