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化学故事收集
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                     化学故事01:身轻顽皮的锂

    锂是一种柔软的银白色金属,别看它的模样跟有些金属差不多,性格特点可不同一般啰!首先它特别的轻,是所有金属中最轻的一个。其次它生性活泼,爱与其它物质结交。例如,将一小块锂投入玻璃器皿中,塞上磨砂塞,锂便会通过反应很快耗尽器皿里的空气,使它成为真空,结果,纵然你使上九牛二虎之力,也别想把磨塞砂拔出来。显然,对于这样一个顽皮的家伙,要保存它是十分困难的,它不论是在水里,还是在煤油中,都会浮上来结合空气中的氧气燃烧。化学家们最后只好把它强行捺入凡士林或液体石蜡中,,把它的野性禁锢起来,不许它惹事生非

                化学故事02 第一个航天人之死

18世纪80年代初,热气球在欧洲出现不久,人们对这种飞行器还不十分相信,当时人们已经用热气球成功地把鸡、鸭、羊送上了天空,但从来还没有人乘气球离开地面。1783年法国国王批准了科学界第一次用气球送人上天的计划,并决定用两个判了死刑的囚犯去冒这个风险。

这件事被一个叫罗齐埃的青年知道了,他想人第一次飞上天是一种极大的荣誉,荣誉不能给囚犯。他决心去做一次飞行,于是便找了另外一个青年向国王表达了他们的决心,国王批准了他们的请求,于是在17831121日,他俩乘坐热气球,成功地进行了世界上第一次热气球载人飞行。那次共飞行了23分钟,行程8.85公里,罗齐埃由此成了当时的新闻人物。

第二年,罗齐埃计划乘气球飞越英吉利海峡。当时已经发明了氢气球,使他拿不定主意的是:乘热气球好呢,还是乘氢气球好?最后,罗齐埃决定两个气球都乘,也即把氢气球和热气球组合在一起去飞越海峡。他们将两个气球组合在一起,升空了,然而,升空不久,悲剧就发生了,两只气球碰在一起,发生了爆炸,罗齐埃和另一位青年葬送了年轻的生命。

是什么原因导致了这一悲剧的发生?

原来热气球下面挂了一个火盆,目的是给气球气囊中的空气加温,使气球里充满着热的空气。然而在氢气球中充的是氢气,罗齐埃没有想到氢气是一种易燃、易爆的气体,只要一碰到火星就会爆炸,显而易见,热气球不能和氢气球同时混用。

罗齐埃是一个敢于冒险的青年,可惜由于当时人们缺乏简单的化学知识,导致了他球毁人亡悲剧的发生。

 

 

03 银器变色之谜 

在拉丁美洲的加勒比海中,有一个被称为“花之岛”的马提尼岛。19022月的一天,岛上风和日丽,一家大古董商店的老板起身后,象平常一样察看橱窗里的古董。突然他发现一把精巧的银壶上有一层黑影,他赶紧用软布擦拭,但没有用。商人又去察看其他古董,奇怪的是银器上或多或少都有些黑影。商人十分着急,想立即弄清这个问题,但他又必须马上出门,于是吩咐管家:保护好古董,尽早解决银器上的黑影问题。

过了半个多月,商人回到岛上,还没进门就急不可待的问:“银器怎么样?”管家愁眉苦脸地说:“我想尽一切办法,银器上的黑影不但没能除去,反而越来越深了。更奇怪的是,岛上凡有银器的人家,都发现银器变黑了。”

另人不解的事情继续发生着:没过几天,古董商刚带回岛的银器也变黑了;一个多月后,岛上有些鸡鸭不明不白地死了;马在街上好好走着也会突然倒地而亡……

到了五月八日,岛上居民忽然听到轰隆隆的爆炸声。循声望去,岛上的培利山顶喷出浓密的黑烟,一刹那天昏地暗,时而又有闪电般的火焰掠过,整个岛上充满了强烈的硫磺气味。原来培利火山又喷发了。

古董商想:银器变黑会不会跟火山喷发有什么关系呢?但是,火山距离古董店那么远,银器变黑又是在火山喷发前好几个月,这又怎么解释呢?

(答案:马提尼岛上的银器变黑,完全同火山喷发有关。在火山喷发之前,地下灼热的岩浆虽然还没冲出地面,但已在地下大量聚集,并逐渐移近地面,使那里土地的温度升高。同时火山喷出的物质中的硫的蒸汽以及硫化氢、二氧化硫等这些气体,在火山喷发前已逐渐散到空中,银遇到硫便发生化学变化,生成黑色的硫化银,于是银器的表面变黑了。鸡鸭马匹也是由于这个原因窒息而死了。) 

04  柿饼上的白霜

 

弟弟拿起一个大柿饼正要咬时被哥哥看见了。“不能吃,太脏了!”哥哥喊到,“你没看到柿饼表面上的石灰吗?石灰是不能吃的。”哥哥说的话,弟弟不相信,可是柿饼上的白霜是什么呢?他又说不出来。亲爱的读者,请你给他们俩说说好吗?

(答案:柿饼表面的白粉叫柿霜,它不是石灰,也不是其他淀粉,而是一层葡萄糖。加工柿子时,要把柿子放在阳光下晒制,水分蒸发时柿子里含的葡萄糖变成微小的晶体渗到表面来,形成这层白色粉末。)  

  

05  是谁偷走了碳酸氢铵

 

有一年夏天,在湖南省宁乡县的某个生产队,发生了一件奇怪的事情:仓库里的一万斤碳酸氢铵丢了三千多斤。队干部来到仓库左看右看,奇怪,仓库关的严严实实的,没有一点被盗的痕迹。仔细一检查,发现不少装着碳酸氢铵的塑料袋上有许多破洞,而这些口袋里的碳酸氢铵丢的最多。经过调查,保管员诚实可靠,也没有偷。那么,是谁偷了碳酸氢铵呢?请你帮他们来破案吧!

(答案:碳酸氢铵是一种氮素化肥。它见水就化,并放出一种刺鼻的氨臭味。干燥的碳酸氢铵在常温20℃时基本稳定,天气一热,气温升到30℃以上,再加上雨多潮湿,如果包装不严密,它就会分解成氨气和二氧化碳,飞到大气中去。温度越高,湿度越大,它分解得也越快。这个生产队仓库里的碳酸氢铵就是这么自动“逃跑”的,并没有人偷。) 

  

06 烧不坏的手帕

 

小刚说:“我的手帕烧不坏!”小梅不相信。于是小刚就给小梅当场实验。

他拿一块手帕,先在水里充分浸透。取出后,轻轻把水挤掉(但挤得不太干)。然后将手帕浸入二份酒精一份水的混合液里,取出后,拿一把铁钳夹住手帕的一角,放到火上点燃。这时手帕立即着火,奇怪得很,火焰很大,但手帕却没有烧坏。

小梅感到很奇怪,为什么一块普通的小手帕却烧不坏呢?

(答案:由于在时,其实燃烧的是酒精蒸气,而手帕就始终处于酒精蒸气和水蒸汽的包围之中,所以手帕不会被烧坏。道理就象点燃酒精灯时一样,灯芯是烧不坏的,烧掉的是酒精。)  

 

07 “魔火”

 

        在公元六七三年,阿拉伯舰队气势汹汹地开往 拜占廷的首都君士坦丁堡,扬言要一举征服希腊人。强悍善战的阿拉伯舰队一向都是旗开得胜,所向披靡。然而,这次却给希腊人杀得一败涂地,整个舰队在达达尼尔海峡覆灭了。

几个侥幸抓住木版游回去的阿拉伯水手,惊奇地向人们说:“希腊人太厉害了!科甘涅科斯‘驯服了闪电’,那闪电不仅会把船舰烧着,甚至连水也嘶嘶地烧起来了。”

其实这“魔火”一点也不神秘,它是希腊建筑师科甘涅科斯发明的。说穿了,不过是一种生石灰与石油的混合物罢了!但是,生石灰和石油怎能在海面上燃起大火呢?请你想一想。

答案:生石灰的化学成分是氧化钙,它能剧烈地与水化合变成熟石灰--氢氧化钙,同时放出大量的热。把生石灰与石油的混合物撒到海面上时,第一,生石灰与水化合,大量放热,温度猛升;第二,石油易燃,而且比水轻,浮在水面。这样,一烧起来火势熊熊。乍看去,真的连水也着火了似的。 

  

08 会潜水的鸡蛋

 

将一个鸡蛋放进装有水的玻璃杯中,然后顺杯壁倒入少量盐酸,这时鸡蛋就会在水中忽而浮起,忽而沉下,这是什么原因?

( 答案:因为鸡蛋壳主要成分是碳酸钙,与盐酸起反应后能生成二氧化碳气泡,即:

CaCO3 + 2HCl==== CO2+ CaCl2 +H2   

这些气泡附着在鸡蛋表面,帮助鸡蛋浮起。到水面后,气泡跑到空气中去,鸡蛋又因本身的重量而下沉。如此可以反复多次。) 

 

09 有记忆力的金属

 

记忆力并不是人类的专有,你相信某些金属也具有记忆力吗?

美国海军军械实验室冶金师布勒在一次实验时,要用镍-钛合金,而手边只有一些弯弯曲曲的镍-钛合金丝,为了实验时方便,研究人员便把这些合金丝拉直使用,谁知当实验温度达到一定值后,这些拉直的合金丝突然又全部恢复成了弯弯曲曲的形状,不管怎样重复实验,结果都一样。科学家将这种现象称为形状记忆效应,即当环境的温度变离转变温度时, -钛合金是没有知觉的,一旦环境的温度达到了转变温度, -钛合金的记忆便被唤起,恢复到了本来的面目。

   某些金属之所以具有记忆能力,是由合金内部的微观结构固有的变化规律所决定的。在固态的金属合金中原子是按一定规律排列的,当环境温度改变时,原子的排列方式会改变,一旦回到原来的温度,合金内原子又回到了原来的排列方式。

   并不是所有的合金都有记忆力,只有某些特殊结构的金属才有记忆力,近年来,人类发现了许多具有“记忆力”的合金,比如钛--铜、钛--铌等镍-钛合金、铜--铝、铜--铝等铝系合金,铁-铂、铁-钯等铁系合金。

  记忆金属广泛地用于牙齿矫形、女性胸罩、接骨板、人造心脏、航空航天、核工业等广泛的领域。研究人员也将不断探索,使记忆型金属更好地为人类的生产、生活服务。 

  

10 哑泉之谜

 

暑假里,地理兴趣小组的同学在老师的带领下来到云南茂密的大森林中进行野外考察,迷人的森林风光吸引着大家的视线。经过一路的跋涉,同学们又累又渴,正好来到一眼泉边,望着清澈碧绿的泉水,同学们迫不及待地想要掬起以解饥渴,当地的向导却立刻阻止到:“这泉水不能喝的,我们当地人都说这泉水受到神灵的庇佑,容不得人的冒犯,凡是喝过这泉水的人都言语不清,严重的中毒而死,我们都把它称为哑泉。”

兴趣小组的同学们并不相信什么神灵保佑的故事,于是便将泉水装回学校,交给化学组的老师帮助查找原因。经过分析,化学老师帮大家揭开了哑泉之谜。

原来是因为云南处于“三江多金属成矿”地带,境内遍布了大大小小的黄铜矿(CuFeS),生活在低含量无机盐弱酸性矿水中的氧化硫杆菌、氧化铁硫杆菌、氧化铁杆菌等微生物,将矿石中的硫化物和低价铁转化为硫酸铁和硫酸。在氧化硫杆菌和这种酸性溶液的作用下,不溶的黄铜矿被氧化、分解,转化为可溶的硫酸铜溶液,形成了胆水。人饮用后就会出现呕吐、恶心、言语不清等症状,严重的最后虚脱痉挛而死。

听了老师的解释,同学们恍然大悟,“哑泉水”,原来是水中的硫酸铜在作怪呀。  

11 小海豚和小海龟的遭遇

 

小海豚和小海龟是一对好朋友。久别重逢后,他们都发现彼此改变了很多。

“小海豚,你怎么了呀,游起来比我走得还慢?”小海龟关切地问小海豚。

“别提了,还不是让海洋污染给闹的。”小海豚无精打采地回答到,“前不久的运油货轮发生泄油事件,把我生活的那片海域全给污染了。油膜隔绝了大气与海水的气液交换,阻碍了水体从空气中摄取氧气;油膜的自身分解和自身氧化又消耗了海水中大量溶解的氧,使海水严重缺氧,我就生活在这种严重缺氧的环境中,油膜还堵塞了我的呼吸系统,玷污了我的皮毛,使它们失去了保温和游泳的能力,我还怎么能游快呀。不过幸亏我逃得及时,你是没看见那片海域有多惨:油膜阻碍了阳光,海洋绿色植物不能进行光合作用,全死了,海面上到处都是鱼类和海鸟类的尸体,难怪我的许多同伴都忍受不了,要去集体自杀。”

“唉,我也是,人类将富含氮、磷的农业废水、生活用水、工业废水等植物营养物质排入海洋之中,这些水体中植物营养物质积聚到一定程度后,水体过分肥沃,藻类繁殖就特别迅速,你看我的壳上现在一层绿,以致于我的好些朋友都把我当成了绿毛龟。更可恨的是这些藻类在水表层,他们自己照足了阳光,进行光合作用,放出大量的氧气,使水体表层的溶解氧达到过饱和,却又遮蔽阳光,使海底生植物因光合作用受到阻碍而死。”

“小海龟,听说前不久你的一个亲戚不小心误食了人类丢到海里的一个塑料袋而不幸丧生了,我真是深表同情。”

“可不是,不仅如此,人类还将汞、铬、铅、铜、镉等重金属废液排入海洋,使许多海洋生物都得了不治之症。真不知人类何时才能警醒,海洋可不是一个大垃圾场,人类什么时候才能还给我们一个和平、宁静的家园?”

  

12 神奇的纳米材料

 

美国的科学家通过对佛罗里达的海龟的研究,发现了一个非常有趣的现象:大海龟通常要在佛罗里达海边的沙滩上产卵,而小海龟却必须到大西洋另一侧靠近英国的小岛附近的海域去寻找食物,维持生活,再回到佛罗里达海边的沙滩上产卵,这样一来一回的路线不一样,海龟却能准确无误地完成了几万公里的迁移,是什么为海龟导航的呢?

   其实是海龟头部的有磁性的纳米微粒在起作用。纳米成了现在最热门的话题,什么是纳米呢?

   纳米(nm)是一个长度单位,1纳米等于10 -9,而纳米粒子的尺度一般定义为1~100纳米,当微粒的尺寸进入纳米量级时,物质的性能也发生了翻天覆地的变化:

一、       小尺寸效应:当超微粒子的尺寸达到纳米量级时,声、光、电、磁、热力学等特性都会出现新得尺寸效应,例如,光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移;磁的有序态向磁的无序态转变,超导相向正常相转变等。

二、       表面效应:纳米微粒的尺寸小,比表面积大,位于表面的原子所占比例增大,而且随着微粒直径的增大,表面原子数急剧增加,从而大大增加了纳米粒子的活性,例如,金属纳米粒子在空气中会燃烧,无机材料的纳米粒子暴露在大气中会吸附气体,并与气体进行反应。

三、       量子效应:随着半导体颗粒尺寸的减小,价导和导带之间的能隙有可能增大,发光的颜色也发生如下变化:红色→绿色→蓝色。例如,1994年,美国加利福尼亚伯克利实验室就制备出了纳米CdSe颗粒,其颜色可以在红、绿、蓝之间变化。

另外,当微粒进入纳米量级时,其熔点、开始烧结的温度,晶化的温度和电阻、电阻温度系数也都发生了改变。

目前,纳米材料和纳米技术正处于研究的重大突破时期,例如,创造硅微型昆虫,用人造昆虫在温室传播花粉,杀死害虫;医生用纳米机器人来打通脑血栓,清洁心脏动脉脂肪沉积物;纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛,具有良好的韧性等等。相信纳米科学将成为21世纪的核心科学。

 

           13 地球生命的“佑护之神”-臭氧

 

公元2020年的某一天,电视里正在播放天气预报。

“各位市民请注意,现在预报天气。明天天气多云,西南风3-4级,最低温度18℃,最高温度25℃。虽然明天没有太阳,但仍然提醒市民注意,出行时不要忘记涂抹抗紫外线霜,并随身携带防紫外线遮阳伞,因为明天的紫外线辐射强度仍然很高。”

“爷爷,我每天出门都要涂抗紫外线霜,还要打防紫外线遮阳伞,好麻烦呀。”小胡义不满地抱怨到。

“是呀,想我年轻的时候,出门哪儿用这么麻烦。谁让我们人类不自觉,破坏了地球生命的佑护之神--臭氧层呢。”小胡义的爷爷陷入了对往事的回忆之中。

小胡义奇怪地问到:“为什么破坏了臭氧层,我们就要涂抹抗紫外线霜,打防紫外线伞呢?”

“这是因为紫外线可以导致人体发生如晒斑、眼病、皮肤病(包括皮肤癌)等疾病,阻碍农作物和树木的正常生长,破坏生物体内的DNA等等。而臭氧层是太阳辐射的一种过滤器,它能强烈地吸收波长为220-330千米的紫外线辐射(O3+紫外线→O2+O),以防止紫外线到达地球的表面,而对地球上的生命造成伤害,为人类及动物提供了一个防止有害紫外线辐射的屏障。但是,由于人类不合理的使用氟里昂,人口的过度增长,氮肥的不合理使用等种种因素,地球上空的大气层相继出现了许多臭氧层空洞。现在的塑料制品很容易老化、分解,全球气温升高,人类出门还要时刻防紫外线,兔子都得了近视眼,成千上万的羊双目失明,许多的动植物都灭绝了,都是因为臭氧层被破坏了呀。所以,我们把臭氧层称为地球生命的佑护之神。”

“我明白了,爷爷。我一定要想出一个好办法,使人类能重新回到有臭氧层保护的日子里。”

亲爱的朋友们,如果我们不希望在未来的日子里出现这样的悲剧,就请大家从现在开始,爱护我们地球生命的佑护之神--臭氧层吧。 

  

14 臭氧层杀手--氟里昂

 

我是氟里昂,又叫氯氟烃,简称为CFC,被人类称为臭氧层杀手。

早在20世纪30年代开始,世界上制造冰箱使用的制冷剂二氯二氟甲烷(CF2Cl2)和发泡剂三氯氟甲烷(CFCl3)等都是我的化身。另外,我还被广泛地应用于制造洗涤剂、杀虫剂、防汗剂、头发喷雾剂等。你一定想知道我是如何破坏臭氧层的吧。

其实我的化学性质是非常稳定的,当我进入大气后,在低层大气中基本上是不分解的,但当进入到30000米的高空平流层中,在紫外线的照射下,我就会分解出一种对臭氧有破坏作用的氯原子,这种氯原子能使臭氧分解为氧气:

Cl+O3=ClO+O2
     ClO+O=Cl+O2

这里,在第一个反应中消耗掉的氯原子在第二个反应中重新产生出来。因此,每一个氯原子就能参与大量的这些破坏臭氧的反应。这两个反应的总反应是:

O+O3=2O2

不过,现在我的命运已经不如以前了,因为人类发现了我对臭氧层做尽了坏事,已经不再信任我了。他们发明了无氟冰箱,控制我的生产、消费和排放,甚至禁止再生产我了。我也不想做一个杀手的,但我一遇见臭氧分子就要和它反应,这也是本能所致吧。还好我们制冷剂家族还有其他的兄弟不会破坏臭氧层,今后我就只好逐渐退位给他们,由他们来继续为人类做贡献了。 

 

15 玻璃的诞生

 

玻璃晶莹剔透,很难腐蚀,容易加工成各种形状,他以自己优越的性能装点着我们的生活,你知道玻璃是怎样诞生的吗?

相传在很久以前,一队腓尼基商人驾驶着一艘货船运输天然碱到很远的地方。不幸的事发生了,海面上突然狂风大作,暴风雨眼看就要来了,货船剧烈颠簸,无法前进,腓尼基商人只好找到一个附近的小岛暂避风雨。沙滩上没有石头,他们就用天然碱来代替石头,垒起了炉灶,来进行做饭和取暖。

等到风平浪静,他们要继续起航远行了,在收拾东西时,却意外的在沙滩上发现许多晶光闪闪的明珠一样的东西,拣起来放在手心里仔细观赏,一颗颗明珠在阳光的照射下晶莹透亮,就象神仙头顶上的宝石。腓尼基商人们欣喜若狂,以为是神灵送给他们的护身符,他们一颗不漏地拣起每一颗“明珠”,将他们带上了航船,并由此将它们带到了世界各地。其实,腓尼基商人找到的“明珠”,就是我们现在日常生活中司空见惯的玻璃。

玻璃是怎样生产出来的呢?通过这个故事,我们也不难发现其中的奥妙:玻璃就是由沙子作为主要的原料与纯碱熔融而成的。沙子的主要成分是二氧化硅(SiO2),熔点很高,但是在纯碱(碳酸钠Na2CO3)的作用下,二氧化硅的熔制温度大大地降低,形成可以流动的融浆,即水玻璃(硅酸钠Na2SiO3),最后加入石灰石,将水玻璃冷却后,就制得了晶莹剔透的玻璃了。

不过,要想制得无色的玻璃,原料中一定不要含有铁元素,否则如果制成的玻璃中有二价的铁离子,玻璃就会发绿。你一定会奇怪,为什么现在会有五颜六色的玻璃?其实很简单,只要在玻璃中添加不同的金属氧化物,玻璃就会被染上不同的颜色:加入氧化钴,玻璃会变成蓝色;加入氧化亚铜,玻璃会变成红色;加入氧化铬,玻璃会变成绿色;加入三价铁离子,玻璃变成棕黄色;加入二价铁离子,玻璃变成绿色……

过去,玻璃是非常贵重的东西,只有那些王公贵族才能享受得起,现在,玻璃已经由“旧时王榭堂前燕,飞入寻常百姓家”了。我们生活中的穿衣镜,灯泡,家具,杯子,饮料瓶,啤酒瓶……都离不开玻璃;建筑物上有玻璃,有阳光大厦之称的巴黎世界博览会大厅,就是用钢材镶嵌了大面积的玻璃盖成的;汽车上也要安装玻璃和倒车镜;玻璃还可以被加工为人造骨骼……

玻璃从它诞生起,一直到遥远的将来,都将是人类生活中一道亮丽的风景,为人类作出巨大的贡献。  

 

16 蜂蜜中的金属污染

 

 

小不点:如果我买了一瓶蜂蜜后想要知道究竟有没有被污染,有什么简便方法吗?

工作人员:有啊。用茶水。

小不点:茶水?

工作人员:对。因为茶水中有茶多酚类物质,它们能与多种金属离子产生综合沉淀现象。因此,如果蜂蜜能使茶水变黑,就证明里面有游离的铁离子。

小不点:那具体如何操作呢?

工作人员:先泡一杯绿茶,倒入10-20克蜂蜜,然后慢慢搅动,若茶水变黑,说明有污染,茶水越黑,污染越严重。

小不点:原来是这么回事。今天我算是大开眼界了。 

    

                                    17 卤素的发现

 

(一)、氟元素的发现:

1529年德国人Agricola曾描述过:利用萤石作为矿石的溶剂能使矿石在熔融时更容易流动。1670年从事玻璃加工工业的施万哈德家族发现,萤石与浓硫酸反应生成的气体,能够刻蚀玻璃,可在玻璃上刻蚀图案制成艺术品。

18世纪时已制得氢氟酸,并根据它的性质,判断其组成中可能含有一种与氯相似的元素,德国的化学许村贝克则认为这种元素是元素中最活泼的,要把它从化合物中分离出来是非常困难的。

1813年英国化学家戴维曾电解氟化物制氟,但没有成功。后来英国化学家哥尔也用电解法电解氟化氢,但实验时发生了爆炸。这显然是产生的少量的氟和氢激烈化合的结果。

1886年法国化学家莫瓦桑终于用铂制的U形管,以铂铱合金作电极,用萤石制的螺旋帽盖紧管口并在低温条件下(-23),把干燥的氟氢化钾溶于液态氟化氢中作为电解质进行电解,制出了氟气。它遇到单质硅立即着火,与氯化钾反应产生氯气。很多化学反应确证氟有惊人的活泼性,所以,人们起初就把它命名为“氟(“流动”之意)”。

(二)、氯元素的发现

瑞典化学Scheele1771-1774年致力于软锰矿的研究,他当时曾把以二氧化锰为主要成分的矿石,浸入盐酸中,立即冒出一种令人窒息的黄绿色气体,并发现它微溶于水,使水略带有酸味;并且有漂白作用,能使蓝石蕊试纸几乎变白,又能漂白花朵和绿叶;另外还能腐蚀金属;在这种气体中昆虫会立即死去。至181011在英国皇家学会上才正式确认上述黄绿色气体是一种新元素,命名为氯,即“绿色”之意。

(三)溴元素的发现

1825年德国海得堡大学学生罗威用氯气去处理家乡的一种矿泉水时,产生了一种红色物质。这种物质可被乙醚提取出来,在蒸去乙醚,得到一种红棕色液体,这就是“溴”。

与此同时,法国学生巴拉尔德研究从海藻中提取碘:他把海藻烧成灰,用热水浸泡后,向所得溶液中通入氯气,经一段时间有碘的紫黑色晶体出现,提取碘后的母液中,总沉有一层深棕色的液体,起初被认为它可能是一种碘的氯化物。

以后经多次实验,他用乙醚把母液中深棕色液体萃取出来,再用氢氧化钾处理,得到的化合物与浓硫酸和二氧化锰共热后,重新又制得纯净的红棕色有恶臭的流体。它的沸点为47℃;比重为3;蒸汽很象二氧化锰;能和多种金属化合。1826年这一新元素被命名为溴(“恶臭”之意)。

(四)碘元素的发现

碘是在1811年为从事制硝业的法国人库尔特瓦所发现。当时曾把海藻灰浸渍出的海藻盐汁加热蒸发,首先析出食盐,随后依次结晶出氯化钾和硫酸钾等。但库尔特瓦发现产品不纯,因为海藻灰中含有碳,在烧制过程中碳可使硫酸盐还原成硫化物如硫化钠等,它想用硫酸和硫化钠反应溢出硫化氢,把硫化钠除去,结果很好。但有一次用的硫酸太多了,出现了紫色彩云冉冉升起。并且有一股和氯气相似使人窒息的气味充满全室。紫色蒸汽遇到冷的物体表面,即凝成大片的暗紫色的晶体,这种新的元素到1814年被命名为碘(“紫色”之意)。

 

18 氟的发现简史

 

莫瓦桑(H.Moissan1852-1907)

 

氟,FLUORI,源自fiuo,“流动”的意思,1771年发现。氟是所有非金属中最活泼的元素。只有少数的稀有气体元素拒绝和它相结合。它能腐蚀不为任何化学药品所动的铂。在氟气的喷流下,木材或橡胶会马上燃烧──即使是石棉也要烧得赤热。

化学元素发现史上,持续时间最长的、参加的化学家人数相当多的、危险很大的,莫过于单质氟的制取了。氟是卤族中的第一个元素,但发现得最晚。从1771年瑞典化学家舍勒制得氢氟酸到1886年法国化学家莫瓦桑(Moissan H1852-1907)分离出单质氟共经历了100多年时间。在此期间,不少科学家不屈不挠地辛勤地劳动,戴维、盖·吕萨克、诺克斯兄弟等很多人为制取单质氟而中毒,鲁耶特、尼克雷因中毒太深而献出了自己的生命。可以称得上是化学发展史中一段悲壮的历程。当时,年轻的莫瓦桑看到制备单质氟这个研究课题难倒了那么多的化学家,不但没有气馁,反而下决心要攻克这一难关。

莫瓦桑总结了前人的经验教训,他认为,氟这种气体太活泼了,活泼到无法分离的程度。电解出的氟只要碰到一种物质就能与其化合。强烈地腐蚀各种电极材料。如果采用低温电解的方法,可能是解决这个问题的一个途径。经过百折不挠的多次实验,1886626日,莫瓦桑终于在低温下用电解氟氢化钾与无水氟化氢混合物的方法制得了游离态的氟。氟这种最活泼的非金属终于被人类征服了,许多年以来化学家们梦寐以求的理想终于实现了,莫瓦桑为人类解决了一个大难题。真是有志者事竟成!

在此之后,莫瓦桑制备出许多新的氟化物,其中最引人注目的是四氟代甲烷CF4,沸点只有258K。他的这项工作,使他成为20世纪合成一系列作为高效的制冷剂的氟碳化合物(氟利昂)的先驱。莫瓦桑一生主要从事实验工作,他一生接受过许多荣誉,他几乎是当时所有著名的科学院和化学会的成员,但他却一直保持谦虚的态度。

由于氟最早是从萤石中制取氟化氢而得到的,所以氟被命名为“Fluorine”,表示它来自萤石。中文按其译音定名为氟。

  

19 碘的发现

 

  法国化学家库特瓦(Courtois,B.1777-1838)出生于法国的第戌,他的家与有名的第戌学院隔街相望。他的父亲是硝石工厂的厂主,并在第戌学院任教,还常常作一些精彩的化学讲演。库特瓦一面在哨石工厂做工、一面在第戌学院学习。他很喜欢化学,后来又进入综合工业学院深造。毕业后当过药剂师和化学家的助手,后来又回到第戌继续经营硝石工厂。

    在法国、爱尔兰和苏格兰的沿海岸,当春天风浪大作的时候,海生植物受到海浪和潮水的冲击,漂到浅滩上。在退潮的时候,库特瓦经常到那些地方采集黑角菜、昆布和其它藻类植物。回家后,把采集的植物堆集起来,使其缓缓燃烧成灰,然后加水浸渍、过滤、洽澄清得到一种植物的浸取溶液。库特瓦本想从这些溶液提取哨石和其它的盐类,因此就得对溶液进行蒸发,使其溶解的硫酸钾、硫酸钠、氯化钠、碳酸钠等依次结晶出来,可是在提取过程中,他发现铜锅被溶液腐蚀得很厉害。他想硫酸钾、氯化钠等物质是不会腐蚀铜锅的,是不是溶液中有什么新物质跟铜发生了变化?于是他将水溶液加热蒸发,氯化钠的溶解度最小,首先结晶出来,然后才是氯化钾、硫酸钾。由于海藻在燃灰过程中有不少的硫酸盐,被碳还原而生成了硫化物。库特瓦为了除掉其中的硫化物,就往溶液中加入浓硫酸。在蒸发母液过程中,库特瓦意外地发现,母液中产生一种美丽的紫色蒸气,象彩云一样冉冉上升,这一现象使他惊喜不已。最后,这种使人窒息的蒸气竟然充满了实验室。当蒸气在冷的物体上凝结时,它并不变成液体,而凝成片状的暗黑色晶体,并具有金属光泽。这是1811年的事。       

   制得这种晶体之后,库特瓦利用这种新物质作进一步研究,他发现这种新物质不易跟氧或碳发生反应,但能与氢和磷化合,也能与锌直接化合。尤为奇特的这种物质不能为高温分解。库特瓦根据这一事实推想,它可能是一种新的元素。由于库特瓦的实验设备简陋,药物缺乏,加之他还要把主要精力放在经营哨石工业上,所以他无法证实这种新物质是新元素。最后他只好请法国化学家德索尔姆和克莱芒继续这一研究,并同意他们自由地向科学界宣布这种新元素的发现经过。1813年德索尔姆和克莱芒,在《库特瓦先生从一种碱金属盐中发现新物质》的报告中写道:“从海藻灰所得的溶液中含有一种特别奇异的东西,它很容易提取,方法是将硫酸倾入溶液中,放进曲颈甑内加热,并用导管将曲颈甑的口与彩形器连接。溶液中析出一种黑色有光泽的粉末,加热后,紫色蒸气冉冉上升,蒸气凝结在导管和球形器内,结成片状晶体。”克莱芒相信这种晶体是一种与氯类似的新元素,再经戴维和盖·吕萨克等化学家的研究,提出了碘具有元素性质的论证。1814年这一元素被定名为碘,取希腊文紫色的意义。

    1913109,在第戌学院为库特瓦举行了隆重的纪念大会,庆祝他发现碘100周年。同时在库特瓦诞生的地方竖立了一块纪念碑,以追念他发现碘的功绩。

                          20 点石成金

 

我们平时所说的“钻石”就是金刚石,金刚石不仅制成大家喜欢的装饰品,还因为它的硬度大而成为研磨、切割、磨削与抛光工具,也可以制成矿井钻头。石墨与金刚石的化学成分都是由碳元素组成的,天然的金刚石在地球上的含量十分稀少,可石墨的含量却很多。如果我们拥有一根“点石成金”的手指多好啊!其实,科学家们很早以前就已经拥有了这根“手指”,那么,这是一根什么样的“手指”呢?这就得从石墨与金刚石的结构说起了。

因为石墨中的每个碳原子与其它三个碳原子相互连接,形成一个平面,每个平面相互间只存在一种很弱的作用力,就如同一叠照片一样,每个平面都易滑动。所以,正如我们所感觉的一样,石墨的硬度小。金刚石的硬度极大则是因为它中间的每个碳原子与另外四个碳原子连接在一起,形成空间网状结构。如果我们能改变石墨的结构,使之变成金刚石的空间网状结构,那么,“石头”就变成了“金子”!

石墨的密度是2.22克每立方厘米,而金刚石是3.51克每立方厘米。由石墨转变为金刚石时体积将减少,增加压力将有助于使石墨转变为金刚石。而且,金刚石所蕴涵的能量要比石墨大,所以升温也是有必要的。高温、高压是石墨转变为金刚石的必要条件,这也正是金刚石在地球内部形成时的天然环境。

1955年,邦迪等人在1万兆帕斯卡的压力、2000多度的高温下,应用静压力法获得了金刚石。后来,科学家又发展了利用爆炸瞬间产生的高温和冲击波的方法,使石墨变成了金刚石。这些科研成果是多么令人兴奋!但是,这二种方法所用的设备昂贵、操作困难、生产成本高昂,而且得到的金刚石不容易加工。有些科学家为了解决这个难题,他们又开发出在各种衬底上由碳原子直接沉积而生长出金刚石薄膜的技术,这种技术可以“生长”出大量的金刚石。现在,人们还在寻找能够“点石成金”的“金手指”。你能想出更好的方法,加入到寻找“金手指”的行列中来吗?

 

            21 燃素学说的推翻和氧化理论的建立

         

    18世纪后半叶,层出不穷的化学新发现,不断地冲击着燃素说。最后拉瓦锡(1743-1794)以敏锐的洞察力,在总结他人成功的经验与失败教训的基础上,仔细地重复许多实验,用无可辩驳的事实,推翻了长达百年的燃素说,引起化学史上著名的化学革命,奠定了近代化学的基础。

1774年,拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验:把精确称量过的锡和铅放在曲颈瓶中,密封后准确称量金属与瓶的总质量,然后加热,使锡、铅变为灰烬,发现加热前后的总质量没有发生变化。其后,他发现金属经煅烧后质量却增加了,可能是金属结合了瓶中部分空气的结果;打开瓶子时有空气冲了进去,打开的瓶子和金属煅灰的总量增加了,而且所增加的质量与金属煅烧后增加的质量恰好相等,这证明金属肯定是结合了瓶中部分空气的结果。在这样鲜明的事实面前,拉瓦锡对燃素说产生了极大的怀疑。他进而想,如果设法从金属煅灰中直接分离出空气来,就更能说明问题。于是他用铁银灰(铁锈)进行试验,但没有成功。

    正在拉瓦锡遇到困难的时候,这年10月普里斯特里访问巴黎,他将聚光镜能使汞烟灰分解的实验告诉了拉瓦锡,这对拉瓦锡来说是至关重要的信息和直接的启发。他马上重复做了普里斯特里的试验,从汞银灰中分解出比普通空气更为助燃、助呼吸的气体。最初他把这种气体称为“上等纯空气”,到1777年才正式把它命名为“氧”,即成酸的元素。此后拉瓦锡又对氧化汞的合成与分解做了更精确的定量实验,证明金属变为煅灰并不是分解反应,而是与氧化合的反应,即:金属+=缎灰(氧化物),根本不存在燃素说的信奉者们长期坚持的:金属-燃素=煅灰。无可辩驳的事实不仅彻底推翻了燃素说,而且证明了物质虽然在一系列化学反应中改变了状态,但参与反应的物质的总量在反应前后是相同的。也就是说拉瓦锡用精确的实验证明了化学反应中的“质量守恒”。

拉瓦锡对于他的燃烧学说十分严肃慎重,从1772年至1777年的五年中,他又做了大量的燃烧试验,例如使磷、硫黄、木炭、钻石燃烧;将锡、铅、铁煅烧;将氧化铅、红色氧化汞和硝酸钾强热,使之分解,并对燃烧以后所产生和剩余的气体也-一加以研究,然后对这些试验结果进行综合归纳和分析,于1777年正式向巴黎科学院提交了一份划时代的论文──《燃烧概论》,建立了燃烧的氧学说。其要点如下:(1)燃烧时放出光和热。

(2)物体只有在氧存在时才能燃烧。(3)空气是由两种成分组成,物质在空气中燃烧时,吸收了其中的氧,所增加之重恰为其吸收的氧气之重。(4)一般的可燃物(非金属)燃烧后通常变为酸,氧是酸的本原,一切酸中都含有氧元素;而金属煅烧后即变为煅灰,它们是金属氧化物。

此后不久,水的合成和分解试验取得成功,氧学说便被举世公认了,从此化学家能够按照物质的本来面目进行科学研究,近代化学蓬勃发展起来了。    

 

22 为什么液化气又燃起来了?

 

一天,小明的妈妈正在炒菜,突然,液化气“断气”了,小明的爸爸见状,拿起刚烧好的一壶热水往液化气罐子外一浇,然后重新点燃,这时,火苗又窜起来了。小明觉得奇怪,这是怎么回事啊?用完的液化气怎么还能燃起来呢?

其实,这是液化气罐中的物质在起作用。液化气的成分都是从石油中提炼出来的烃类化合物。我们把只含碳氢两种元素的有机物称为烃,它们在空气中都能燃烧。家用的液化气罐内的主要成分是含3个碳原子的C3(C3H8)和含4个碳原子的C4(C4H10)烃类化合物,它们在常温下都是气体,在经过加压变为液体后才装入罐内的。使用时只要打开阀门,C3和C4化合物就会立即气化而逸出。当火慢慢变小最后熄灭时,说明C3和C4化合物都用完了。但是我们现在用的液化气罐内还有少量含5个碳原子的C5烃类化合物,它们在常温下虽然是液体,在气态时同样可以燃烧放出热量。在罐子的外面浇一点热水,能够帮助C5化合物气化,所以重新再点燃时火苗又会窜起来。另外,摇一摇液化气罐子也能使C5化合物气化,使液化气重燃。但是以上两种方法都存在着一定的危险,希望大家不要采用因为当部分C5化合物被使用后,如果关闭阀门,就会有一部分的空气进入液化气罐子,这样液化气罐子一旦受热就很可能引起爆炸。

  

23 焰火缘何五光十色?

 

你是否留心过,如果在炒菜时不小心把食盐溅在煤气火焰上,原本蓝色的火焰就呈现黄色。实际上,很多金属或它们的化合物在灼烧时,都能使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫做焰色反应。例如,钠的化合物使火焰呈现黄色,钾、铷、铯的化合物使火焰呈现紫色,锂使火焰呈现紫红色,钙使火焰呈现砖红色,锶使火焰呈现洋红色,钡使火焰呈现黄绿色,铜能使火焰呈现绿色……这些焰色只跟金属元素的种类有关,而与金属元素是化合态或者单质态无关。也可以说焰色反应是元素的性质。

如果把这些金属元素的硝酸盐或者氯酸盐再配以镁粉、松香及火药等材料就可以制成各种各样颜色的焰火了。镁在燃烧时会发出强烈而且耀眼的光芒并产生高温,因而镁是制作焰火的重要原料,小朋友在节日里拿在手里玩耍的闪光条中就是用了镁粉,一经点燃就会发出耀眼的光芒。由于镁在燃烧使时会产生高温,所以燃放焰火时可一定要注意安全哦!

看,多么美丽的焰火啊,它全是金属元素的功劳哦。

  

24 硬水与软水

 

刚踢好球,满脸大汗的小强提起一只热水瓶往杯子里倒了一杯水,正准备痛饮,突然发现水里面有一些黄色的硬硬的东西。小强忍不住转向一旁洗衣服的妈妈问道:“妈妈,我明明看到你倒进水瓶的是清澈的水啊,怎么水里面会有这么多硬硬的东西呢?”

面对刚上初中的儿子,教高中化学的妈妈耐心地解释道:“这些是水垢”。

“水垢?”

“是啊,那说明我们这儿的水是硬水。”

小强追问道:“什么?水还有硬的?什么是硬水啊?”

“含有较多量的钙、镁等离子的天然水就叫做硬水。”妈妈望着儿子好奇的目光,继续说道,“而只含有少量或不含钙、镁等离子的水就叫做软水。硬水有很多害处。比如锅炉用水绝不能用硬水,因为在加热过程中生成的沉淀物碳酸钙会形成水垢,轻者使传热变差降低效率,浪费燃料,重者水垢产生裂缝造成加热不匀还会发生锅炉爆裂的危险。”

“这么厉害!”小强忍不住感叹道,“那锅炉用水是不是要用软水?”

“对,只能用软水,也就是必须经过处理以除去钙镁等离子。妈妈教你做一个小实验来检验一下我们用的是否是硬水。”妈妈指着浸着衣服的脸盆,“你看,水面上浮着一层白花花的东西,看见吗?”

“看见了,那是什么?”

“这个现象就可以证明我们用的水是硬水,因为硬水会与普通的肥皂作用生成不溶于水的物质,就是那层白花花的东西,因此就降低了肥皂去污的能力,这也是硬水的害处之一。此外硬水作为饮用水口感也欠佳。”

“那怎样把硬水转变为软水呢?”

“硬水还可以分为暂时硬水和永久硬水,暂时硬水只要煮沸就可以软化,而永久硬水只能用蒸馏或化学净化等方法来使其软化。”

化学净化……”小强不理解的望着妈妈。

化学净化有离子交换法,石灰-苏打软化法等等。恩……妈妈就说说石灰-苏打软化法吧。就是在水中加入消石灰和纯碱,这两样东西你以后会学到,于是钙离子和纯碱反应生成沉淀,镁离子和消石灰反应同样生成沉淀,这样硬水中的两种含量较多的离子就以沉淀的形式去除了,而水中仅留下钠离子。听懂了吗?”

小强似乎已经认真的消化了,可之后还是摇了摇头。

妈妈谅解地揉了揉儿子好问的脑袋,笑着说道:“没关系,等你以后上了化学课后就会弄明白的。”

                            25 硬水

在用肥皂洗衣服时,你会看到水面上浮着一层白花花的东西吗?你会经常发现水壶底部和热水瓶底部有一层水垢吗?其实这些都与我们日常所用的硬水有关

那么什么叫“硬水”呢?含有较多钙离子、镁离子的水就叫做硬水。钙、镁离子在水中以可溶性的酸性碳酸盐Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2存在,碳酸氢钙和碳酸氢镁在加热时会产生碳酸钙和碳酸镁沉淀,于是水加热后就产生了水垢。硬水还能与普通的肥皂作用生成不溶于水的物质,这就是我们用肥皂洗衣服时常会看见的浮在水面上的那层白花花的不溶物,肥皂的去污能力也因此而降低了。如果工业上锅炉用水也用硬水的话,那么在加热过程中生成的沉淀物会形成水垢,使锅炉受热不匀而造成工业事故。

既然我们日常所用的水有以上缺点,那么我们应该用什么样的水呢?其实只要除去水中的钙离子和镁离子就能大大克服以上缺点。这个过程就称为水的软化。最简单的方法就是加热硬水,然后除去沉淀,得到的水中钙离子和镁离子的含量就会大大减少。如果用蒸馏法或者使用离子交换树脂进行离子交换,效果会很好。但是我们平时也应该适当地饮用一些硬水,以补充我们自身所需要的微量元素。

工业上常使用石灰-苏打软化法软化水,就是在水中加入消石灰[Ca(OH)2]和纯碱(Na2CO3),发生反应:HCO3- + OH- → CO32- + H2O
                   Ca2+ + CO32- → CaCO3
                   Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2
这样可把硬水中的钙、镁离子全部除去,而在水中仅留下钠离子。
 

 

                     26 铝的“是非”

 

铝是一种常见的金属,由于它具有优越的金属性能,被广泛用于航空、化工、交通、建筑、国防等工业。

例如,从1919年开始,铝合金就开始用于制造飞机,此后铝就和航空事业紧紧地连在了一起,故铝被美称为“带翼的金属”。因为铝是热的良导体,比铁的导热能力大3倍,工业上用铝制造各种热交换器、散热材料,家庭用的许多炊具,也是由铝制成的。现在家庭普通使用的太阳能热水器的吸热板,就是用铝制成的。铝板对光的反射性能很好,反射紫外线的能力比银还强。铝愈纯,反射性能愈好,故常用来制造大阳灶、冷藏设备以及高质量的反射镜。据资料介绍,未来天空可能建成几个“人造小月亮”。这些“人造小月亮”实际上就是用面积达数十平方千米的巨大反射镜,其镜面要镀上铝层,通过它把大阳光反射给地球,可使地面上夜晚的亮度为农历十五的月亮的亮度的10-100倍,人们可以不用照明灯,在室外娱乐和施工。铝对光有很好的反射性能,这对于宇宙航行尤为重要。宇宙空间强烈的紫外线及其辐射对人体十分有害,宇宙航行员必须穿上特殊的宇宙服才能在空间活动。这种宇宙服的内层就是由镀有金属铝的化学纤维织物制成的。

    照这样说,铝就没有一点缺点了吗?非也。据统计,世界上有数百万计的老人患老年性痴呆症。许多科学家经过研究发现,老年性痴呆症与铝有密切关系。同时还发现,铝对人体的脑、心、肝、肾的功能和免疫功能都有损害。因此,世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制。

    从我国的目前情况来看,人体对铝的摄入渠道非常多。除了从氢氧化铝、胃舒平、阿斯匹林等药物中摄入铝以外,每人每天还会从食物中摄人8mg-12mg的铝。由于使用铝制的炊具、餐具,使铝溶在食物中而被摄入约4mg。大量的铝还来自含铝的食品添加剂。含铝的食品添加剂经常用于炸油条、油饼等油炸食品。含铝的发酵粉还常用于蒸馒头、花卷、糕点等。据有关部门抽查的结果看,每千克油饼中含铝量超过1000mg。如果吃50g这样的油饼,就超过了每人每天允许的铝摄入量。因此,要尽量少吃油炸食品,尽量少用含铝的膨松剂,尽量避免使用铝制的炊具及餐具。 

 

                                    27  可燃冰

 

     中国科学院广州能源研究所初步判定,南海海底有巨大的“可燃冰”带,能源总量估计相当于全国石油总量的一半。可燃冰是什么?为什么能燃烧放出能量?

透明无色的“可燃冰”外形似冰,能够燃烧,学名叫“天然气水合物”。它其实是天然气(甲烷类)被包进水分子中,在海底低温与压力下形成的透明结晶。英国和日本最早在各自海域发现了它,中国近年才开始研究,与石油、天然气相比,“可燃冰”的优点更为突出。1立方米的“可燃冰”释放出的能量相当于164立方的天然气。据估计全球的“可燃冰”总能量是所有煤石油、天然气总和的两到三倍。以往有人一直认为亚热带地区的南海-海域不可能存在“可燃冰”,因为这里没有冻土带。然而广州市海洋地质调查局利用地震波探测海底地表反射情况,发现了南海区域有“可燃冰”存在。除了南海外,我国东海也发现了“可燃冰”的踪迹。

据悉,国家已经开始组织力量就全国“可燃冰”资源进行勘察。和石油、天然气相比,“可燃冰”不易开采和运输,世界上至今都还没有完善的开采方案。 

28  报警气

 

在生活中大家都十分讨厌一些具有不雅气味的气体,比如臭鸡蛋气味就很令人不舒服。我们知道鸡蛋的主要成分是蛋白质,这种蛋白质里面含有硫元素,如果鸡蛋坏了,产生了裂缝或者破了壳,鸡蛋里的蛋白质就会与空气中的氧气发生化学反应而产生一种叫硫化氢的气体,分子式是H2S,具有恶臭气味,硫化氢分子在空气中扩散运动,飘逸到我们的鼻孔,带来令人讨厌的臭味。H2S这么讨人嫌,对我们日常生活是否就没有一点帮助呢?不,对我们的帮助还不小呢。

大家知道,我们的每一天都要吃三顿饭,做饭就要燃烧煤气,煤气是危险的气体,里面含有能使人中毒的一氧化碳气体,而一氧化碳是无色无味的气体,行踪十分“诡秘”,人们不易觉察,如果万一煤气管道发生了一点点泄漏,那么跑出来的煤气就是我们生命很危险的杀手,在我们还没有感觉之前就会中毒,待自己有了感觉时也没有力气自救了,如果人是从外面回来,家里室内的煤气达到了一定的浓度,这时点燃明火或者开关电器的火花都可能引爆室内煤气。这是多么危险和可怕的事情啊。

为了解决这个问题,人们想到了具有臭鸡蛋气味的硫化氢气体。在煤气中只要渗入极少量的硫化氢气体,万一煤气泄漏的话,我们就可立即闻到这种刺鼻的臭味,迅速检查煤气管道设施,采取措施,从而就避免了危险的发生。可见,硫化氢气体臭虽臭了点,在家庭生活中却为我们扮演了一个“报警”卫士的角色。

29  牵牛花为何变色

 

牵牛花又叫喇叭花,是一种很常见的花,可是它的颜色却异常美丽,从早到晚,千姿百态。为什么会有这种现象呢?

原来,牵牛花中含有花青素,这种色素在碱性溶液中为蓝色,在酸性溶浓中为红色,从早晨至晚上,空气中二氧化碳含量增加,改变了牵牛花表面空气的酸碱性,所以,牵牛花花色从蓝变红。

科学家发现,还有很多植物对污染物非常敏感,将它们作为指示植物,可以对环境进行监测。例如,紫花苜蓿对空气中的二氧化硫敏感性很强,当空气中二氧化硫浓度仅为千万分之三时,该植物就会表现出明显的病态,而人只有当二氧化硫浓度超过3%时,才会察觉到;又如,空气中的氟浓度仅有亿万分之四十时,剑兰的叶子就会在3小时内出现伤斑,其敏感度之高,令人吃惊;另有一种鸭跖草,能监测辐射污染,若受到哪怕是很低浓度的辐射,花色即由蓝变成粉红;杨树和柳树等还被称为"积蓄植物",这类植物的特点是能将污染物保持很长时间。

空气中的有害气体,是从叶片上的气孔传入植物体内。不同的污染气体对植物的伤害不一样,引起叶片的伤斑也不同。如二氧化硫引起的伤斑出现在叶脉间,呈点状或块状;而氟气引起的伤斑大多集中在叶子的尖端和叶片边缘,呈环状或带状。其他有害气体引起的症状也都不一样。由此可见,植物不仅能以其自身的伤斑和伤势来警示人类大气已被污染,而且能大致反映出是哪一种污染。

现在,环境科学中植物监测已成为一门学科,即以植物为分析对象,了解环境污染的状况和程度,污染物质的成分及其分布。世界上有300多种植物可以进行大气污染监测,但目前只在60多种植物中进行过试验。除前面提到过的几种植物,胡萝卜、菠菜也能监测二氧化硫,郁金香、杏、梅、葡萄能监测氟气,苹果、桃、玉米、洋葱等可以监测氯气等等。专家认为,植物监测有投入少、易实施等优点,对现有的环保方法有很好的互补作用。

植物不仅能感知污染,还能清除污染。向日葵就是被称为"超级收集器"的植物之一。研究结果表明,向日葵、玉米等植物能从被污染的土壤中吸收有毒物质。用植物清除被污染的土壤的"植物疗法"已使用了数年时间,例如,1986年乌克兰切尔诺贝利核电站事故后种植向日葵,用以清除地下水中的核辐射;美国陆军马里兰州武器试验场种植杨树,用以阻止有毒溶剂残余扩散污染附近的沼泽;在芝加哥工业污染区种植向日葵,用以清除土壤中的铅。

对温室气体二氧化碳的吸收,植物更是起着不可替代的作用。植物在生长过程中能够通过光合作用吸收大量的二氧化碳,减缓全球变暖的速度,这一过程被称为"碳沉降"。人类活动每年释放大量的二氧化碳,其中近一半增加了大气二氧化碳浓度,一部分被海洋吸收,还约有不到三分之一的二氧化碳"去向不明",这就是植物的功劳了,原来都被植物光合作用“沉降”为植物纤维保存起来了。 

30  纳米“骨水泥”

 

光明日报2003年10月30日报道,骨缺损手术将不必“拆东墙补西墙”。

在传统的骨科手术中,处理粉碎性骨折、骨肿瘤等造成的骨缺损,主要采取用患者自身某部分如骼骨、腓骨、肋骨等来填充缺损部分,这就是说,病者不但要承受本身疾病的痛苦,还要承受拆下自己身上好骨头的新的痛苦,而且由于可拆的骨头来源有限,所以这种“拆东墙补西墙”的方法将会致使一些骨科手术无法完成。

设在湘雅医院的卫生部纳米生物重点实验室与美国伯克利先进生物材料公司通过3年的攻关,这种可注射、自成型、可降解的具有生物活性的骨水泥,终于研制开发成功。这一产品进入临床应用,标志着传统的骨科手术取“拆东墙补西墙”的办法将成为历史。纳米“骨水泥”既可以直接植入人体,也可以直接注射到人体缺损骨腔内,5秒钟后就开始硬化重塑骨型,并在新生骨生长后完全自行降解消失,这种新型纳米材料,进入临床试用,标志我国纳米生物技术产品达到国际先进水平。   

31 墓室里的爆炸声

 

1928年的夏天,军阀徐源泉部下有一名军长叫孙殿英,把贪婪的目光盯上了豪华富丽的东陵慈禧墓,想趁时世混乱之机开墓盗宝,发笔横财,经过两、三个月的挖掘和爆破,奉命开墓的官兵终于打开了慈禧墓室,进入墓室后,官兵们首先看到了一个精致的烟盒,里面装着上等的鸦片,旅长韩大宝顿时烟瘾发作,就想先过了烟瘾再说,迫不及待地划着了一根火柴, 突然“轰”的一声巨响, 顿时墓室内火光冲天,盗墓贼被炸得血肉横飞。

这是怎么一回事?难道是冥冥之中有神灵在保护着慈禧的寝陵,给了盗墓贼应有的惩罚?非也,其实这是一种正常的化学爆炸反应。

我们知道,在地底深处有的地方埋藏着大量的有机物,如石油、煤炭等,这些物质是古代木材纤维物质经过长时间的地下反应转变而来的,形成的液态物质就是石油,固态物质就是煤炭,还有一些气态物质就是我们常说的天然气了,天然气的主要成分是甲烷,分子式为CH4,这是一种易燃易爆的气体,如果和空气混和达到了一定的比例,遇着明火就发生剧烈爆炸性反应。显然,在慈禧的墓室里有大量甲烷气,遇着韩大宝的火柴就爆炸了,这也算是盗墓贼罪有应得的下场。

        我们在电视里偶尔会看到煤矿爆炸事故的报道,其实就是在采煤的施工作业中没有及时通风,坑道中甲烷气体聚集到了爆炸极限而造成的恶果。

   

32 香料是怎样得到的

 

    自然界很多花草都具有很迷人的香味,商店里各种各样的香水更是琳琅满目,令人不可分辨。在我国商周时代 (约3000年前),人们就已经知道使用香料了。天然香料大部分是从植物里提取的,也可从动物身上获取香料。

    从天然植物里提取香料,主要用蒸馏的方法,像玖瑰、丁香和甜橙的花,岩兰草和鸢尾的根,熏衣草和薄荷的茎叶,檀香的木片,玉桂的皮等,都可以通过蒸馏的方法,得到很香的精油。而像柠檬、甜橙、柑橘里边的精油,最好用机械压榨或锉榨的方法制得。至于那些娇嫩的茉莉、素馨、栀子、桂花等鲜花,就要用溶剂浸提的方法了:把这这些鲜花放在多孔的容器内,浸泡在石油醚等有机溶剂里转动,让花里的香气慢慢地溶解进去,然后把溶剂蒸发掉,就得到一种香气十分浓郁的凝膏,这也就是名贵的香花膏。

    近百年来,有机化学的发展异常迅速,天然香料资源得到了更充分的利用。而且,科学家还人工合成了上千种香气各异的香料,它们有些是自然界里已经存在的,有些则是从未发现过的贵重香料。

    所有的香料全是有机化合物,它们大多属于叫做醇、醛、酮、醚类的化合物,由于分子里边的结构各不相同,从而产生了各种各样的香气。譬如具有浓郁香草奶油香气的香兰素,就是一种芳香族醛,它存在于天然的香荚兰豆中,但也可以用煤焦油制得的化工产品酚中进行大量合成。又如苯乙醇,具有柔和而娴雅的玖瑰香气,是用石油化工产品苯乙烯为原料,通过氧化和与氢气化学反应制造出来的。再如幽雅文静的檀香香料,除了从天然檀香木中蒸出檀香以外,用化学原料也可以合成出好多种跟天然檀香香气非常接近的品种。

    近年来,随着先进仪器和技术的应用,许多天然精油和香气的微量成分被不断发现。人们按这些成分的化学结构进行人工合成,可以配制成各种各样的香精,其香味与天然香料相比,几可乱真!

 

33  石墨炸弹

 

在海湾战争和北约轰炸南联盟时,美国部队都使用了用碳丝制成的石墨炸弹,致使电网瘫痪、损失掺重。何谓石墨炸弹?为何具有如此惊人的威力?

    石墨炸弹的黑色弹头选用经过特殊处理的碳丝制成,每根碳丝的直径相当小,仅有几千分之一厘米,因此,可在高空中长时间漂浮。由于碳丝经过研磨加工而成,且又经过化学清洗,因此,极大地提高了碳丝的传导性能。碳丝没有粘性,却能附在一切物体表面。它通过爆炸或火药引爆散布在敌方阵地,由于其极强的导电性,造成敌方防空和发电设备的破坏。碳丝可进入电子设备内部、冷却管道和控制系统的黑匣子里。碳丝弹头对包括停止在跑道上的飞机、电子设备、发电厂的电网等所有的东西都产生破坏作用,它超乎寻常的导电性能可以使电子设备内部短路,在不杀伤敌方操作人员的情况下使雷达天线有关设备的功能消失,使其成为一种潜在的压制敌方防空系统的有力武器。

石墨炸弹,仅仅利用石墨导电的炸弹! 

 

34 巧取指纹

 

人的手经常接触各种物体,指纹就会留在物体的表面上,破案的警察叔叔巧妙地提取下犯罪分子在作案时留下的指纹,就能很快地确定犯罪嫌疑人,从而迅速破案。那么,怎样才能把印在物体上的指纹取下来进行分析呢?是什么原理取下指纹的呢?

让我们来做两个小实验。

显示在白纸上的指纹:

    拿来一张洁净的白纸,用手指在纸上用力按下,注意不要左右移动,按一个指印,如果不是自己所做有印象,我们这时其实是看不到白纸上有什么痕迹的。点燃酒精灯,在试管内放一些碘酒,进行加热,然后,把白纸印有指印的部分对准试管管口的上方。过一会儿,棕色的指印便清晰地出现在白纸上了。(图1)

    显示印在玻璃上的指纹:

将一块玻璃擦干净,用手指在玻璃上稍微用力按下,注意不要左右移动,按一个指印。把一些细滑石粉撒在玻璃上,然后轻轻吹去多余的滑石粉,在光线比较强的地方就能看到隐隐的指纹,再借助放大镜观察就可以分析指纹了(图2)。

是什么原因让指纹“现身”的呢?

原来,我们手指纹路的凹槽部分和凸出部分所分泌的油脂落在纸上的印痕量不一样多,碘蒸气对其染色程度就不同,所以指纹就显现出来了,在玻璃上印痕对滑石粉的吸附程度不一样,所以也能现出指纹来。 

 

35 欧罗巴战舰的火光

 

1854530,英国战舰“欧罗巴”号按照作战命令开始了远涉重洋的远航,它的船舱里结结实实地装满了军需物资,有大量的喂战马用的粮食和草料。战舰航行在宽广辽阔的海面上,天空晴朗无云,太阳光强烈地照射着海洋上的一切。

两个月后的一天下午,船舱突然冒出熊熊大火,大火迅速吞噬了整艘战舰,片刻之间战舰便葬身海底,全舰官兵,战马无一生还。

事后英国军事保安部门成立了大火调查小组,可是大火吞噬了一切,没有留下一点点证据,也没有一个当场的证人,是谁放的火呢?如果没人放火,那么又是什么原因引起了这场大火的呢?

最终,化学家们根据提供的材料准确地找到了纵火犯,原来引起火灾的就是船上装载的大量草料,草料怎么会引起火灾的呢?

原来,这些草料在长时间的太阳光照射下,与空气中的氧气发生了缓慢的氧化反应,而这个反应是放热的反应,由于草料堆积太多,产生的热量不能很快及时地散发,就逐渐地使草料的温度慢慢升高,当温度升高到细草纤维的着火点时,发生了自燃,草料就一下子燃烧起来了。 

 

36 纳米技术在军事中的作用

                                                                

大家对“纳米”一词肯定已经比较熟悉了,1纳米就是10-9米,显然,纳米是很小的,原子也是很小的,其实,简单地说纳米技术就是“操纵原子的技术”,现在纳米技术突飞猛进,用纳米技术做成的微小材料就是“纳米材料”,又叫超微颗粒材料,下面来看看纳米技术在军事中的作用。

    据美国五角大楼的武器专家预计,5年内第一批由微型武器组成的“微型军”将诞生并服役,10年可望大规模部署,届时随着纳米技术的飞跃发展,未来战争将可能由数不清的具有各种功能的袖珍武器称雄天下。

   “间谍草”是一种看似小草的微型探测器,其内装有敏感的超微电子侦察仪器、照相机和感应器,可侦察出百米以外坦克、车辆等出动时产生的震动和声音,能自动定位、定向和进行移动,绕过各种障碍物。

如苍蝇般大小的机器虫它既可为飞机、火炮和步兵武器投放,也可人工放置在敌系统和武器系统附近,大批机器“苍蝇”可在某地区形成高效侦察监视网,大大提高战场信息获取量。如再在它上面安上某种极小的弹头,“苍蝇”可变成“蛰人的马蜂”。微型间谍飞行器长约15cm,能持续飞行1小时,航程可达16km。它能够在建筑物中飞行或附着在设备上,一般雷达难以发现。可在黑夜拍摄出清晰的红外照片,并将敌目标告知己方导弹发射基地,指引导弹实施打击。

日前,德国已制造出一架只有黄蜂大小的直升机,重量不到0.5g,能升空130mm,其发动机只有削尖了的铅笔尖儿大,但转速可达每分钟10万次。

微型攻击机器人其形状各异、大小不等,大的像鞋盒,小的则如硬币,可执行排雷、攻击破坏敌方电子系统和搜集情报信息等任务。纳米卫星由于体积小、重量轻,可用一枚小型运载火箭发射千百颗,按不同轨道组成卫星网,即可监视地球上的每一个角落,使战场更加透明。

目前,我国清华大学已经开始研制纳米卫星(TBNS1),重量设计小于10kg。由于纳米武器装备所用材料少,成本极其低廉,纳米级战争将不仅成为全新样式的战争,而且还是十足的低耗战争。

纳米技术在军事中的应用当然还不止这些,它是一个的神奇等待我们继续开发的世界。     

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