书城童书中华少儿科普知识读本:数理化
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第20章 漫游化学天地(7)

氢的来源丰富,据估算地球上光在水中就含有15亿亿吨氢,因此绝对没有枯竭的 危险。其次是氢作为能源,燃烧后生成的是生命液体--水,没有烟尘和废气,因此不 存在污染问题。另外,氢还是一种热值很高的燃烧,燃烧1000克氢可以放出约1.424 ×108焦的热量,比石油、煤炭等化石燃料大得多。不过,氢气的贮存和运输限制了 这一理想能源的大规模使用。

在通常情况下,氢气是气体,质量非常小,即使加压到15兆帕,储存于高压钢瓶 中,所装气体的质量也不到钢瓶的1/100,而且氢气的性格比较暴烈,遇到火花会发生 爆炸,因此直接将氢气储存于钢瓶中的做法既不方便,也不安全,储量也很小,因此 并不可行。

那么,能否把氢气液化后储存起来呢?回答是肯定的。不过氢气在常压下,要冷 至-252.6℃才会变成液氢。这样制备液氢不仅需要能制造超低温的冷却设备,而且还 需将液氢储存在隔热的容器中,因此需要较大的空间,也比较笨重。比如,用液氢作 燃料、用液氧作助燃剂的宇宙火箭,光液氢和液氧的储存箱,就要占到火箭全部空间 的一半以上。航天飞机的起飞重量约2000吨,而液氢液氧的储存箱约重700吨,占起 飞重量的1/3以上。因此,将氢气液化后储存的方法尽管已应用于实践中,但还是存 在着许多困难。

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不知你是否注意到,在元素周期表中,氢所在的这一族除了氢以外,都是典型的 金属。

为此,科学家们一直在思考将氢转变成金属的方法,并于1972年在高压下成功地 制得了金属氢,这可以说是金属家族中诞生的一个新成员。金属氢的密度很高,用它 作燃料,不但体积小、效率高,储存也方便。

74.钒与血的颜色

一提起血的颜色,人们便会不约而同地回答:红色。其实不尽然,血不只有红色 ,还有蓝色、绿色等。一般高等动物的血中有含铁的血红蛋白,因此显红色。有些软 体动物,如田螺、乌贼等,由于它们是由含铜的血蓝蛋白来输送氧气的,因此它们的 血液呈蓝色。而海洋生物海鞘的血则是绿色的,这是因为它的血液中含有三价钒。海 水中钒的含量很小,约只有2×10-9的量,而海鞘却有着惊人的富集钒的能力,它体 内钒的浓度可比海水高出几十亿倍。

由于地球上钒的分布十分分散,很难找到钒含量超过1%的矿藏,因此海鞘的富集 钒的本领引起了世界各国科学家们的广泛兴趣。目前,日本已在海滨建起了海鞘养殖 场,据说他们已经利用从海鞘体内获取的钒,炼制了一些特种钢材。

钒还存在于许多生命有机体内,在家禽、蛋、动物肝、甚至人脑中,都有钒的成 分。如果猪饲料中加入少量钒,可以大大促进猪的食欲,从而快速催肥。动物体内若 缺钒,则会产生生长迟缓,生殖机能低下等病症。

另外,最近,有科学家还发现有一种钒固氮酶具有固氮作用,这一发现为人工模 拟生物固氮开辟了广阔的前景。

75.试与黄金试比高

铂系金属家族除了金属铂(俗称白金)以外,还包括钌、铑、钯、锇、铱和金六 种元素。它们的产量很小,但具有极高的工业价值,因此人们又称它们为贵金属。

在铂被发现以后的几十年间,它的命运一直不佳,甚至还因为一些贪婪的商人将 铂掺入黄金中谋取暴利。西班牙政府曾一度下令禁止开采铂矿,并将所有库存的金属 铂都抛入了大海。直到19世纪20年代以后,人们发现了铂的催化性能,它在工业上的 巨大意义才表现了出来,但至今全世界铂的年产量仍不过20多吨,用铂制成的白金饰 品仍十分昂贵。

铂系金属家族中的其他成员大多混杂在铂矿中,但它们的含量很少,而且难以溶 解,因此在铂矿被提取出来以后,它们总是随着残渣一起被扔掉了。直到1803年,英 国的一位多才多艺的化学家戴拉斯顿开始用王水来溶解铂矿,才从中发现了两种元素 钯(为纪念当时发现的一颗小行星而得名)和铑(”玫瑰花“的意思,因该金属形成 的多种化合物呈鲜艳的玫瑰色而得名)。

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1735年,法国和西班牙的一支联合科学考察团到达秘鲁,该考察团中的西班牙海 军军官乌罗河在平托河附近的金矿中发现了一锭白金。因为它极像银,便为它取名为 ”平托河地方的银“.9年后,这位海军军官将这锭白金带回了欧洲,并交给英国化学 家华特生鉴定。华特生经过4年的研究,确认来自”平托河地区的银“是一种新金 属--铂。

76.能测知年代的同位素

科学家发现,一棵树、一片草叶、一只蜜蜂,以及人体中的一点肝脏、一片指甲 ,在每6×1012个碳原子中一定有一个是碳-14原子。这种原子每分钟能放出16个β粒 子,自己则转变成碳的其他同位素。假如生物(植物或动物)活着,碳-14原子则衰 变多少就能补充多少,总保持一定的数量。假如有人砍倒了一棵树,这棵树死了,就 不会再补充不断减少的碳-14了。可是,原来的碳-14原子还在继续衰变。要知道,从 活树上碳-14原子每分钟放射16个β粒子,逐渐地”衰变“,到只能每分钟放射8个β 粒子,经历这样一个”半衰期“,需要5730年。因此,几千年后人们发现了这棵被砍 倒的树,锯下一块木头,将它加热变成炭,从中取出1克,用放射性探测器测出它每 分钟能放射的β粒子个数,经过计算,就会确知这棵树究竟是在什么时候被砍倒的。 埃及考古学家就是用这种方法测知小麦的”年龄“的。

用放射性测定年代的方法,是很有用的。我们说五千年前地球上已有了人类,他 们会用火,会砍树,会制作草鞋。这也是通过碳-14原子测定的。据考证,很久以前 ,有些印第安人曾经做了一些草鞋,留在一个山洞里。在他们返回山洞之前,火山突 然爆发,堵住了洞口。这个山洞现在被考古学家发现了,他们用放射性碳-14测定这 些草鞋是在9600年前留下的。这里可能有些误差,但一般总是在9400年到9600年前这 段时间里留下来的。

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埃及的考古学家在离尼罗河不远的山上,发现一座非常古老的谷仓,从谷仓里找 到了一些小麦,经科学方法测定,这些小麦大约是六千多年前留下来的。这是用一种 放射性同位素碳-14测定小麦”年龄“后才知道的。

77.能吞噬细菌的金属

人们用银碗盛牛奶等食物,可以保存较长的时间不变质。因为银子也会”溶解“ 于水,当食物同银碗接触以后,食物中的水就会使极微量的银变成银离子。银离子的 杀菌能力相当强,每升水中只要有一千亿分之二克的银离子,就足以叫细菌一命呜呼 了。

银离子的杀菌功能,还可以用在消毒和外科救护方面。古埃及人就已经知道,用 银片覆盖伤口有疗效。后来又有人用”银纱布“来包扎伤口,治疗皮肤创伤和难治的 溃疡,有时会收到很好效果。现代医学中,医生常用1%的硝酸银溶液滴入新生儿的眼 睛里,以防治新生儿眼病。驰名中外的中医针灸,最早使用的就是小小的银针。

银的化学性质很稳定,不会与氧气直接化合。银器表面发黑,一般是遇到了硫化 氢,生成黑色的硫化银的缘故。古银器长期与空气接触,在空气中极微量的臭氧作用 下,也会失去光泽。

78.化学王国的”孙悟空“

乙烯出生在石油裂化炉,这个裂化炉好像《西游记》里太上老君的炼丹炉,乙烯 就像是从炼丹炉里逃出来的孙悟空,有七十二般变化,神通广大。

生性活泼的乙烯,遇到其他化合物,很容易”摇身一变“成了新的”化身“.它 与水结合,就会变成酒精;如果先同硫酸结合,再同水的反应,也可以变成酒精。工 厂里如果用乙烯制造酒精,能节约大量的粮食。如果许多个乙烯手拉手地连接在一起 ,只要有一定的压力和一些催化剂,就会聚合起来变成聚乙烯。我们日常生活中使用 的食品袋,就是一种聚乙烯薄膜。用聚乙烯做的塑料管,不怕酸碱的腐蚀,又能任意 弯曲,比用金属管要方便得多。

聚乙烯是个大分子,在单个聚乙烯分子里,有2000多个碳原子。这个分子像是一 条又长又窄的长线。聚乙烯液体经过喷丝头喷出,并且一边冷却,就成了聚乙烯纤维 .乙烯和丙烯共同聚合,可以生成一种具有橡胶性质的聚合物,叫做乙丙橡胶。乙烯 得到银的”帮助“,能在空气中氧化成环氧乙烷,再加水反应,变成乙二醇,它是制 造”的确凉“的原料,也可制造防冻剂。

乙烯加上氯化氢,又”摇身一变“为镇痛急救药氯乙烷,如果进一步同铅作用, 生成的四乙铅,是半个世纪来广泛使用的汽油抗爆添加剂,但是由于铅的毒害,无铅 汽油正在逐步顶替它的位置。乙烯也能变成氯乙烯,从而制成聚氯乙烯树脂。它能做 成各种塑料用品,或者做成聚氯乙烯纤维,再加工成具有保暖防病作用的内衣。

79.运动饮料走俏市场

人在激烈运动时,会流出许多汗水。汗水里有许多盐分,其中还包含钙、镁、钾 等矿物质。如果光喝开水,不仅不能补充身体营养,消除疲劳,而且饮水越多,出汗 越多,盐分流失也越多,容易引起肌肉乏力、疼痛,甚至抽筋。运动员饮用的是由葡 萄糖、矿物质等营养物质做成的运动饮料,能很快消除疲劳,恢复体力。

运动饮料又叫等渗饮料。它的渗透压同人体内体液的渗透压十分接近,容易被人 体吸收,使人保持旺盛的体力,这对于高温条件下工作的人、旅游者、老年人和青少 年,都是理想的饮料佳品。

80.称量原子的”天平“

构成万物的小小原子,究竟小到什么程度?中国古代有位叫公孙龙的说过:”一 尺之棰,日取其半,万世不竭。“意思是说,有根一尺长的木棍,每天把它截去一半 ,一万代也截不完。

如果确实有这样的工具,能一直截下去的话,那么,一尺木棍每天截去一半,到 第三天只剩八分之一尺;第十天只剩下一千零二十四分之一尺;到第三十天,剩下十 亿分之一尺,这时木棍已经比纤维素分子还小了;到第三十二天,只剩下四十亿分之 一尺,相当于原子大小了。科学家发现,不同的原子,大小也不同。原子的直径一般 是一亿分之一厘米,或三十亿分之一尺。打个比方,一个最小的细菌里面大约可以容 纳20亿个原子!

这样小的原子,有多重呢?如果以克为单位,那么一个碳原子的质量是小数点后 面22个0,才接上以克计的小数。这好像用大的磅秤来称一粒芝麻那样,很不恰当。因 此,科学家规定:以一个碳原子(指碳-12)质量的十二分之一为标准,其他的原子 质量同这标准相对照得出相对质量、称为这个原子的原子量。就是说,用一种原子的 质量,来衡量另一种原子的质量,两种不同原子质量的比,才是原子量。所以,原子 量是没有单位的。例如氢的原子量等于1,碳是12,氧是16,钠是23等等,这在化学计算 等方面很有用。

81.人类的天然保护伞

臭氧层被喻为人类的天然保护伞。

臭氧,是一种带有特殊臭味的物质。雷雨过后,我们能闻到这种气味。在地球上 空7至30公里的大气层中,来自太阳的高能紫外线使空气中的氧分子分解,生成两个 氧原子,然后三个氧原子结合便生成臭氧。大量的臭氧分子结集于高空大气中,就形 成一道天然屏障,具有保护地球上生物免遭紫外线过量辐射的作用。科学家指出,臭 氧层变得稀薄,会给人类带来灾祸。

人类广泛地用作冷冻剂和气溶胶的氟里昂-12(CFCl3)和氟里昂(CF2Cl2),一 旦扩散到了空中,与高能紫外线发生作用,会产生氯原子。这些氯原子同一氧化氮一 样,起着破坏臭氧的催化作用。

近几年来,科学家们纷纷提出保护臭氧层的问题,限制某些损害地球臭氧层的化 学产品,并向南极上空输送臭氧,以弥补臭氧洞,完成”补天“大业,保护地球上的 一切生物免遭祸害。

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臭氧洞的形成,主要是人类活动释放的物质引起的。根据美国科学家研究委员会 国家研究院的结论,每一架超音速运输机每年能增加60个皮肤癌患者。同时,还使人 们的免疫功能降低,可能使那些离极地最近的国家的农作物减产等。

82.神奇的气功大师

气功这一神奇的名字经常使人迷惑不解,真正的气功对强健体魄、解除人们的病 痛带来福音。然而利用化学反应进行气功发放外气,也真能起到以假乱真的效果。想 必你一定很想知道这位”气功大师“是如何发放外气的吧!

”气功大师“在”发功“之前,先取两小块双面粘胶纸,将其分别贴在自己的左 右手心上,然后取少量与肤色相近的棉花粘在手上的胶粘纸上,并加以压平。以后分 别在棉花上滴上少量的浓盐酸和浓氨水(不要太多)。准备工作完毕,即可进行外气 发放。

开始时,表演者以静气功站立式静立一会儿,随后慢慢地将两手徐徐向前抬起至 肩平,手心相对。过一会儿,两手慢慢向内合拢,两手间开始冒出许多”白色气体“ (其实是烟)。两手掌靠得越近,产生的”气体“越多。当两手逐渐分开时,”气体 “则越来越少。这神奇的”气功“真使人佩服。

我们知道浓盐酸与浓氨水相接触,就会生成氯化铵固体,大量的氯化铵固体小颗 粒悬浮于空气中就产生白烟。这就是奇妙的气功大师的奥秘所在。

83.掉不下来的木板

谁都知道,拿在手中的木板,只要手一松,木板就会掉下来。可也有掉不下来的 木板,你信不信?

用一块薄型的木板,沾上一些水,将一只洗干净的250亳升烧杯放在沾有水的木 板上。

再拿一根长约20厘米,直径为6毫米的玻璃管。把玻璃管的一端插入烧杯中,一 端接到一根橡皮管上,橡皮管的另一端接上一只小型打气筒,在烧杯中倒入约60毫升 无色透明、极易挥发的乙醚。此时用打气筒打气,可以加速烧杯中乙醚的蒸发,一会 儿烧杯就被冰冻在木板上了。

由于乙醚从液态变成气态,气化时要吸收热量,烧杯里的乙醚在蒸发时,烧杯周 围包括烧杯下的水温到0℃以下,于是水便凝结成冰了。这时,如果我们提起烧杯, 因木板和烧杯冻结在一起,因此木板会一起被提起来,木板掉不下来的秘密就在这里 .

由于乙醚是一种有麻醉及易燃的液体,所以实验时应在通风橱中或通风的房间内 进行,同时应避免火种。

84.牛奶塑料

一提起塑料,人们立即会想到五彩缤纷的塑料瓶、塑料碗、塑料玩具等,这些物 品都是由高分子材料加工制造出来的。但你听说过牛奶也能制塑料吗?

牛奶放置半天后,牛奶的奶油会浮起,撇出上层的奶油供食用,把脱脂牛奶放在 小铝锅中用文火微热,缓缓地倒入半玻璃杯的米醋,边倒边用筷子搅拌,不一会即可 产生乳白色的块状物质。接着把一块洗净的手帕,放在小碗的碗口,小心地把铝锅中 的液体和乳白色块状物质一起倒入手帕中。过滤完毕后,乳白色的块状物质就留在手 帕上,用手帕把它包起来,用力挤压,挤干后的物质像面团一样,可以捏成你所需要 的形状,这就是牛奶塑料。