书城教材教辅中外化学故事
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第8章 趣味横生:化学反应故事(1)

哑泉“难住了诸葛亮”

话说诸葛亮四擒四纵孟获之后,孟获羞恨交加,一口气逃到秃龙洞。洞主朵思大王出洞迎接,孟获入洞后,向朵思诉说四次遭擒之事。朵思安慰孟获说:“大王请尽管放心。如果蜀兵到我这儿来,任凭那诸葛亮有天大能耐,我也让他们有来无回。”孟获喜出望外,忙问朵思有何妙计。朵思说,诸葛亮要来秃龙洞,要经过四个毒泉,这四个毒泉是哑泉、灭泉、黑泉、柔泉。因为天气炎热,又无其他饮用水,所以汉军必然要喝这四个毒泉的水,人一旦喝了毒泉的水,很快就会因无药救治而丧命。其中哑泉的水“人若饮之,则不能言,不过旬日必死”。

果然,不久以后,汉军先锋王平率数百军士探路来到哑泉边。因为正值六月酷暑,军士们渴得嗓子冒烟,便争先恐后地喝起泉水来。大家一通牛饮,真是既解渴又消暑,别提多痛快了。可是回到大营以后,不知为何,喝了泉水的军士们渐渐腹痛起来,而且越来越厉害。更令人奇怪的是,军士们先是声音嘶哑,继而又说不出话来,一个个痛苦万分。诸葛亮见此情景,知道是中毒所致,但不知中何奇毒,因此无计可施。无奈之下,诸葛亮亲乘马车来泉边查看。只见一潭清水,深不见底,凉气逼人。诸葛亮下车登高四望,只见高峰耸立,四周一片死寂,鸟雀之声不闻。诸葛亮心中大为惊异。

这时,诸葛亮忽然看见,在远远的山冈之上,隐隐露出一座古庙。他来到庙里,只见塑有一个将军的坐像,仔细一看,原来供奉的是汉朝伏波将军马援。因为他平蛮到此,当地人感他恩德,因此建庙祭祀。孔明向伏波将军塑像祈祷完毕后,走出庙门,发现一名容貌怪异的老者。老者一五一十地把哑泉能使人致哑丧命的事告诉了诸葛亮,并且告诉他,离此正西几里之外,有一个山谷,进入山谷后行20里,有一条小溪名叫万安溪。万安溪旁住着一位高人,叫万安隐者。这位隐者的草庐后有一眼泉,名叫安乐泉。人如果中了哑泉之毒,喝了安乐泉水就会痊愈,而且草庵前有一种草,名叫薤叶芸香。人只要口含一片草叶,就能不染瘴气。老者说完,钻入石壁就不见了。原来他是伏波将军派来的山神,特意前来为诸葛亮指点迷津的。

次日,孔明准备了厚礼,带着王平和众哑军,连夜向山神指点的地方进发。进入山谷后,沿小路前行20余里,只见茂林修竹,奇花异草,中间环绕着一座村庄;村舍之间,坐落着几间茅屋,散发着阵阵幽香。诸葛亮上前敲门,一个小童子出来开门。诸葛亮正想通报姓名,这时有一个人走出庄门。这人戴竹帽穿草鞋,着白袍扎黑带,绿眼睛黄头发。他走上前来,朗声问道:“请问是不是汉朝丞相大驾光临?”诸葛亮笑着问:“先生怎么知道?”隐士说:“早就听说丞相您率大军南征,怎能不知道呢?”于是邀请诸葛亮进入草堂。寒暄了一会儿,诸葛亮说明来意:“我承担着昭烈皇帝托孤的重担,如今奉皇上圣旨,带领大军来这里平蛮,使他们归于王化。没想到孟获逃入秃龙洞中,军士们误喝了哑泉之水。多亏伏波将军显灵,告诉我您这儿有药泉,可以治哑泉之病,希望您能够发恻隐之心,赐给神水以救危在旦夕的众军士。”隐士说:“我不过是一个山野废人,何必劳动丞相大驾?这药泉就在草堂后面。”于是童子领着王平及众哑军,来到安乐泉边,汲泉水饮用。喝过泉水不久,哑军们便一个个吐出很多污物,随即就能够说话了。见此情景,诸葛亮心中大为高兴,又向隐士请求薤叶芸香草。隐士欣然答应,让众军士随意去采,并告诉说:“各人口含一叶,自然瘴气不侵。”诸葛亮感激不尽,打听隐士的姓名,隐士笑着说:

“我是孟获的哥哥孟节。”诸葛亮大为惊异。隐士忙说:“丞相不要怀疑,让我给您解释一下。我父母生了哥儿三个:老大就是我孟节,老二是孟获,老三是孟优。我父母早已去世,两个兄弟恃强为恶,不服天子管教。我劝过多次不听,所以我更名改姓,在此隐居。如今我弟弟造反,害得丞相您深入不毛之地,受了这么多苦,我孟节真是罪该万死,所以我今天要在您面前请罪。”孔明大为感动,好言安慰了一番,并要禀告皇上立孟节为王。孟节坚决不同意,并且不要诸葛亮赠送的任何礼物。诸葛亮只得感叹一番离去。

这就是诸葛亮南征遭遇哑泉的故事。伏波将军显灵、山神相助当然是子虚乌有的事了,但是哑泉水为何能使人哑语得病?安乐泉水和“薤叶芸香”草又为何能使人转危为安?诸葛亮虽然神机妙算,但也不解个中原因,哑泉遂成为千古之谜,直到当代的化学工作者实地考察并分析研究后,才揭开了其中的奥秘。从今天的科学观点看,所谓哑泉,实际上是一种含铜盐的泉水,也就是硫酸铜(胆矾)的水溶液,称为胆水。云南地处“三江多金属成矿带”上,境内大小铜矿遍布,著名的东川铜矿,自东汉起就已开采。经过长期的自然作用,铜矿中的铜的化合物变为可溶性的硫酸铜,因此哑泉水中溶解了大量的硫酸铜。而安乐泉水中含有较多的碱,“薤叶芸香”草中含有较多的生物碱。碱不仅能中和胃酸,还能跟硫酸铜发生化学反应。硫酸铜与碱水反应生成不溶于水的氢氧化铜沉淀。反应的离子方程式如下:

Cu2++2OH-Cu(OH)↓

这就是安乐泉水之所以能解毒的奥秘。解毒的关键是:碱水中的氢氧根离子OH-与硫酸铜溶于水产生的铜离子Cu2+结合生成难溶性的氢氧化铜。“薤叶芸香”草解毒的道理与之相同。随着现代化学的高度发展,人们对于碱的化学性质的认识已经十分深入。碱是一类具有共同化学性质的物质的通称。碱所具有的通性有:

碱溶液能使紫色石蕊试液变成蓝色,无色酚酞试液变成红色,利用这个通性可以检验碱的存在。

碱还能跟非金属氧化物反应,生成盐和水。例如:

Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O(石灰水中通入二氧化碳)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O(氢氧化钠溶液中通入二氧化碳)碱和酸发生中和反应,生成盐和水。例如:

2NaOH+H2SO4Na2SO4+2H2O(氢氧化钠与硫酸反应)Ca(OH)2+2HNO3Ca(NO3)2+2H2O(氢氧化钙与硝酸反应)碱和盐反应,生成新碱与新盐。反应条件是:反应物二者皆可溶于水,生成物其一为沉淀。例如:

3NaOH+FeCl3Fe(OH)3↓+3NaCl(氢氧化钠与氯化铁反应)Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2NaOH(氢氧化钙与碳酸钠反应)现在人类对于碱的化学性质的认识程度,与诸葛亮那个年代相比,已有天壤之别。倘诸葛亮九泉有知,他也一定会为哑泉之谜终得破解,为人类化学科学的高度发展而感到欣慰吧!

“护神”牌防弹衣为什么这么“神”

20世纪90年代的某一天,初出茅庐的中国“护神”牌防弹衣与来自美国的某型最先进防弹衣进行现场比试。试验开始前,来自大洋彼岸的专家,悠然自得地坐在靠背椅上闭目养神,对挂在靶场正前方的那两件防弹衣看也不看一眼。因为在他们眼里,这两件防弹衣本来就不在一个档次上:左边挂着的是大名鼎鼎的“凯芙拉”防弹衣,产自素有“防弹衣王国”之称的美国;右边挂着的是当时人们听都没有听说过的“护神”牌防弹衣,产自中国军队的总后军需装备研究所。一阵急促的枪声过后,在场的宾客一起跑向这两件设台打擂的防弹衣,结果却大出意料:“凯芙拉”被5发子弹打了两个洞;而“护神”却只留下几个弹头亲吻过的痕迹,一切完好无损。

时隔半年后,在擂台上输了的对手不服气,尤其是听说美国两家公司要从中国大量进口“护神”牌防弹衣,他们更咽不下这口气:“在中国打两次靶不能说明什么问题,应当按国际惯例和通行的标准进行检测。”然而,几天之后,由国际权威机构组织的检测结果再一次表明:“护神”牌防弹衣无论是防弹性能,还是重量,都明显优于美国“凯芙拉”,而且防护面积还比“凯芙拉”大70%。于是,曾经被美国列为防弹衣禁运对象的中国,却生产出更优异的“护神”牌防弹衣销往美国。“护神”牌防弹衣一跃成为新“宠儿”。

“护神”牌防弹衣在擂台上打出国威之后,某位客人无意中说了这么一句话:“子弹的力量那么大,就是打不穿,人也震得差不多了吧?”为了消除大家的疑虑,“护神”的主要研制者又带着“护神”上了试验场。一只训练有素的狗穿上了“护神”牌防弹衣:20米,狗挨了一枪,没事;10米,那狗再挨一枪,停顿了一下回头看了看,没事,便接着往前走;2米,那狗又挨了一枪,只是本能地蹦了一下,仍然无事地往前走。专家们对狗进行了严格的检查,结果发现,狗在2米处挨的一枪,只导致表皮略微红肿。过了几天,狗身上的红肿自然地消失了。这一下,“护神”牌防弹衣真的更神了起来。

中国的“护神”牌防弹衣之所以如此“神”,是因为设计者瞄准了世界顶尖技术,采用高科技材料和先进生产工艺,由高强聚乙烯纤维防弹织物和911型防弹钢片组成防弹衣的防弹层,而且采用的这种超强聚乙烯纤维,是目前世界上强度最高的纤维,它的强度甚至比最好的芳纶纤维还高一倍,比最好的钢丝强度还高出10倍。拿3根这种比头发细得多的超强聚乙烯纤维,人使劲也拉不断,真是结实极了。轻型的防弹背心改用这种新材料,在不降低防弹等级的情况下,重量可以减轻将近一半。

上面所谈到的超强聚乙烯纤维,其制造原料是乙烯。乙烯是一种不饱HH和烃,其分子式是C2H4,结构式是:

HCCH。

从乙烯的结构式可以看出,乙烯分子里含有

CC双键。我们知道,

像这样链烃分子里含有碳碳双键的不饱和烃叫做烯烃。乙烯是分子组成最简单的烯烃。

CC双键的键能并不是C—C单键键能的两倍,而是比两倍略少。因此,只需要较少的能量,就能使双键里的一个键断裂。其中的一个键断裂后,就仿佛腾出两只手来,可以“抓住”其他的原子或原子团,从而生成新的物质,这一点决定了烯烃的化学性质。

乙烯是没有颜色的气体,稍有气味,密度是125g/cm3,比空气的密度略小些,难溶于水。工业上所用的乙烯,主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。实验室里是把酒精和浓硫酸混合加热,使酒精分解制得。

乙烯能跟溴水里的溴起反应,生成无色的二溴乙烷(CH2Br—CH2Br)液体。

CH2CH2+Br2→CH2Br—CH2Br这个反应的实质是乙烯分子里的CC双键里的一个键断裂,两个溴原子分别受到两个断裂的键的作用,加在两个碳原子上,生成了二溴乙烷。我们知道,这种有机物分子里不饱和的碳原子跟其他原子或原子团直接结合生成别的物质的反应,在有机化学反应里叫做加成反应。

同样的原理,乙烯还能跟氢气、氯气、卤化氢以及水等在适宜的反应条件下起加成反应。

催化剂

CH2CH2+H2→CH3—CH3(与氢气反应)△CH2CH2+HCl→CH3—CH2Cl(与氯化氢反应)跟其他的烃一样,乙烯在空气里完全燃烧的时候,也生成二氧化碳和水。但是乙烯分子里含碳量比较大,由于这些碳没有得到充分燃烧,所以会有黑烟生成。

点燃

CH2CH2+3O2→2CO2+2H2O在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下,乙烯双键里的一个键会断裂,分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。

反应的化学方程式用下式来表示:

催化剂

NcH2CH2→

[CH2—CH2]n

上述反应具有重要意义,反应的产物是聚乙烯,它是一种分子量很大(几万到几十万)的化合物,分子式可简单写为(C2H4)n。乙烯生成聚乙烯的反应属于聚合反应,同时也是加成反应,那么就是加成聚合反应,简称为加聚反应。

聚乙烯是一种重要的塑料,在工农业生产和日常生活中司空见惯,而上面所说的“护神”牌防弹衣所应用的超强聚乙烯,则是采用特殊工艺和技术生产的,是一种超高分子量的聚乙烯,其分子量可达100万以上。

从20世纪60年代以来,世界上乙烯的产量迅速发展。乙烯是石油化学工业最重要的基础原料,它的发展带动了其他石油化工基础原料和产品的发展。乙烯还是一种植物生长调节剂,它可用做果实催熟剂等。说到这一点,有个问题要提醒大家。水果在自然成熟过程中,会释放出少量乙烯使自身成熟。为便于水果储藏、运输,将接近成熟期的果品提前采摘,上市销售前用乙烯催熟是常用的方法。通常这种方法催熟所使用的乙烯是微量的,一般不会对人体造成危害。如果为了使水果提前上市卖好价钱,将成熟期较远的青果催熟,则需要大量乙烯,吃了这样的水果会对人体有害。如市面上部分外观黄亮,吃起来有生味的香蕉就是采用大量的乙烯或其他化学物质催熟的。专家建议,尽量少购买那些形状、颜色奇怪的水果,少食用反季节水果,因为它们可能是采取过量乙烯催熟的。

“隐身”的金奖章

1943年,德国法西斯的铁蹄正在践踏包括丹麦在内的大片欧洲土地。一天黄昏,一名全副武装的警官急匆匆地来到位于丹麦哥本哈根一条大街上的玻尔实验室。

这位警官是当地反法西斯组织的成员,奉命秘密保护玻尔。看着警官焦灼而又严峻的神色,玻尔预感到可能有紧急情况。

“玻尔先生,您必须马上离开丹麦,转移到安全的地方!这是上级的命令。”警官以不容置疑的口气,开门见山地说道。

“为什么?一定是希特勒要对我下手了!我不能离开祖国!希特勒没有干涉我进行科学研究的权利,我倒要看看他能把我怎么样!”玻尔义愤填膺地说。

“这个杀人不眨眼的魔王正在加紧迫害科学家,尤其是有犹太人血统的科学家。我们得到确切的情报,盖世太保已决定逮捕您。教授,还是赶快收拾一下吧,再迟就来不及了!”警官说着,下意识地看了看门外。

此时的玻尔百感交集,他环顾着实验室里自己所熟悉的一切,最后,目光落在那枚熠熠闪光的诺贝尔金质奖章上。

这是他为自己神圣的祖国所赢得的荣誉,是丹麦人的骄傲,绝不能让它有丝毫的闪失。

“应当把这枚奖章留在这个实验室里!”玻尔斩钉截铁地说。

“教授,盖世太保会把它搜走的。”一旁的警官担心之情溢于言表。

“不会的!越是危险的地方就越安全,这些愚蠢的家伙永远也找不到我藏奖章的地方。”玻尔一边说,一边娴熟地用量筒量取了些浓硝酸,倒入烧杯中,又量取了3倍体积的浓盐酸,也倒了进去。然后,他将金质奖章放入配成的“王水”里。不一会儿,只见奖章渐渐变小,一会儿就全部溶解了。他又将所得到的溶液全部倒入一个空试剂瓶里,将瓶子放在一个橱柜里。

警官没有多说什么,他相信这位伟大的科学家。他只是以敬佩而又惊奇的目光看着玻尔教授做完了这一切,便趁夜色送玻尔踏上漫长的征途。

两天后,一群疯狂的法西斯匪徒果然冲进了玻尔的实验室,他们屋里屋外搜了个遍,结果一无所获。

第二次世界大战一结束,玻尔便急不可待地回到丹麦。

当他踏进自己的实验室时,一眼看到的是那个藏有金质奖章的试剂瓶依然如故,只是瓶上多了一层灰尘。他拿起瓶子,用手帕拂去了上面的灰尘,深情地望着里面金黄色的溶液。他找来一只烧杯,把瓶里的溶液倒了出来,然后,向烧杯里加了一些碎金属块。不多久,铸成那枚奖章的全部金子又被他巧妙地“取”了出来。后来,他用这块金子又铸成一枚与原来完全一样的诺贝尔奖章。

这是一枚多么不平凡的奖章!在赞叹之余,不知大家是否已弄清,玻尔向藏有奖章的“王水”里加的金属是什么?让我来告诉你吧,玻尔向溶液里加的是铜,铜与被“王水”溶解的黄金发生了置换反应,将黄金置换了出来。