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第57章 经济科技篇(6)

1942年,英国的斯莱德和法国的迪皮尔各自展开研究,同时发现“666”的杀虫作用。之后的50~60年代,有机农药发展得非常好,许多新的系列化品种出现在商店的柜台里。

在杀虫剂方面,有机氯杀虫剂的产品,除了DDT、666之外,还出现了新的宝贝——氯代环二烯系列。有机磷杀虫剂中,有对人畜毒性较低的敌百虫、马拉硫磷、杀螟硫磷。在杀菌剂方面,萎锈灵、克菌丹、硫菌灵、苯菌灵等出现,成为农民的新宠。在除草剂方面,出现了很多新产品,较为着名的有苯氧羧酸、氨基甲酸酯、酰胺等。

可是,由于农药被人们滥用,所以导致人畜中毒事故层出不穷,既污染了环境,又使生态遭到破坏,有害生物的抗药性问题也越来越严重。这样,从上世纪70年代起,农药工业加快了更新品种的速度,新农药开发的重点逐渐向高效、安全的产品转型。

时至今日,那些药效低、安全性差的杀虫剂、有机汞、有机砷杀菌剂,很多都被淘汰了,而相对高效、安全的新品种则层出不穷。

化肥的由来

在传统农业社会里,人们通常使用畜力进行耕种,也使用一些自然肥料。近代科学技术和工业得到很大发展后,加快了传统农业向现代农业转化的速度,这种变化的重要标志就是化肥和农药的诞生。

1824~1873年,德国化学家利比格对各种植物和土壤进行了细致的科学分析,想找到能给植物提供丰富营养的化学物质。1840年,他用硫酸处理骨粉制成了磷酸钙。可惜这种物质的浓度太高,植物无法吸收。可是,这个尝试毕竟开拓了化肥生产的途径,其功绩还是不可埋没的。

之后不久,一些科学家通过细心研究,证明氮、磷、钾对植物生长有促进的作用,是植物不可缺少的元素。有了充足的氮元素,植物的叶子长得更绿更大,可以加快植物的生长,增加作物的产量。磷在肥料中存在的形式是磷盐酸,能对糖分和碳水化合物的制造提供帮助,对生长初期的幼根生长产生刺激,促使植物提早成熟。

而钾在肥料中存在的形式是碳酸钾,这种元素对调节植物的水分含量很有帮助,能减少叶子的水分蒸发,对很多需要贮存大量水分的蔬菜、瓜果和豆类有相当重要的意义。

有一位英国乡间的爵士名叫劳斯,他的庄园在哈特佛郡的罗森达德。1842年,他在伦敦设厂生产磷肥——过磷酸钙。1898年,德国化学家弗兰克和卡罗经过细心研究,又创制出合成氮肥的方法。

20世纪初以来,化学家开始对大气中的氮进行大量利用。当时氮肥主要有两种:一种是硝酸钠,只在智利生产;另一种是副产品硫酸铵,是为生产煤气而研制出来的。

在有关农业的生产活动中,氮肥有很大的需要量,人们担心硝酸钠会很快用完,硫酸铵的存量也变得很短缺,所以,氮肥问题使科学界格外重视,因为大气中4/5是氮,氮是取之不尽、用之不竭的资源。

可是,利用氮气与氢气化合生成氨,在科学研究方面却是一个难以攻克的难题。1909年,德国物理化学家哈伯终于找到了一种解决问题的新方法。他使氢气和氮气在高温高压下产生反应,直接生成氨。由于氢气、氮气在反应器中转变为氨的只有很小的一部分,所以,他又指出,可以让没有参与反应的气体回到反应器,进行再循环。这样,对寻找新型催化剂很有益处。

1912年,德国化学家米塔斯细心研究,对2500种催化剂作了6500次试验,真可谓费尽辛苦。通过不断实验,他终于研制出以钾、铝氧化物为助催化剂的铁催化剂。这种催化剂非常便宜,在化学制品中实属难得。

至于在工业化过程中难免遇到一些重大难题,比如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制成的合成氨反应器的寿命不高等等,也被一位名叫博施的德国工程师所攻克。

这种合成氨的哈伯-博施法,是在工业上实现高压催化反应的重要里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献,他俩分别获得1918年和1931年的诺贝尔化学奖。

堤坝的由来

坝与堤相比,建筑材料非常相似,作用也大致相同,都是用土、石块或者混凝土结构,将水体与下游陆地隔开。但是,这两种建筑却有着不同的经济目的。

筑坝是为了蓄水而建筑的,其作用有农业灌溉、维持下游河道通航、建造供人们游玩的湖泊、发电等几种,而堤能将河水外溢挡住,甚至抗拒外来的海水。堤对于提高所挡住的水道的通航能力也有很大助益。

最早的大坝是在埃及出现的。在埃及尼罗河上的一座大坝,建于公元前2700年。

在印度和斯里兰卡,还存在着古代遗留下来的土坝。斯里兰卡有一座古代土坝,是在公元前4世纪建筑而成的,大约有18公里的长度。叙利亚的奥伦提斯大坝则是在公元前1300年建成的,现在仍环抱着一个巨大的湖,大坝的长度有5公里那么长。中国最早的大坝则建于4000多年以前。

15世纪末,荷兰人建筑了很多大堤,通过拦海来开垦土地,同时修建了很多借助风车运转的抽水体系来保护土地,使农业生产得到发展。这些开垦的土地使荷兰的可用土地面积大大增加。

现代的大坝规模庞大,称得上世界上最大的建筑。它经常在水力发电、娱乐游览、蓄水灌溉等方面产生作用。现在,世界上高于50英尺的大坝就有10000多座,而且以每年200座的速度不断递增。美国内华达与亚利桑那接界地区的胡佛大坝非常出色,是在1936年建成的,在当时,世界上最高的大坝就是它了,其高度为221米。

从此以后,人们越来越喜欢修筑高度更高、蓄水量更大的大坝。最大的大坝中,有埃及的阿斯旺水坝,该坝于1970年竣工,其水库面积达12700多万平方米。俄国的布拉茨克水坝是在1964年完工的,它的蓄水量很大,与阿斯旺水坝大体相同。

对于大多数的水坝来说,它们面临的最大挑战其实就是河流改道。有些现代水坝,其河流改道需要修建一些深幽的隧道。炸药的发明,使人们可以在山崖陡峭的山谷中修建为人类造福的水库。

能源科技

火的由来

人类最早食用的是一些生的食物,这说明那时的人类还处在“茹毛饮血”的时代。生吃东西不但对身体的消化吸收很不利,对大脑和体质也会产生坏的影响。

在气候非常干燥的季节里,雷电往往会使森林出现大火。人类却逐渐发现,在寒冷的天气里,接近燃烧的森林却感到身上非常暖和。那些来不及逃跑的动物被大火烧死了,人们还发现,动物肉如果被火烧过,闻起来就非常香,肉质也非常软嫩,既好吃也好消化。

最初,人们把燃烧的木头运回山洞。没过多久,人类就学会了控制火,并从远处找来木柴烧火、取暖、做饭。

在50万年前北京人居住的洞穴里,考古学家发现了几层灰烬,最上一层的灰烬还分成两大堆。这些迹象表明,北京人不但懂得如何用火,还学会了保存火种,从而具有管理火的能力。

根据资料记载,原始民族最古老的保存火种的方法,就是利用篝火的方式。人们总是向燃烧着的火堆中投放一些木柴,好让火焰燃得高些,不用时用灰土盖上,使它慢慢阴燃,再用的时候就将灰土扒开,添上柴草使它燃得快些。

人们在加工燧石的时候,会出现火花四溅的现象。同时,当钻木、锯木、刮木的时候,木头本身会产生热量,甚至会产生烟火。通过这些启示,再经过长期的经验积累,人们逐渐想出了人工取火的方法。

在中国的古代典籍中,记载着燧人氏教老百姓“钻燧取火,以化腥臊”的传说。这种取火的方法,是寻找一块干燥的木头,在上面先打出一个小洞,然后用一根质地很硬的尖木棍,插在小洞里来回用力进行转动,摩擦发热,直到木头冒烟,形成珍贵的火种。

在大洋洲以及印度尼西亚的一些原始部落中,直到现在,人们还使用火犁作为取火的工具。火犁的结构包括一块带槽的木板和一块普通的木块。取火的人拿起木头,在木槽中反复摩擦,导致温度不断升高,形成火苗。

在东南亚和印度尼西亚地区,人们还发现了火活塞。这是一个竹筒和一个能通过压力给空气加热的活塞。在印度尼西亚地区,人们也发现了各种各样的古代取火工具。通过这些可以知道,人工生火的革新也许就在这一地区最先发端,然后向外传到世界各地。

火镰也是一种奇异的生火器具,它一直使用到19世纪火柴被发明的时候。在17、18世纪时期,欧洲人与土着美洲民族进行贸易时,还将火镰打火机当做一种颇有价值的商品。

核能的由来

核能的全称叫“原子核能”,它的发现与人们对原子世界的探索密切相关。

1932年,英国物理学家查德威克通过不断试验,终于发现了中子,这是一个了不起的发现。中子是一种中性的粒子,它的质量与质子大体相当。没过多长时间,有人提出理论,认为原子核是由质子和中子组成的模型。

原子核虽然很小,但非常“结实”,很难被外力攻破。中子的发现,使人们找到了一种“攻破”原子核的武器。这是因为中子的特点是不带电,这使它非常容易与原子核接近。

到了1934年,意大利物理学家费米利用慢中子,对周期表上的各元素的原子核进行逐个轰击,希望它们能够发生蜕变,出现意想不到的效果。当轰击到第92号元素铀的原子核时,出现了比较复杂的情况,他也弄不清其中的原因,铀原子受中子轰击后是否可以变成一种新元素?他把这个有待证实的元素称为铀X。

1938年底,德国化学家哈恩通过试验发现,铀原子核受中子轰击后发生化学反应,变成了钡和氪的原子核。身为犹太人的奥地利女物理学家迈特纳,与侄子弗里施对哈恩的论文进行了细致研究,认为铀原子核受中子轰击后会分裂成两半。他们借用生物学中的一个词,把铀核的一分为二称之为“裂变”。

与铀核裂变一同出现的,是大量能量被释放出来。一个只有几电子伏能量的慢中子,轰击铀核使它产生裂变反应,由于质量受到亏损,它所释放的能量竟然有几亿电子伏之多。

多次科学实验,终于证明了一个令人吃惊的事实:所有物体的每1克质量的变化,都会释放出与2500万千瓦/小时电相当的能量!这种能力实在是太强大了!

但是,为什么人们感觉不到普通物质会释放出如此巨大的能量呢?这是因为在日常生活中所见到的物理反应、化学反应之中,前后的总质量并没有发生变化。

比如,燃烧1吨煤,就能够产生出相当多的热量,可是,从质量变化来说,煤的质量与燃烧所耗的氧气的质量加在一起,如果和燃烧后生成的二氧化碳总质量相比,只失去了0.000028克质量。失去的这点质量实在是太微不足道了。

费米还进一步进行推想:如果在铀核裂变的过程中同时释放出一些中子,那么,新一代中子会导致更多的原子核产生分裂。假如能这样一代比一代更快、更大规模地进行下去,这就会造成“链式反应”。这样一来,这种核裂变的链式反应能不能导致“核爆炸”的出现呢?科学家们通过仔细研究,认为这种现象是可能出现的。

核能的发现,为核的应用前景铺平了道路。这主要表现在:建造核电站用于发电,造福于人类;制造核武器用于作战,使人类安全受到严重威胁。

核电站的由来

匈牙利有一位名叫西拉德的物理学家,他在20世纪30年代发现了一个秘密:原来,铀原子核在吸收了1个慢中子后,会发生裂变,释放出2个中子。

这种“盈余”现象,使得链式反应成为可能。因为放出来的2个中子,如果各自又击中2个新的铀核,使它们都放出2个中子,这样就出现了4个中子;而这4个中子并非等闲之物,如果再将4个核击中,就会放出8个中子……如此这般“增殖”下去,没过多久,就会有数以亿计的中子来引起核反应了。

这是因为,核反应从第一代传到第二代原子核,所需的时间间隔只有几百万分之一秒。这样一来,大量原子核发生裂变在顷刻间就会发生,以致造成一次巨大的爆炸。1千克铀的核爆炸相当于2万吨炸药的威力。这种新型炸弹就是人们常讲的“核弹”,又被人称做“原子弹”。

在1945年8月,美国为了早日结束战争,从日本广岛和长崎的上空投下两颗威力无穷的原子弹。日本受到原子弹的攻击,出现了巨大的人员伤亡和财产损失,不得不投降。这是核能的第一次应用。

可是,对这种核反应能不能加以控制,让它不快不慢地进行,而把巨大能量一点一点地进行释放呢?这样一来,核的破坏力就会消除,它就不但能应用于战争,还能为人类和平时的事业服务了。

1942年,正在美国的科学家费米开始对如何控制链式核反应进行细致的研究。

首先,要想使规模的链式反应不断延续下去,就得使产生出来的中子发生化学反应,变成慢中子,以利于被铀核吸收。要使中子“减速”,最好的材料是石墨,一旦链式反应进行得快了,最佳的方法就是“吃掉”一部分中子。而镉在诸多元素中,能够起到大量吸收中子的作用。

费米终于想出了一个办法,可以将这三种材料予以巧妙的组合。他把铀和石墨做成砖块形状,一一相间地叠起来。而每块铀和石墨在其中间都有个洞。堆放时使中间的洞呈现出相通的状态,然后将一根根镉棒插入洞中。这样一个装置,就是人们常常提到的“反应堆”。

实验开始后,铀核的裂变就连续不断地产生,如果链式反应特别强烈,就插入镉棒,让它大量吸收中子。这样一来,裂变反应就能不快不慢地、连续不断地进行,它的能量也以热量的方式不断释放出来。

如果1克铀产生裂变,最大限度就是放出142×108 J的热量,而l克碳在燃烧时最多只能放出33×103 J的热量,两者之间竟然相差到40多万倍!这么巨大的热量把它用来加热水,再用这么多的水蒸气驱动汽轮机发电,就是现代核电站的工作原理。

与火力发电站相比,核电站的优越性更加明显。一座6×l08瓦的大型火力发电站,每昼夜有7200吨煤要燃烧掉,这就要用专门的火车日夜不停地运煤。而同样规模的核电站,一昼夜只需要用掉2000克的“核燃料”(铀)!由于煤、石油的大量燃烧,火力电站会使大气受到严重污染,而核电站却非常干净、卫生,是一种特别清洁的设施。

1954年,俄罗斯的奥布宁斯克核电站开始运行起来,为俄国的经济发展作出了极大的贡献。这座电站是世界上的第一座实用核电站。

纵观未来,可能核电站会成为一种主要发电设施。时至今日,全世界的核电都得到了很大发展,尤其是法国,在这方面居于世界领先地位。法国的核电已经占全国发电总量的70%以上。中国江苏的秦山核电站、深圳的大亚湾核电站业也已建成发电,未来的发展不可限量。

太阳能的由来