书城科普读物探究式科普丛书-变化无常的物质形态
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第8章 息息相关——生活中的物质形态(3)

石油的冶炼加工包含一次加工和二次加工两个过程。在石油加工的过程中,石油依次提炼出的产品是沥青、燃料油、石蜡、润滑油、重油、柴油、煤油、汽油、石油气、塑料等。现在市场上主要的石油产品有汽油、煤油、柴油、润滑油、化工轻油、燃料油、溶剂油、石蜡、沥青、石油焦、液化气、丙烯、炼油苯类等。

(2)汽油

汽油是在石油提炼的过程中,得到的一种液态燃料。它是目前使用最广泛,同时也是消耗量最大的液体燃料,主要用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农林用飞机的燃料。

根据它不同的沸点,汽油也分为不同的种类。目前流通的商品汽油,按汽油在汽缸中燃烧时抗爆震燃烧性能的优劣来区分,标记为辛烷值70、80、90或更高。标记号越大,汽油的性能越好。另外,在商品汽油中一般都有添加剂(例如抗爆剂——四乙基铅等),用来改善汽油的使用与储存性能。但是,这种添加剂会对环境造成污染,因此为了更好地保护环境,今后将会限制芳烃和铅的含量。

飞机的飞行使用的也是汽油,然而不同的是,它所使用的是飞机专用汽油,称为航空汽油,又叫喷气燃料,主要供喷气式飞机使用。

它的沸点为60℃~280℃或150℃~315℃。这种特殊的汽油是根据飞机的飞行需求而研制的。

由此可知,汽油是一种非常重要的液态燃料,无论是地上行驶的汽车,还是天上飞的飞机,都离不开它。不过,汽油在使用的过程中,如果不充分燃烧,也会在一定程度上污染环境,因此要做到合理利用,提高汽油的利用率。

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你知道什么是电泳吗

它是指带电颗粒在电场作用下,向着与其电性相反的电极移动而产生的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。

你知道什么是丁达尔现象吗

当一束光线照射到胶体物质上的时候,我们能够从入射光的垂直方向,观察到胶体里面会出现的一条光亮的“通路”,这就是人们常说的丁达尔现象。它最早是由英国物理学家丁达尔发现的,并且还作了专门研究。丁达尔认为,这一现象的产生主要是由胶体物质中分散质微粒,在被光照射的时候发生的光散射现象引起的。

(3)柴油

柴油和汽油一样,也是在石油的提炼过程中提取出来的一种液体燃料。和汽油不同的是,柴油的沸点要高一些,一般在180℃~370℃或者是350℃~410℃之间,根据这一点,柴油又可以分为沸点在180℃~370℃的轻柴油和沸点在350℃~410℃之间的重柴油。另外,柴油的应用对象也与汽油的不尽相同,柴油适用于大型车辆和船舰等。

大型的汽车上有高速柴油机装置,比汽油机省油,因此柴油需求量增长速度大于汽油。目前有一些小型汽车也改用柴油。但是,有一点要注意的是,在使用柴油的时候,一定要注意柴油质量,燃烧性能和流动性好的柴油为上等柴油。

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假如有反物质的存在,那我们的世界将会是一个什么样子呢

如果真的有反物质的存在,那么以前所有的物理定律都将被翻个个儿,就像科幻小说家所描写的那样,在反物质的世界里,力的作用与我们现在所使用的力是恰好相反。例如要把反物质物体抬起来,不是向上用力,而是把物体向下按;如果用反物质做成钉子,在钉入墙里的时候,不是用力的往墙内施力,而是要对准墙向外拔,这样钉子才会钻进墙里。

因此,如果有反物质的存在,我们现在的生活、工作以及其他一些习惯都要与现在相反。这是一个很难让人接受的变化,不过我们谁也不敢想象,在这样的世界里究竟会发生什么或者正在发生什么。

第三节固态燃料

在我们现在的生活中,固态燃料与气态、液态燃料比起来,是使用比较少的一种燃料。它主要包括煤与可燃冰。

1.煤

煤是生活中最常见的一种燃料,是一种固体可燃有机岩,主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,其中碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上。煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素,而碳是煤最重要的组成部分,其含量随煤化程度的加深而增高。

我国是世界上最早利用煤的国家,曾经在辽宁省新乐古文化遗址中,发现有用煤制成的工艺品;另外,在河南省的巩义市也发现西汉时期用煤饼炼铁的遗址。除了发现关于煤的古遗址外,在古书上也有关于煤的记载,例如《山海经》中称煤为石涅;魏、晋时称煤为石墨或石炭;煤这一名称最早出现在李时珍的《本草纲目》中。

在世界上,希腊和古罗马也是用煤较早的国家。希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年着有《石史》,其中记载的就有关于煤的性质及产地等;大约在2000年前,古罗马已开始把煤作为燃料来使用了。

那么,煤是由什么演变而来的呢?我们知道地球是在不断地发生变化的。据说在很久以前,地壳层发生了一次很大的变动,原来生存在地面上的生物都被掩埋在地下了。后来,这些生物遗体就在地表的常温、常压下,经泥炭化作用或腐泥化作用,转变成泥炭或腐泥,这些泥炭或腐泥再被埋藏之后,由于盆地基底下降而沉至地下深部,经成岩作用而转变成褐煤;当温度和压力逐渐增高时,再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。这里所说的腐泥化作用,是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程,它是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

作为一种重要的能源,煤不仅是人们生活中的主要燃料之一,而且也是冶金、化学工业的重要原料。它主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。但是,作为固态燃料,煤的主要缺点是具有很大的污染性。煤在燃烧的过程中,如果没有充分燃烧就会产生大量的烟尘,并且还会伴有硫化氢、二氧化氮以及一氧化碳的排放。

因此,如果要把煤作为长期的燃料,一定要调整其使用方式,因为这样有利于达到合理利用,减少污染的目的。

另外,煤的分布非常广泛,在很多地方都有它的存在。例如在各大陆、大洋、岛屿等都有煤的分布,不过其分布具有不均匀的特点。对于各个国家而言,其储煤量也不一样。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量最为丰富的国家,同时也是世界上主要的产煤国。

2.可燃冰

在能源的世界里,人们最先想到的,也是最为熟悉的是煤、石油、天然气等。

但是,或许你不知道,在深海的底部也有一种珍贵的能源,它就是可燃冰,是人们在20世纪60年代,在冻土带和海洋深处发现的一种可以燃烧的“冰”。“可燃冰”在地质上被称为天然气水合物,是一种白色固体物质,外形像冰,有极强的燃烧力,可作为上等能源。它主要是由水分子和烃类气体分子组成,因此又被称为甲烷水合物。

可燃冰是在一定条件下,由气体或挥发性液体与水相互作用而形成的一种白色固态结晶物质,具有不稳定性。一旦温度升高或压强降低,它体内的甲烷气就会逸出,这种完整的固体水合物就会发生崩解。因此,固体状的可燃冰常常分布在水深大约为300米以上的海底沉积物,或者是寒冷的、永久性冻土中。海底可燃冰的固体状态,是凭借巨厚水层的压力来维持的。其分布范围可以从海底到海底之下1000米之内,如果超过这一范围,就会因地温升高而破坏它的固体状态。

可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物,因此它的外形与冰十分相似。并且它的体内含有大量甲烷等可燃气体,具有燃烧性。

在同等条件下,它燃烧所产生的能量要比煤、石油、天然气等多出数10倍左右。另外,可燃冰燃烧后不会产生任何残渣和废气,对环境没有任何污染作用。因此,科学家们把它称作“属于未来的能源”。

可燃冰在温度高的情况下,会破坏原有的固体形态,因此它又被认为是一种来之不易的燃料。如何才能让可燃冰以固体形态存在?

首先是温度不能太高,如果温度高于20℃,它就会“烟消云散”,这也是它分布在海底的原因;其次压力要足够大,我们知道海底越深压力就越大,因此,在这样大的压力情况下可燃冰是最稳定的;最后要有甲烷气源,因为可燃冰的主要组成气体就是甲烷,所以要想有可燃冰的存在,甲烷气源是必不可少的。而在海底,恰好有很多古生物尸体的沉积物,当它们被细菌分解后便会产生甲烷。

既然我们知道了可燃冰的存在条件,那它是如何分布的呢?目前,据科学家勘察发现,全球可燃冰的分布区多达116处。我们可以这样说,可燃冰是上天赐予人类的珍宝,经过长期的积累,它已经形成延伸数千乃至数万里的矿床。目前的可燃冰储量比全世界煤炭、石油和天然气加起来的总储量还要多几百倍呢!据科学家预测,在常规的燃料被人类利用完后,可燃冰可能是维持人类生存的主要能源,由此也可看出可燃冰是一种多么珍贵的物质。

我国南海可能存在巨大的可燃冰资源。从中国科学院广州能源研究所获悉,经初步判定,南海海底的“可燃冰”带的能源总量估计相当于全国石油总量的一半。除了南海外,我国东海也发现了“可燃冰”的踪迹。国家已经开始组织力量就全国“可燃冰”资源进行勘察。此外,还有一些科研机构的实验室已经做起了更超前的事——研究怎么开采和运输“可燃冰”。