书城教材教辅中外化学故事
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第4章 各显其能:化学元素故事(3)

长期以来,由于它曾给人和动物带来许多灾难,所以硒一度遭到人们的冷落和鄙夷。后经科学家们的多方探索和研究,人和动物还少不了硒呢。过量的硒能导致人和动物中毒,但缺少硒也能使人和动物发生种种疾病。“克山病”就是人体缺硒所造成的一种奇特的心脏病。在国外,人们发现,在含硒量低的地区,癌症发病率高;而在含硒量丰富的大蒜产区或人们喜食大蒜的地区,胃癌发病率低。同样,禽畜缺少硒也会发生各种疾病,甚至引起死亡。20世纪70年代,美国把硒列为畜禽饲料中的必需元素,继铜、铁、碘、锰、钴、锌之后一跃爬上了“第七必需微量元素”的宝座!

观“双胞胎”———钾和钠

19世纪的人们向来以为苛性碱是不可再分解的简单物质,几乎所有化学家都毫无疑问地把它当成了化学元素。可是,戴维却有另外一种冲破传统的想法。他推想,碱有几种化学性质,跟一些已知的成分复杂的物质很相似,它很可能也是复合物。于是,他先选用苛性钾进行电解实验,然而几次实验都失败了,苛性钾原封不动,呈现出的都是水被分解成氢和氧的现象。不过,戴维没有因此而丧失信心。他不断改进实验,既然水总在里面捣乱,干脆就用无水苛性钾吧!他按着这一思想又干了起来,果然,奇异的现象出现了。

一天,戴维让助手埃德蒙得把苛性钾水溶液换成无水苛性钾,然后开始对熔融的无水苛性钾电解……“它会不会分解呢?”戴维把白金导线接触熔融了的苛性钾表面时,心里在想。“现在没有水了,匙子里只有苛性钾一种东西。如果它不是元素,那么它马上就会露出原形,可是电流也可能通不过熔融的碱吧?”正在他反复思索之时,电流通过去了。“喂,”戴维声音都变了,“埃德蒙得,这儿来!苛性钾分解了。”助手用手遮着眼睛,往仪器前凑。而戴维自己却差点把鼻子碰到白金匙子上。原来,由于电流的作用,熔融的苛性钾不仅通过电流发生显著的变化,而且在白金导线跟苛性钾接触的地方,还出现了一些小小的火舌,淡紫色的火焰,非常美丽,只要电路不断,火焰就不会熄灭;电流一停,火焰也就立刻熄灭。助手莫名其妙地看着教授,说:

“这是怎么回事?”“埃德蒙得,这意味着,咱们已经把这种假元素给揭穿了。”戴维自信地说,“电流已经把苛性钾所含的某种未知物质分离出来了。导线旁边发着淡紫色火焰的就是它。”这是一种什么样的物质呢?怎样才能收集到这种神秘的物质呢?戴维陷入思索之中……1807年10月的一个早晨,薄雾蒙蒙。戴维吃完早饭,匆匆走向实验室。几天来,他一直在想,第一次没有把苛性钾分解成功是因为水;第二次,又没有成功,可能是因为那熔融的碱热到了发赤的地步,温度太高了。于是他又想出了第三个办法,让苛性钾从空气里稍微吸收一点湿气试试。按着这一想法,他和助手埃德蒙得又开始了新的实验……电流果然通过去了。那固体的碱块,立即开始从上下两个方面熔化。戴维见此情景,脸色渐渐苍白了。他站在试验台旁边,紧张得几乎停止了呼吸。这时,碱块同金属接触的地方正在熔化,发出细微的咝咝声。突然,啪的一声爆响,像爆竹般从熔融的碱上面传出。戴维用胳膊肘使劲推了一推他的助手,迅速把头俯到试验台上。“埃德蒙得……埃德蒙得……”

他喃喃地说,“你看啊,埃德蒙得!”熔融的苛性钾上面沸腾得越来越厉害,下面的白金片上有些极小的珠子从熔融了的苛性钾里滚出来。它们跟水银珠一样带有白银的光泽,可是它们和水银可大不相同。它们中间有的刚一滚出来,就啪的一声裂开,爆发一阵美丽悦目的淡紫色火焰而消失得无影无踪;有的虽然侥幸得保全,却很快就在空气中变暗,蒙上一层白膜。原来碱的组成中含有某种金属,而且在这以前,谁也不知道世界上有这么一种金属。戴维认清了这一点,突然离开座位,在实验室里如醉如狂似地跳起舞来。

又经过几次验证后,他终于肯定了自己的新发现。他大胆地把苛性钾从元素名单上抹掉,换上了一个当时还没有人知道的新元素。这是一种真元素,他给它取名叫锅灰素,译成中文就是“钾”。

分解了苛性钾以后,戴维立即着手分解另一种碱———苛性钠,并很快获得成功。他为这种从苛性纳中分离出来的新金属元素,取名为苏打素,译成中文即是“钠”。

钾和钠的性质有很多相似之处,只不过,钠的金属活动性比钾略微差一点儿。钠是黄色的火焰,钾是淡紫色的火焰。所以当时人们都说:“戴维发现了双胞胎元素!”

铁的辉煌过去

19世纪90年代初,在美国亚利桑那州的沙漠中发现了一个巨大的陨石坑,坑的直径有1200米,深度有175米。估计这块亚利桑那州陨石有几万吨重。有人试图想让这个“天外来客”为他们赢利,甚至成立股票公司,然而最后却以公司的关闭而告终。

19世纪90年代中期,美国探险家在丹麦格陵兰的冰层中发现了一块33吨重的铁陨石。这块陨石历尽千辛万苦被送到纽约,至今仍然保存在那里。

“天外来客”毕竟有限,因此在冶金业发展之前,用陨铁制作的器具相当的珍贵。因此,铁在地球上的出现与使用,在最初带有神秘与高贵的色彩。只有最富有的贵族才能买得起耐磨的铁制装饰品。在公元前1600~1200年就发现了一件用来配青铜剑身的铁剑柄,显然,这是作为一种贵重的装饰金属物。在古罗马,甚至结婚戒指一度是铁制而不是金制。在18世纪探险家航行中甚至有过这样的经历,他们用一枚生锈的铁,可以换一头猪,用几把破刀,就可换足够全体船员食用好几天的鱼。因为他们遇见的波利尼亚西土著人对铁的渴望超过了其他。有史以来,锻造业也一直被认为是最体面的行业之一。

19世纪80年代末,由杰出的法国工程师艾菲尔设计的一座宏伟的铁塔建筑物在巴黎落成。许多人认为,这座高300米的铁塔不会持久,艾菲尔却坚持说它至少可以矗立四分之一个世纪。到现在整整80年过去了,艾菲尔铁塔仍然高高屹立在巴黎,吸引着成千上万的游客,成为法国的骄傲。

20世纪50年代末,在比利时首都布鲁塞尔世界工业博览会上,一座让人过目难忘的大楼矗立起来,这座建筑物由9个巨大的金属球组成,每个球的直径为18米,8个球处于立方体的每个角顶,第9个球处于立方体中心,这正是一个放大了上千亿倍的铁晶体点阵模型,它叫阿托米姆,也是人类不可缺少的朋友———铁的象征。

送给敌寇的“礼物”

第二次世界大战期间,德国法西斯入侵法国,占领了法国北部的工业、文化名城里尔。里尔中心学校里驻满了德国鬼子,他们干扰学生们的正常学习和生活,而且对里尔市民欺压迫害,这一切使学校的学生们充满了对德国鬼子的仇恨。一个聪明的学生想出了一个惩罚德寇的好办法。这名学生发动同学一起动手,赶制出一些小圆筒———这是即将让德国法西斯吃苦头的“礼物”。第二天,正巧德军有一批军火要从设在学校的军火库装车南运。这天早晨,当德国鬼子装好军火,集中起来去食堂吃饭时,学生们举行了一场足球赛。球赛非常激烈,但队员们老是把球踢出边线,一股脑儿往装军火的车下钻。队员们则利用捡球的机会,神不知鬼不觉地将前一天晚上做好的小圆筒系到汽车底下。球赛结束了,德国鬼子一点也没发觉。

吃完早饭的鬼子出发了,不一会儿,就消失在公路尽头。忽然,远方传来沉闷的爆炸声,“轰———轰———轰———”,一声接着一声。听到这声音,策划这次行动的学生们都高兴地跳了起来。

此时,德国法西斯的司令部里则乱成了一团,因为他们得知他们计划用来进攻法国首都巴黎的装备在这次爆炸中受到了重大损失。一些炸得半死的德国鬼子心里也怪纳闷的:“真奇怪呀,这车走着走着怎么就爆炸了呢?”

是呀,那些炸毁德寇军车的“秘密武器”到底是什么呢?原来,这是学生们制造的“土定时炸弹”。那么,“土定时炸弹”是运用什么原理做成的呢?第一,它利用了白磷这种物质燃点低的原理,不用火柴点,白磷在40℃条件下就可自燃;第二,它利用了二硫化碳这种液体在常温下容易挥发的特性。

前面说过,学生们自制了一些小圆筒,他们在小圆筒里装入二硫化碳液体,在液体中再放一小块白磷。这样,一个个“土定时炸弹”便做成了。孩子们赛足球时,利用捡球的机会,把这些“土定时炸弹”牢牢地固定在油罐附近的汽车底盘上。当敌人军车在阳光下高速奔驰时,热空气使铁罐里的二硫化碳逐渐挥发掉,溶解在二硫化碳中的白磷颗粒露了出来,每个白磷小颗粒在空气中与氧气反应放出热量,温度上升到40℃时,白磷就自动燃烧起来,引起油箱着火爆炸,再引起车上的军火爆炸,就这样,一车德军的武器弹药便报销了。

我们知道,磷是氮族元素中重要的一种元素。白磷和红磷是磷元素的同素异形体。

白磷是一种蜡状的固体,有剧毒,不溶于水,但能溶于二硫化碳。把白磷隔绝空气加热到260℃,就会转变成红磷。红磷是红棕色粉末状的固体,没有毒,不溶于水,也不溶于二硫化碳。红磷加热到416℃时就升华,它的蒸气冷却后变成白磷。

磷的化学性质活泼,容易跟氧、卤素以及许多金属直接化合。

白磷远比红磷容易燃烧。白磷的着火点是40℃,红磷的着火点是240℃。白磷受到轻微的摩擦或被加热到40℃,就会发生燃烧现象。所以,白磷必须贮存在密闭容器里,少量的白磷可保存在水里。

白磷和红磷的着火点虽然不同,但是燃烧以后,都可生成五氧化二磷。白磷在空气里,即使在常温下,也会缓慢地氧化,氧化时会发光,在暗处可以清楚地看见。磷在空气中易被氧化,因此自然界里没有游离态的磷存在。磷主要以磷酸盐的形式存在于矿石中。

磷跟卤素能发生化合反应。由于卤素的原子吸引电子的能力比磷强,因此,磷在其卤化物中显示+3价和+5价。磷在不充足的氯气中燃烧生成三氯化磷,而在过量的氯气中燃烧生成五氯化磷。

点燃

2P+3Cl22PCl3

点燃

2P+5Cl22PCl5

白磷和红磷在性质上的差别是和它们不同的结构有关。白磷分子是由四个磷原子结合而成的四面体型分子,而红磷的结构则远比白磷复杂。

白磷可用于制造纯度高的磷酸,红磷除用于制农药外,主要用于制造安全火柴。此外,在军事上还用磷来制造烟幕弹和燃烧弹。在第一次世界大战期间,白磷烟幕弹就曾帮助英法联军大败德国部队。当时是在欧洲西部的战场上,一支英法联军受命摧毁一支德国部队的防线。由于固守的德军占据着有利的地势,加上两军阵地之间有一片开阔地,英法联军的行动被德军看得一清二楚,因此,英法联军的几次猛烈攻击都没有使德军防线遭到破坏。几天后的一个清晨,一群英法联军的飞机飞到德军阵地的上空。像往常一样,几百颗炸弹从天而降。但不同的是,随着震耳欲聋的爆炸声,一团团巨大的蘑菇状白色烟雾在德军阵地上升起,顿时,整个德军防线淹没在浓烈翻滚的白色烟雾之中。德军指挥所已无法指挥,阵地上乱作一团。这时,英法联军的冲锋号响了。威武的坦克徐徐挺进,士兵们潮涌般地冲过德军防线。原来,英法联军将白磷装进炸弹里,是白磷制造了如此烟雾弥漫的“屏障”,挡住了德军的视线,帮助英法联军取得战斗的胜利。

现代战争中最令人毛骨悚然的毒魔———神经性毒剂是含磷毒剂,是在研究有机磷农药杀虫剂的基础上发展起来的。神经性毒剂包括1936年德国发现的塔崩毒剂(现已淘汰)、1939年制成的沙林毒剂、1944年合成的梭曼毒剂和1952年英国发现的维类毒剂(即维埃克斯毒剂)。神经性毒剂可装在炮弹、导弹、火箭弹等多种弹药中使用。毒剂分散开来可使空气、地面、物体表面和水源染毒,用以杀伤有生力量,封锁重要军事地域和交通枢纽。神经性毒剂毒性大,破坏神经冲动传导,可经呼吸道、皮肤等多种途径使人畜中毒。

一世英雄亡于“砷”

1815年,拿破仑在滑铁卢战役失败后第二次退位,被流放到圣赫勒拿岛,6年后即死去了。政府的公告说他是患胃癌死去的,但其所谓的遗嘱上说:“我是被英国人及其雇佣的凶手暗害。”人们用中子放射化学分析法对他的遗发进行鉴定,发现其头发中砷的含量比正常人高出40倍,这足以说明他是由于砷中毒而死的。

当人吃进含有毒物的食品或吸进有毒气体时,头发就会有反应,它所含有害物质就会升高。化验头发不仅能够准确地指示中毒物质是什么,而且能准确地指示其中毒时间。因为头发一天生长03毫米,根据毒物在头发中的位置,就能确定摄入的时间了。那么,拿破仑是不是被人毒死的呢?逐段分析拿破仑的头发后发现,在拿破仑死亡前的一段时间里,头发中的含砷量是逐渐增加的,据此可认为,他不可能是被人毒死的,他的死亡是由于岛上的水被含砷化合物污染造成的。

砒霜是一种古老的化学毒物,它是砷的一种氧化物。在古代,砒霜经常被一些野心家、阴谋家用来铲除异己、毒害他人。除此之外,砒霜在刀光剑影的战场上也曾建立殊勋。13世纪,成吉思汗及其后裔率领蒙古大军陆续对中亚、西亚和东欧广大地区发动三次大规模的军事征战,即成吉思汗西征、拔都西征和旭列兀西征。这三次西征席卷万里,砒霜在这些重大的军事行动中扮演了重要的角色。

华沙一战,蒙古军用抛石机射出大量毒烟球,弄得全城都是砒霜和狼毒的烟雾,守军痛苦不堪,最后投降。

蒙古军在进攻匈牙利佩斯城的时候,他们的工兵向敌人兵营里发射了密集的巨石、火箭、毒箭(史料记载蒙古人的毒箭含砒霜巴豆,产生强烈的毒烟)、燃烧油。这些攻击武器大多为西方军队首次见到,其内心恐慌可以想象。蒙古人采用了“围城必阙”的战术,匈牙利人迅速崩溃从缺口逃亡。但是,身着轻装的蒙古军队速度和耐力远远高于逃跑者,可以不停顿地换马四处截杀。蒙古军迅速攻克佩斯城,杀死10万余人。

在法国著名作家福楼拜的小说《包法利夫人》中,也有一个涉及砒霜的故事。富裕农民的女儿爱玛在修道院度过青年时代,成年后嫁给了市镇医生包法利。包法利平庸低能,感情贫乏,令爱玛失望。她羡慕上流社会的豪华奢侈,看不惯小城镇的平淡生活。为了解除她的烦闷,包法利迁居永镇。在那里,爱玛遇上了地主、情场老手罗道耳弗,成为他的情妇并要和他私奔。罗道耳弗本是逢场作戏,为了摆脱她,他暂避外地,爱玛的精神受到很大的打击。不久,又遇到过去在卢昂相识的见习生赖昂,两人开始了躲躲藏藏的偷情生活,这使爱玛不断债台高筑。不久包法利的积蓄和财产都经过爱玛之手进了高利贷者的腰包。此时,赖昂对爱玛也已生厌。爱玛在高利贷者的逼迫之下,走投无路,只得吞砒霜自杀。