书城科普读物探究式科普丛书-生活中离不开的化学
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第10章 化学与人类社会(1)

无论在古代还是现代,从石器时代到蒸汽时代到电气时代再到电子时代,化学都与人类有着紧密的联系。社会的方方面面,我们几乎都可以找到化学的应用,随处可以看到化学所起到的巨大作用。

化学对生产力的发展和人类社会的进步,起到推动和辅助作用。

第一节千年古剑与古尸

1.千年不锈的古剑

春秋时期,越王勾践“卧薪尝胆”,一举击败了吴王夫差,上演了历史上春秋争霸的最后一幕。岁月渐渐流逝,忙忙碌碌的后人几乎把这段历史遗忘了。

然而,1965年,一支考古队在挖掘春秋古墓时,却意外发现了一把沾满泥土的长剑,剑身上一行古篆——“越王勾践自用之剑”跃入人们眼帘。拔剑出鞘,寒光耀目,而且毫无锈蚀,刃薄锋利,20余层纸一划而破。

这把剑全长为55.6厘米,其中剑身长45.6厘米,剑宽5厘米。

剑身满饰黑色菱形几何暗花纹,剑格正面和反面还分别用蓝色琉璃和绿松石镶嵌成美丽的纹饰,剑柄以丝线缠缚,剑首向外翻卷作圆箍,内铸有极其精细的11道同心圆圈,经过几千年的轮回,剑依然寒光四射,锋利无比。

为解开“越王勾践剑”的千古之谜,科学家们采用质子X荧光非真空分析法,对“越王勾践剑”进行了无损科学检测,得出了剑身青铜合金分配比的准确数据表。

“越王勾践剑”的主要成分是铜、锡以及少量的铝、铁、镍、硫组成的青铜合金。剑身的黑色菱形花纹是经过硫化处理的,剑刃的精磨技艺水平可同现代在精密磨床上生产出的产品相媲美。因剑的各个部位作用不同,因此铜和锡比例不一。

剑脊含铜较多,能使剑韧性好,不易折断。越王勾践剑青铜合金配比刃部含锡高,硬度大,使剑非常锋利。花纹处含硫高,硫化铜可以防止锈蚀,用以保持花纹的艳丽。

通过进一步的研究发现,“越王勾践剑”千年不锈的原因在于剑身上被镀上了一层含铬的金属。铬是一种极耐腐蚀的稀有金属,地球岩石中含铬量很低,提取十分不易。再者,铬还是一种耐高温的金属,它的熔点大约在4000℃。

此外,“越王勾践剑”出土时紧插在黑漆木制剑鞘内,在剑鞘的保护下,又处于含氧量甚少的中性土层中,并且它所处的环境与外界基本隔绝,这也是它没有生锈的重要原因。

这把越王剑,无论是它的外形研制还是质料搭配,都无疑是我国青铜短兵器中罕见的珍品。中华文明中曾有过太多的秘密,现代的科学发明,竟会出现在2400多年以前,在我们禁不住赞叹的同时,也不得不敬佩我们祖先的智慧。

2.千年古尸之谜

1972年,湖南长沙马王堆一号汉墓出土的女尸,是我国迄今为止所出土的各类古尸中保存最完整的一具。

马王堆女尸尸体放置于锦饰内棺中。出土时,整个尸首和刚死的人差不多,外形完整无缺,全身柔软有弹性,皮肤细密而滑腻,部分关节还可以转动,甚至手足上的纹路也可以看得清清楚楚。

通过解剖,专家发现这具2000多岁的汉代女尸身高1.54米,体重约34.3千克,头上发根清晰,眼睫毛很长。此外,尸身大部分皮肤保存完好并具有一定的弹性。尸体剖开后,全部内脏也都保存完好,肢体内血管结构清楚,硬骨组织和软骨组织均为保存完好的纤维结构。而最让专家吃惊的是,古尸的头壳被锯开后,还能取出一副完整的大脑。

尸体含有水分为何会被较完好地保存下来?

这得从埋葬的方式说起。马王堆3座墓的墓坑,都是北侧有墓道的长方形竖穴。墓底及棺椁室四周,塞满木炭和白膏泥,然后层层填土夯实坚固,在上面筑起高大坟丘。因而使墓坚固严密,深埋地底的椁室形成湿润、恒温、缺氧无菌的环境,使棺椁、尸体以及随葬器物保存完好。

在尸体入棺后的最初阶段,肠道曾发生过细菌繁殖、发酵的腐败过程,但在特定条件下,腐败未能继续下去,原因是棺内封闭良好,所以空气不多。尸体初期腐败过程中就耗尽了棺内的氧气,棺内各种有机物在厌氧甲烷的作用下,形成了燃性沼气。

沼气不断累积,棺内压力增大,增强了抵抗外界渗水的能力,所以棺内基本上保存着最初由棺外渗进来的水。

这些水经过土壤、白膏泥等渗入棺内后,就形成了带有少量硫化汞的防腐物质,尸体长期浸泡在这种液体中,保持了新鲜和湿润。

另外,尸体经过了七窍灌酒,衣物喷酒处理,既可杀菌又可防虫蛀。死者生前服朱砂(即硫化汞),有抑制分解酶的作用。棺中还有大量香料,有杀菌作用。

第二节二氧化碳与全球气候

二氧化碳的化学性质较为稳定,没有可燃性,一般不支持燃烧。

它在空气中的含量约为0.03%,比例虽小,却与人类的生产生活有着密切的关系。

二氧化碳是植物光合作用的必备原料,其含量增多,对植物的生长有好处。二氧化碳在大棚蔬菜栽培中可作为化肥来使用,使作物增产。二氧化碳在潜水、航空中可作为氧气的来源。

液态二氧化碳也有广阔的应用前景,把液态二氧化碳作为从某些植物或植物源中提取天然存在的化合物的媒质,不仅不会破坏原料所含的生物活性物质,而且产品中不含残留的媒质;用喷洒液态二氧化碳的方法为飞机场除雾,除雾效率比固态二氧化碳高几百倍;用二氧化碳代替传统的有机溶剂进行喷漆,能有效地减少喷漆过程中释放到大气中的有害物质的数量。

在高科技领域,二氧化碳也有它的用武之地。用二氧化碳代替氦氖进行激光治疗,可以减轻病人的痛苦,并且节省费用。

另外,用二氧化碳萃取蛋黄卵磷脂,经济效益可观。二氧化碳还可用来洗衣服,并且不污染环境,而且来源广泛。

但是,人类也不得不面对二氧化碳的增多给人类带来的可怕后果。

由于现代化工业社会过多地燃烧煤炭、石油和天然气,大量排放汽车尾气,这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体,大气中二氧化碳含量的增加就产生了温室效应。

人类的活动还产生了其他温室气体,例如氯氟烃、甲烷、低空臭氧和氮氧化物气体等。产生温室效应导致地球气温升高。

温室效应可以使两极冰川融化,进而导致海平面升高,危及沿海城市以及一些海平面较低的岛国。同时它还使海岸地区土地盐碱化,增加了开发难度。温度升高还使一些山顶的积雪融化,使以积雪融化为水资源的河流水量减少,甚至发生断流现象,影响这些地区的生产活动。

地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林,尤其是热带雨林。

为减少大气中过多的二氧化碳,一方面需要人们尽量节约用电,少开汽车;另一方面要保护好森林和海洋,如不乱砍滥伐森林,植树造林,保护绿色植物,不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。

第三节臭氧空洞与人类

臭氧(O3)是氧的同素异形体,它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形,其密度是氧气的1.5倍,在水中的溶解度是氧气的10倍。臭氧是一种强氧化剂,其氧化能力高于氯和二氧化氯。

臭氧还是一种广谱、高效、快速、安全、无二次污染的杀菌气体,可杀灭细菌芽胞、病毒、真菌等,并可破坏肉杆菌毒素。与次氯酸类消毒剂不同,臭氧的杀菌能力不受pH值变化和氨的影响。其杀菌能力比氯高600~3000倍,它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的。

臭氧的稳定性极差,在常温下可自行分解为氧气,因此臭氧不能贮存,一般现场生产,立即使用。

大气圈中的臭氧对人类的作用更大。

当大气层中的氧气发生光化学作用时,便产生了臭氧。因此,在离地面垂直高度15千米~25千米处形成了臭氧层。

臭氧有吸收太阳紫外辐射的特性,臭氧层会保护我们不受到阳光紫外线的伤害,所以对地球生物来说是很重要的保护层。

不过,随着人类活动,特别是氟氯碳化物等人造化学物质的大量使用,臭氧层很容易就会被破坏,大气中的臭氧总量明显地在减少,在南北两极上空下降幅度最大。

在南极上空,约有2000多万平方千米的区域为臭氧稀薄区,其中14千米~19千米上空的臭氧减少达50%以上,科学家们形象地将之称为“臭氧空洞”。除了南北两极之外,近年来,人们在青藏高原上空也发现了臭氧分布稀薄区。因此,人类对臭氧层的保护已显得更加紧迫。

臭氧含量的持续降低,将会使人类受到过量的太阳紫外辐射,导致皮肤癌等疾病的发病率显着增加。科学家通过研究发现:大气中的臭氧每减少1%,照射到地面的紫外线就增加2%,人类的皮肤癌就增加3%,还会受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。

推而广之,若臭氧层全部遭到破坏,太阳紫外线就会杀死所有陆地生命,人类也将遭到“灭顶之灾”,地球将会成为无任何生命的不毛之地。由此可见,臭氧层空洞已威胁到人类的生存了。

为了防止臭氧空洞进一步加剧,保护生态环境和人类健康,1990年各国签订了《蒙特利尔议定书》,对氯氟烃的排放量作出了严格的限制。

影响臭氧空洞因素很多,人类保护臭氧层的道路任重而道远。