书城教材教辅中学化学课程资源丛书-化学新视角
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第12章 化学的谜团(4)

同样,异戊烷和异戊烯通过高温裂解,可以生成异戊二烯;异戊二烯聚合就生成了异戊橡胶。现从石油气中可以提炼多种合成橡胶的原料。可见,合成橡胶不仅充分利用了丰富的石油工业资源,而且还具有比天然橡胶更优越的耐磨、耐热、耐寒、耐油、耐酸等性能。如丁苯橡胶比天然橡胶更耐磨;氯丁橡胶有极好的耐曲挠性能,可防火、耐酸、耐油;丁腈橡胶耐油性能更好……因此,合成橡胶是工农业生产、国防、科学研究十分需要的材料。

珍珠为何会变黄

珍珠是人人喜爱的装饰珍品,然而,珍珠的色泽却远不如宝石或玉石稳定和持久。一般在几十年以后便会变成黄色,并失去迷人的珍珠光泽。这就是人们最担心的所谓“人老珠黄”现象。

珍珠的化学成分主要为碳酸钙(约占总成分的92%),矿物成分是文石。珍珠是在蚌壳内由薄层文石叠聚而成,光线透过珍珠的薄层文石,便会发生反射闪耀出“珍珠光泽”。但文石在空气中时间一长,便会由表到里逐渐变成比较稳定的方解石。方解石的化学成分虽然也是碳酸钙,但其结晶形态和光泽有很大的变化,颜色也随之变黄。对于变黄尚限于表层的珍珠,可用10%的稀盐酸将它稍稍浸泡一下,随着泡沫的产生,珍珠的黄色外壳被溶解,珍珠就可重放光彩。但切忌在稀盐酸中浸泡过久,以防珍珠受破坏。

有没有水合电子

在中学化学课本里,你认识了水分子和水合离子,那么有没有水合电子呢?

1864年春天,化学家魏尔为了研究钾、钠等碱金属跟氨的作用,做了如下实验:他把一块绿豆大的、经过处理的金属钠投入液态氨中,顿时,液态氨呈现出美丽的蓝色。这个新的发现引起了许多科学家进一步探索的兴趣。经过几十年的努力,直到20世纪40年代,化学家们才弄清楚其中的奥秘。原来,这是因为钠溶解在氨中,放出的电子立即被液氨分子团团围住的缘故。美丽的蓝色就是氨合电子显现出来的。

发现了氨合电子后,人们很自然地想到:会不会也有水合电子呢?许多化学家决心去寻找它。但是,几十个年头过去了,尽管化学家施展了浑身的解数,仍然是没有踪影。但是,寻找水合电子的实验却一直在进行着。

1952年,化学家斯悌做了一次出色的实验:他把普通的甲基蓝溶液放在日光下照晒,过不多久,甲基蓝溶液的蓝色便褪去了。他又把二氧化碳通入褪了色的甲基蓝溶液中,结果发现溶液又恢复了先前的蓝色。从这个不引人注目的实验中,斯悌发现了水合电子的秘密。他认为,甲基蓝开始褪色是由于在阳光中紫外线的作用下,溶液中产生了水合电子,然后,水合电子再跟甲基蓝作用形成无色物;而后来通入的二氧化碳又夺走了水合电子,因而又恢复了蓝色。他用下列方程式巧妙地表示了实验的全过程:Dy(甲基蓝)+e-(水合电子)Dye-(无色)

Dye-+CO2Dy(甲基蓝)+CO2e-

此后,其他的化学家也找到了获得水合电子的一些办法,如活泼金属的汞跟水作用、金属跟强碱作用、某些有机物和催化剂的作用等都可以获得水合电子。

水合电子的结构很奇妙,它是一个裸露的电子,四周被许多水分子包围着,很像一颗红枣嵌在馒头中那样。这个奇妙的组成,导致了它的奇妙的性质:电子很小,又带一个单位的负电荷,因此可以到处乱钻,所到之处,可供其充足的电子,呈现极强的还原能力。据目前研究所知,除氖、氩等少数物质外,其他元素和化合物几乎都能跟水合电子作用。

水合电子奇妙的性质,使它具有奇妙的用途。过去人们认为不能用化学方法合成的物质,现在利用水合电子都能合成了。例如,3价铕离子用化学方法不能变成2价铕离子,但是,如果它遇上了水合电子,就会被水合电子轻而易举地还原为2价铕离子了。

此外,水合电子为揭开生命起源的秘密提供了新的线索,由于水能形成水合电子,所以能使那茫茫的原始海洋更加“热闹”。太阳的紫外光和来自宇宙的射线,可使原始海洋不断地产生无数个水合电子——活泼而又高效的还原剂,它在海洋里横冲直撞,加速了原始海洋的“聚宝盆”作用,因而快速地合成出核酸、蛋白质等生命体所必需的物质,为原始生命的诞生铺平了道路。

水合电子的发现不过只有几十年的历史,人们虽然已经发现了它的一些性质和作用,但是,它肯定还蕴藏着许多奥秘,等待着科学家们的进一步揭示。

昆虫的化学武器

各种昆虫都有许多“天敌”,它们随时都要注意防御。但是,它们各自的防御方法都不相同,有的会逃,有的会躲,有的会迎上去较量一番,有的利用自身携带的“化学武器”,施放有毒或有刺激性的气味,以抵御外侮。

气步甲是一种小甲虫,又叫作放屁虫,在我国、日本、印度尼西亚等地均有分布。它身为黄色,有黑色斑点,长不过两厘米,攻击“敌人”的本领却很惊人。一旦遭到“敌人”追捕时,它便会从尾后喷出一团团烟雾,进行自卫。原来,它的体内有三个小室,分别贮有氢醌、双氧水和酶。一遇到“敌人”,它便紧缩肌肉,使这三种化合物立即进入“反应室”,成为一种具有恶臭,并有刺激性的毒液——醌,瞬间即爆发。根据科学工作者的计算:这些反应放出的大量热,能使混合物的温度高达100℃,在气体压力的作用下,可以将毒液喷出几厘米远,并且发出“哔叭”的爆炸声。它在4分钟里,可以连续爆发29次,真可谓是有效的“化学武器”了。对手经它这一威吓,早已退避三舍了,甚至连披着“盔甲”的犰狳也望而生畏,拔腿便跑。如果它的毒液溅在人的皮肤上,人也会感到灼痛。

斑蝥,又叫斑猪、龙蚝、地胆,是有毒的甲虫。它全身披黑色绒毛,并有黄色斑点,身长1~3厘米,我国各地均有分布。它在受到攻击时,便从足的关节处分泌出黄色毒液。这种黄色毒液里含有强烈的斑蝥素,毒性极大,能破坏高等动物的细胞组织。人接触到这种毒液,皮肤会红肿起泡。斑蝥素的毒性虽然很大,但是可以入药,早在南宋时代,杨士瀛著《仁斋直接方论》中就有记载。近十几年来,斑蝥素及其类似物具有抗癌功效,也为人们所重视。我国已开展了这方面的研究,经过临床试验也有一定效果。

生长在拉丁美洲巴拿马山谷的千足虫,全身有175个环节,每一个环节都生有毒腺,并能喷出高度麻醉和腐蚀性的物质。它一旦遇到“敌人”,全身各个环节一齐放出毒液,构成一个扇形喷射面,使“敌人”难以靠近,从而乘机逃之夭夭。它的毒液如果溅入人的眼里,便会使人马上失去视觉;沾在皮肤上,那块皮肤便会顿时感到麻木。不过,毒液的毒性消失后,眼睛的视觉、皮肤的感觉,便会恢复原状。

昆虫就是靠多种多样的自卫本领,在生存斗争中保护自己的。

分子筛是什么

分子筛是能筛选分子的物质,是一种新型高效吸附剂和分离剂,广泛应用于冶金、电子、半导体、化工、石油、原子能等工业上。

纯净的分子筛是白色、无味的物质,无毒、没有腐蚀性,不溶于水,也不溶于有机溶剂。它具有热稳定性和良好的机械强度。

分子筛是一种网状结构且含有结晶水的硅铝酸盐,其组成为:M2XO·Al2O3·mSiO2·nH2O(x表示金属的化合价;m是SiO2与Al2O3的比值;n表示水的分子数)。

常用的分子筛有不同类型,比如“5A分子筛”,其化学组成是CaO·Al2O3·2SiO2·5H2O,“5A”表示其孔径是5A(A为1×10-10米)。

分子筛是一种多孔性晶体,其孔径有一定大小而且均匀,又有很大的“比表面”(指一克物质的表面积)。因此它有很强的吸附能力。能吸附分子直径小于分子筛孔径的分子,具有筛分大小不同的分子的作用。分子筛与普通筛不一样。普通筛能筛过小于筛孔的物质,大于筛孔的物质就通不过。而分子筛却相反,小于分子筛筛孔的分子进入筛子时即被吸附,而大于筛孔的分子则由分子筛小晶体间的孔隙中通过了。

分子筛容易吸附极性分子(如H2O,NH3,H2S等)而不容易吸附非极性分子(如O2,CH4等)。它对不饱和有机物的吸附能力比饱和有机物为强。比如将96%的工业酒精通过分子筛可以制“无水酒精”,因水是极性分子,易被分子筛吸附,而酒精分子较大,不能进入4A型的分子筛而不被吸收,这样就可以把酒精提纯到99%以上。将吸附了水的分子筛加热,可脱去水恢复它的吸附能力而再用——这叫作分子筛的再生。同理,分子筛可用为干燥剂。应用分子筛可以分离各种气体,比如由空气中分离出惰性气体。也可以用分子筛吸附废气、净化空气、保护环境。分子筛亦常被用作催化剂的载体等等。

会“交谈”的植物

树木、花草、谷物、蔬菜种在哪里,便长在哪里。它们本身不能走动,也不能自己发声,那么,它们在同类之间是怎样传递信息的呢?

近几年来,科学家们作了大量研究,发现植物与植物之间是以某种特殊的方式“交谈”的。美国华盛顿大学的生态学家已证明,柳树遭到毛毛虫和结网虫袭击的时候,会释放出一种能影响邻近树木的化学物质,告诉周围的“同胞”及时采取防卫措施。

还有人发现,树木会以提高叶子的一种化学物质——苯酚的浓度来保护自己。一些科学工作者推测,新生叶子之所以不那么吸引昆虫,其原因可能是嫩叶滋味不如老叶好,营养也少。令人惊奇的是柳树受到害虫侵犯时,不仅受侵害的柳树内部营养物质含量发生变化,而且也使周围未遭侵犯的树木的营养物质含量发生变化。

周围树木是怎样得到信息的,真是一个谜。为了揭开这个谜,研究人员对受害树木作了细致的检查,发现它正在分泌一种化学物质,这可能就是它的“电报密码”。可是这“电报”是怎样发出去的呢?他们检查了树根,发现它们的根并没有联结。于是他们断定,这是靠风力传递的。他们又想,这种化学物质是树木自身的分泌物,还是有害昆虫的分泌物呢?他们在没有受到虫害的甜枫树上试验——用人工方法伤害它,结果它也分泌出自卫性的化学物质。

研究植物分泌的用以传递信息和自卫的化学物质很有意义,一旦科学家们把这个奥秘揭开,就可以为人类提供一种很有效的控制虫害的手段。将来,如果能用人工方法合成这种化学物质,并把它喷洒在易遭虫害的植物上,激发它们分泌不合害虫口味的化学物质,使害虫望而却步,那就无须再用那些污染环境的杀虫剂,也可以保证植物生长得更加茂盛。

奇怪的黑兽口湖

在俄罗斯里海附近的沙漠中,有一个名字很奇特的湖——黑兽口湖。人们怎么会给它起这么个怪名字呢?原来,这个湖和里海之间有一条狭窄的通道相连,每天不断地吞饮着里海的海水。多少年过去了,它却总喝不饱,真好像神话中说的“无底洞”一样。随着狭窄的通道、鱼也进入湖中,奇怪的是,鱼一到湖中,就会翻过肚皮,不断挣扎着被波浪涌上湖岸。谁也说不清楚这是怎么回事。

不过,黑兽口湖对人却很“仁慈”,尤其是对那些不会游泳的人。

在这里,会游泳的和不会游泳的,它都一律对待,决不会吞没你,尽可放心大胆地跳进湖中,用你所喜欢的任何一种姿势游泳。

假如你游累了,还可躺在湖面上休息,甚至可以躺在上面看书呢。

但是,如果你要想潜到湖下去,却十分困难,湖水总要把你托上湖面,好像怕你潜入湖底偷走它的珍宝似的。

湖中确实有宝,得到它也不困难,你只要冬天来就行了。那时,湖水会通过波浪将宝奉献,令你拾不胜拾。

而你要在夏天来呢,却什么也得不到,只能空手而归。

湖中的宝贝是什么呢?它是一种白色固体,样子跟食盐差不多。但你若是真的把它当作食盐放到菜里,那可就糟了。吃菜的人不仅会叫苦不迭,而且还会大泻不止,就像吃了过量的泻药。

其实,这种东西本身就是一种泻药,它的名字叫“芒硝”,化学名称叫“十水硫酸钠”,分子式Na2SO4·10H2O。在中药中,它又叫朴硝或皮硝,虽不是正牌的泻盐(西药中泻盐为七水硫酸镁MgSO4·7H2O),却是与泻盐同属“盐类泻药”,而且是“资格”更老的泻剂和解毒剂。

黑兽口湖在很长历史时期中,是俄罗斯的一个重要芒硝产地,它的三个怪脾气是:1.不断喝水。

2.鱼在湖中不能生存,而人却能浮在水面上。

3.每年冬天献宝。