书城科普读物智慧百科(科学卷)
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第10章 化学工业(1)

什么是化学工业

化学工业是指用化学方法进行生产的工业。包括基本化学工业和塑料、合成纤维、石油、橡胶、药剂、染料工业等,是利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的部门。如:无机酸、碱、盐、稀有元素、合成纤维、塑料、合成橡胶、染料、油漆、化肥、农药等。

铁和钢

铁Fe,原子序数26,相对原子质量55.847。铁是比较活泼的金属,在金属活动顺序表里排在氢的前面。常温时,铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应,在高温时,则剧烈反应。铁在氧气中燃烧,生成Fe3O4,赤热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中,生成二价铁盐,并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时,表面生成一层氧化物保护膜,使铁“钝化”,故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价元素,常见价态为+2和+3。铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去两个电子,成为+2价。与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应,则被氧化成Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的Fe3O4,可以看成是FeO·Fe2O3,其中有1/3的Fe为+2价,另2/3为+3价。铁的+3价化合物较为稳定。

钢是含碳量在004%~2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁,熔点为1515℃。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等。钢指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同,又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同,又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

铜是以一价和二价为主的金属元素,有延性和展性,是热和电最佳导体之一,是唯一的能大量天然产出的金属,也存在于各种矿石(例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石)中,能以金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术和工艺上。如铜山(出产铜矿的山);铜花(铜屑);铜金(赤铜);铜粉(铜屑、铜和其他金属熔融在一起所做出来的黄金色粉状合金,可当作颜料);铜陵(产铜的山);铜落(铜屑,可入药);

铜腥(铜的腥臭味)。铜制的器物,如铜丸(铜铸的小球);铜牙(弩上钩弦的钩叫牙,以铜制者称铜牙);铜瓦(铜制的瓦);铜史(漏刻铜壶上的铜人像);铜印(铜铸的印章,也称“铜章”);铜兵(铜制的兵器);铜狄(铜铸的人。即“铜人”,或称“金人”);铜洗(铜制的盥洗用具);铜柱(铜制的柱子);铜荷(铜制的烛台。形似荷叶);铜猊(铜制的狮形香炉);铜浑(铜制的浑天仪,又叫“铜仪”);铜鼻(古代官印上铜制的鼻状纽孔)。

铝具有银白色有光泽金属,密度2.702g/cm3,熔点660.37℃,沸点2467℃。化合价±3。具有良好的导热性、导电性,和延展性,电离能5.986eV,虽是叫活泼的金属,但在空气中其表面会形成一层致密的氧化膜,使之不能与氧、水继续作用。在高温下能与氧反应,放出大量热,用此种高反应热,铝可以从其它氧化物中置换金属(铝热法)。例如:8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+795千卡,在高温下铝也同非金属发生反应,亦可溶于酸或碱放出氢气。对水、硫化物,浓硫酸、任何浓度的醋酸,以及一切有机酸类均无作用。

铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里,如长石、云母、高岭市、铝土矿、明矾时,等等。有铝的氧化物与冰晶石(Na3AlF6)共熔电解制得。铝可以从其它氧化物中置换金属(铝热法),其合金质轻而坚韧,是制造飞机、火箭、汽车的结构材料,纯铝大量用于电缆,广泛用来制作日用器皿。

合金

由金属与其它一种以上的金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。我国是世界上最早研究和生产合金的国家之一,在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达;公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。

合金类型主要是:(1)共熔混合物,如焊锡、铋镉合金等;(2)固熔体,如金银合金等;(3)金属互化物,如铜锌组成的黄铜等。合金的许多性能优于纯金属,故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。各类型合金都有以下通性:(1)熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点;(2)硬度比其组分中任一金属的硬度大;(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性,可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料,如在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢,适用于化学工业。

硫酸

硫酸的分子式为H2SO4,分子量98.08。硫酸对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成;严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡,愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤,甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响:牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。硫酸对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。它能够助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。

若硫酸与皮肤接触应立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟,然后涂抹碳酸氢铵(俗名小苏打),就医。眼睛接触应立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟,就医。吸入硫酸气应迅速脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸,就医。若食入则应立即用水漱口,给饮牛奶或蛋清,就医。

氨分子为三角锥型分子,是极性分子。氨气通常情况下是无色刺激性气味,极易溶于水,易液化,液氨可作致冷剂。

1.NH3遇HCl气体或浓盐酸有白烟产生。2.氨水可腐蚀许多金属,一般若用铁桶装氨水,铁桶应内涂沥青。3.氨的催化氧化是放热反应,产物是NO,是工业制HNO3的重要反应,NH3也可以被氧化成N2。4.NH3是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。NH3用于制氮肥(尿素、碳铵等)、HNO3、铵盐、纯碱,还用于制合成纤维、塑料、染料等。氨对昏迷、麻醉不醒者,嗅入本品有催醒作用。亦用于手术前医生手的消毒,每次用本品25ml,加温开水5L稀释后供用。功能主治:吸入或口服本品,可刺激呼吸道或胃粘膜,反射性兴奋呼吸和循环中枢。昏迷、醉酒者吸入氨水有苏醒作用,对昏厥者作用较好。外用配成25%搽剂作为刺激药,尚有中和酸的作用,用于昆虫咬伤等。

酒的酿造

白兰地

白兰地是将葡萄汁经发酵蒸馏所得的馏液,进行再加工制成的蒸馏酒。酒度30~40°。也有用其他水果制成的,多再名称前冠以制造用水果名,如樱桃白兰地、杏子白兰地、枣子白兰地等,但消费量不大。白兰地根据贮存年限的酒而分成:(三星)、V.O、V.S.O.P、XO和Extra。在XO和Extra中又使用“拿破仑”或“路易XIII”等名称以示其尊贵。白兰地适合饭后饮用,也可作为开胃酒,加水、淡水或矿泉水皆可,还可用于制作多种鸡尾酒。

威士忌

威士忌拉丁语称作Aquavitae(生命之水),被认为是长生不老的宝贝。充满成熟阳刚之味的威士忌,自古以来就被称为[生命之水],酒呈琥珀色,味微辣而醇香。

广义的说威士忌就是把大麦、麦芽经过发酵后,再加以蒸馏而成的烈酒。与白兰地不同,威士忌是以谷物为原料,经发酵、蒸馏之后,在橡木桶中成熟的酒。就是说,白兰地是果酒而威士忌是粮食酒。威士忌在国际酒类贸易中占重要地位,其贸易额在蒸馏酒中仅次于白兰地。

伏特加

伏特加-VODKA,传说在1812年,以俄国严冬为舞台,展开了一场俄法大战,战争以白兰地酒瓶见底的法军败走于伏特加无尽的俄军而告终。

帝俄时代的1818年,宝狮伏特加酒厂就在莫斯科建成,1917年,十月革命后,仍是一个家族的企业,1930年,伏特加酒的配方被带到美国,在美国也建起了宝狮酒厂,所产酒的酒精度很高,在最后过程中用一种特殊的木炭过滤,以求取得伏特加酒味纯净。伏特加是俄国和波兰的国酒,是北欧寒冷国家十分流行的烈性饮料,“伏特加”是原苏联人对“水”的昵称。

肥皂和清洁剂

肥皂之所以能去污,是因为它有特殊的分子结构,分子的一端有亲水性,另一端则有亲油脂性,在水与油污的界面上,肥皂使油脂乳化,让油脂溶于肥皂水中;在水与空气的界面上,肥皂围住空气的分子形成肥皂泡沫。原先不溶于水的污垢,因肥皂的作用,无法再依附在衣物表面,而溶于肥皂泡沫中,最后被整个清洗掉。

18世纪法国人利用盐及石炭制作“人工苏打”,取代传统自灰烬中取出的碱汁。到了19世纪,德国人发明以电气分解食盐水来制作氢氧化钠;自此之后,苛性钠的普及,得以让肥皂从原本只有王宫贵族买得起的商品,摇身一变,变成平民百姓的日常生活用品。

肥皂也有某些缺点,使用后它会留下一层浮垢,而且会使白东西变黄。在第一次世界大战期间,协约国的封锁造成了德国的油脂短缺。冈瑟和希策尔这两个为-家德国大化学公司工作的化学家,接受了寻找一种肥皂替代物的任务。1917年,他们制作出了第一个合成清洁剂,给它取名为“内卡尔”。