书城童书中华少儿科普知识读本:数理化
3853100000014

第14章 漫游化学天地(1)

世界上每一种物质都是由化学元素构成的。如岩石、土壤、房屋、桥梁、汽车、 植物和动物等等都是由化学元素构成的。化学就是研究物质变化的科学,化学无所不 及,具有超群的魅力,它使人们的日常生活中出现了各种各样的奇迹。吃饭穿衣少不 了化学,清洁洗涤更离不开化学,在实验游戏中,化学更是让人拍案叫绝……甚至在 风马牛不相及的爱情世界,还可找到化学的影子(正文”爱情中的化学“就讲这个问 题),化学真是太神奇了,下面就顺着我们的航线去漫游这神秘的天地吧。这里讲的 有历史上的奇迹化学现代的超群化学有日常生活中的平凡化学、实际生活中的趣味化 学。

1.雪花飘飘漫舞厅

雪花,严冬的象征。它是一种自然降水现象,然而也有不是来自云层的雪花。你 相信舞厅里会飘起雪花吗?

在200多年前俄国首都圣彼得堡的一个舞厅里,有一天晚上舞厅里正举行着舞会 ,由于当时还没有电灯,舞厅四周点燃着上百支蜡烛。为了怕风吹灭蜡烛火焰,舞厅 门窗紧闭。当时室外温度已是-30℃,但舞厅里的气温却在20℃左右。随着时间的推 移,室内空气越来越少,人们开始感到空气沉闷,并有窒息感觉。

这时有人急中生智,猛地打开了窗户,室外空气一下子全涌了进来,人们一个个 从闷热感觉中苏醒过来,深深地吸着新鲜的空气,就在这时奇迹出现了,舞厅里竟然 雪花漫舞,许多人头发和衣服上都挂上了一层白白的霜。

开始有的人以为雪花是从窗外飘进来的,但抬头望窗外,晴空万里,满天星斗。 那么雪花是怎么来的呢?

其实这是一个无意的人工降雪过程。原来,点燃的上百支蜡烛不仅产生了大量的 二氧化碳,而且还向空气中散发了大量的烟粒和水蒸气,这些烟粒成为形成雪花的凝 结核。成百个跳舞者不断地呼吸,也向空气中呼出了大量的水汽,这些水汽和烟粒, 在门窗紧闭的舞厅里既不会散失,也看不出有什么变化,但当冷空气大量涌进来时, 急剧的降温,使水汽大量地、迅速地在烟粒这种凝结核上凝结,于是形成了雪花。所 以这次舞厅里的雪花是最早的一次人工降雪过程。

2.猪八戒的启示

战争中化学武器的使用,使得防毒面具到处可见,你知道防毒面具是如何发明的 吗?它防止哪种毒气,为什么呢?

两伊战争中化学武器的使用,使得防毒面具到处可见,海湾战争期间更是一片面 具世界,就连小学生上课也戴起了防毒面具。你知道防毒面具是如何发明出来的吗?

1915年4月22日傍晚,在比利时的伊伯尔地区,德军为了对付英法联军的进攻, 首次使用了毒剂弹。当时先是看到从上风处德军阵地上慢慢升起一股白色的气浪,随 后就是英法联军阵地上的官兵打喷嚏、咳嗽、流泪不止,有的甚至窒息倒地。侥幸逃 脱的联军官兵描述了当时的所见所闻,令有关人士大为震惊。英法联军将抗毒袭的任 务交给了科学家们。通过对战地报送的气样的分析研究,科学家们发现了毒气的化学 成分为氯气。但是,他们绞尽脑汁也得不到一个有效的对付氯气的办法。

在联军收复了被毒气袭击的失地后,有人建议进行实地考察。一行人来到了毒袭 地区,他们发现,除了联军官兵和当地居民的尸体外,就连飞鸟、家禽、牛、羊、马 、狗也未能免遭毒害。可奇怪的是,猪却大量地存活,并无中毒的迹象。这引起了科 学家们的注意。有人怀疑猪对氯气中毒有特殊免疫力,但是即刻遭到生物学家的否定 .奥妙何在?

为了揭开秘密,科学家们搞了个模拟实验:他们把猪、马、牛、羊等圈在一起, 然后施放氯气,他们则在远处用望远镜观察。结果发现:猪比其他畜牲的嗅觉灵敏得 多,它们较早地闻到异味,旋即拼命逃窜。当无法躲避时,就拼死在地上刨土,然后 将长鼻子插入刨松的泥土中”闭目养神“,好像”猪八戒打瞌睡“.毒气散尽后,其他 动物都死了,猪却不慌不忙地拔出长鼻,用力将鼻孔中的大量土粒喷出,边跑边摆起 了尾巴。

目睹这一”奇迹“后,科学家们很快得出了结论:泥土细粒对氯气有明显的吸附 作用,猪的长鼻插入细粒泥土中,细粒泥土塞满了它的鼻孔,形成一个天然防护面具 ,就好像过滤器一样。科学家设想人若戴上有”长鼻式“过滤器的防护面具,其中放 上适量比泥粒更有效的活性炭作吸附剂,不是也可以抵抗毒气的袭击吗?于是,防毒 面具便应运而生。

3.疯疯癫癫何作怪

化学元素锰的奇迹般出现,使日本一个小镇变成了疯子村,这是为什么?

20世纪30年代,在日本一个偏僻的农村小镇发生了一件奇怪的事。村上先后有10 多人发了疯病,神态紊乱,行动反常,时而大哭,时而大笑,四肢变得僵硬。这种怪 病给各自的家庭带来了灾难,也惊动了当地政府和有关医疗部门。

当地的警察局和医院派出了调查组,进行了调查,检查了这些疯子的身体和血液 成分,发现他们身体中所含有的金属锰离子的含量比一般人要高得多。正是这些锰离 子使这些人中毒并发了疯。

过多的锰离子进入人体,开始时使人头疼、脑昏、四肢沉重无力、行动不便、记 忆力衰退,进一步发展使人四肢僵死、精神反常,时而痛哭流涕,时而捧腹大笑,疯 疯癫癫,呈现令人作呕的丑态。

那么过多的锰离子又是从何而来的呢?原来,这个小镇的人们常常把使用过的废 旧干电池随手扔在水井边的垃圾坑里,久而久之,电池中的二氧化锰,在二氧化碳和 水的作用下,逐渐变为可溶性的碳酸氢锰,这些可溶性的碳酸氢锰渗透到井边,污染 了井水。人们饮用了含有大量锰离子的水,便引起了锰中毒,造成了在短时间内有10 多人发疯的怪事。

4.铁锈作怪竟杀人

铁生锈,司空见惯,然而竟能导致人员死亡,这是为什么?

外国某化学公司的一家工厂中,有一贮存氯化镁的钢质容器。有一次,因容器需 要维修而停止工作,厂方排空了容器中的氯化镁,并将容器冲洗了几遍。而后两个工 人进入钢质容器维修,一下去就晕倒了,当人们发现后,立即将人救出并送到医院, 一人经抢救脱险,一人不幸死亡。

是什么原因导致人员死亡的呢?难道容器中含有有毒气体?

人们对钢质容器内的空气进行了测定,并没有发现任何有毒气体,但却惊奇地发 现容器中空气里的氧气含量远远低于正常标准。

为什么容器中会缺氧呢?经分析,发现问题原来出在容器本身,是因为容器生锈 的缘故。

我们知道,铁在潮湿的空气中能和氧气发生化学反应,生成铁锈(主要成分是 Fe2O3·H2O)。容器中残存的氯化镁在铁生锈的过程中起了推波助澜的作用,即残存 的氯化镁作为催化剂,使得铁生锈加快,从而造成容器内缺氧。后来人们在同样条件 下进行了类似试验,也证实了上面的分析。

铁生锈导致人员伤亡,实属偶然,这也许不能说是铁生锈的魔力,然而全世界因 铁生锈而损失的钢铁,据估计约占世界年产量的四分之一,这难道不是一个骇人的数 字吗?这也许是铁生锈的魔力所在。

5.”波尔多液“故事多

硫酸铜和石灰水的混和物,化学上称为”波尔多液“,它是一种有名的杀菌剂, 能防治果树、水稻、棉花、马铃薯、烟草、白菜、黄瓜等不同植物的病菌。你知道波 尔多液是怎样发明的吗?

1882年的秋天,法国人米拉德氏在法国波尔多城附近发现各处葡萄树都受到病菌 的侵害,只有公路两旁的几行葡萄树依然果实累累,没有遭到什么危害。他感到很奇 怪,去请教管理这些葡萄树的园工。原来园工把白色的石灰水和蓝色的硫酸铜溶液分 别撒到路旁的葡萄树上,让它们在葡萄叶上留下白色和蓝色的痕迹,使过路人看了以 为是喷撒过了毒药而打消可能偷食葡萄的念头。

经过园工的启发,米拉德氏进行反复试验与研究,终于发明了这种几乎对所有植 物病菌均有效力的杀菌剂。为了纪念在波尔多城所得的启发,米拉德氏就把由硫酸铜 、生石灰和水按比例1∶1∶100制成的溶液叫做”波尔多液“.

6.拿破仑之死,谜底揭开

法国著名的军事家拿破仑生前曾在战场上立下了赫赫战功,所谓风云一时,但是 关于他的死,历史上却一直是个谜。拿破仑究竟死于何因呢?

近年来,英国的科学家、历史学家运用了现代科技手段,采集了拿破仑的头发, 并对其成分及含量进行了分析。同时,他们又实地调查了当时滑铁卢战役失败后放逐 拿破仑的圣赫勒拿岛,并获得了当年囚禁拿破仑房间中的墙纸。经过研究,英国科学 家发表了一个分析报告,宣布杀死拿破仑的”凶手“是砒霜。

砒霜的学名叫三氧化二砷,是一种可以经过空气、水、食物等途径进入人体的剧 毒物。拿破仑死前并没有吃过砒霜,也没有人用砒霜谋害过他(因为食用砒霜立即会 死亡,而拿破仑是在囚禁过程中生病死的),因此,当英国科学家在宣布这个结论时 ,人们都感到十分意外。

那么砒霜是如何使拿破仑中毒并死亡的呢?

原来,当年囚禁拿破仑的房间里,四周墙壁上贴着含有砒霜成分的墙纸。在阴暗 潮湿的环境下,墙纸会产生一种含有高浓度砷化物的气体,以致使这间屋子里的空气 受到污染,日积月累,年复一年,终于使拿破仑患慢性砷中毒而死亡。

英国法医研究所在化验拿破仑的头发时,发现在他的头发中,砷的含量已超过正 常人的13倍。另据当年的监狱看守人记录有”拿破仑在生命的最后阶段,头发脱落, 牙齿都露出了齿龈,脸色灰白,双脚浮肿,心脏剧烈跳动而死去“.这种症状完全类 似于砷中毒的症状。因此,对拿破仑是死于砷中毒的结论易理解了。

7.现代千里眼

台湾某地有一少年,视力竟达4.0的极限程度,人们公认他是”现代千里眼“.这 究竟是怎么回事呢?

科学家研究后发现,他之所以成为”千里眼“,其原因是他喜欢生食鱼眼,而鱼 眼中的微量元素硒能使他成为”千里眼“.

据科学家分析,人体中有一种含硒的酶,能催化并消除对眼睛有害的自由基物质 ,从而保护眼睛的细胞膜。另外,瞳孔的收缩和眼球的活动所引起的肌肉收缩等,都 离不开硒的作用。

硒是人体不可缺少的微量元素,科学家认为,人体每天必须摄入50~250毫克硒。 因为,人体缺硒时,易患大骨节病、克山病、胃癌等。科学家已经证实了硒具有减弱 黄曲霉毒素引发肝肿瘤的作用,能抑制乳腺癌的发生等。总之,硒能增强人体的免疫 力。为了补救我国很多地区缺硒或低硒的情况,现已研制成功了”硒力口服液“、” 硒强化营养盐“、”富硒参黄蛋“等营养品及食品。

当然硒的浓度超过人体的需要也会产生疾病,如肺炎,肝、肾功能退化等,严重 的还会致人于死地,为此需合理摄入。

8.烈火焚烧若等闲

石灰石是自然界中分布很广的一种矿物,相当坚硬,它的主要成分是碳酸钙。它 却永不怕火,这是为什么?

石灰石在高温下煅烧,显得十分”镇静“,有”烈火焚烧若等闲“之感,石灰石 在煅烧的熊熊烈火中最后化为生石灰和大量的二氧化碳气体:

CaCO3煅烧CaO+CO2↑

生石灰与水的反应十分激烈,”吱“的一声,块状的生石灰就成为粉末状,真是 ”粉骨碎身全不怕“,最后生成了氢氧化钙(俗称熟石灰或消石灰),同时放出大量 的热:

CaO+H2O=Ca(OH)2+热

熟石灰微溶于水,用熟石灰的浊液涂刷墙壁后,熟石灰与空气中的二氧化碳反应 又会重新生成坚固的碳酸钙:

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

这样,用熟石灰涂刷过的墙壁会变得既洁白又光亮。

9.燃烧的三个儿子

燃烧在一般情况下是指某些物质(如柴、炭、油、煤气等)在较高温度时与空气 中的氧气化合而发出热和光的剧烈氧化反应。物体为什么会燃烧?

物体要能燃烧起来,必须具备三个条件。第一是物体本身是可燃物,最常见的可 燃物有木柴、煤气等;第二要有助燃物帮助燃烧,最常见的助燃物是氧气;第三是温 度必须达到燃烧点(即燃点)。三个条件缺一不可。

没有氧气,火就无法燃烧。

将燃烧的蜡烛放入瓶中,盖上瓶盖。瓶中的蜡烛燃烧一阵之后,就会熄灭。这是 因为瓶中所含的氧气因燃烧而被用尽的缘故。

火消失后,倒入石灰水立刻变为混浊的白色。由此可知,燃烧会产生二氧化碳, 二氧化碳与石灰水作用会产生白色沉淀。

小档案

二氧化碳为什么能灭火

二氧化碳本身既不能燃烧,又不能帮助燃烧。但它比空气重,遇到火时,它会盖 在着火物的表层,使其与空气隔绝而达到灭火的目的。灭火器是利用二氧化碳的这一 特点来灭火的。

10.世上真有”女儿国“

生儿育女是人类繁衍的前提,在通常情况下,出生的男孩和女孩在数量上基本维 持平衡,这是一种自然规律。但是在我国山西省某个偏僻的山村,有很长一段时间内 出生的婴儿几乎都是女孩,无独有偶,在英国威尔士北部一个名叫达姆威士的村镇, 有段时间内出生的孩子也全是女孩。这究竟是怎么一回事呢?

科学家们对当地的土壤、水质、食物等进行了取样分析,同时对村民进行全面的 体格检查,终于找到了原因。原来当地的水源已被金属镉(Cd)严重污染,人们由于 长期食用了这种被镉污染的水质及食物,造成体内镉的含量大大超过正常人体内的镉 含量,已达到镉中毒的程度,那么为什么镉中毒的人只会生女孩子呢?

科学家们进行了无数次的摸索和试验,他们首先在动物体内进行实验,发现体内 镉的含量过高会损害精子的成熟和活动能力,特别对那些抵抗力比较弱的精子则危害 更大。

原来生男生女主要取决于男子精子的性染色体的性质。即x型和y型。含x染色体 的精子与卵子结合即生育为女孩,含y型染色体的精子与卵子结合即为男孩。由于体 内镉的含量超过正常标准时,会使带有y型染色体的精子失去与卵子结合的能力,而 只能使带有x型染色体的精子与卵子结合,结果就造成出生的婴儿都是女孩了。

11.”点“汞成金不是梦

黄金是一种昂贵的金属,更是财富的象征。因此,提炼黄金一直是人们梦寐以求 的事情,”点“汞成金也成为现实,你想知道为什么吗?

有位科学家实现了”点“汞成金的梦想。他用γ-射线对准厚12厘米、半径50厘 米、重1340千克的水银整整照射了70天,然后经过6年的自然冷却,终于获得了744克 黄金。

γ-射线为什么会使汞变成金呢?原来,当γ-射线射到某种元素的原子核时,这 个原子核就可能失去一个质子,变成元素序号少一个的新元素。而汞的元素序号是 80,金的元素序号是79,因此,汞在γ-射线的照射下会转变为金。它的制取过程是放 射化学研究的内容,但是,”点“汞确实成了金,γ-射线就是当之无愧的”炼金药 “.