书城工业技术新编科技大博览
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第24章 化学与生活关于水水是什么?

按常理说,水就是水,分子式是H2O,一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。可是,在日常生活中,很难找到纯粹的水。黄河的黄水中混有泥沙,糖水里溶解了糖,汽水里溶解了二氧化碳气。

纯粹的水,应该没有泥沙,也没有尘埃,没有溶解在水里的二氧化碳气和一切气体,也不含冰粒,静静地放置在那儿,温度冷到0℃时不结冰,继续降温,冷却到零下70℃,也不会结冰。这是水的过冷状态。不过,只要加入很少的微小尘埃,轻轻地一撞击,类似苍蝇撞到容器,破坏了静止状态,水温马上从-70℃上升到0℃,顷刻之间,水结成了冰。

生活经验告诉我们,气体是可以压缩的,只要加大压力,体积就会缩小,而水是不可压缩的。可是,在大洋深处,压力非常大,水也会被压缩,体积缩小了。如果水是不可压缩的,大洋的水体积就比现在的大,大洋的水面将会上升30米!

这两条水的趣闻,尽管知道的人很少,却是真实的。关于水,也还有一些暂时没有明确结论的疑问。

在我们面前放一杯纯水,这杯水里的水分子多得说不清,那么这些水分子之间有没有什么关联?现在已经知道,在这些水分子之间并不是像一堆散沙似的互不相关,是有关联的。它们之间存在着结合的关系,说不定是十个八个分子结合在一起,或者是一百两百个分子结合在一起,形成缔合分子。一个缔合分子含有多少个水分子,回答是一个“x”。“x”,一个未知数,也就是一个疑问。

很早以前,人们就知道,用融化后的冰雪水去浇蔬菜,种子的出苗率高,成熟期提前,产量增加。为什么会有这种神奇的功效呢?有人认为,水原先含有溶解了的气体,冻结以后,气体被排挤了出去,成为了活水。

这就启发科学家去做实验,用烧开水的办法把溶解在水中的气体驱赶出去,等热开水成为凉开水,冷却到20℃的时候,切几片叶子扔到水里,叶片就会吸水,吸水量很大,是自来水的5倍到6倍,冰雪水的两三倍,显示出奇特的变化。

长期研究以后发现,这种水对植物有生理活性,可以促进叶子合成叶绿素和胡萝卜素,提高光合作用的效果,于是就把这种水叫做“活水”。用“活水”去浇灌蔬菜、浸泡种子固然能够增产,只是成本太高,活水的作用主要是能帮助我们去认识水。

原来,排除了气体的活水和生物体内的细胞水极其相似。说到这里,就涉及到了“水就是水”和“水与水不同”的问题,涉及了水分子的排列。

按常理,水分子的排列应该是很有秩序、很有规则的,当水中有了被溶解的气体时,这些气体分子就会打乱这种秩序和规则。秩序混乱的水进入生物体内,生物利用水的时候需要排除水中的气体,要耗费额外的能量。而活水已排除了水中的气体,水分子排列有序,也就能很快地转化为细胞水。

如果说大家对冰雪水的作用还比较陌生的话,那么,对磁化水应该说是熟朋友了。把开水倒进磁化杯,过一会儿倒出来,就成了磁化水。简单地说,普通的水进入强磁场,切割一定的磁力线以后,就成为了磁化水。

磁化水最显著的特点是可以消除水垢。工业锅炉不断地烧水,水垢就会积结在锅炉壁上,越积越厚,耗费的能量越来越多。水垢结在封闭的锅炉内,很难清除。好了,输入锅炉内的水只要改用磁化水,就可以消除原来的水垢,而且不会再结新的水垢。

在农村,用磁化水去浸泡甜菜种子,种出来的甜菜糖分增加。用磁化水去灌溉,大豆、萝卜、黄瓜和小麦都得到了丰收,产量可以提高10%~45%。用磁化水去喂家禽家畜,体重可增长20%~30%。

而我们熟悉的磁化水,大多是家用的磁化水,肾结石患者每天饮用从磁化杯和磁化热水瓶中倒出来的磁化水,肾结石就会逐渐溶化,而被排出体外。据分析,人体内的肾结石结构与锅炉中的水垢相似,这也就是磁化水能治肾结石的原因。

磁化水已经表现出了与普通水不同的特性,起着特殊的作用。那是不是在经过强磁场以后,水的本身已经有了磁性?

不是,磁化水本身没有磁性,只是在磁化以后,密度、黏度、表面张力等特性方面与磁化以前有所不同,缔合状态也不同。

有人顺着活水的思路去想问题,认为磁化水,也是因为提高了水的活性。但是,这种说法也只是一种猜测,活水的特性只是相似生理水,用活水去清除锅炉内的水垢就不灵。

有一种说法说,水是磁性分子,在磁场中运动必然会产生微电,有了微电流的存在,就可以用磁化水除去锅炉里的水垢。

还有一种说法是,要充分认识水的缔合状态,在普通水里,一个缔合分子结合的分子太多,形成长链,有活性的水分子很少。而在磁场作用下,由长链结合转变为短链结合,变成活性强的单个分子,这样,水就比较容易渗入坚硬的水垢之中,使水垢疏松而容易脱落。在生物体内,磁化水也显示出较高的活性……

总之,哪种说法有道理,还是一个疑问。

人类每天必吃的盐——氯化钠

我们每天都在吃进食盐,但是,为什么要吃氯化钠,未必十分清楚。医学界公认,钠是人体必需的金属元素,在南美洲有一个民族,由于无法弄到盐,做菜不用盐,他们一直被缺盐引起的典型症状(脱水、神经反射不好)所折磨。

人体是由细胞组成的,细胞膜对钠离子并不是通行无阻的,细胞外面钠离子浓度比细胞里面多100多倍,这就是维持生命的重要环节。如果细胞内外的钠离子浓度变得一样,生命活动就要停止。为阻止细胞内外的钠离子浓度变得一样,全靠细胞膜这所精密的大门来控制,细胞内所需的钠离子不够时,细胞膜大门便打开,将离子放进去;细胞内钠离子多余时,又要把细胞膜大门打开,将钠离子放出去。利用控制钠离子浓度的方法,维持了生命活动。

在人体中,钠主要以氯化钠的形式存在,依靠它,可以把一定量的水吸到细胞里,使人体各组织里维持一定的水分。

尽管我们的饮食、呼吸和排泄物中不断地带着酸和碱进进出出,可是我们的血液总是大体上保持中性的。那么,人靠什么来维持这种酸碱平衡呢?这主要靠血浆中的碳酸(由二氧化碳溶于水形成)和碳酸氢根离子来共同维持。碳酸和碳酸氢根离子组成了缓冲溶液,它既能抗酸,又能抗碱,维持了血浆的酸碱平衡。在新陈代谢过程中,碳酸氢根离子的调节是靠钠离子来完成的,所以钠离子在维持血浆的酸碱平衡中起主要作用。

对一个人来说,到底饮食中需要多少食盐,是因人、因地、因环境而不同的。通常认为,每人每天大约需要1~2克食盐,其中大部分是在做主、副食时加进去的。食盐的平衡又与水的平衡分不开,高温作业的工人出汗很多,要喝盐汽水,以补充因出汗太多而损失的大量盐分。

人造宝石

在自然界里有一类奇特的石头,它晶莹透明、平整光滑,在阳光照耀下闪闪发光、璀璨夺目,令人神往。人们把这些光怪陆离的石头称为宝石。红宝石是一种红色透明的宝石,天然存在的红宝石中最名贵的有两种:一种是“鸽血红”红宝石,颜色鲜红如血,与钻石一样名贵;另一种是“石榴籽”红宝石,它晶莹通透,如同浅红用人造宝石制成的女性饰品不亚于天然宝石。色的石榴籽实,令人赏心悦目。

自然存在的宝石极为稀少,远远满足不了人们的需要。1891年,法国人维纳尔利用化学方法制取了红宝石,从此以后历经数十年,人造宝石便发展成了一个子孙满堂的大家族。

当时维纳尔用氢氧焰的高温,将氧化铝熔融,并加入少量的铬,然后让其冷却、结晶,便得到了一种颜色非常漂亮的红色晶体,这就是红宝石。令人遗憾的是,这样生产的红宝石内部常有球形或蝌蚪尾形的气泡。后来人们改进了方法,终于生产出以假乱真的红宝石了。

人们仔细地观察研究人工制造的红宝石,发现有的红宝石在磨成半球或椭圆半球形后,受到阳光照耀时,在球形表面会出现6条或4条闪光亮线,耀若星辰,给红宝石又添了一分美丽。原来红宝石的星光是由于宝石的晶体内有极细小的针状杂质,或极细小的裂纹,这些杂质或裂纹会引起光的反射,呈现出星状闪光来,于是人们后来在制造红宝石时,特意加入一些“杂质”——金红石,这样生产出来的红宝石个个星光闪耀,美不可言。

除用作装饰品和艺术品外,红宝石还有更为广泛的用途。它硬度仅次于金刚石,用它制成的精密仪表的轴承非常耐磨,像手表中一颗颗红色闪光的“钻石”轴承,便是由红宝石加工制成的;20世纪60年代初,人们还用人造红宝石射出了世界第一束激光……

先辈们用化学这把钥匙打开了宝的大门,让我们到宝库中去寻找更多更美的“红宝石”吧。

对症下药的洗涤剂

衣服脏了要用洗衣粉洗,清洗厨房用具要用洗洁精,这是我们都知道的。但你知道它们是用什么做的吗?如果你看一下表面活性剂去污过程示意图它们包装上的成分说明,你就会发现“表面活性剂”这个词。那么什么是表面活性剂呢?让我们慢慢说来。

表面活性剂亦称界面活性剂。是能显著改变液体表面张力或二相间界面张力的物质。在分子中含有亲水的和疏水的两个组成部分,在液体中趋向集中于该液体和另一相的界面,形成薄分子膜而降低张力,从而发生润湿、乳化、分散或起泡等作用。表面活性剂是一大类物质,据统计有1000多种,今后还将有新品种研究开发出来,常用的有150多种。它们与我们生活息息相关,影响和改变着我们的生活。

众所周知,肥皂是最常用的和历史最悠久的一种洗涤剂。约在公元2世纪,埃及人就知道利用动物的脂肪和草木灰(其中含有碱性的碳酸钾)制造肥皂,可算是最早的表面活性剂了。人人熟悉的洗衣粉是由表面活性剂和各种助剂(如分散剂、填料酶、增白剂、香料等)配制而成的。

表面活性剂不仅能洗涤脏衣服,而且能清洁被污染的海洋。曾经在美国西部太平洋沿海,有一艘满载着石油的巨型油轮触礁沉没断成两截,海面上漂浮着黑色的油膜,油花随着海浪冲向海滩,美丽的海滩顿时变了样,黑糊糊的一片,气味熏人。美国科学家和美国海军想出一个好办法,用洗衣粉给海滩洗澡。他们把成吨的洗衣粉撒在被石油污染的海面上,结果,奇迹发表了,油膜消失了,黑油油的海滩恢复了原来的容颜。

表面活性剂为什么具有这样强的去污能力?下面这个实验能很好地解释这个问题。

在一小瓶水中加一滴植物油,盖上瓶盖,然后用力摇晃,不一会儿,你就会看到,瓶里的一滴油变成了许多颗粒更细的油珠,它们被均匀地分散在水里。最后,你把瓶子放在桌子上,静止片刻后,你再进行观察,就会发现,分散在水里面的小油珠又会聚集在一起,水还是水,油还是油。

如果往盛水的瓶子里加入一滴植物油,再加少量的洗衣粉,用力摇荡,就会出现另外一种结果。瓶子里的油滴被分散开来,而且变成了一瓶混浊的液体,然后你也把瓶子放在桌子上静置。不过,这一次静置的结果和上一次大不相同了,不管时间过了多久,瓶子里的油和水还在一起,放在桌子上的总是一瓶混浊的液体。

这个小小的实验体现了表面活性剂去污的原理。

原来,洗衣粉中的表面活性剂烷基苯磺酸钠分子可以分为两部分,一部分是亲水的,它和油是疏远的;另一部分是亲油的,它和水是疏远的。具体来说,分子中烷基苯一端是亲油的,磺酸钠一端是亲水的。

洗衣服时,把脏衣服浸泡在溶解了洗衣粉的水中以后,衣服纤维的表面吸附着油脂性的脏东西,如果只用水,并不能把这些油污从衣服纤维的表面洗下来。在水里加了洗衣粉之后,溶解在水中的烷基苯磺酸钠分子就开始起作用了。

当烷基苯磺酸钠靠近纤维表面的油污时,亲油的烷基苯就会朝向油污,被吸附在油污表面;亲水的磺酸钠就会朝向水。被吸附在油污表面的烷基苯会越来越多,它慢慢地把油污包围起来。另一方面,磺酸钠又具有亲水性,水就会把烷基苯磺酸钠和被烷基苯磺酸钠包围的油污拉到水里,使油污从纤维的表面脱落下来。

最后,油污完全被烷基苯磺酸钠包围,并被拉到水里,变成了许多被乳化的小油珠。然后人们把脏水倒掉并冲洗衣服,油污就被清洗掉了。

表面活性物质或表面活性剂的应用很广泛,除了洗涤和采油之外,它还用于矿物浮选,使矿物跟岩石分离。用于除莠剂、杀虫剂、杀菌剂等的喷雾操作,使农药液的润湿性、渗透性更好。食品工业中用于防止香精油从饮料、冰激凌中分离。用于电镀工业,使电镀液能更好地润湿镀件。在建筑工业中,往沙浆中加入少量表面活性剂,能使沙浆更好地跟砖接触,更容易在砖面上展开。在油漆工业中,使高分子涂料与颜料能均匀地混合。用于化妆品,能防止乳状液分为两层。在金属铸造中,使模具与铸件易于分离。用作防止腐蚀剂,如它能在输油管内壁形成保护膜。

表面活性剂给人们的生活,给工农业生产带来极大方便的同时,也给我们的环境带来了污染。据有关方面报道,我国的江湖,例如淮河、辽河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影响到人们的生活。其中滇池污染已经证明是由于居民大量使用含磷洗涤剂造成,水质受到严重影响,清澈透明的湖水变得乌黑、发臭。

能治百病的温泉

从前,一些装神弄鬼的人把地底下冒出来的热水说成是仙人留下来的圣水,说什么喝了这种圣水能医治百病,所以有很多人去要圣水喝,甚至还烧香拜佛,祈求仙人多施舍一些。这只不过是骗子的伎俩。要说从地下冒出来的能医治某些疾病的水,倒确实是有的,那就是某些气体和矿物质含量较多、温度较高的矿泉水,也就是人们常说的温泉。

我国是世界上温泉最多的国家之一,约有2000多处,遍布全国各地。温泉可分为碳酸泉、硫磺泉、放射性泉、含盐泉、单纯泉和碱泉等类型。根据水温的高低又可分为:低温泉(20~40℃)、中温泉(40~60℃)、高温泉(60~100℃)。

因为温泉水中含有一些对人体有益的微量元素和少量放射性元素,所以我国人民在很早以前就开始利用温泉水来洗澡和治疗某些疾病。温泉水确实对人体能产生各种生理作用,如加速血液循环,促进消化,增进全身新陈代谢,有利于炎症渗出物的吸收等。总之,所有的温泉都有解除疲劳,舒畅身心,增强体质,促进健康,治疗多种疾病的功能。例如,长白山温泉,是含硫化氢的矿泉,水温在60℃以上,对治疗关节炎、胃病和皮肤病等慢性疾病都有较好的疗效;辽宁兴城温泉属热放射性食盐泉,水温在70℃左右,泉水含有钠、钾、钙、镁、硫磺等多种矿物质,还有放射性元素氡气。在这样的温泉中浸浴,可以治疗风湿性关节炎、大骨节病、神经衰弱、高血压、慢性妇科病、皮肤病等多种疾病。

石灰池里煮鸡蛋

建筑工地上,施工正在紧张地进行。升降架直插高空,起重机伸开臂膀,水泥搅拌罐响声隆隆,石灰池畔热气腾腾……

这石灰池里水声鼎沸,蒸汽弥漫,仿佛池子下边有熊熊炉火在燃烧。

建筑工人打趣地说:“在这儿不用火,能煮熟鸡蛋哩!”

原来,这是生石灰和水进行化学反应,变成熟石灰,同时大量放热的结果。

生石灰的化学名字叫氧化钙,我们前面谈到干燥剂时曾说起过它。它平时就能吸收空气中的潮气,浸在水里更是反应剧烈,和水化合成氢氧化钙。这是一个放热反应。一公斤氧化钙和水反应,产生的热量可以烧开将近两热水瓶的水呢。

生石灰是石灰石在石灰窑里烧出来的。

漫山遍野的石灰石,它的主要成分是碳酸钙。它在石灰窑里经过煅烧,分解放出二氧化碳气,变成了白色的生石灰。

明代爱国将领于谦写的千古名篇《石灰吟》,生动地描述了石灰的身世:

千锤百击出深山,烈火焚烧若等闲;

粉骨碎身全不惜,要留清白在人间。

生石灰与水拌和后做成熟石灰膏,用来抹房间的天花板和墙壁。这些熟石灰不断吸收空气中的二氧化碳气,逐渐变硬,又变回到碳酸钙(石灰石)去了,同时还有水生成。

我们抹墙都有过这样的经验:刚抹好的墙面,慢慢地变得湿漉漉的,好像石灰墙浑身在冒汗一般。这“汗”来自熟石灰和二氧化碳的化学变化。

在新抹好石灰墙壁的房间里,常常要点上一堆火。这又是为什么呢?是想烘干房间吗?不。空气中只有万分之三(体积比)的二氧化碳。烧火可以增大房间里二氧化碳的含量,加快熟石灰硬结的速度。

熟石灰在水里能溶解一些,得到澄清的石灰水。这种石灰水用来粉刷墙壁,可以使墙壁更白。石灰水有较强的碱性,还是很好的杀菌、消毒剂。因此,园林工人在树干上刷石灰水,在垃圾、粪坑周围以及传染病菌污染的地方也洒石灰水消毒。

建筑工人将石灰和粘土以三七的重量比例混合均匀,做成“三七灰土”。用它来打地基,修简易路面,也是利用石灰在空气中能慢慢吸收二氧化碳而硬结的特性,造成一个坚实的整体。

不过,石灰石经不住溶解有二氧化碳的河水冲刷。在《讨厌的水垢》一节里曾经说起过,硬水里溶解有碳酸氢钙和碳酸氢镁等矿物质。这硬水里的碳酸氢钙便是石灰石和溶解在水里的二氧化碳发生化学变化的产物。碳酸氢钙又叫做酸式碳酸钙,在水里溶解。海水、河水都含有溶解的二氧化碳,桥墩、水渠如果用石灰石垒砌,长年累月,就会被冲刷而损坏。

这样的过程在自然界成千上万年地进行着。桂林山水、宜兴的善卷洞、北京的云水洞……那冰凝玉塑般的奇峰怪石,神话仙境似的溶洞世界,是石灰岩层被地下富含二氧化碳的水长期冲溶、“开凿”出来的;那千姿百态、亭亭玉立的石钟乳、石笋和石柱,又是天然的硬水不断蒸发、沉淀,日积月累,由水垢“塑造”成功的。

石灰石不仅在盖房筑路中当主角,在大自然的奇峰异洞中也是骨干材料呢!

饼干筒里的干燥剂

每逢南方的黄梅季节,盒里的饼干很容易返潮变软,不再松脆了。

妈妈说:“去建筑材料商店买点生石灰来,包在白布袋里,放到饼干筒里。”

果然,在这样的饼干筒里,饼干保持松脆可口。商店里的糕点和糖果,也是这样平安度过霉雨天气的。

生石灰是一种便宜易得的干燥剂。它和空气里的水汽分外亲密,有一点水分便吸收进去。这是它容易和水化合,生成氢氧化钙(也叫熟石灰或消石灰)的缘故。

常穿球鞋的脚容易得脚气,这是因为球鞋透气性差,又热又潮湿,是霉菌生长的好地方。在临睡前,把盛有生石灰的小布袋塞进球鞋里,可以保持鞋内干燥,第二天再穿就舒服多了。

潮湿的屋角、床下,放些生石灰也大有好处。

在实验室里,我们常常会看到在精密天平的玻璃柜里放着一杯蓝色的“碎石块”——硅胶干燥剂。它和生石灰一样能吸收周围的湿气,保护精密仪器不受潮生锈。硅胶没有颜色,掺进少量二氯化钴,显出蓝色。二氯化钴是著名的变色药品,和水结合后由蓝变红。硅胶吸水以后,二氯化钴显出红色,硅胶也就变红了。

如果这一杯硅胶全部变红了,说明它已经没有吸湿能力了,必须更换新的蓝色硅胶。变红的硅胶在稍高于摄氏一百度的烘箱里烘干就又变回蓝色。所以硅胶可以反复使用。

近来,国际上有一种新型的食品干燥剂——泡沫铁粉。这是将铁粉包裹在多孔泡沫塑料袋里做成的。饼干筒里有了它,铁粉吸收空气中的水分和氧气,自己变为铁锈,但食品的保存期却可以大大延长,三个月后饼干仍然松脆可口,味正如初。

馒头、饼干里的小洞洞

你参观过饼干工厂吗?只有五分硬币那么大的生面片,送到烘烤炉里转一圈出来以后,体积增大了好几倍,变得又松又脆。

掰开一片饼干,可以看到里面布满了蜂窝似的小洞洞。面包和馒头里面同样也布满了小洞洞。

油条呢,在油炸之前像一支钢笔粗,在油锅里急剧膨胀,变得比晾衣竿还粗呢!

这是谁变的魔术呢?“魔术师”是酵母菌,或者化学药品。

你一定记得,酿酒时酵母菌吃下淀粉变成的糖,吐出酒精和二氧化碳。

做馒头的情形也是这样。和面粉时揉进去的那块“老面”里,住着众多的酵母菌。它们在湿面粉里,只要温度适宜,就迅速繁殖。它们吐出的酒精使馒头有股醇香味,放出的二氧化碳气在湿面团里占据了空间,撑出一个个小洞洞。

蒸馒头的时候,小气泡受热进一步膨胀,在面粉里鼓出一个个大气孔。面粉里的蛋白质——面筋受热凝固,成为气孔的“墙壁”,将二氧化碳团团围住。最后,墙壁破裂,二氧化碳跑出来了,却给馒头里留下了无数的小洞洞。

做饼干、蛋糕和面包等食品时,常用另外一种发酵粉。这种发酵粉和酵母菌毫不相干,实际上是化学疏松剂。它包含的两种化学药粉——碳酸氢钠和磷酸二氢钠,放到湿面里,就发生化学变化,冒出二氧化碳气来,使食品里产生许多小洞洞。

炸油条的生面里预先揉进了食碱和明矾。早点铺师傅说的“一碱二矾三盐”指的是,每七斤面配上一两食碱、二两明矾和三两盐,便成炸油条的生面了。

这三种化学角色各有各的作用:盐使面有咸味并变得柔韧,明矾是硫酸铝钾,具有酸性,在滚烫的油锅里,它和食碱起化学反应,生成大量二氧化碳气泡,气泡受热急剧膨胀,使油条迅速胀大。

一两食碱和二两明矾可以生成约14升二氧化碳气,沸油二百多度的高温,又使它的体积膨胀一倍多,所以,新炸的油条疏松多孔。

更有意思的是,啤酒、汽水里的气泡也可以用食碱和酸性化学药品的反应来产生。道理和前面说的一样。

你想自制汽水吗?很简单,只要在厚壁的汽水瓶或啤酒瓶里,预先灌进加了糖或桔子汁的凉开水,不要满口。然后,迅速把二克食碱粉末和二克柠檬酸倒进瓶里,盖严瓶塞,用铁丝扎紧,再用毛巾裹住瓶子猛摇几下。反应生成的二氧化碳气逃不出瓶外,只好憋在瓶子里,暂且在汽水里栖身。

当然,工厂里生产汽水、啤酒,不必这么麻烦,而是直接将二氧化碳气加压,使它较多地溶解进水里。

当你打开汽水瓶盖时,这些在高压下溶解到汽水里的二氧化碳气便如释重负,纷纷冒出水面。你喝汽水不多会儿,肚子里就会泛出气泡,这是汽水里的二氧化碳在胃里受热又要“逃离”,它带走了人体的一部分热量,所以夏天喝汽水可以解热。一部分二氧化碳溶解在水里生成碳酸,它是弱酸,微酸可口,温和地刺激肠胃而帮助消化。

炒菜锅里的化学知识

香喷喷的一盘菜端上来,色彩悦目,鲜美可口。这一定会使你胃口大开。

中国的烹饪技术驰名世界。色香味俱佳的中国名菜,十分讲究配料和烹调艺术。

炒菜做饭,也处处有化学知识。

首先,有一个营养搭配问题。人体需要的营养是多种多样的:蛋白质、脂肪、糖、维生素、无机盐和水,缺哪一样都不行。

哪一种食物都不可能具备包罗万象的营养成分。一般说来,肉、蛋含有丰富的蛋白质和脂肪;鱼和家禽也含有较多的蛋白质;豆类和谷物含有大量的植物性蛋白质和糖;而蔬菜则是供应几种维生素和无机盐的主要来源。

所以,饭菜单打一不好,搭配起来才能获得全面的营养。

吃油条配豆浆,使不同来源的蛋白质混合起来,互相取长补短,可以更好地被人体吸收。

土豆炖肉,肉丝豆腐羹,百叶结烧肉等,这些菜品把动物性蛋白质和植物性蛋白质结合在一起,就是几份搭配恰当的菜肴。

肉含有丰富的蛋白质和脂肪。菜心的维生素含量较高。把它俩搭配起来,烹制一份“菜心烧肉”,这才是营养丰富的佳肴。

其次,在炒菜锅里,各种营养成分还会发生复杂的化学变化。例如,食物里的淀粉、蛋白质这些高分子化合物受热以后,在水溶液中被拆散,成为较小的分子。

土豆、芋头里的淀粉变成糊精,好消化,容易吸收。

鱼肉的生胶蛋白被拆开,成为动物胶,这就是鱼冻和肉冻。

煎鱼、炖肉的时候,蛋白质被拆开生成氨基酸,使味道鲜美可口。

蛋白质遇到盐会凝固、变硬,一旦凝固了,再溶解和拆散就困难了。你一定有过这样的经验:烧鱼炖肉时,如果放盐过早,鱼、肉很难煮透烧酥,道理就在这里。

同样,有人喜欢先用沸水把蔬菜焯一遍后再炒,还有人喜欢吃捞饭,这样,有些营养成分就溶解在水里,白白损失掉了。

不过,炒菠菜是个例外。菠菜先用沸水焯一遍,让它内部的草酸多溶解掉一些,免得涩嘴。再说,多吃草酸没好处,它要和钙质形成草酸钙沉淀,人体吸收不了。有些内脏结石的成分主要是草酸钙。

有人煮豆、熬粥的时候,加进一点小苏打(碳酸氢钠)或碱(碳酸钠)。这样做,很快就能煮烂。可是,碱把维生素B、维生素C给破坏了,不是好办法。改换高压锅煮,就可以很快煮烂,又不易破坏维生素。

还有一类维生素,不溶解在水里而溶在油里,如维生素A和它的前身胡萝卜素,以及维生素D等。它们对于促进身体的生长发育、保护视力,都有重要作用。油炒胡萝卜,可以帮助人体吸收胡萝卜素。所以,胡萝卜最好和肉一起炖。

各种维生素都怕热、怕氧气,烹调时间过长,温度过高,都会增大维生素的损失。因此,煎炒多用急火,快翻快出锅。有时候加点醋,酸性环境可以保护维生素C,减少它的分解。维生素C在加热时还容易被氧化破坏,炒菜时尽可能加锅盖,防止更多的氧气进入。熟菜反复的热炒,对维生素的破坏更为严重。

你看,在炒菜锅里,真有复杂多样的化学变化哩!

烧柴和烧气

有了火种,还要有燃料。

人类最早使用的燃料是木柴,直到今天,广大农村的炉膛里仍然在烧柴。在国外,有些科学家呼吁发展“绿色能源”,也就是说要多种可以当柴烧的树木。

当作燃料用的木柴,约有一半是纤维素。纤维素是由碳、氢、氧三种元素组成的化合物,其中碳元素占一少半。一公斤木柴燃烧后,发出三千多大卡热量,可以烧开三四公斤的水。

我们烧的煤是由古代的植物变来的。那时候,大量的蕨类植物死亡后,遗体沉进水里,深埋地下,由于厌氧菌(不喜欢氧气的微生物)的作用和地壳的起伏运动,氢、氧、氮的含量慢慢减少,碳的含量相对增加,植物遗体就逐渐变成了泥炭、褐煤、烟煤,以至无烟煤。

在同一地区和同样的条件下,植物在地底下埋藏得越久,水分越少,碳的含量越多。泥炭和褐煤的含碳量比较低,变成烟煤以后,碳的含量已经占到80%,无烟煤的含碳量已经达到95%左右。燃烧一公斤无烟煤可以获得八千多大卡的热量,是一公斤木柴发的热量的二倍多。

七百多年前,著名的意大利旅行家马可·波罗到过中国,看见中国人烧煤炼铁,这是他生平第一次看到煤做燃料。马可·波罗在他的游记里记载了这件新鲜事。书中写道,中国有一种黑石头,能够燃烧,着起火来像木柴一样,而且终夜不灭。

当时,欧洲人读了马可·波罗的游记,都觉得十分新奇。他们哪里知道,中国人用煤做燃料,都已经有一千二三百年了。我们的祖先在世界上最早发现了煤这种燃料。

不过,用煤做燃料是很大的浪费。这是因为,从煤里还可以提炼出煤焦油、氨水等重要的化工原料,在燃烧时都白白毁掉了。况且,烧煤炉做饭,热量四散,不用火时也在消耗煤,燃料的有效利用率很低。

在一些城市里,就把煤改造成煤气。在煤气厂里,煤被放在空气不足的“铁箱子”里,从外面加热,煤就变成了煤气,同时又得到了焦炭、煤焦油和氨气,煤得到了充分利用。

煤气的主要成分是一氧化碳和甲烷。用煤气做燃料很方便,拧一下开关,一点就着,再拧一下开关,说灭就灭。不论在城市和农村,都很重视发展气体燃料。

在农村,使用的是沼气。沼气的原料是粪便、秸秆和杂草,经过发酵,得到了甲烷——沼气,同时也得到了肥料。

还有些地方使用天然气,天然气的主要成分是甲烷。有的天然气是与地下的石油同时存在,而有的天然气却是单独存在于地下。

北京、天津和其他一些地方,还使用液化石油气,那是炼油厂的副产品,丙烷和丁烷的混合气。为了便于运输,工人把石油气加高压,使气体压缩成为液体,贮存在结实的钢罐里。

除了液化气以外,还有人使用着真正的液体燃料。有的人口少的家庭里,预备着一个煤油炉。煤油炉也像煤气一样,用火时一点就着,不用就熄灭,非常方便。

你看,家庭里使用的燃料也各不相同,有固体的,液体的或是气体的。但是,也有相同的地方,它们都是碳或碳的化合物。

燃料在炉子里燃烧,就是碳或者碳的化合物和空气里的氧气剧烈地化合,放热发光的化学变化。所以,我们应当记住,必须有可燃烧的物质,燃烧才能进行。

一擦就着的火柴

妈妈准备生火做饭了。你急忙拿起火柴盒,用火柴头在盒边一擦,“嗤”的一声,火柴就燃着了。

用火柴点火,实在太方便啦。在钻木取火的时代,人们为了得到一个火种,常常要付出艰苦的劳动。没有足够高的温度,那是无法把木头引燃的。

人类发明火柴,也经历了漫长曲折的过程,并不是轻而易举就办到了的。

二百多年前,在意大利的威尼斯出现了第一支火柴。那是一支巨型火柴,很像一根敲大鼓的木槌,槌头由一团氯酸钾药面做成。只要把火柴头浸到盛浓硫酸的瓦盆里,火柴就燃烧起来。这是由于氯酸钾碰到浓硫酸,发生猛烈的化学变化,又是发热,又是放氧气,于是,木棒就吐出了明亮的火焰。

那时候,这种火柴价格昂贵,即使是有钱人家也是几家合买一根。

这种最早的火柴使用起来很不方便。浓硫酸溅在人身上,会烧坏衣服,伤害皮肤。

19世纪初,瑞典人发明了摩擦火柴。火柴头上涂了一层白磷,模样也变得小巧灵便,长短已经接近今天使用的火柴。划火柴,不需要专门的火柴盒,找块粗糙的地方,墙壁、砖头或是鞋底,轻轻地一擦,火柴就燃着了。

这是因为白磷的着火点很低,超过40℃就自动着起火来。再说,白磷有毒,那时候,有些制火柴的工人,由于吸入了白磷蒸气而中毒死亡。因此,用白磷做火柴,实在不安全。

人们改用三硫化四磷来做火柴头,不再使用白磷,火柴仍然可以在鞋底上划出火来,而毒性和自动着火的危险减轻了许多。可是,这种改进了的火柴仍然不安全,在运输途中或者在口袋里磨来蹭去,还可能发火,酿成火灾。

幸而在1845年发现了另一种没有毒的磷——红磷。此后,就用红磷代替白磷制造火柴了。

1855年,瑞典人设计制造出了世界上第一盒安全火柴。安全火柴在火柴盒外侧涂上红磷,火柴头上有氯酸钾和三硫化二锑这两种引火药。

当你擦火柴时,火柴头蹭下的一丁点儿红磷,由于摩擦生热,达到着火点,起火了。火星引着三硫化二锑,氯酸钾受热放出氧气,帮助燃烧得更旺。火柴杆是用松木或白杨木做的,前端又浸透了石蜡和松香,使火柴擦着后,火焰容易烧到火柴杆上去,发火的时间也长一些。

火柴一擦就着,关键在于红磷的着火点比较低。也就是说,只要有稍许一点热量(比如摩擦生的热)使红磷的温度升高到着火点以上,红磷就开始燃烧。

你会问,打火机点火又是怎么一回事呢?你一定注意到了,打火时,手指要按一下打火机,这样带动齿轮摩擦火石,于是就从那儿迸射出了火花。

火石里也有着火点比较低的物质,这就是金属镧和铈。它们好似火柴盒上的红磷,稍加摩擦,便发火燃烧。打火机里的汽油很容易蒸发,汽油蒸气遇到从近旁飞来的镧、铈的火花,便燃烧起来。

要点炉子了。在蜂窝煤炉的炉膛底,自下而上一层层铺上刨花,引火炭和蜂窝煤。用火柴或者打火机点燃碎纸片,依次引燃刨花、引火炭。最后,蜂窝煤燃烧起来。

详细回忆一下点炉子的过程,划火柴,着火点很低的红磷烧起来,我们得到了火。以后,各种引火材料一个接一个烧了起来,它们的顺序是:火柴头上的药物——火柴杆——纸片——刨花——引火炭——蜂窝煤。排列在前的引火材料着火点比较低,它点着以后,产生较高的温度,就把它后面的引火材料烧着了。一次一次地提高温度,才能使着火点较高的煤点着。

这里,你是不是已经归纳出一条知识:物质需要达到一定的温度才能开始燃烧。这个温度就是这种物质的着火点。

反过来,如果将一个熊熊燃烧着的煤球从炉子里钳出来,不多会儿它就熄灭了。

这也是同样的道理。单个的煤球脱离了火热的炉膛,它那不多的热量很快散失掉了,温度降到着火点以下,燃烧不能继续进行,火便熄灭了。

四季换衣话桑麻

鸟有羽毛,兽有皮毛。人不是鸟兽,原始人赤身裸体,怎么能抵挡冬天的风寒,夏日的暴晒?

人是有头脑的,开始寻找天然的衣裳。最先找到的是树叶,整张的兽皮。等到学会了纺纱织布,这才出现了麻布。后来又知道种桑养蚕,用蚕丝去织造绸缎。我们今天常穿的棉布,出现的年代反而比麻布和绸缎晚得多。难怪古人的诗文中,常常说到桑麻,而很少提到棉花。

棉、麻、丝、毛,这些天然的纤维物质都是来自动植物的有机化合物,它们的主要成分都是纤维素,碳是它们的骨干材料。碳原子和其他元素的原子结合成一个个小单元,这些小单元又联结成串,好像铁环一个套一个连接成长长的链条。链节的数目往往多达好几百,而分子量高达好几万,因此,被称为高分子化合物。

我们生活中接触到的高分子化合物很多。比如前面讲到的淀粉、蛋白质,后面要说到的日用品里的橡胶、塑料,也都是高分子化合物。

纤维的导电、传热能力很差,加上纤维分子卷曲缠绕、左钩右连,形成许多缝隙洞穴,包藏不少流动困难的空气,使热量不容易穿过纤维层,这就是衣服能帮助我们保暖防晒的原因。

外貌相似的纤维,用化学眼光看,它们的构造却有很大的差别,棉、麻燃烧起来像柴草,没有什么臭味;丝、毛放在火焰里,迅速地卷曲起来,“吱吱”作响,发出一股刺鼻的臭气。这就把它们区别开来:棉、麻是植物纤维,和木材里的木质纤维素相似,它的基本链节是碳、氢、氧三种元素组成的葡萄糖,燃烧以后生成二氧化碳和水汽,所以没有气味。丝、毛是动物纤维,和指甲、肌肉的蛋白质差不多,是由氨基酸组成的,除了碳、氢、氧,还含有硫和氮,那刺鼻的臭气就是硫燃烧以后生成的二氧化硫造成的。

我们不要忘了盐酸这把“化学刀”。木质纤维素和盐酸一块儿煮,一个个葡萄糖链节被盐酸“切”断,变成葡萄糖。锯末、刨花经过盐酸处理,可以生产出葡萄糖。有些葡萄糖就是用这种化学方法生产的。棉麻织品容易被酸腐蚀,就是由于酸能破坏植物纤维。

棉、麻不太怕碱。弱碱和植物纤维作用,会生成一层丝光物质,大大增强纤维的着色能力,并且能使织物光滑、柔软又耐折皱。丝光毛巾、丝光床单的生产过程中有碱处理这一步。但是,强碱不行。苛性钠能损坏棉、麻织品。

丝、毛对酸的耐受力比较强。在化工厂里,为接触腐蚀性酸溶液或蒸气的工人做工作服,往往选用毛呢料子,这不是摆阔气,而是工作的需要。

毛料挺括,弹性好,不容易起皱。这是由于组成毛纤维这条长链条的有些氨基酸链节有两个硫原子搭起的“桥”,这些桥好像小弹簧一样。你按捺它一下,它很快弹回来,恢复原状。

熨烫衣服时,纤维受热变形,毛纤维高分子上的“小弹簧”拉伸开来,只好听任人们的摆布:哪儿打折,哪儿起裥,服服帖帖了。

理发吹风做发型,和熨烫衣服是一个道理。而化学烫发,保持发型比较持久,那是首先用化学药剂“切”断毛纤维上的“小弹簧”,卷曲成一定形状后又换用一种化学药剂,使这些小弹簧就近重新联结起来。少年儿童皮肤娇嫩,容易受化学药品刺激,产生过敏反应甚至受到伤害,还是以不烫发为宜。

电视机里的“警卫”

学习之余,电视机是我们的好朋友。

电视机的核心是显像管,它展开的荧光屏幕常常吸引着我们目不转睛地观看。

这显像管里,是真空的世界。显像管的工作状态和寿命同它的真空程度密切相关。

尽管在封熔显像管的抽气口以前,内部已经达到高度真空了。但是,电视机在工作的时候,管子内壁的玻璃表面、灯丝和电极还会散发出少量的气体来,使真空程度降低,电视机的寿命就大打折扣了。

因此,人们在显像管里派驻了“吞食”气体的化学“警卫”——消气剂。它们是钙、钡等活泼的碱土金属。这些金属和氧气、水汽的化合力很强。还有一些特殊的金属善于吸收气体,如钯粉,在常温下,竟能吸收相当于自身体积七百倍的氢气。这种吸收好似气体溶解进固体里,使原先可锤可锻、光泽闪闪的金属变成膨松的、海绵一般又黯淡无光的东西。稀有金属锆、铌、钽、铂和一些稀土金属,都是吸收各种气体的能手。

收音机里的电子管玻璃内壁,乌黑锃亮,那是镀上的一层薄薄的金属钠,是早期的一种消气剂。钠很活泼,和水汽、氧气很容易化合。

在显像管和大型电子真空管里,电极旁安置着善于“吞食”气体的金属做成的丝、带或管。它们不让气体捣乱,维护真空世界的正常秩序,堪称忠诚的警卫战士呢!

你知道吗,最近我国电视工业迅速接近国际先进水平,关键就是科技人员研制钛基消气剂取得成功,大大延长了显像管的使用寿命。钛价廉,来源广。电视机有了众多可靠的警卫员,质量怎能不大大提高呢?

墨水的来历

墨水多数是蓝色的,也有红色、绿色的,黑色的墨水很少。那为什么却叫它“墨水”呢?原来,从前墨水只有黑色的,没有蓝色和绿色的。最早制造墨水的原料是煤烟和水,它黑得像墨,由此得名。

2000多年前,埃及和阿拉伯的学者和商人,就用墨水来写字和记账。这种墨水容易沉淀,蘸水前得摇晃墨水瓶,写字很不方便,字迹也不清楚。后来,人们在墨水里掺进胶水,墨水变稠了,煤烟就不易析出来。

100多年前,化学家发现,五倍子等植物里含有鞣酸,它同铁离子生成的黑色物质可以牢牢地粘附在纸、布等纤维上,形成字迹,永不褪色。用它来做墨水很理想。可是,鞣酸铁是细粉末,不溶解于水,没法使用,而鞣酸亚铁却能溶解在酸性水溶液里,它在空气中会慢慢氧化变成黑色的鞣酸铁。

人们就用五倍子,加上鞣酸亚铁和胶水来制造墨水。用这种墨水写的字,必须借空气的帮助,使鞣酸亚铁氧化以后字迹才变得清楚。人造染料发明以后,人们在墨水中搀进点蓝色染料,制成现在的蓝黑墨水。

蓝黑墨水写出来的字,刚开始时是蓝色的,这是蓝色染料的原色。过了一段时间,无色的鞣酸亚铁被氧化成黑色的鞣酸铁,字迹便由蓝变蓝黑了。蓝黑墨水变色的奥秘就是这样。

为了防止鞣酸亚铁产生沉淀,墨水里还得放进一些硫酸。为了便于墨水的保存,还得在墨水中加进一些防腐剂。在使用墨水时,必须注意随时将墨水瓶盖盖好,以防鞣酸亚铁过早地氧化成鞣酸铁,发生沉淀。墨水还怕见阳光,太阳光不仅会使墨水蒸发浓缩,而且会使墨水褪色。应该把墨水放在阴凉的地方。

用纯蓝墨水或者红墨水、绿墨水写的字,日子久了会褪颜色。这是因为纯蓝墨水、红墨水和绿墨水的主要成分是染料,没有鞣酸亚铁。普通的染料碰到空气会被氧化,时间一长,字迹就越来越淡啦。

当然,蓝黑墨水里的蓝色染料也会氧化褪色,但是由鞣酸亚轶氧化变成的黑色鞣酸铁是永不褪色的。因此,人们为了要把书写的字迹(如档案、文件等)长久地保存起来,就要用蓝黑墨水。

纯蓝墨水是用水溶性的染料做的,一遇上水,字迹会“溶解”,蓝黑墨水也有水溶性染料,但主要成分是鞣酸亚铁,被氧化后变成黑色的鞣酸铁,是不会溶解于水的。

同样是用染料做的墨水,还有不同:有的墨水是用酸性染料制成的,有的墨水是用碱性染料制成的。酸和碱碰在一起就会中和,产生沉淀。因此,不要将两瓶不同性质的墨水倒来倒去,不要用没有洗过的墨水瓶去盛另一种牌子的墨水。一枝自来水笔最好吸一种牌子的墨水。如果换墨水,得先将笔胆用清水洗干净。

用钢笔或自来水笔写字,写错了怎么办?如果墨水用的是纯蓝、红色、绿色、紫色的,那只要涂上一点漂白粉溶液,染料经过氧化作用,颜色褪去,字迹就消掉了。如果用的是蓝黑墨水,那就得用“褪色灵”药水,它有甲乙两种瓶,甲瓶里盛的是草酸溶液,乙瓶里盛的是漂白粉溶液。使用时,先将草酸溶液涂一点在字迹上(它能把黑色的鞣酸铁还原成为无色的鞣酸亚铁)用吸水纸吸干,然后再用漂白粉溶液在字上涂一下,剩下的蓝色染料字迹也消掉了。

电冰箱的化学问题

1.电冰箱制冷剂的化学

过去生产的冰箱所用的制冷剂和发泡剂是氯氟烃化合物(又简称CFCs),这种氟氯烃类化合物在生产中很易泄露至大气中。人类大量使用的氯氟烃被释放后最终上升到平流层,经阳光中紫外线的强烈照射产生分解,释放出氯原子,它与臭氧层中的臭氧发生链式反应。一个氯氟烃分子分解出的氯原子可以连续消耗数万个臭氧分子,臭氧层像一把保护伞,使地球上生命免受阳光中有害紫外线的照射。臭氧层被破坏后,过量的紫外线直射地球,使人类、动物、植物受到威胁,能降低人的免疫力,使某些传染病如疱疹、疟疾等疾病的发病率增加,并可损伤眼睛,引起白内障,还可使皮肤癌的发病率增高。因此没有臭氧层的地球就相当于没有屋顶的家。CFCs类物质不仅破坏臭氧层,而且还有很高的“温室效应”。

CFCs也是一种温室气体同CO2一样,它可以吸收来自地球的辐射热,使热量不能及时散发,其作用相当于暖房子的塑料布一样。它使温室效应加剧,地球持续不断变暖,对人类生存将产生严重影响。它将使极地冰雪融化,海平面上升,世界上不少地域的桑田变成沧海。如果海平面上升了2米,人类将遭受更惨重的损失,经营了几百年甚至几千年的许多大城市,如纽约,东京,天津,上海等以及全世界30%的城市都将难逃海平面上升带来的灾难;太平洋、印度洋和加勒比海中的一些岛国将会淹没在汪洋大海中。

地球变暖还使部分地区遭受严重水灾,部分地区又出现高热干旱,作物大面积受灾减产,甚至颗粒无收。森林草场退化,物种灭绝,将有占总数75%的鸟类减少或者绝种。因此禁止使用氟氯昂做为电冰箱、空调器的制冷剂,是关系到人类存亡的大问题。现在有许多国家已经禁止使用CFCs,取而代之以无氟的绿色冰箱。

判断电冰箱是否为无氟冰箱,即看是否确实是替代CFCs的电冰箱产品。国内电冰箱CFCs的替代物制冷剂主要用HFCl34a、丙烷(HC290)、异丁烷(HC600a)和混合物质(HFCl52a与HCFC22混合)等,国内电冰箱CFCs的替代物发泡剂主要是用HCFCl4Ib、环戊烷和50%CFCll等。

2.电冰箱里的食品污染

冰箱不但可以引起大气的污染,同时也可引起其他的污染。许多人把冰箱当成食物的“保险箱”。长期堆放大量食品,其实冰箱只能使细菌生长繁殖减慢,而并不能杀死细菌。吃了在冰箱放置的食品后引起腹泻已屡见不鲜。冰箱冷藏室的温度、湿度适宜于真菌存在和生长繁殖,从调查结果发现:饭店、宾馆的冰箱以类醇菌、表霉菌占优势;家庭冰箱以类醇菌、表霉菌、芽枝菌占优势,其中芽枝菌、青霉菌、曲霉菌都能产生毒素使人慢性中毒并有致癌作用。

虽然现在有些厂家宣称他们已经生产出了防菌冰箱,但可要注意,这只不过是在有把手或放食品的地方涂沫了某些防菌剂,有些防菌剂并不能达到长期杀灭细菌的目的。因此从冰箱取出的食物一定要重新加工一下,一旦发现有异味或有霉菌的食品一定小心对待,以防中毒。

引起“空调症”的原因是室内外存在一定的“温差”,在离开装有空调机的房间之后,由于别处的温度高,立即会使全身冒汗,再回到空调设备的场所,因温度下降,汗液蒸发掉,带走体内大量的热量,易使身体受凉。另外出汗时毛孔张大,当汗液蒸发时皮肤遇冷骤然收缩,皮肤表面的细菌便从汗腺口进入人体内,根据浸入人体内致病菌的不同,会引起不同的疾病。值得注意的是,妇女较男人更易患“空调症”,因为妇女的生理特点,每个月有几天的“非常时期”,这时的体温较平时要稍高一些,身体的抵抗力差,需要注意保暖,此时如果不注意就容易患“空调症”,妇女常常较男人容易出现自律神经的紊乱,从而易发生“空调症”。

预防“空调症”的办法是:

①使空调设备的环境温度保持在25~27℃,不要低于25℃。

②室内外的温差不宜过大,最好不超过5℃。

③不要将送风口直接吹在身上,感到有冷意时,应作些活动,促使血液循环。

④卧室内最好不要装空调机,若已装有空调机的,在睡觉前应将它关闭,或注意定时,不要时间过长。

⑤在装有空调器的房间要注意通风换气。

灯光的污染

现代居室安装了不少电灯,有些是为了照明,有些是为了装饰,它们都会发出不同强度的光,因而也产生了光的污染。光污染主要是指各种光源如日光、灯光以及各种反射光,对周围环境和人的损害作用。

人们都有这样的经验,在瞬间的强日光或强灯光的照射后,眼睛会有短暂的失明现象,持续大约几秒。这是因为我们人体眼睛的光感受细胞层分两种,一是视杆细胞,它主要对比较暗的光线起反应,受强光刺激后恢复较慢;二是视锥细胞,它主要对比较亮的光线起反应,受强光刺激后恢复较快,只需不到1秒的时间,在强光刺激后,视杆细胞的正常工作完全受到抑制,因此眼前一片全白或全黑,持续时间大约几秒。当人们在舞厅或娱乐场所消遣时,那里五光十色的激光束透过眼睛晶体,经聚焦后便会集中于视网膜上,焦点的温度可高达70℃以上,使眼睛受到热损伤。人们受到过度激光辐射,还会出现头痛、头晕、心悸、视力减退和食欲下降等症状。眼花缭乱的灯光刺激,包括有色光的频繁变幻和白光的强刺激,闪烁的灯光是偏头痛患者的“帮凶”,长期在闪烁的灯光下过娱乐生活,可诱发眼部疾患、心动过速、心脑血管等疾病。眼睛暴露在强光下可致电光性眼炎;由于多变闪烁,形成光流不断冲击眼睛,血压升高、体温起伏、心急燥热、食欲低下、难于安寝等病症。娱乐用灯对视网膜的热损伤最为严重,时明时暗,奇异怪态的光效果,也易引起晶状体、角膜、结膜、虹膜等细胞死亡或发生变异,导致膜体充血,眼睑痉挛、头晕目眩,有心血管病史的人还可以引起猝死。因此光设施创造光文化的同时,也要考虑人体健康。

英国《自然》杂志载文说,光污染已成为一种新的环境污染,有害人体健康。文章将光污染分为如下三类:

(1)白光污染:即城市里众多建筑物的水银玻璃、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰,在强烈阳光的照射下,发出耀眼的明亮白光,这种强烈的白光会损害人们眼睛的视网膜和虹膜,使视力下降,白内障发病率高,还会使人感到心烦、头昏、食欲下降、失眠、情绪低落、身体乏力等。

(2)人工白昼污染:即夜幕降临后,商场、酒店、娱乐场所等的广告灯、霓虹灯、瀑布灯闪烁夺目,照耀如同白日,使人夜晚难以入睡,扰乱了人体正常的生物钟。同时,人工白昼还会破坏夜间鸟类和昆虫的正常繁殖,破坏生态平衡,给人类健康造成危害。

(3)彩光污染:如舞厅、夜总会所安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源,对人体都有害。如长期受这些彩光照射,不仅对眼睛不利,而且会干扰大脑中枢神经,使人感到头晕目眩,出现恶心呕吐、注意力不集中、失眠、性欲减退等,甚至诱发鼻腔流血、牙齿脱落、白内障、白血病和其他癌变。

城市里五光十色的霓虹灯光,使人眼花缭乱,这些刺眼耀目的光也是影响人体健康的视觉污染。科学家和医学家认为,现代化城市建设和科学技术的应用,应尽量减少和避免光污染,以保证人们的身体健康。人们也应注意保护眼睛,尽量减少光污染。

臭氧消毒器对室内空气的影响

O3有特殊的臭味,是已知的最强的氧化剂。一般认为,对呼吸器官的刺激性,NOx比SO2强,而O3比NOx更强,O3的浓度在0.1ppm时呼吸2小时将使肺活量减少20%;0.3ppm时对鼻腔和脑有刺激;达到1ppm~2ppm时呼吸1~2小时后,眼和呼吸器官发干,有急性烧灼感,头痛,中枢神经发生障碍,时间过长,思维还会紊乱。O3具有很强的氧化性,它可以使人的呼吸道上皮细胞酯质过氧化过程中产生的酸量增加,进而引起呼吸道的炎性病变。由于O3能引起上呼吸道炎症、损伤气管上皮纤毛,从而削弱了呼吸道的防范功能。因此长期一定浓度的O3,还易于引发上呼吸道感染等。

臭氧对健康的主要长期影响是机体衰老。其机理大致是:臭氧等氧化剂能损伤机体各器官组织和细胞膜,是膜中的脂肪酸被氧化,导致膜的结构变形或破坏,进而损伤细胞里的线粒体、核仁和溶酶体,并释放出老化色素,使心脏功能逐渐衰退。此外氧化剂能氧化组织中的弹性纤维,使纤维中的蛋白质分子变硬、骨骼变脆,易发生骨折。肺组织中肺泡间的弹力纤维失去弹力,易发生肺气肿等等。如果上述情况现象加重,会导致机体提早衰老,使寿命减短。

臭氧的污染除了大气流通带入室内外(在某些城市,出现光化学烟雾污染时,可使室内臭氧浓度增高),在办公室使用复印机等设备,如使用不当,会使臭氧浓度增高。现在日常生活中,家庭中使用的消毒柜等大都采用臭氧发生器,臭氧用于消毒已有一百多年的历史,它是以普通空气通过高压电场使空气中的氧电离,并迅速合成O3,这种消毒器材目前已开始用于医院诊室、病房、宾馆、客房、餐厅等场所的空气消毒,饮食服务行业的餐具和理发工具等用品的消毒,现在也有用于家庭居室内消毒。O3具有很强的消毒效果,但它同时又是重要的环境污染物。在使用这些电器时应注意防泄漏。家用灯具如果附带有臭氧发生器(消毒功能)应注意使用时间不要太长。不要直接对人长久照射,以免对我们的健康产生危害。

吸烟

吸烟是居室的主要污染源之一。

吸烟对于人体健康有严重危害,但是吸烟的人数却越来越多。美国环保局(EPA)将香烟烟雾列入“人群A级致癌物”。世界卫生组织(WHO)从1989年起将每年的5月31日定为世界无烟日,在2001年“无烟日”提出的口号是“清洁空气,拒绝二手烟”广泛宣传吸烟对人体的危害,事实上,吸烟不仅对本人有害,而且危及吸烟者周围的人。按吸烟者每吸一口烟分为吸、停、呼三步,吸气时,将香烟烟雾全数吸入人体内,这股烟气称主流烟;停吸时,烟自行燃烧,散发到空气中的烟雾称为侧流烟;呼气时,吸烟者将主流烟的一部分呼出,进入空气环境中,与侧流烟一起形成二手烟,造成不吸烟者被动吸烟。吸烟引起的居室环境污染,已经引起人们的普遍关注。

每支纸烟在燃吸过程中,产生的主烟流总重约为400mg~500mg,主烟流中气态及蒸气相约占92%以上,气态中含有400-500种成分;其中氮占58%,氧占12%,二氧化碳占13%,一氧化碳3.5%;在蒸气成分中,烃类占40%,水分占20%,醛类占14%,酮类占9%,腈占6%,醇占1.5%,杂环化合物占1.5%,酯类占1%,其余化合物占7%。

烟草燃着时释出化合物的种类和数量与吸烟场所的环境条件、烟种、是否带过滤嘴、吮吸强度和持续时间以及吸烟频度和吞吐量等因素有关。但一般说来,一支400mg~500mg的香烟产生烟雾的主要成分如下表所示。由表列最右侧数据可见,烟雾中一些危害性最大的组分如尼古丁、苯并[a]芘、4—甲基亚硝胺—1—(3—吡啶)—1—丁酮(NNK)、一氧化碳、二氧化氮、甲醛、二甲基亚硝胺等在侧流烟中的浓度大大超过其在主流烟中的浓度,所以吸进二手烟者受害更甚。

吸烟产生的烟雾中含有250种以上有害物质:尼古丁,氢氰酸、氨,一氧化碳、二氧化碳、吡啶,砷、镉,铅,钋,铬等,以及40余种致癌物质,如苯并(a)芘、苯甲蒽、苯氟蒽和亚硝胺及煤焦油等。吸一支香烟产生的粒子状物质达到10~30mg,在这种粒子状物质中存在的污染物质达250种以上。在这些物质中,气态物质如普通的CO、NOx、醛类燃烧产物、丁二烯、乙烯等脂肪族烃类、苯类等芳香族烃类、胺类、氰酸及多种致癌性物质已经美国医学专家研究表明,烟草中除含有害化学物质外,还有放射性元素。一个人如果每天吸30支香烟,则一年吸入肺部的射线剂量相当于接受300次胸科X射线透视。烟草和卷烟烟雾中的放射性元素主要是21opb和21opb,这些元素在烟卷的燃吸过程中,随烟雾颗粒物进入人体肺中。

如果是在含氡及氡子体浓度较高的室内,若加上吸烟,它们联合致癌的作用不是相加而是相乘。

香烟烟雾对人体健康的影响

人体受影响的部位对吸烟者自身的影响急性疾病及症状慢性疾病及症状对被动吸烟者的影响呼吸系统咳嗽、多痰、哮喘[]慢性支气管炎、肺气肿、肺结核、肺癌、呼吸功能障碍呼吸功能障碍、肺癌循环系统血压上升、心律加快、末梢血管收缩、手脚麻木、颈肩酸痛、中风心脏病、大动脉瘤、脑血栓、末梢血管阻塞、动脉硬化缺血性心脏疾病消化系统口臭、食欲下降牙周炎、口腔炎、粘膜白斑病、肠胃炎、十二指肠溃疡、肝硬化及消化系统癌症生殖系统月经失常精子致孕能力下降、阳痿、不孕、宫外孕、子宫痛、卵巢癌、乳腺癌、膀胱癌胎儿流产、早产、死产、畸形和低体重儿中枢神经及感觉系统学习能力低下睡眠不良中枢神经麻痹和萎、视网膜黄魔退化、白内障、听觉障碍、中耳炎耳部感染其他免疫功能下降、骨质疏松、体重下降、脸色发黑、皮肤干燥据报道,90%的肺癌死亡者,25%的心血管病死亡死,5%的慢性支气管炎病死亡者均与吸烟有一定关系。

我国每年有73万人因患与吸烟有关的疾病而死亡,每年因吸烟所增加的死亡人数英国为2.5~3万人,美国达3.5万人,全世界达100万人。美国公布的资料还表明,美国1985年成年人早亡的主要原因是吸烟。

吸烟与癌症,通过10个国家的回顾性调查和三个国家的前瞻性调查,肯定了吸烟与肺癌有相关性。调查表明,凡吸烟时间长、始吸烟的年龄小、每支烟吸入的烟雾量多、吸得深,吸剩的烟头短、两支烟接起来吸,患有慢性支气管炎和吸烟者住在大气污染严重的环境里等等都会使肺癌发病增加。国内外的统计资料表明,吸烟者比不吸烟者肺癌发病率大15~30倍。吸烟还能引起口腔癌,鼻咽癌、胰腺癌、胃癌、膀胱癌,乳腺癌和宫颈癌等。有人估计,如果全世界都戒烟,人类癌症的总死亡率可以减少1/4.

吸烟与心脏病,烟草中含有的尼古丁具有使血管收缩和管腔变窄的作用,从而使血流量减少,结果体内各器官和组织得到的养分和氧气均受到影响,使新陈代谢机能减弱。据报道,如果一个人每天吸30~40支香烟,血管会完全处于收缩状态,由于血管总得不到休息,便发生心血管硬化,最后出现冠心病(心绞痛);若出现下肢动脉硬化时,就会发生间歇性的跛行,严重时还可以出现下肢坏死。还发现吸烟者比不吸烟者的收缩压平均高12毫米汞柱。

近30~40年来,发达国家缺血性心脏病的死亡率持续增加。例如美国和英国35~64岁的男人中不少是死于此病。调查研究资料表明,吸烟者死于心脏病的机会比不吸烟者高10.3%,心脏病的死亡率随着吸烟数量的增加而增加。年龄较轻的吸烟者发生缺血性心脏病的危险性较大,发病率为不吸烟者的2~3倍,年龄较大者的发病率比不吸烟者高0.5倍。

香烟在燃吸过程中产生两部分烟气,其中被吸烟者直接吸入体内的主烟流仅占整个烟气的10%,而90%的侧烟流则弥散在空气中,如果在居室内吸烟,则造成居室空气污染。有报道指出,在无人吸烟的室内可吸入颗粒物浓度为24.4微克/米3,在有1人吸烟时,即可增加到36.5微克/米3,增加约5%;而在有2人吸烟时,则可增加到70.4微克/米3,增加了1.89倍之多;而同期室外浓度仅为1.1微克/米3,据估计,室内每人每天抽1包烟,可使可吸入颗粒物浓度增加20微克/米3,由于香烟烟气中的有害物质大都吸附在颗粒物上,因此,室内由吸烟引起的颗粒物浓度增高,则各种有害物质的浓度必然相应增高。

人们还发现,烟中的有害物质在主烟流和侧烟流中并不是平均分布的。结果发现在主烟流和侧烟流中,许多化学物质含量不同,侧烟流中许多物质高于主烟流。

不吸烟的人,在吸烟污染的室内,同样会受到烟气的危害,这就是通常所说的被动吸烟。通过对血液、尿液和唾液的化验,可以检查出吸烟者体液里含有一定量的尼古丁、碳氧血红蛋白及硫氰化物等,不吸烟的人体液里一般不含有尼古丁和硫氰化物,碳氧血红蛋白含量也较低,但在烟雾环境逗留后,也照样可以检查出来,而且逗留时间越长,含量也越大。

有人做过实验,在一个43立方米的不通风的房间里,点燃8支纸烟和2支雪茄,使12名志愿参加试验的不吸烟者进入室内,停留78分钟,在受试者进入室内前10分钟和进入室内后10分钟各采一份血样,分析血浆中尼古丁;同时,受试者在入室前将尿排空,保留一分尿标本,出室后再收集一次尿标本,分析尿中尼古丁含量,结果发现所有被动吸烟者的血浆中尼古丁含量平均从受试前的0.73微克/升,增加到受试后的0.9微克/升;尿中尼古丁含量平均从10.7微克/升,增加到受试后的80微克/升。

被动吸烟者的碳氧血红蛋白也同样会增高,9名吸烟者和12名不吸烟者在不通风的室内进行试验,9人共吸完32支纸烟和2支雪茄,78分钟后,试验结果发现,所有的人碳氧血红蛋白都增加了,其中不吸烟者血液里碳氧血红蛋白平均含量从试验前的1.6%。增加到试验后的2.6%,增加了62.5%。

流行病学的调查也证明了以上试验结果。据国外的调查,妇女的肺癌每年标化死亡率与其丈夫是否吸烟有关,如果依其丈夫不吸烟者为1.00,则其丈夫中度吸烟者为1.61,重度吸烟者为2.08,本身不吸烟又无被动吸烟史的妇女肺癌每年标化死亡率为8.7/10万,被动吸烟妇女的肺癌每年标化死亡率则为15.5/10万。

事实上,凡吸烟所能引起的种种疾病,在被动吸烟者身上都有可能发生,吸烟不仅损害自己的健康,还造成居室污染,使家庭中其他成员被动吸烟,同样造成种种危害。

家用电器的化学问题与合理利用

随着生活水平的提高,电冰箱、电视机、洗衣机、收录机、电风扇、抽油烟机、电话机、移动电话,甚至空调器、微波炉、家用电脑等等已经进入千家万户,它们无疑为我们带来了现代化气息,也给我们带来了方便和无尽的情趣。但是,许多人容易忽视不合理的使用家电所带来的负面影响。主要是静电问题,噪声问题和辐射问题。

电吹风、电风扇和洗衣机外壳都带有静电,长期接触静电,会使人出现静电综合症,表现为:头痛、胸闷、咳嗽、呼吸困难、紧张忧虑等。

电视机、微机等是辐射性污染的主要来源。人如果在增强磁场的环境中工作,会产生情绪低沉、烦躁易怒、注意力不集中、记忆力减退等症状,由此导致工伤、交通事故的增加也就不难理解。美国精神病专家指出,近几年来精神病患者显著增加,与周围的电磁场强度愈来愈大有明显的关系。

家电的噪声污染最易被人们察觉,也最易被人们忽视。据研究,人们所适从的声音强度约为15~35分贝,如果家电噪声为40分贝强度,则开始干扰睡眠,超过60分贝时便影响工作。通常家电强度为,电冰箱最低达30~40分贝,电吹风最高达80分贝,收音机80分贝,洗衣机40~80分贝,电视机约为65分贝,电风扇45分贝,全部远远超过人体承受能力。

如果家庭同时开动几个电器,噪声影响可想而知。于是,噪声综合症应“噪”而生,噪声特别影响人体的新陈代谢,减少人体唾液和胃液分泌量,损害视觉功能和消化功能。

家电中光的污染也是不可忽视的。强烈的灯光、刺眼的电视和电脑屏幕都会给人带来一种炫光的感觉,经常开灯睡觉的人容易患有眼疾或失眠等病症。

因此在选购家电时,首先选购无噪音、少静电、少放射性污染的电器,经常保持房间通风良好,勤开窗、勤打扫卫生。尤其应提醒的是,为了身体健康,卧室不宜放置家电。

室内环境中的化学

人与环境的关系是十分密切的,人体通过新陈代谢和周围环境进行物质交换。人类不能脱离客观环境生存而必须在环境中不断的进化和发展。

自然界是不断变化的,人体总是从内部调节自己,以适应自然界的变化。在正常情况下,环境中的各种化学物质与人体中的化学物质保持动态平衡,才使人得以正常生长、发育。如果环境中的化学物质或某种自然条件(温度、阳光、空气、风速等)发生变化,而且变化是在一定的限度之内,人体可以通过内部的自我调节系统来适应这些变化,不致发生疾病。而这些变化超过一定限度时,人体便难以适应而导致发病。发病的种类由于受环境因素变化的影响而有所不同。如20世纪50年代人们的死因多以传染病为主,到70年代后则以肿瘤、心脑血管系统疾病为主。经多方面的流行病调查及动物试验研究证明,这种变化的原因主要是由于人们对迅速改变的环境失掉一定的适应性的缘故。与人们的生活环境、生活习惯与方式的变化有直接的联系。

由于人大部分的时间是在室内,要保证人体健康首先应当有一个健康的居室。健康居室的条件是以环境的舒适度为前提的。环境的舒适度是指人在一定的环境中主观感受到的快慰。在某种程度上它是一种心理反映,但这种舒适度不是任意规定的,而是一个概率统计的结果。它是实际的生理和心理对环境的某种适应性要求的综合;其基础是任何环境因素的变化不得引起机体过度的生理调节与过分的心理紧张;其目的在于使机体经常处于正常的生理调节范围内,以便消耗较小的能量发挥最大的功能,从而减少疲劳,获得最大的工作效益,它与通常意义上的舒服、享乐不是同义词,而是有其特定的科学含义。影响室内环境舒适度的主要因素有阳光、空气、微气候、居住面积等。这些因素随一些个体因素如身体状况、年龄阶段、肥胖程度、汗腺功能甚至脾气禀赋有关。以下针对室内环境中的化学的主要问题逐一讨论。

空气的化学

空气与健康空气的化学涉及清洁空气的标准、如何保证空气的新鲜以及空气对人体的作用机制等。

从某种意义上讲,空气比水和食物更重要。人20~30天不吃饭,5天不喝水,尚能生存,但是一分钟不呼吸就会憋得难受,5分钟不呼吸就会死亡。因此保证我们直接呼吸的居室内及居室周围的空气质量极其重要。

空气是多种气体的混合物,在清洁的新鲜空气中氮含量最多,约占总容积的78.09%,其次是氧,约占20.95%,此外还有微量的二氧化碳、氩、氢、氦、氖、臭氧等气体。在人类的生活和生产活动中向大气中排入大量粉尘、硫化物、氮化物、氧化物、卤化物和有机化合物,一个人在安静时,每分钟约吸入0.5升氧气,当大气含氧量低至15%时,人就会感到呼吸困难,当低至8%以下时就会危及生命。所以清洁的空气除了要符合一定的污染物允许标准(包括能见度即颗粒物、臭氧及其他毒物以及恶臭和刺激性的有关规定)外,通常还规定:

①二氧化碳的含量标准正常值为0.03%,最高许可值为0.07或0.10%(体积比)。

②负离子含量如达到1m31000~1500个,则可显著提高健康水平和工作效率,如达到1m35000~10000个,则会感到呼吸舒畅,心旷神怡,因此负离子浓度可作为空气新鲜程度的指标,这就是我们在清晨或在雨后以及森林、瀑布附近以及海滨等地感到空气清新怡人的主要原因。负离子的产生是由于组成空气的各种成分不断受到宇宙射线、放射性元素的射线、雷电以及太阳紫外线的作用失去外层电子形成阳离子,而释出的电子则附在另一些中性分子上形成负离子,由于电子运动速度快,所以负离子的活动范围比正离子大,分布广,在局部区域内可以一定寿命独立存在,通常室内负离子为一立方米30~50个,寿命为1分钟,但在人口密集而且污染严重的地区,负离子已经被各种污染物消耗殆尽,寿命仅数秒钟。大量的实验证明,用负离子发生器,证实它有降尘、灭菌和消除乙醚,汽油等难闻有机物质气味的作用,动物试验表明,在经棉花过滤的空气中生活的大鼠,几星期后因疲劳而死亡,这是由于这种过于洁净的空气中缺少负离子的缘故,在极端洁净的环境中,如集成电路生产大间电子计算机控制中心、潜艇或航天器的密封舱内甚至通常的空调室中,尽管恒温、恒湿,一尘不染,但常使人头昏易倦,胸闷气郁,这也是由于负离子太少。负离子之所以能清新空气,其作用机制是由于负离子本身是带电体,可在运动过程中和正离子作用而沉集,使载带它的灰尘,烟雾粒子及其他异味物其他病毒从空气中除去,因而使空气新鲜;此外人体本身是一个生物电系统,每个细胞都是一个微型电池,其膜内外有50mV~90mV的电位差,各种神经递质均靠电子运动来传递信息,负离子可以改善这些神经系统物质的功能,使人体对外界的反应敏锐,有清新感,这种作用仅是其中的一方面。实验证明负离子的作用功能和机制非常复杂,例如它可改善肺换气机能,在吸入负离子空气后,肺吸氧量可增加20%,二氧化碳排出量可增加14.5%,还可调节植物性神经系统的功能,使高的血压降低,脉搏与呼吸节律平稳,气管纤毛运动加速,肌肉反应能力提高等,这些良好作用都是减少疲劳,提高工作效率的生理基础。

呼吸的化学

空气是通过呼吸对人体发挥作用的,吸入人体需要的氧气,呼出产生的二氧化碳,其作用机制大致归纳如下:

①肺泡功能,人体呼吸系统最重要的器官是肺,两肺共有3亿个肺泡,每个肺泡平均直径0.25mm,其中上皮细胞可分泌一种表面活性物质二棕榈醛卵磷脂,使肺得以扩张,因而肺活量大约4600mL,可承受每分钟呼吸量约为6000mL(每次吸入或呼出500mL,每分钟呼吸12次)的交换需要;

②肺泡气浓度变化,空气进入肺泡后,氧持续不断地吸到血液里,因而肺泡中氧浓度由19.7%降低为13.6%,二氧化碳不断从血液中释放到肺泡中,浓度可达5.3%;

③呼吸膜的作用,肺泡壁非常薄,在各泡之间有很坚固的交织成网的毛细血管,总称呼吸膜,又称肺泡膜,厚约0.2微米,总表面积约70平方米,在每一瞬间,肺毛细血管内血液总量为60mL~140mL,相当于将如此少的血铺在一间长10米、宽7米房间的地面上,所以交换反应就十分迅速;

④气体的运输,氧和血红蛋白结合,利用系数一般为25%:二氧化碳进入血液立即被碳酸酐酶催化与水结合生成碳酸,以碳酸氢根形式在红细胞内扩散,起缓冲作用,另一部与血红蛋白结合成氨基甲酸血红蛋白络合物,在肺泡内释放出二氧化碳呼出。

阳光的化学

阳光是人类生存不可缺少的条件之一。如果采光不合理,照度不够,人的视力会过度疲劳,进而引起全身疲劳,因此,应尽可能搞好住室采光。

光的强弱用“勒克司”表示,按卫生要求,居室自然照度应为50~100勒克司,如使窗户等采光口与室内地面面积保持在1/8~1/10较好;不应小于1:15,一般就能满足要求。近年来,人们的生活水平不断提高,在选购住房时,居室的朝向已经越来越引起人们的重视,这是因为人们已经积累了有关阳光化学作用的丰富经验。居室每天至少受日照2小时,以得到良好采光和利用太阳辐射杀灭室内致病微生物,并进一步提高人体的免疫力。居室的朝向是决定居室阳光是否充足的惟一要素,除了热量、光感外,阳光是紫外线的天然来源,有下列重要作用与我们的生活息息相关。

(1)杀菌作用,阳光中的紫外线具有杀菌作用,以253.7纳米的紫外线杀菌效果最好,而其他波长的紫外线则被高空臭氧层吸收;紫外线之所以能杀菌,是因为它能被核酸吸收,使DNA分子上相邻部位的胸腺嘧啶形成“二聚体”,从而破坏DNA的正常功能,其杀菌能力与形成胸腺嘧啶二聚体的数量成正比。因此阳光紫外线能杀灭空气中的流感病毒、肺炎及流脑病菌,这也是日照充足的夏季很多经空气传播的传染病不易流行的原因;紫外线的杀菌作用过强则可能导致皮肤癌。

(2)维D合成,阳光中具有促进人体合成维D的紫外线,从而抗佝偻病。其功能最强的波长为290~315纳米处,当波段趋向长波时,作用减弱,紫外线促进人体合成维生素D的功能机理是:皮肤的皮下组织中有麦角固醇和7—脱氢胆固醇,经紫外线照射后,它们能转化成维D2、D3,进而使血液无机磷和磷酸酯酶含量均保持在合适范围,有利于维持机体的正常代谢功能,促进钙的吸收,对预防婴幼儿佝偻病有决定作用。试验表明,如果动物体内有足量维D,而丝毫不接受紫外线照射,则仍会使血液无机磷下降,磷酸酯酶活性升高(佝偻病的早期指标之一),即维D不被吸收,佝偻病依旧发生,相反如果适当照射紫外线,即使只摄入低剂量维D,仍可防止佝偻病,因此孕妇和婴幼儿晒太阳十分重要,紫外线获得了“太阳维生素”的雅称。

手表里的“钻”

你注意观察过机械手表吗?在它的盘面上,可以看到“17钻”或者“19钻”等字样。这是表示,手表里有17粒或19粒钻石。钻石,原来是指金刚石,也就是金刚钻。后来,人们把其他一些坚硬的宝石也叫做钻石。国外生产的手表盘上标着17JewelsJewel就是宝石的意思。

手表的钻数越大,质量越好。一般的闹钟没有钻数,标明“5钻”、“7钻”的钟就是上好的品种了。

钟表里为什么要用宝石呢?

拆开钟表,你会看到它的“五脏六腑”是许多小齿轮。齿轮不停地转动,带动秒针、分针和时针准确地向前移动。支架齿轮的轴承必须经受住无数次的摩擦而很少损耗变形,才能保证钟表报时的准确。

这坚硬、耐磨的轴承是由人造红宝石做成的。钟表里有多少个这样的宝石轴承,就标明是多少钻。

自然界的宝石十分珍贵。它们都是在特殊的地质、压力和温度条件下生成的晶体。它们非常稀罕,又晶莹瑰丽,熠熠闪光,坚硬非凡。

宝石之王——金刚石,采掘起来非常困难。在矿区,往往要劈开两吨半岩石,才可能获得1克拉(0.2克)金刚石。1979年全世界挖到的金刚石仅一千多万克拉,一辆卡车即可载走。名贵的金刚钻价值连城,成为稀罕的珍宝。

金刚钻用在工业上,是无坚不摧的“切割手”。“没有金刚钻,莫揽瓷器活”,玻璃刀上有一小粒金刚石,切割玻璃全靠它。金刚石车刀削铁如泥,金刚石钻头钻探速度高,进尺深。

闪烁着星光的红宝石和蓝宝石,也叫刚玉宝石。它坚硬耐磨,在矿物中,硬度仅次于金刚石,用它来做手表里的轴承,当然很好。不过,天然宝石稀少贵重,而做手表需要的钻石却越来越多,于是,人们在想:能不能搞人造宝石呢?

要制造宝石,先得知道宝石的化学成分,红、蓝宝石的化学成分是极普通的三氧化二铝。我们脚下的泥土里就含有不少三氧化二铝。不过,红宝石、蓝宝石是纯净的三氧化二铝,微量的铬或钛使它显出漂亮的鲜红色或者蔚蓝色。

于是,人们从铝矾土中提炼出纯净的三氧化二铝白色粉末,再将它放在高温单晶炉里熔融、结晶,同时掺进微量的铬盐或者氧化钛,这样就得到了人造红宝石和蓝宝石。

人造红宝石除了作手表里的“钻”,精密天平的刀口和电唱机里的唱针外,还是激光发生器的重要材料,它可以产生深红色的激光。激光的用处可大啦,激光手术刀、光雷达、光纤通信、激光钻孔……都离不开它。

最古老的装饰品、稀世的珍宝竟成为工业产品、现代科技的重要角色。这里,化学起着多么重大的作用啊!

见光变色的玻璃

玻璃,是我们生活中不可缺少的一种材料。各种建筑物的窗子、灯罩、灯泡,生活中常用的玻璃瓶、玻璃杯、玻璃镜、玻璃板,化学及其他科彩色玻璃窗研工作用到的各种玻璃仪器等等,都是玻璃的杰作。

玻璃的历史比较悠久,相传在5000多年前,古埃及人偶然发现在烧饭后留下的灰烬中有一些透明、光滑、发亮的珠子,这是世界上最早出现的玻璃,是烧饭时草木灰和砂粒在高温下发生了化学反应后形成的。从此,人们学会了人工制造玻璃的技术。

现在,一般制造玻璃的主要原料是石英(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)。将这些原料研碎成粉末,按一定的比例混合,放在熔炉里加强热熔炼,这些原料便发生化学变化,成为熔化的玻璃,加工后即可制成普通的玻璃。由于石英的用量最多,所以普通玻璃的主要成分是硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)和石英熔化在一起所得到的物质。跟金属相比,玻璃虽有易碎的毛病,但却有个奇特的性质,把它加热后,它便逐渐软化直至熔融。因此,加工玻璃时,都是在软化或熔融状态下,用吹或压的方式将它制成各种形状,待冷却后玻璃便固定成形了。

随着科学技术的进步,玻璃生产发展很快。现在,玻璃的品种越来越多,其用途也越来越广,如变色玻璃就是其中的一个典型代表。在骄阳似火的夏季,人们外出时,常会戴上太阳镜或变色眼镜。这种眼镜能防止强烈阳光对眼睛的刺激,使人看东西更加柔和,起到保护眼睛的作用。小小的眼镜,为什么会有这么大的本事?

原来,太阳镜的镜片是由一种特殊的玻璃制作的,它具有奇特的光色互变的性能,能够随外界光照的强弱而自动改变颜色的深浅。经紫外线或日光照射后,这种玻璃的颜色就会变暗,一般外界光越强,它变色越快,颜色加深,透光率下降。而当外界光照去除后,它又能恢复到原来的颜色。这种随光变色的玻璃,叫做光色玻璃或光致变色玻璃,人们习惯称它为变色玻璃。

变色玻璃是如何变色的呢?要弄清楚这个问题,就必须知道它和普通玻璃有什么不同。这种变色玻璃,是以普通玻璃的成分为基础,在其中加入一定量的卤化银微小晶粒,如氯化银、溴化银、碘化银或它们的混合物,再经过熔制退火和适当的热处理制成的。卤化银是一种见光能分解的物质,它在光照射下,便会分解成卤素和金属银,其反应为:

2AgX光2Ag+X2

生成的无数不透明的黑色微小银粒,密密麻麻地分布在玻璃内部,它对可见光区域的各种波长的光均有相同程度的吸收,使玻璃颜色变暗。光线越强,生成的银粒越多,对光的吸收越强,玻璃的颜色也就越深。为什么没有阳光照射时,变色玻璃的颜色又会变成浅色呢?原来,在制造变色玻璃时,还汽车的挡风玻璃就是有机玻璃制成的要加进极少量的铜、锡、锑、砷等的氧化物。由于玻璃本身的惰性和不渗透性,分解出来的卤素和银粒被紧紧地束缚在原地,只要光照减弱,银和卤素在氧化铜等氧化物的催化作用下,又会重新化合成卤化银:

2Ag+X2氧化铜2AgX

于是变色玻璃的颜色就变浅。所以,变色玻璃变色的秘密在于不同条件下,卤化银的分解和重新化合。

明白了变色玻璃的光色互变原理,我们可以将它当作“特殊相纸”使用。如在一块变色玻璃上,贴上一幅剪纸图案,然后放在光下照射,不一会儿,玻璃上便会出现黑白分明的剪纸图像,再将这块玻璃置于暗处,图像就会消失,玻璃又恢复原样。与普通相纸不同的是,变色玻璃可以重复使用。

现在,变色玻璃的应用已经非常普遍。除用于制作变色眼镜外,它还是汽车、飞机、轮船等挡风玻璃的最佳材料。例如将它安装在汽车上,无论车外光线怎样变化,车内的变化也很小,这样既可保护驾驶员的视力,也可使车内的乘客免遭太阳的强辐射。在建筑行业,变色玻璃还可作为门窗、玻璃墙壁的材料,由于它能够随着太阳光的强弱自动调节光亮,不需再挂窗帘挡光,被人称为“玻璃窗帘”。

利用卤化银见光分解的性质,就能制造出不同凡响的变色玻璃,这其中,既有科学家们的辛勤劳动,也有他们聪明才智的巧妙发挥。做任何科学研究,除了需要刻苦的精神外,还应该具有这种“巧”劲。

其实,玻璃家族中还有许多新成员,如“微晶玻璃”,它具有耐高温(1300℃才软化)、耐腐蚀、耐热冲击等性能,可作现代导弹头的雷达罩和特殊轴承等。又如“玻璃光导纤维”,可传递光束或图像等信息,常用作光通信材料。此外,还有导电玻璃、光敏玻璃等。总之,各种各样的玻璃,色彩缤纷,光怪陆离,为美化人们的生活发挥着重要作用。

橡胶的黑与白

我们在生活中,会遇到形形色色的橡胶制品:扎小辫儿的橡皮筋,去铅笔迹的橡皮擦,上体育课用的篮球、小足球,以及球鞋,雨靴,软管,轮胎……

它们最大的特点是富有弹性。人们对橡胶感兴趣,正是看中了它的弹性。

最早的自行车装的是木轮子,骑起来颠簸得厉害。自从发现橡胶以后,人们在木轮的外缘镶上橡胶,自行车行驶起来平稳多了。后来,充气的橡胶轮胎代替了实心的橡胶木轮,自行车才有了今天的模样。

我们走路、爬山,要穿橡胶底鞋子。汽车翻山越一只轮胎并不是只由一种橡胶做成的。轮胎的底面用非常耐磨的丁苯橡胶野,飞机起飞降落,橡胶轮胎就是它们的鞋子。全世界80%的橡胶用来制造轮胎。有趣的是,桥梁的底座上也衬有厚厚的橡胶支承垫,连同日常生活中使用的橡胶制品,都是利用橡胶的弹性。

橡胶的故乡在南美洲。那儿生长着一种橡胶树,割破树皮会流出白色的胶乳,一滴一滴流淌下来。当地的印第安人把这种胶乳叫做“树的眼泪”。他们将胶乳凝结后做成圆球,一边唱着歌,一边围着圆圈跳舞,把球传来传去。球儿落地,还能高高地弹起。这是他们最快活的游戏了。

当时,印第安人玩的橡胶实心球是生胶制的。天然的生胶虽然有弹性,但它的大分子链条好像许多单根的弹簧,散乱地堆积在一起,弹性并不很大,而且这些弹簧容易拆开、分离,所以生胶一拉就断,没有韧性,稍稍受热就发粘、变软。

美国有一个贫穷的发明家古德意,他决心把生胶改造成既富有弹性又坚韧结实的理想材料。

古德意在生胶里掺进氧化镁,用石灰水煮,也试过用硝酸煮,还试过在生胶表面撤硫磺,放在太阳下晒……各种试验都失败了,后来,他在坩埚里加进生胶块、硫磺粉和松节油,放在火炉上煮。不小心,从坩埚里蹦出一块胶,落入火焰,尽管烧焦了,却没有发粘。古德意高兴得跳起来:经过掺硫加热得到的橡胶,正是他朝夕盼望的材料。

在今天的橡胶工厂里,这叫做“硫化”工艺。

从此,生胶被改造成了有用的材料。古德意并没有因为这项重大的发明而跳出贫穷的窘境,六十岁临终时还欠别人二十万美元的债。

古德意的硫化工艺后来被化学家弄清楚了:硫原子在生胶的大分子链节之间建立起“桥梁”,好像做沙发时一个个弹簧互相之间用麻绳、铁丝勾联成一个整体,弹性好,又不松散。

橡胶里掺上炭黑,可以变硬,耐磨。鞋底、橡胶轮胎的黑颜色,就是炭黑造成的。

白橡胶里不加炭黑,改加白色的碳酸钙、钛白粉等填料。擦铅笔字的橡皮只能用白橡胶做,总不能擦去了铅笔字却留下了黑色的痕迹呵。因此,橡胶的黑与白,不是随随便便挑选的颜色。