书城童书中华少儿科普知识读本:数理化
12015100000020

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。

小档案

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)。

小档案

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。

小档案

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。

小档案

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。