书城科普读物智慧百科(科学卷)
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第9章 反应(2)

由两种物质组成的混合物,其中有一种含量很小,可采用一定的物理,化学方法除去杂质,将物质提纯,如NaCl混少量NaOH,则加入适量的盐酸,可除去NaOH(NaOH+HCl=NaCl+H2O)。那么分离物质与提纯物质(即除杂质)有什么区别呢?分离物质与提纯物质的相同点是被分离和提纯的都是混合物。分离物质要求最后能得到原混合物组成中的各物质,而提纯只要求得到主要成分,杂质不一定要求回收,但不能引入新的杂质。所以提纯物质的方法很多,可用过滤、结晶的物理方法,也可用化学方法,让杂质参加化学反应变为气体跑掉,变为沉淀过滤掉,或使杂质反应生成原混合物中的主要成份等。

化学分析法

化学分析法是以物质的化学反应为基础的分析方法,称为化学分析法。化学分析法历史悠久,是分析化学的基础,又称为经典分析法。根据其反应类型、操作方法的不同,又可将其分为:

(1)滴定分析法根据滴定所消耗标准溶液的浓度和体积以及被测物质与标准溶液所进行的化学反应计量关系,求出被测物质的含量,这种方法被称为滴定分析法。

(2)重量分析法根据物质的化学性质,选择合适的化学反应,将被测组分转化为一种组成固定的沉淀或气体形式,通过钝化、干燥、灼烧或吸收剂的吸收等一系列的处理后,精确称量,求出被测组分的含量,这种方法称为重量分析法。

根据分析的原理和使用仪器的不同,可将分析化学分为化学分析和仪器分析。其中化学分析包括滴定分析、电化学分析法、分光光度分析法、原子吸收分析法、色谱分析法、分析化学中的分离技术、红外光谱分析、核磁共振波谱分析、质谱分析,而仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备,通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。

氧化和还原

物质失电子的作用叫氧化。狭义的氧化指物质与氧化合;还原指物质失去氧的作用。氧化时氧化值升高;还原时氧化值降低。氧化、还原都指反应物(分子、离子或原子)。氧化也称氧化作用或氧化反应。有机物反应时把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化;引入氢或失去氧的作用叫还原。物质与氧缓慢反应缓缓发热而不发光的氧化叫缓慢氧化,如金属锈蚀、生物呼吸等。剧烈的发光发热的氧化叫燃烧。还原指含氧物质被夺去氧,也泛指物质在化学反应中得到电子或电子对偏近。如氧化铜和氢气加热后生成铜和水。还原和氧化是伴同发生的。

电解

电解是指电能转变为化学能的过程。即使直流电通过电解槽,在电极-溶液界面上进行电化学反应的过程。例如,水的电解,电解槽中阴极为铁板,阳极为镍板,电解液为氢氧化钠溶液。通电时,在外电场的作用下,电解液中的正、负离子分别向阴、阳极迁移,离子在电极-溶液界面上进行电化学反应。在阴极上进行还原反应,而在阳极上进行氧化反应。

酸是一类化合物的统称,分为无机酸和有机酸。酸在化学中狭义的定义是在水溶液中电离出的阳离子全部都是氢离子的化合物(比如H2SO4是酸,而NaHSO4不是)。此定义称为-{zh-hk:阿瑞尼士;zh-cn:阿仑尼乌斯}-(S.Arrhenius)酸。这类物质大部分易溶于水中,少部分,如硅酸,难溶于水.酸的水溶液一般可导电,其导电性质与其在水中电离度有关,部分酸在水中以分子的形式存在,不导电;部分酸在水中离解为正负离子,可导电。较广义的定义,则认为反应中能提供质子的是酸,反之为碱,此定义称为布忍斯特-罗瑞酸。另外还有被称为路易斯酸的定义,定义酸为电子对的接受者,范围更为广泛。酸可以和碱进行中和作用,生成水和盐。

碱通常指电离时所有阴离子都是氢氧根(OH-)的化合物,其溶液能使特定指示剂变色的物质(如使石蕊变蓝,使酚酞变红等),PH值都大于7。碱在水溶液中电离出的离子全部是氢氧根离子,与酸反应形成盐和水。典型的碱如胺类物质(包括氨水,化学式:NH3·H2O),烧碱(氢氧化钠,化学式:NaOH),熟石灰氢氧化钙,化学式:Ca(OH)2等。碱的更广义的概念是指提供电子的物质,或是接受质子的物质。

测量酸度

在实验室中,一般粗略的测量酸度常用PH试纸、酚酞试纸,或一些常用的酸碱指示剂如石蕊试夜,甲基橙试夜等。如果需要较准确的PH值指示酸度的话则需要用到PH酸度计,酸度测量仪等精密仪器。

这里的盐可不是指我们平时做饭用的那种带咸味的调味品,在化学中盐是指一类金属离子或铵根离子(NH4+)与酸根或非金属离子结合的化合物,如硫酸钙,氯化铜,醋酸钠。盐是中和反应的生成物,如硫酸与氢氧化钠生成硫酸钠和水。

盐分为单盐和合盐,单盐分为正盐、酸式盐、碱式盐,合盐分为复盐和错盐。其中酸式盐除含有金属离子与酸根离子外还含有氢离子,碱式盐除含有金属离子与酸根离子外还含有氢氧根离子,复盐溶於水时,可生成与原盐相同离子的合盐;错盐溶於水时,可生成与原盐不相同的复杂离子的合盐,可溶盐的溶液有导电性。

空气的化学

空气是一种混合物,它没有化学式。空气的成分是氮(N2)占78.08%,氧(O2)占20.95%,氩(Ar)占0.93%,二氧化碳(CO2)占0.03%,还有微量的惰性气体,如氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)等。

水的化学

水(H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界,纯水是非常罕见的,水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液,习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得,当然,这也是相对意义上纯水,不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。固态的水称为冰;气态叫水蒸气。水汽温度高于374.2℃时,气态水便不能通过加压转化为液态水。

在20℃时,水的热导率为0.006J/s·cm·K,冰的热导率为0.023J/s·cm·K,在雪的密度为0.1×103kg/m3时,雪的热导率为0.00029J/s·cm·K。水的密度在3.98℃时最大,为1×103kg/m3,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小,在0~3.98℃时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在0℃时,密度为0.99987×103kg/m3,冰在0℃时,密度为0.9167×103kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

发酵

发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。在发酵条件下,有机物只是部分地被氧化,因此,只释放出一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原藕联在一起的。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢,即不需要外界提供电子受体。

广义的发酵是是指利用生物体(包括微生物、植物细胞、酵母菌等)的代谢功能,使有机物分解的生物化学反应过程。比如酿酒、酿醋、面团的发酵、沼气的产生、垃圾的腐败。狭义的发酵概念是指微生物通过无氧氧化将糖类转变成乙醇的过程。发酵分为有氧发酵和无氧(厌氧)发酵。比如:酒是在无氧条件下发酵的,醋则是在有氧条件下发酵的。

发酵工程就是给微生物一个最适合生长的条件,利用微生物的代谢功能,通过现代化技术手段生产出人类所需要的产品。也有人称之为微生物工程。说简单一点,就是人类有目的的发酵生产过程。发酵技术是指人们利用微生物的发酵作用,运用一些技术手段控制发酵过程,大规模生产发酵产品的技术,称为发酵技术。人们常常利用发酵技术生产各种产品。