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5章 化学魔术师(3)

港务局抢修现场一片忙碌。有人说,换一根新的曲轴吧,可是瓦座已严重磨损,即便是换上新的也无法转动。又有人说,能不能用焊接的方法修补?电焊专家也摇头。正当人们束手无策的时候,中国科学院上海有机化学研究所的技术人员赶到了,只见他们将瓦座的内壁经过一番清洗后,拿着一把带电的刷子,蘸着一种溶液在瓦座里面来回刷着。不一会儿,柴油机就修好了,经过反复测量检查,硬度、厚度和光洁度等方面完全合格。这样,原来准备“住院”一个月的外轮,不到三天时间又鸣笛启航了。

这是怎么回事?原来,它是当今最新的一种快速电镀技术。这套装置由直流电源、镀笔和镀液等组成。工作时,镀笔接正极,要修的工作件接负极。从本质上说,这种电镀技术和通常的电槽电镀一样,都是镀液中带电的金属离子在负极上放电沉积结晶的过程。所不同的是,快速电镀不需要电槽,只要镀笔蘸着镀液在工作表面反复擦蹭,就会形成一层坚固而致密的金属膜。只要精确地控制耗电量,就可准确地控制镀层的厚度,薄到两微米,厚到几毫米,都可以任意控制,从而确保工作尺寸准确可靠。

快速电镀首要工具是镀笔。它由正极和笔杆两部分组成。正极是工作面,大部分是用石墨或铂铱合金做的,外面包一层脱脂棉,以蘸吸电镀溶液。在实际工作中,所遇到的待修工件的形状是各式各样的,为适应这种需要,镀笔也是各式各样的,既有条形、平板形和圆形,也有半圆形、月牙形和环形。根据工件的形状可以自如选用。因为快速电镀主要是“动笔”,而且笔式有几十种之多,比书法家还“气派”,所以,又有人把这种技术称作“笔镀”。

没有墨水,再好的笔也写不出字来,同样道理,要修复工作顺利完成还得靠镀液。现在,镀笔的种类很多,镀液的种类也不少。既有含金、银、铜、镍、铬等单质金属的镀液,又有含镍和铜、钨和钼等合金的镀液。而且同一种镀质又可配成不同性能的镀液,例如镍的镀液,除了沉积快的、硬度高的和内应力低而不易脱落的之外,还有特别耐磨的和特别光亮的等等,一应俱全。

我们不难看出,快速电镀的最大优点就是质量好,速度快。尤其是快,这是其他方法无法比拟的。它之所以快,主要有三个原因:一是整个工件不需要泡在镀液中,不需要电镀的部分也不要用涂层保护,省去许多镀前工序;二是设备简单、轻巧、携带方便,适合外出作业,用户随叫随到;三是待修工件不需要拆卸、搬运,就地就可以修理,既节约时间又节省人力、物力。因此,对于各种紧急的、大型的野外的工件修复特别方便,如对过往的飞机、船只和战时坦克、炮车等的修理有意想不到的奇效。

仅此项技术在中国推广应用后,每年产生的经济效益就有上亿元。

化汞为金

作为一种昂贵的金属,黄金是财富的象征,因此,提炼黄金一直是人们梦寐以求的事情,点石成金更是古往今来人们的追求。曾经有多少人幻想用朱砂(汞的氧化物)或汞之类的廉价金属为原料,通过炼金药的化合作用,使汞转变为珍贵的黄金。

我们知道,汞和金是两种原子结构不同的元素,用化学方法是根本不可能改变原子核结构的,因此,企图通过炼金药使汞变成黄金的梦想是注定不能实现的。

可是,日本传来了令人惊奇的消息,有位科学家实现了“点”汞成金的梦想。他用γ射线对准厚12厘米、半径50厘米、重1340千克的水银柱体整整照射了70天,然后经过6天的自然冷却,终于获得了744克黄金。

射线为什么会使汞变成金呢?原来,当γ射线射到某种元素的原子核时,这个原子核就可能失去一个质子,变成元素序号少一个的新元素。而汞的元素序号是80,金的元素序号是79,因此,汞在γ射线的照射下会转变为金。它的制取过程是放射化学研究的内容,但是,“点”汞确实成了金,γ射线就是当之无愧的“炼金药”。

人们了解了“点”汞成金的秘密,是不是很容易就得到黄金了呢?不是的。用这种方法制取1克黄金需要20万日元,成本极其昂贵,得到的比付出的少得多。因此,日本科学家正在设计一种新炼金炉,渴望能够生产出廉价的黄金,使该方法具有实用价值。

“水”中闪火花

“水火不相容”,这是大家都知道的常识。那么,水中怎么会闪火花呢?水火却相容了,你想知道其中奥秘吗?让我们一起做个实验吧!

在一支干净的试管里,注入7~8毫升的酒精,然后再慢慢地注入5毫升左右的浓硫酸,因为浓硫酸的比重大,因此浓硫酸在试管中处在下层,酒精浮在上层。然后取5~6粒小颗粒状的高锰酸钾晶体放进试管里,颗粒状高锰酸钾会慢慢下沉,过一会儿你就会看到“水”中的一番奇景:试管里两层液体的中间出现一闪一亮的火花,还会听到轻微的响声哩。这个实验如在暗处或夜晚来做,那火花更为好看。

“水”中闪火花的奥秘在于高锰酸钾是一种强的氧化剂,它能与浓硫酸起化学反应,生成氧气,同时放出大量的热。酒精是易燃物质,遇到氧气又达到一定的温度就会燃烧,于是液体中出现了一闪一亮的奇特火花。

木板掉不下来了

谁都知道,拿在手中的木板,只要手一松,木板就会掉下来。可世界偏偏也有掉不下来的木板,你信不信?

取一块薄型的木板,沾上一些水,将一只洗干净的250毫升烧杯放在沾有水的木板上。

另取一根长约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。之后再用打气筒打气,来加速烧杯中乙醚的蒸发,一会儿烧杯就被粘贴在木板上了。用手拿着烧杯,我们惊奇地发现,木板并没有掉下来。

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降到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。

除了木板,其他车辆也能用类似的办法使它不掉下去。只有沾上一点水,它就不会掉下来。生活中我们也有类似的经验,两块玻璃沾上水就很不容易分开。冰箱里的食品在冷冻室里往往与冰箱相连,要想取出必须先解冻。

牛奶制成的塑料

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造塑料吗?

把一瓶牛奶,放置半天后,牛奶的奶油会浮现在瓶口,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。

液体的牛奶,怎么会制出固体的可塑性物质呢?

原来牛奶中有一种叫作干酪素的蛋白质,这种蛋白质在米醋中的醋酸作用下会发生化学反应,生成高分子化合物,这种高分子化合物就是塑料大家庭中的一员。这种塑料是不怕火的。

牛奶塑料如要制成塑料瓶、塑料玩具、塑料钮扣等制品,还需要在成型前加入色彩鲜艳的颜料和一些辅助料。

如加入固化剂能使塑料迅速变硬成型,常用的固化剂是甲醛溶液。如加入氨水、烧碱等软化剂,能使蛋白质易于溶解。这样的干酪素可以加工制得揩光浆,广泛应用于制造、包装等工业,还能制造光亮耐磨的纸牌等。

即使是变酸的牛奶,也可以一试。

用玻璃棒点酒精灯

你一定看见过玻璃制成的酒精灯吧,矮胖的身材,像个葫芦似的,里面灌了酒精,用棉线做成的灯芯下端浸在酒精中,顶端露出少许。

谁都知道,要点燃酒精灯,只要划根火柴就可以了。但除了火柴,用玻璃棒也能点燃酒精灯,这你信不信?

在一个蒸发皿里,放入1~2克高锰酸钾粉末,用吸液管在高锰酸钾粉末上滴4~6滴浓硫酸。另外,用一根玻璃棒,把高锰酸钾和浓硫酸搅拌均匀,使其成为浓稠的混合物。把蘸有上述混合物的玻璃棒,在酒精灯的灯芯上沾一沾,只听到“呼”的一声,酒精灯就被点燃了。

原来,高锰酸钾和浓硫酸都是强的氧化剂,当高锰酸钾与浓硫酸接触到酒精灯芯上的酒精后,立即放出大量的热,并达到了酒精的着火点,所以酒精灯就很快被点燃了。

会变色的纸

说到变色纸,人们可能会想到化学试纸,紫色的石蕊试纸遇到碱性溶液会变蓝,遇到酸性溶液会变红,而pH试纸遇到强弱不同的酸碱溶液,会显示出多种不同的颜色。

这里所说的变色纸可不是一般的化学试纸,它变色的本领可大哩!这是一张粉红色的纸,把它放在酒精灯上稍一加热,就会变成蓝色,再把这种蓝色的纸放在两只手掌之间,过了一会儿,它又变成粉红色了。你看,奇怪不奇怪?

原来这是一种名叫氯化钴(CoCl)的化学药品失水、得水的变化过程。氯化钴,通常是带有六个结晶水的粉红色晶体(CoCl·6H2O),当它失去结晶水时,就变成蓝色的无水氯化钴了,而无水氯化钴又很容易重新吸收水分,变成粉红色的含结晶水的氯化钴。当把一张滤纸或吸水性较强的白纸浸在氯化钴的水溶液中,白纸上就吸附了许多含结晶水的氯化钴分子,所以白纸变成粉红色的纸了。当这张纸在加热时,粉红色的含水氯化钴失去了结晶水就变成蓝色,于是纸也就变成蓝色了,再把这张纸合在两手掌之间,因为两手掌里多少有些潮气,蓝色的氯化钴吸水后又变成粉红色的含水氯化钴,纸也就变成粉红色了。

根据氯化钴的这个性质,我们可以用它来做晴雨表,当你看到变色纸由蓝色变为粉红色时,说明空气中湿度增大到一定程度,无水氯化钴已吸水变成含水氯化钴,可能就要下雨了。如果看到变色纸由粉红色变成了蓝色,说明空气中的湿度减小,天气可能要转晴了。

在分析天平和一些精密仪器中常放有一小杯或一小袋蓝色颗粒状固体,它是用来作干燥剂的变色硅胶。变色硅胶中常含有无水氯化钴,当硅胶吸潮后,它就由原来的蓝色变为粉红色,说明硅胶已失去吸水能力,这时需要进行脱水处理。可以把粉红色的硅胶放在烘箱里,加热到100℃以上,它就会脱去水分,当硅胶恢复成蓝色后,又可重新使用。