贾登史密斯2016年身高:第三篇——化学与科技【刘振中汇编】
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第三篇——化学与科技
化学教育
科学技术是第一生产力,但是每一项科学技术的成功都离不开各个学科的发展和创造,而化学这门科学更是在其中起着举足轻重的作用。其中新物质、新材料、新能源的开发更是举不胜举,下面就让我们一起来领会化学是如何与科技相互依靠,融为一体的。
奥运赛场与化学
举世瞩目的北京奥运会胜利闭幕,人们如痴如醉地欣赏了各国运动员的出色表演与竞技。与此同时,你是否留意这里处处充满化学知识?! 在体育场,围绕着翠绿色的足球场是一圈圈十分醒目的棕红色的田径跑道,这种跑道是用化学品——塑胶铺设的。塑胶具有美观、耐用、摩擦系数大等特点。 发令枪响,跑道上的运动员如脱缰的骏马,冲出起跑线。这时,黑色的烟屏上萦绕一股淡淡的白烟。这是因为火药纸里的药粉含有氧化剂氯酸钾和发烟剂红磷等物质。摩擦撞击产生的高温使氯酸钾迅速发生分解反应:2KClO3===2KCl+3O2↑,产生的氧气马上与红磷发生剧烈的燃烧:4P+5O2 ====2P2O5燃烧的产物是白色粉末五氧化二磷,因而留下一股白色烟幕。 份量最重的金牌,首推球中之王——足球的金牌了。在激烈的拼搏中,我们常看到运动员摔倒在草坪上。这时队医急忙跑上前,掏出小喷壶,在运动员受伤部位“噗、噗”几下,然后反复揉搓、按摩。顷刻,受伤运动员竟又若无其事地冲向球场。让你由衷地赞叹小喷壶装的是神丹妙药。它,就是氯乙烷(CH3CH2C1),一种无色、沸点只有13.1℃的易挥发的有机物。众所周知:液体挥发时,将从周围吸收热量。当把氯乙烷药液喷洒在运动员受伤部位时,由于它的迅速挥发而使皮肤表面的温度骤然下降,知觉减退,从而起到了镇痛和局部麻醉的独特作用。水本是无色透明的,游泳池里的水怎么会如此湛蓝迷人呢?原来,水里放入了少量的硫酸铜(CuSO4)。别看这些微不足道的硫酸铜,它却能消毒灭菌,从而保证游泳者的身体健康。 举重运动员在举重前,把两只手伸向盛有白乎乎粉末的盆中,然后互相摩擦掌心。这种白色粉末的成分是碳酸镁(MgCO3),它具有很好的吸湿性,能加大手掌心与器械之间的摩擦系数,从而使运动员紧紧握住杠铃,创造优异成绩。 熊熊燃烧的奥运火炬常以丁烷(C4H10)等易燃有机物作为燃料;一种由超细的尼龙纤维和聚氨纤维组成的游泳衣,可使运动员游得更快;一种既轻盈又富有弹性的玻璃钢(由玻璃纤维和合成树脂构成的复合材料)撑竿,帮助运动员越过更高的高度…… 化学为体育锦上添花,为实现“更快,更高,更强”的奥运精神功不可灭。
胶卷中的化学变化
照相过程中有无机物、有机物的氧化还原反应和络合反应。照相要用胶卷。胶卷上涂抹的化学物质主要是溴化银(AgBr)。在按动快门的一瞬间,一缕阳光从镜头射到胶卷上,即引起一系列化学变化,其过程一般分为潜影、显影和定影三个阶段。
⑴ 潜影
明显的变化是少数溴化银分解了:
这是一个光化反应,也是氧化还原反应。分解的结果,乳白的胶层上出现黑色的银粒。潜在的变化是另外一些(这是多数)溴化银微粒因光照射而被活化了(没有分解但比未曝光的溴化银易分解)。这就形成所谓“潜影”。
⑵ 显影
曝光后的胶卷需要经过显影处理。显影的实质,就是用弱还原剂把曝过光的(活化了的溴化银微粒)AgBr还原成黑色银粒,而要对于未被活化的溴化银微粒进行区别“对待”,把它保存在胶卷上。这样就得明暗不同的底片。底片上越黑的部分,就是景物人像越明亮的部分。底片上越亮的部分,就是景物和人像最暗的部分(AgBr乳胶是透明的,只有还原成银粒才会显黑色)。在显影中所使用的弱还原剂(显影剂)的学名叫对苯二酚。这是一种有机物。显影发生的化学反应如下:
因曝光已分解而生成的银粒(仅管是少数)对此反应有催化剂的作用。
⑶ 定影
显影后的工作是定影。为了保护所摄得的像,必须把未被活化的溴化银微粒全部除掉;否则,随着时间的拖延它仍要分解。它本身具有分解的能力,只不过未活化时,反应相当慢而已,“慢”并不等于不分解。因对苯二酚弱酸性,加碱(Na2CO3)可促其电离,提高显影速度。为避免形成污斑,可向显影液中加入还原性比对苯二酚更强的物质,以消耗显影液中的O2。Na2SO3和Na2S2O3虽都有还原性,但后者能与AgBr发生配合反应(是定影剂)。Na2S2O3化学名字叫硫代硫酸钠。这种物质是一种络合剂,它能跟不溶于水的溴化银反应,生成易溶于水的络合物而被水溶解。
定影的反应方程式:AgBr + 2Na2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr
经过上述这些反应,即得到了“颠倒黑白”的照相底片。
印相过程是上述反应的重复。将底片跟相纸合在一起,之后让光线透过胶片照到相纸上,于是就发生感光,再经显影、定影,再用水洗,晒干就得到明暗与实物相符的照片。
变色眼镜为什么能变色
盛夏季节,阳光强烈,人们为了避免强光辐射往往喜欢戴上一付墨镜来保护眼睛。但一般墨镜只适合于室外,一进入室内就必须摘掉,不然会因为光线灰暗而什么也看不清了。
变色眼镜却可以自动调整颜色,也就是说变色镜片在强光下颜色变深,在弱光下颜色变淡甚至是无色透明。它为什么会变色呢?
原来,变色镜片是在普通玻璃中加入了适量的溴化银和氧化铜的微晶粒。溴化银有一种重要的化学性质就是见光会分解,光线越强分解的越彻底。
当强光照射时,溴化银(AgBr)分解是在可逆的强光下分解成银(Ag)和溴(Br2)。AgBr是无色透明的晶体。分解出的Ag是黑色小颗粒,Br2是暗红色的,使玻璃呈现暗棕色。
当光线变暗时,银和溴在氧化铜的催化作用下,重新生成溴化银。
于是,镜片的颜色又变浅了。 这就是变色镜变色的基本原理。
目前有用变色玻璃制作的窗玻璃,可使烈日下透过的光线变得柔合且有阴凉之感。变色玻璃也可以用作太阳镜片,原理同上。
驾驶员是否喝酒
司机酒后驾车容易肇事,因此交通法规禁止酒后驾车。怎样判断驾车人是否为酒后驾车呢?一种科学、简便的检测方法是使驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的强氧化剂三氧化铬(CrO3)的硅胶,如果呼出的气体中含有乙醇蒸气,乙醇会被三氧化铬氧化成乙醛,同时,三氧化铬被还原为硫酸铬。
三氧化铬与硫酸铬的颜色不同,通过颜色的变化,即可知驾车人是否喝了酒。
其反应方程式为:2CrO3(红色)+3C2H5OH+3H2SO4 3CH3CHO+Cr2(SO4)3(绿色)+6H2O。
同理,K2Cr2O7是一种橙红色具有强氧化性的化合物,当它在酸条件下被还原成三价铬时,颜色变为绿色。据此,当交警发现汽车行驶不正常时,就可上前阻拦,并让司机对填充了吸附有K2Cr2O7的硅胶颗粒的装置吹气。若发现硅胶变色达到一定程度,即可证明司机是酒后驾车。
这时酒精被氧化为醋酸:2K2Cr2O7 + 3CH3CH2OH + 8H2SO4 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3CH3COOH +11H2O
“军事四弹”与化学
☆1.烟幕弹
烟幕弹中装有白磷,当其引爆后,白磷会在空气中迅速燃烧:4P+5O2 2P2O5生成物P2O5。 后与空气中的水分发生化学反应:
P2O5+H2O 2HPO3(偏磷酸),P2O5+3H2O 2H2PO4(磷酸),这些酸液微滴与一部分未发生反应的白色小颗粒状P2O5悬浮在空气中便形成了烟雾。
☆ 2.照明弹
照明弹中通常装有铝、镁、硝酸钠和硝酸钠等物质,当引爆后,金属镁铝在空气中迅速燃烧,产生几千度高温,并放出含有紫外线的耀眼白光:
2Mg+O2 2MgO,4Al+3O2 2Al2O3,反应放出的热量使硝酸盐立即分解: 2NaNO3 2NaNO2+O2↑,Ba(NO3)2 Ba(NO2)2+O2↑,产生的氧气又加速了镁、铝的燃烧反应,使照明弹更加夺目。
☆3.燃烧弹
用一种粘合剂与汽油粘合成胶装物,可制成凝固汽油弹。有的凝固汽油弹里添加活泼的碱士金属。钾、钙和钡一遏水就激列反应产生具可燃性,可爆物的氢气:
2K+2H2O 2KOH+H2↑, Ba+2H2O Ba(OH)2+H2↑。这样就能发现和攻击对方水中的目标。
☆4.信号弹
金属和它们的化合物在焰上的灼烧,火焰可呈各种颜色。军事上利用这一性质可用制造各种颜色的信号弹。锶的焰色反应呈洋红色,因此军事上用硝酸锶和碳酸锶制造红色信号弹。
黑色弹头
美国空袭伊拉克使用的“战斧”式巡航导弹不仅可以装填常规弹药,而且已亮相的黑色弹头似乎威力更大。这一保密弹头选用经过特殊处理的碳丝制成。每根碳丝相当微小,仅有几千分之一英寸长,因此,可在空中长时间漂浮。它通过爆炸或火药引爆散布在敌方阵地,破坏敌方防空和发电设备。碳丝可进入电子设备内部、冷却管道和控制系统的黑匣子。由于碳丝经过流体能量研磨加工制成,且又经过化学清洗,因此,极大地提高了碳丝的传导性能。
碳丝没有粘性,却能附着在一切物体表面。碳丝弹头对包括停在跑道上的飞机电子设备、发电厂的电网等所有东西都产生破坏作用,它异乎寻常的导电性能可以使电子设备内部短路,在不杀伤敌方操作人员的情况下使雷达天线和有关设备的功能消失,使其成为一种潜在的压制敌方防空系统的武器。
美国军方曾对伊拉克使用过一枚装了几卷碳丝的黑色弹头,即一种“石墨炸弹”,这种炸弹爆炸后释放出大量纤维状的石墨覆盖在发电厂的设备上。因石墨能导电,使设备短路而停电,结果伊拉克的几个发电厂顿时陷于瘫痪,而这些发电厂是为伊拉克防空系统网络计算机供电的。
乙炔反坦克
点燃
1991年1月,海湾战争爆发。以美国为首的多国部队将伊拉克军队赶出科威特,开始向伊拉克大举进攻,地面部队向前推进,势如破竹。地面部队为什么能如此顺利地迅速前进呢?一个重要的原因是因为用坦克和装甲车作先锋在前开路,发挥了重要作用。所用的坦克是较为先进的第三代主战坦克,它们无论在火力、防护能力或机动性等方面均有较大的提高,使反坦克的空心装药破甲弹、碎甲弹的效能大大降低。如何对付这种新的坦克呢?这里介绍一种国外正在研制东西新颖而独特的软杀伤反坦克的方法——乙炔反坦克。
乙炔是一种无色的可燃性气体,它和空气的混合物中含有3%—81%体积的乙炔时,点燃时就会引起爆炸。
HC≡CH + 5O2 4CO2 + 2H2O + 2600 kJ
乙炔不仅能和空气形成爆炸混合物,而且在高压下,未混有空气的乙炔受到敲打或碰击时也容易爆炸。 HC≡CH 2C + H2 + 227 kJ
人们利用乙炔的这些特点,在坦克、装甲车前进的路上,用飞机、火炮等进行大面积喷洒和发射乙炔气体,使乙炔吸入坦克和装甲车的发动机内,充当引爆剂,引燃油料,引起爆炸。
目前,一种乙炔榴弹即将问世。这种榴弹内张有水和碳化钙,使用时通过两种物质的混合产生乙炔气体。
CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2↑
使用一枚0.5Kg左右的乙炔榴弹,足可使一辆坦克丧失战斗能力。这种反坦克的武器,具有灵巧、简单、价廉等特点,因此深受西方国家的青睐,不久的将来,可能将作为反坦克实战武器出现。
乙烯用作植物生长调节剂
研究证明,乙烯和生长素、赤霉素等一样,都是植物激素,不少植物器官都能生成极微量的乙烯。人为的应用乙烯,可起到和植物体生成的乙烯同样的效果。但乙烯是气体,难用于大田生产,而一种人工合成的化学调节剂——乙烯利能被吸收,在体内释放乙烯,起到跟应用乙烯气体同样的效果。
乙烯对多种作物有促进成熟,早熟增产等效果。例如,可促进香蕉、梨、蕃茄、西瓜等早熟;可刺激橡胶树、漆树等吐胶、泌液、增加产量。
乙烯利的化学名称为2 - 氯乙基膦酸。在植物体内乙烯利释放乙烯的化学反应是:
“消字灵”的制作方法
日常的写作中,如教师写教案、作家写文章、学生记笔记等,写字时常出现一些写错或需要修改的地方,涂涂改改会显得文章很零乱。特别是有些写错的段落不想把痕迹留在原稿上,用橡皮擦也擦不掉。怎么办呢?用“消字灵”将原来的字迹消除是最理想的方法。那么,让我们自己动手制作“消字灵”吧!
在此之前,我们先准备好草酸、蒸馏水、高锰酸钾、浓盐酸、漂白粉。
先配甲液(草酸溶液),用角匙取少量草酸晶体、放入烧杯或锥形瓶中、加蒸馏水使之溶解。然后将此溶液倒入一只滴瓶中,标签注明甲液。
再配制乙淀(氯水或漂白粉溶液)。
①氯水的配制方法:将一角匙高锰酸钾晶体加入烧瓶中,然后再向烧瓶中加入浓盐酸,将烧瓶塞和导管连接好,固定在铁架台的石棉网上,用酒精灯加热。导管导入装有蒸馏水的锥形瓶中,片刻后将锥瓶中新制成的氯水装入乙滴瓶中。
②漂白粉溶液的配制:如果没有条件准备一套制氯水的装置,就可以用漂白粉溶液代替氯水。配制漂白粉溶液的方法比较简单。用角匙将漂白粉加入到烧杯中,然后加蒸馏水溶解。漂白粉的溶解度较小,因此配制的溶液有些浑浊。将此液倒入乙滴瓶中即可。
这样,消字灵就制成了。去字迹时,先用甲液滴在字迹上,然后再将乙液滴上一滴,字迹会立即消失。注意晾干后再将修改的字迹写上去。
“塑料王”的妙用——不粘锅
“塑料王”的化学成分是聚四氟乙烯,这种物质是由四氟乙烯在一定条件下聚合而成,它有一般塑料无法拟的特性,例如耐腐蚀、耐高温、耐低温,化学稳定性极强,超过玻璃、陶瓷和不锈钢,甚至连能溶解黄金的“王水”对它也无可奈何。根据它的这些特性能制成运输液态氢的超低温的软管、垫圈和登山服的防火涂层,还可利用它的耐腐蚀的性能制造化工厂的反应罐、防腐衬里等。
“塑料王”还有一种其他材料无法比拟的性质,就是由聚四氟乙烯制成的成品表面非常光滑,人们称它为“世界上最滑的材料”。去商场里我们看到商品架上“不粘锅”炊具和“不粘油”灶具,上面都涂了一层商业上叫“特氟隆”的物质,就是聚四氟乙烯。由于它们的表面非常光滑,所以十分容易清洗。
干洗技术与化学
干洗是一种不用水的洗涤,而利用清洁剂或溶剂,除掉衣服上的污渍的方法。溶剂可以是酒精、矿物油等。让有机溶液渗入衣物,就可以从纺织纤维的表面除去油污。用这种方法洗涤高级服装,可使服装不变形、不褪色。
干洗技术发明于19世纪中期的法国。一天,巴黎一家裁缝店的乔利·贝朗不小心碰翻了煤油灯。灯油洒在一条裙子上。乔利担心妻子回来抱怨,急心情拿起察看。只见煤油浸过的地方不仅没有污痕,反倒比别处显得更干净。乔利由引受到启发,他反复进行了试验。1855年,乔利·贝朗在巴黎开办了世界上第一家服装干洗店。干洗诞生后的最初50年间,使用的是苯、煤油、汽油、樟脑萜等溶剂。这些溶剂都具有可燃性,经常造成火灾。1897年,德国莱比锡的吕德维格·安特林使干洗技术向前跨进了一步,他发明了使用四氯化碳作干洗剂。四氯化碳的洗涤效果好,不易燃。但有一个令人讨厌的缺点,就是带有刺鼻的异味。而且对设备具有腐蚀性。到1918年,欧洲认开始改用三氯乙烯来取代四氯化碳。从此,干洗业渐渐发展起来。
现代洗衣业已实现机械化。常用的干洗液是1928年发明的斯陶达溶剂和一种从石油中提炼而成的溶剂──四氯乙烯(Cl2C=CCl2),在清洗完毕后,往往还要将从衣物中排挤出的溶剂进行蒸馏后,再加以过滤。因为皮肤会吸收四氯乙烯的气体,导致癌症,也可损害肝脏的功能,并使中枢神经系统衰弱,引起头晕眼花、恶心等症状。另外,美国环境署的研究报告显示,略带潮湿的干洗衣服,它所散发出来的气体,是污染室内空气的物质之一。装干洗衣服的袋子,也会保留那些有毒素的溶剂。因此,干洗衣服不宜马上穿。
专家指出,最好选择穿那些不用干洗的衣服。干洗的衣服拿回家后应立即将塑料罩拿掉,并将衣服挂在通风的地方,待衣物上的干洗溶剂挥发后再穿。
氧化还原反应的广泛应用
氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中有着广泛的应用,现作一些简单介绍。
我们所需要的各种各样的金属,都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。例如,制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法;制造黑色金属和其他有色金属都是在高温条件下用还原的方法;制备贵重金属常用湿法还原等等。许多重要化工产品的制造,如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等,主要反应也都是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等也都是氧化还原反应。
在农业生产中,植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化,如铵态氮转化为硝态氮,SO42-转变为H2S等,虽然需要有细菌起作用,但就其实质来说,也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的化合价态的变化直接影响着作物的营养,晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。
我们通常使用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应,否则就不可能把化学能变成电能,或把电能变成化学能。
人和动物的呼吸,把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把贮藏在食物分子内的能量,转变为存在于三磷酸腺苷(ATP)高能磷酸键的化学能,这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等。煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能量。
由此可见,在许多领域里都涉及到氧化还原反应,学习和逐步掌握氧化还原反应对同学们的生活和今后参加工作都是很有意义的。
水不能扑救哪些物质造成的火灾
当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。
(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾(K2C2)、碳化钠(Na2C2)、碳化铝(Al4C3)和碳化钙(电石CaC2)以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,生成乙炔或氨气等易然物质,发出大量热,可能自然和爆炸。
(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。
(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因铁水、钢水温度约在1600℃,水蒸气在1000℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。
(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般也不能用水扑救。
消暑凉袋中的化学原理
夏天到的时候,我们通常可以看到超市里有一种凉袋出售。在炎炎的夏日中抱在怀里,垫在椅子上,或者睡觉的时候当枕头,无疑给炎炎的夏日带来一丝凉意。当我们把凉袋拿到手中时,感觉胶袋里面好像是装了水,那么,胶袋里面装的到底是不是水呢?
原来凉袋里装的是Na2SO4·10H2O晶体与Na2SO4 溶液的混合体系。人们将 Na2SO4 溶解在40℃的水中制成饱和溶液,(Na2SO4在40℃左右的水中溶解度最大),装在封闭的胶袋中,就制成了市售的凉袋。
其中的化学原理是:Na2SO4·10H2O的熔点是32.4℃,而人体的正常温度是37℃,当人触摸时,袋中晶体吸收热量并熔化,所以肌肤感觉凉爽;如袋中晶体全部熔化,将凉袋放到冷水或冰箱或者地板上,溶液放热又可以使Na2SO4·10H2O晶体析出,这样又可以重复使用了。
用气体制成的“冰”
《孙悟空三打白骨精》里有这样的景象。“呯”地一声,一块大石头四分五裂,顿时云雾缭绕,一个精巧的小猴子从石头里蹦了出来……那些云雾就是请干冰“帮忙”拍摄而成的。
干冰不是冰,不是由水凝结成的,而是无色的气体——二氧化碳凝结而成的。如果把二氧化碳装在一个钢管里,再加点压,就变成水一样的液体了。如果温度更低一些,就变成白色的东西,好似冬天的雪花,这就是干冰(固态CO2)。它的温度可以低到-78.5℃。由于干冰温度很低,它急剧升华的时候,会使周围的空气温度迅速降低,空气里的水蒸汽就凝结成雾。摄影棚里云雾缭绕的景象就是利用这个原理形成的。干冰也可以用于人工降雨。
霓虹灯的秘密
夜幕降临了,城市里万家灯火。最常见的就是霓虹灯了。你知道霓虹灯是怎样做成的吗?将惰性气体充入电灯泡里,灯亮时,惰性气体受到激发,便发射出它们的特征谱线,这就是人们常说的霓虹灯。
世界上第一盏霓虹灯是法国科学家克劳德在1910 年发明的。他用氖气充填到灯泡里,氖在电场的激发下,发射出红光,氖灯的红光穿透力很强,可穿过浓雾,因此,机场、码头以及水路交通线的灯标就常用氖灯。氖的希腊文原意是“新”。“新”这个词的读音就是“霓虹”。“霓虹”两个字翻译得很美,又有表示彩色的意思。
氩在电场激发下会发射浅蓝的光,也可用来制造霓虹灯。
氦制的霓虹灯发射浅红色的光。有的灯泡里可以充进水银蒸气,就成了高压水银灯,它射出的光线是绿紫色的,有的人甚至把氦、氖、氩和水银四种气体,或两种或三种混合气体装进灯泡里,就得到了色彩绚丽的霓虹灯。
氙在电场的激发下,可以射出类似太阳光的连续光谱,在灯管里装进氙气(灯管要用石英玻璃制造),就可制成“人造小太阳”,它的功率可达2万瓦,照明1千多个小时。一盏6万瓦氙灯的亮度,相当于900只100支光的灯泡。这种灯泡是本世纪60年代才发展起来的新型光源。
晶莹多彩的玻璃
我们日常生活中使用的玻璃制品有:窗玻璃、穿衣镜、灯泡、眼镜、茶杯、酒瓶、玻璃工艺品……它们的共同特点是透明,可以做成各种各样的形状,还不怕腐蚀。
据说,玻璃是古代腓尼基商人偶然发现的。运载天然碱的腓尼基商船队在航行中遇到大风浪,无法继续前进,只好就近抛锚,在沙滩上过夜。他们用碱块当石头,垒起炉灶,烧火做饭。当风平浪静后,他们收拾锅灶,准备扬帆启航,忽然发现沙滩上有一些闪闪发光的明珠似的东西,这就是最早的玻璃。
这个古老的传说告诉我们,玻璃是由砂子做主要原料熔融而来的。砂子的化学成分是二氧化硅。二氧化硅的熔点很高,加进纯碱(碳酸钠)可以大大降低熔制的温度,使熔浆容易流动。不过,这样做出来的玻璃象浆糊一样,能溶解在水里,我们把它叫做水玻璃,就是硅酸钠。加进石灰石,给水玻璃“吃”钙片,熔融时和水一样流动的玻璃液冷却后就成为我们常见的玻璃了。
Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2↑;CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2↑。
在古墓里发掘出的古埃及啥舍苏女皇的项链—— 一串墨绿色的玻璃珠,是四千年前人类历史上最早的玻璃制品,当时比金银首饰还要珍贵!只是那时熔炼温度不高,玻璃珠不很透明。玻璃在很长时期里,一直是王公贵族厅堂上的摆设和艺术品,如今已成为非常普通的生活用品和建筑材料。用玻璃制作的用具和仪器品种繁多,价钱便宜,很受欢迎。盖房子的时候,总少不了玻璃做的门窗;法国巴黎的世界博览会大厅由钢筋镶嵌大面玻璃做成,采光很好,号称“阳光大厦”。普通的窗玻璃、油瓶、酒瓶等带有淡淡的绿色,这是制造玻璃的原料里含有二价铁离子(Fe2+)杂质带来的绿色。有些药瓶、啤酒瓶、酱油瓶却是棕黄色的,这仍然是铁的杂质造成的,不过不是二价铁离子,而是三价铁离子(Fe3+)。
要制造没有颜色的玻璃,选用的原料里必须不含铁质。可是,自然界的砂子、石灰石以及纯碱,或多或少总会有一些铁的化合物。怎样消除玻璃中的绿色呢?化学的办法是:往玻璃熔浆里加进一定比例的二氧化锰。二氧化锰是氧化剂,它把绿色的二价铁离子氧化成黄色的三价铁离子,锰变成了紫色的三价锰。黄色和紫色合成白色,玻璃就变成无色透明的了。玻璃里含有不同的金属化合物,会被“染”上各种颜色。加氧化亚铜(Cu2O),可以得到红色玻璃;加氧化钴(Co2O3)—— 蓝玻璃;加氧化铬(Cr2O3)—— 绿玻璃;……
玻璃也会“老化”。它本是无定形的过冷液体,分子、原子的排列杂乱无章。但是经过长时期的分子运动,玻璃里会出现局部排列稍有秩序的微小晶体,使玻璃透光性下降,好象蒙上了一层雾气,怎么擦也擦不掉,人们从擦不亮的老玻璃这件事里得到启发,干脆让玻璃经过淬火处理,使内部分子排列整齐一些,微晶化。这样的微晶玻璃很象金属,不象一般玻璃那么娇脆。微晶玻璃茶杯不怕摔,不炸裂,用来做大型反射望远镜,不胀不缩,在冷热剧变的环境里仍然可以正常工作。微晶玻璃做车刀,削铁如泥;还可以加工成人造骨骼。用微晶玻璃做的炒锅,干净,美观,能直接摆上宴席。
毒气在战争中的首次使用
在第一次世界大战的1915年4月22日傍晚,德军对法国战壕实施猛烈炮击,使用了500筒共168吨Cl2。结果是毁灭性的造成15000人伤亡,使法国人在长度4英里,纵深8英里的阵地上停止一切抵抗。
后来英国与法国以牙还牙,使用了比Cl2 还要毒的光气(也叫碳酰氯ClCOCl)进行回击。
硝酸合成与第一次世界大战
硝酸不仅是工农业生产的重要化工原料,而且也是制造炸药的重要战争物资。当初制造硝酸的方法是普通硝石法,即是硝石(NaNO3)与硫酸(H2SO4)反应,来制取硝酸的。但是硝石的贮量有限,因此硝酸的产量受到限制。
早在1913年之前,人们发现德国有发动世界大战的可能,便开始限制德国进口硝石,这样以为世界会太平无事。1914年德国终于发动了第一次世界大战,人们又错误地估计,战争顶多只会打半年,原因是德国的硝酸不足,火药生产受到了限制。由于人们的种种错误分析,使得第一次世界大战蔓延开来,战争打了四个多年头,造成了极大的灾难,夺去了人们无数的生命财产。德国为什么能坚持这么久的战争呢?是什么力量在支持着它呢?
这就是化学,德国人早就对合成硝酸进行了研究。
1908年,德国化学家哈伯首先在实验室用氢气和氮气在600℃,200大气压下合成了氨,产率虽只有2%,但也是一项重大的突破。后由别人提高了产率,完成了工业化设计、建立了年产1000吨氨的生产装置、用氨氧化法可生产3000吨硝酸,利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药TNT。这项工作已在大战前的1913年便完成了。这就揭开了第一次世界大战中的一个谜。
怎样鉴别黄金首饰的真伪
市场上流行的黄金首饰或纪念币中,有一些是仿金制品或伪劣产品。因此,在选购时应特别注意鉴别。常用的鉴别方法有以下几种。
1.查戳记 现在我国厂家生产的黄金首饰均有本厂戳记和含金量字样。
2.掂重量 黄金的密度比银、铜、铅、铝等金属大。体积相同的黄金比白银重40%,比铜重1.2倍,比铝重6.1倍。黄金托在手中掂试时,会感到沉重坠手。
3.看色泽 黄金首饰一般纯度越高,色泽越深,足金为黄中透紫,18K为黄中泛青,14K金为黄中透赤。
4.听音韵 将金首饰扔在坚硬的地上。落地时听其响声。真金发出的声音低闷、厚实、沉重,且声无余音。假黄金的声音脆而无沉闷之感,一般是“当当”的响声,且有余音。真黄金落地时跳动没有假黄金剧烈。
5.试硬度 纯金硬度较小,用手可以弯曲。假黄金用手弯曲时感到坚硬,如果用大头针在饰品上划痕,纯金制品的划痕较清楚。含金量低的饰品,即使能划出痕迹来,也比较模糊。镀金首饰更为模糊。
以上几种方法是简易测试法。为了准确鉴别,可采取下列三种方法。
1.火烧法 把首饰放在火中烧烤,待饰品微红时取出。冷却之后,纯金首饰依旧色泽如新,K金首饰表面则呈现烟灰色的氧化层。纯度越低,颜色越黑。
2.试金石法 选择一种质地细腻的黑色试金石,用含金量不同的金片在试金石上划出痕迹,作出比较的标准,再将所要测试的首饰在同一试金石上划痕,滴上浓硝酸去掉杂物,留在试金石上的痕迹则为饰物的含金量。跟标准对比,找出与痕迹相同的色度,即为所测定饰品的准确金量。
3.化学法 将浓度为70%的硝酸,分别滴在首饰上,保持原样的是真金首饰。发生化学反应的不是真金首饰。
宝石为何绚丽多彩
宝石,七彩纷呈,质朴秀雅。例如,水晶的紫色,孔雀石的绿色、蓝宝石的蓝色,等等。实际上宝石的许多夺目的颜色,从化学的角度来说,就是宝石中含有有颜色的离子。通过化学分析和光谱鉴定,给宝石“打扮”得五彩缤纷的却是些金属。由于它们所含的金属量有多有少。而且有的只含有一种金属,有的含有几种金属元素,因此颜色也就各不相同。象红宝石和墨绿宝石中,都含有金属铬;翠绿色的土耳其玉里面有铜;朱丹色的红玛瑙里面有铁。这些藏在宝石内部的金属的化合物,吸收了光线里的一部分色光,把其余的色光反射了出来,所以,太阳光谱的所有颜色都在各种宝石的身上互相替换着。有些宝石的颜色,还跟它们的原子排列有关。青金石的蓝色,翠榴石的黄绿色,就是由它们结晶内部各个原子的分布规律决定的。
下面列出一些宝石颜色对应所含的离子的颜色。
宝石 所含离子 离子颜色 宝石 所含离子 离子颜色
绿宝石 铬(III)离子Cr3+ 绿色 橄榄石 铁(II)离子Fe2+ 浅绿色
翡翠 铬(III)离子Cr3+ 绿色 黄玉 铁(III)离子Fe3+ 黄色
紫水晶 锰(III)离子Mn3+ 紫色 绿松石 铜(II)离子Cu2+ 蓝绿色
还有些漂亮的宝石,有时却是经过人工染色的。宝石染色的方法很别致。
古时候的希腊人和罗马人,曾用过这样的方法加工玛瑙:先放在蜂蜜中煮几个星期,拿出来用清水洗干净以后再放在硫酸中煮几小时,结果染成了红色或黑色的带有条纹的缟玛瑙。乌拉尔居民的染色方法更是妙,他们把烟水晶嵌在面包里放到火上烘,就得到稀罕的金黄色烟水晶。
今天,随着科学技术的不断发展,人们又邀请了镭射线和紫外线来参加宝石的染色工作。并且宝石已不只是充当装饰品,而更多的作为钟表和精密仪表的轴承材料。
钠和钾的发现
1807年,英国化学家戴维用电解法发现了钠和钾元素。
1806年,戴维开始进行电化学研究。他用250对金属板制成了当时最大的伏打电堆,以便产生强大的电流。最初,他们碳酸钾的饱和溶液进行电解,但并未电解出金属钾,只是把水分解了。1807年10月6日,戴维决定改变做法,电解熔融的碳酸钾。但是干燥的碳酸钾并不导电,所以必须将碳酸钾放在空气中暴露片刻,让这的表面上吸附少量的水分,它就有了导电能力,然后将表面湿润的碳酸钾放在铂制的小盘上,并用导线将铂制小盘与电池的阴极相连。一条与电池阳极相连的铂丝则插在碳酸钾中,整个装置都暴露在空气中,通电以后,碳酸钾开始熔化,表面就沸腾了。戴维发现阴极上有强光产生,阴极附近产生了带金属光泽的酷似水银的颗粒,有的颗粒在形成后立即燃烧起来产生光亮的火焰,甚至发生爆炸;有的颗粒则被氧化,表面上形成了一层白色的薄膜。戴维将电解池中的电流倒转过来,仍然在阴极上发现银白色的颗粒,也能燃烧和爆炸,戴维看到这一惊人发现,欣喜若狂。他把这种金属颗粒投入水中,开始时它在水面上急速转动,发出嘶嘶的声音,然后燃烧放出淡紫色的火焰。他确认自己发现了一种新的碱金属元素。由于这种金属是从钾草碱(草木灰)中制取的,所以将它命名为“钾”。
接着,戴维采用同样的方法电解了苏打,获得了另一种新的碱金属元素,这就是“钠”。
1807年11月19日,戴维在学术报告会上公布了发现钾、钠的经过。暴风雨般的掌声和热烈的祝贺使戴维感到自己的辛劳是值得的,心中充满了幸福。
怎样除去衣物上的血渍
衣服上沾了血渍,应立即放入冷水中洗涤。因为血液未凝固时,血红素中的铁是以亚铁形式存在,能溶于水。时间久了,血红素里的亚铁(Fe2+)被氧化成为三价铁(Fe3+),并与蛋白质共同凝固,沾在织物上形成血斑就难于洗掉。所以刚沾上血渍后,应立即用冷水清洗(千万不能用热水,因为血液遇热凝固),然后再用肥皂或10%的碘化钾(KI)溶液清洗,即可清除。
如果衣服上的血渍已经凝固成为陈迹,应该先用冷水进行长时间浸泡。搓洗,除去表面污垢。要除去纤维间的血渍,可以用加酶洗衣粉继续浸泡、搓洗。加酶洗衣粉中的碱性蛋白酶可以将血渍中的蛋白质松弛、解体,从织物上剥离。然后再用10%~15%的草酸溶液搓洗1~2分钟,因为草酸是还原剂,能将不溶于水的三价铁还原为能溶于水的二价铁。再用清水洗涤就可以将污渍清除干净。
洗涤陈旧的血渍,也可以先用冷水长时间浸泡。搓洗后,再用10%的酒石酸溶液揩拭沾污处,或用10%的氨水揩拭沾污处。最后用清水洗净。
砖瓦为什么呈现不同的颜色
当你看到楼房有的是用红砖砌成的,有的则是青砖砌成的,可曾想过为什么同样的砖坯有的能烧成红砖?有的能烧成青砖呢?
说来也简单,烧制砖瓦的粘土中含有二价铁盐,粘土做成砖坯,送到窑内大火烘烧,然后熄灭,自然冷却。此时窑内空气流畅,氧气充足,二价铁盐被氧化成三氧化二铁,由于三氧化二铁是红色,所以得到的就是红砖瓦。
青砖瓦是怎样烧制的呢?实际上,青砖瓦的生产只是比红砖瓦的生产多了一道工序。待砖坯烧透后,从窑顶向下不断淋水,当水遇到红热砖瓦变成水蒸汽,碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳。这些还原性气体能把砖瓦中红色的氧化铁还原成黑色的氧化亚铁或四氧化三铁。同时,没有燃烧的黑色碳颗粒也渗入砖瓦粘土颗粒间隔之中,结果烧出来的砖瓦就呈青灰色。
黑火药
黑火药是我国古代的四大发明之一。我国隋末唐初的医学家孙思邈,在他所著的《丹经内伏硫磺法》一书中写到:取出硝石,硫磺各二两研细,再加上三个炭化皂角子,这样就能燃起焰火,这大概是我国最早配制火药的方子了。许多事实证明,在唐朝(公元618-907年),我们的祖先已发现火药了。
黑火药是木炭粉、硫磺粉和硝酸钾粉末的混合物,在混合物中,三种成分的质量分数大约为:硝酸钾75%,木炭15%,硫磺10%。燃烧时发生的主要反应为:
S + 2KNO3 + 3C K2S + N2↑+ 3CO2 ↑
在反应方程式中,三种反应物系数(按国家标准规定应叫做化学计量数)之比1:2:3,为便利于记忆可称为“一硫二硝三木炭”。
由于点燃时,三种物质剧烈反应,产生大量气体并放出大量热。在有限的空间里,气体受热迅速膨胀引起爆炸。在爆炸时,固体生成物的微粒分散在气体里,所以产生大量的烟。
在军事上,黑火药广泛地用作点火药和传火药。在民用方面用于制造节日用的焰火和爆竹,还用于采石、伐木和矿山的爆破。
安全火柴
我们经常使用的火柴称安全火柴。火柴盒的侧面涂有红磷(发火剂)、三硫化二锑(Sb2S3,易燃物)、粘合剂等;火柴头上的物质一般是KClO3、MnO2(氧化剂)和S(易燃物)等。当两者摩擦时,因摩擦产生的热量使KClO3分解,产生少量氧气,使红磷发火,从而引起火柴头上的易燃物(如硫)燃烧,这样火柴便划着了。安全火柴的优点是红磷没有毒性,并且它和氧化剂分别粘附在火柴盆侧面和火柴杆上,不用时二者不接触。
不锈钢的主要成分是什么
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高,不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观,不易污染、不生锈,因此受到人们的青睐。
不锈钢为什么在空气中耐氧化,而又耐酸碱腐蚀呢?这是因为不锈钢中除铁以外,还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13%以上,镍的含量也在10%左右。例如,有一种不锈钢的成分除铁以外,其他元素含量如下:
Cr(铬)17.0%~19.0%; Ni(镍)8.0%~11.0%;
C(碳)≤0.14%; Si(硅)≤0.80%; Mn(锰)≤2.00%;
P(磷)≤0.035%; S(硫)≤0.03%。
我国古代高超的合金生产技术
春秋时期的《考工记》一书中,提出了配制不同青铜器的6种铜锡比例,称为“六齐”规则,这是世界上最早论述合金成分的著作。书中把所有青铜器归纳成6大类,每类的含锡量依次递增,使合金的性能和色泽发生变化,以适合不同方面的用途。“六齐”规则是“六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”近年来,有关人员检验了600多件古代青铜器,成分都很合理。古代没有任何分析手段,却能将青铜器的成分掌握得如此准确,令人惊奇。
著名的商代司母戊大鼎是当时冶铸业的“代表作”。它器型雄伟,花纹瑰丽,重达875 kg,是世界文化宝库的奇珍。
金属陶瓷
随着火箭、人造卫星及原子能等高技术的发展,对耐高温材料提出了新的要求,人们希望材料既能在高温时保持很高的强度和硬度,能经得起激烈的机械震动和温度变化,又有耐氧气腐蚀和高绝缘性等性能。但无论是高熔点金属还是陶瓷都无法同时满足这些要求。
金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体,粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀,成型后在不活泼气氛中烧结,就可制得金属陶瓷。
金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等处。
钠云(人造彗星)
钠云,也叫“人造彗星”,是由处于原子状态下的钠蒸气形成。一些宇宙火箭上装有特制的钠蒸发器,这种蒸发器能使钠迅速蒸发,并在宇宙空间几乎近于真空和没有重量的条件下喷出钠云(即钠蒸气)。钠云在日光的激发下可以产生明亮的橙黄色云雾,同时由于扩散而逐渐变成像彗星一样的形状,所以,也叫“人造彗星”。用照相和光电测量的方法,可以测量到钠云的扩展过程,从而计算出周围物质的密度。同时,在预定时刻发出钠云,使得人们有可能直接对宇宙火箭进行光学观测,可以精确的定出宇宙火箭的位置和运行路线。
化学电光源
初中时,我们了解到,稀有气体在通电时会发出有色的光。比如灯管里充入氩气,通电时会发出紫蓝色光;通入氦气,为粉红色光;通入氖气会发出红光,能穿透浓雾,所以氖灯可用航空航海的指示灯。在石英玻璃管里充入氙气的虹灯,通电时能发出比荧光灯管强几万倍的强光,因此叫做“人造小太阳”,可用于广场、体育场、飞机场等的照明;将碘充入灯泡制成碘
钨灯;将溴化氢充入灯泡制成溴钨灯;将水银充入灯泡制成水银灯都是很好的电光源。
钠用于电光源上,高压钠灯耗电少,发出的黄光波长约为589nm,射程远,透雾能力强,对道路平面的照度比高压水银灯高3倍半,广泛应用于广场、街道的照明。另外,高压钠灯的黄光不会使相纸曝光,因而可用于洗相的暗房做安全灯。
最早的合成塑料
1905年,美国化学家贝克兰有一次将苯酚(石炭酸)和甲醛(福尔马林)放在烧瓶里,以酸作催化剂,然后进行加热反应。他发现烧瓶里的反应物渐渐变成黄色的胶状物,类似于桃树、松树上的树脂,牢牢地粘在烧瓶壁上。贝克兰多次用水冲刷,怎么也洗不掉。后来,他又用高温烘烤,想使它熔融。谁知这一烤,胶状物反而变成了硬块。这情况倒给贝克兰一个启示,他想,这东西既不怕水,又不熄融,岂不可作为一种很好的材料吗?
当时由于电气及仪器设备制造等工业的迅速发展,对新材料的需要十分迫切。为了弄清这一物质的性质,贝克兰又花费了多年的时间进行研制,到1909年,总算有了眉目。因为产物是经过酚和醛反应得来的,形态又类似树脂,所以取名酚醛树脂。它色泽呈淡黄色,不大透明,粗看极象象牙,因此刚出来时,一些商人竞相贩卖。不少人把它当作象牙买进而受骗上当。
贝克兰的功绩在于人类历史上第一次制成了以小分子化合物,用纯粹化学方法合成了塑料。这一材料不仅是合成塑料的鼻祖,而且今天仍有着十分广泛的用途,继续受到人们的重视。
毒品的化学成分
1.鸦片(Opium):黑棕色膏状物。来源于植物罂粟中,当割破罂粟未熟蒴果,即渗出乳状汁液,经日光照射干燥后所形成的黑棕色膏状物就是鸦片。鸦片中含有吗啡等二十多种生物碱,其中吗啡含量最大,约为20%~23%,故鸦片的毒性主要来自吗啡,长期吸食会成瘾,使人体质衰弱,精神颓废,寿命缩短,过量服食会使人急性中毒死亡。
2.吗啡(Morphine):由鸦片中提取而得,常用者为其盐酸盐,盐酸吗啡为白色针状或柱状结晶。吗啡的分子式是C17H19NO3。毒性比鸦片强10~20倍,长期服用使人注意力和记忆力衰退,精神失常,瞳孔缩小,剂量过大会使人因呼吸停止而死亡。对一般成人致死量为0.3g。
3.海洛因(Heroin):海洛因是吗啡的二乙酸酯,分子式为C21H23NO3,它的盐酸盐为白色针状或结晶状粉末,俗称“白面”或“白粉”。毒性比吗啡强5~10倍,一般中毒量为0.005g,出现头痛、呕吐等症状。长期吸食或注射会引起心律失常,肾功能衰竭,皮肤感染,改变个性,导致心理变态,人格障碍,吸用过量则会使人死亡。
4.大麻(Cannabis sativa):俗称火麻,桑科植物,是一年生雌雄异株草本,大麻的雌花株梢称为麻,从麻中得到的油树脂(8%~20%),干固后的膏状物常称“大麻”(Hashish),其主要三种:大麻草、大麻酯、大麻油。最起作用的成分是四氢大麻酚(分子式为C21H30NO2)。大麻是一种古老的致瘾剂,有生理依赖性,长期服用会引起失眠,食欲减退,性情急躁,易发怒,呕吐,颤抖,产生幻觉,使人理解力、判断力、记忆力衰退,免疫力下降,容易得各种疾病。我国刑法明确规定,大麻是一种非法种植的植物。
5.杜冷丁(Dolantin):杜冷丁的盐酸盐又称盐酸哌替啶,分子式是C15H21NO2·HCI,白色晶体,毒性比吗啡弱但人属于禁止滥用的成瘾性 (麻痹性)镇痛药。
6.可卡因(Cocaine):亦称古柯碱,它最早是1859年奥地利化学家从南美及东南亚一带的一种灌木古柯树的叶子中提炼出来的一种生物碱,分子式为(C17H21NO4),其盐酸盐是白色结晶性粉末,是兴奋剂,长期服用会引起偏执狂型的精神病,大剂量服用会刺激脊髓,引起惊厥,严重的可达致呼吸衰竭死亡的程度。
7.冰毒:无色透明片状结晶。冰毒属苯丙胺类兴奋剂,因其原料外观为纯白结晶体,晶莹剔透,故被吸毒、贩毒者称为冰 ( Ice )。由于毒性剧烈,称之为 冰毒 。早在1971年,联合国有关机构就把苯丙胺类兴奋剂列入第一级毒品围之中.苯丙胺原名苯齐巨林(benzedrine),学名1-苯基-2-氨基丙烷,常被简称为苯丙胺.冰毒的成分是甲基苯丙胺。小剂量有短暂的兴奋抗疲劳作用,故其丸剂又有大力丸 之称。又因苯丙胺( Amphetamine )有其译音名安非他明或安非它命之称,故甲基苯丙胺也有甲基安非他明之称。此外,甲基苯丙胺是在麻黄素化学结构基础上改造而来,故又有去氧麻黄素之称。甲基苯丙胺药用为片剂,作为毒品用时多为粉末,也有液体与丸剂。
冰毒可从麻黄素(即麻黄碱)制得,它也可称为去氧麻黄素。冰毒对中枢神经兴奋最强,长期服用,使人的脑机能受损伤,如用量稍大,则引起精神失常,使人强烈痉挛而死亡。
8.摇头丸:主要成分为MDA(3,4-亚甲二氧基安非他明或3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺)。所以它也属苯丙胺类毒品。服用后使人心律加快,瞳孔放大,血压和体温升高,出现呕吐、昏眩、头痛、食欲不振,并且使头颈摇摆不停,最近几年报道大量急性中毒和死亡的病例。
鉴于毒品对人体的严重危害,对精神文明建设的严重摧残和歪曲,我们应该动员全国人民投入反吸毒、贩毒的运动中,开展有效而持续的斗争。可以相信经过我们的努力,一定可以在若干年后,在我国神圣的领土上再创无毒国的辉煌。
汞的发现
早在纪元前,古人就知道和应用了金属汞(Hg),我国商代,人们就已懂得利用汞的化合物来作治疗皮肤癞疾的药剂、颜料。秦代以前人们就掌握了用硫化汞(HgS)来制取汞的技术。据《史记·秦始皇本记》记载,在秦始皇的墓中就灌注了作为“百川江河”的大量水银,而这些水银主要是从硫化汞提炼的。在古埃及墓中曾发现过一小管水银(约在公元前15~16世纪)。在古希腊,人们在公元前七百年也开始采硫化汞以炼取汞。
汞命名的拉丁语意为“液态白银”。英语名称意为“水星”(Mercury)。人们对汞的认识是和我国古代的炼丹术以及欧洲、阿拉伯的炼金术有密切关系。如我国古代学者葛洪,就曾搞了烧丹炼汞的实验。这就势必完成许多化学变化,因此,在《抱朴子》一书中就含有不少的化学知识。如:“丹砂烧之成水银,积变,又还成丹砂”。就是说:硫化汞经加热能分解成汞,汞还能再与硫化合又成为硫化汞。
“大地之子”── 钛的发现
1791年,英国科学家格里戈尔在密那汉郊区找到一种矿石──黑色磁性砂,通过对这种矿石的研究,他认为矿石中有一种新的化学元素。并用发现矿石的地点“密那汉”命名这个新元素。
过了四年,德国化学家克拉普洛特从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种新元素,他用希腊神话中“太旦”族的名字来命名(中文按它原文名称的译音,定名为钛,钛的意思是“地球的儿子”。)。克拉普洛特还特地指出,格里戈尔所发现的新元素“密那汉”就是钛,但在当时找到的,实际上都是粉末状的二氧化钛而不是金属钛。直到1910年,美国化学家罕德尔才第一次制得纯度达99.9%的金属钛,但总共不到1 g。从发现钛到制得金属钛,前后经历了120年,到1947年,人们才开始在工厂里炼钛,当时的年产量只有2吨。到了1955年,产量激增到2万吨。到1972年,年产量达到20万吨。
钛的用途越来越广,日益受到人们的重视,人们称它为未来的钢铁、21世纪的金属。
可燃冰——甲烷水合物
可燃冰外观为无色透明冰状晶体,是一种气体水合物。早在1778年英国化学家普利斯特里(J.Priestley)就着手研究哪些气体可以生成气体水合物,以及生成气体水合物的温度和压力条件。1934年,人们发现,在油气输送管道和加工设备中有冰状固体堵塞现象,经研究证明,这些固体不是冰,而是比冰熔点高的气体分子水合物。当时研究的目的是如何抑制和防止气体分子水合物堵塞管道和设备问题。
1965年,前苏联科学家预言,天然气水合物可能存在于海洋底部的地表层中,后来他们在西伯利亚冻土带发现了天然气水合物。从此,各国政府和科学家对天然气水合物作为潜在的能源,产生了极大的兴趣。
1.天然气水合物的形成与储藏
天然气水合物,或称甲烷水合物,是笼型水合物,属于主客体化合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子,作为主体,甲烷作为客体居于笼中,以范德华力与水分子相互吸引而形成笼型水合物。用X射线衍射等技术已确定不同大小笼型水合物的结构,有呈五角十二面体,有呈五角六角十六面体等。
甲烷水合物形成的条件为:①温度不能太高。海底的温度是2 ℃至4 ℃适合。②压力要足够大。在0 ℃时,只需要3MPa就可形成甲烷水合物。③要有甲烷气源。一般认为,海底古生物尸体的沉积物,被细菌分解会产生甲烷。在上述三个条件具备的情况下,可在介质的空隙中生成甲烷水合物。在常温常压下,甲烷水合物即分解为甲烷和水。1 m3的“可燃冰”可释放164 m3的甲烷,所以,“可燃冰”可看作高度压缩的天然气。
2.如何开采甲烷水合物
天然气是洁净能源,燃烧后不产生二氧化硫、氢氧化物和颗粒物等污染物。甲烷水合物是继化石燃料之后的潜在能源。由于甲烷水合物是分散分布在岩石的孔隙中,难以开采。如果开采不当,甲烷气体逸入大气,将会使地球温室效应大大增强,造成灾难。甲烷在大气中占0.5%,但它造成的温室效应却是CO2温室效应的20倍。
目前提出开采的设想有:(1)热解法;(2)降压法;(3)置换法。因CO2比甲烷易形成水合物,如将液态CO2送入海底,就可置换出笼型水合物中的甲烷。
不管用哪种方法开采,都必须保证甲烷水合物中的甲烷不逸散到大气中,否则将引起灾难性后果。目前,世界各国科学家和我国科学家都在加紧研究这一技术课题。
化学教育
科学技术是第一生产力,但是每一项科学技术的成功都离不开各个学科的发展和创造,而化学这门科学更是在其中起着举足轻重的作用。其中新物质、新材料、新能源的开发更是举不胜举,下面就让我们一起来领会化学是如何与科技相互依靠,融为一体的。
奥运赛场与化学
举世瞩目的北京奥运会胜利闭幕,人们如痴如醉地欣赏了各国运动员的出色表演与竞技。与此同时,你是否留意这里处处充满化学知识?! 在体育场,围绕着翠绿色的足球场是一圈圈十分醒目的棕红色的田径跑道,这种跑道是用化学品——塑胶铺设的。塑胶具有美观、耐用、摩擦系数大等特点。 发令枪响,跑道上的运动员如脱缰的骏马,冲出起跑线。这时,黑色的烟屏上萦绕一股淡淡的白烟。这是因为火药纸里的药粉含有氧化剂氯酸钾和发烟剂红磷等物质。摩擦撞击产生的高温使氯酸钾迅速发生分解反应:2KClO3===2KCl+3O2↑,产生的氧气马上与红磷发生剧烈的燃烧:4P+5O2 ====2P2O5燃烧的产物是白色粉末五氧化二磷,因而留下一股白色烟幕。 份量最重的金牌,首推球中之王——足球的金牌了。在激烈的拼搏中,我们常看到运动员摔倒在草坪上。这时队医急忙跑上前,掏出小喷壶,在运动员受伤部位“噗、噗”几下,然后反复揉搓、按摩。顷刻,受伤运动员竟又若无其事地冲向球场。让你由衷地赞叹小喷壶装的是神丹妙药。它,就是氯乙烷(CH3CH2C1),一种无色、沸点只有13.1℃的易挥发的有机物。众所周知:液体挥发时,将从周围吸收热量。当把氯乙烷药液喷洒在运动员受伤部位时,由于它的迅速挥发而使皮肤表面的温度骤然下降,知觉减退,从而起到了镇痛和局部麻醉的独特作用。水本是无色透明的,游泳池里的水怎么会如此湛蓝迷人呢?原来,水里放入了少量的硫酸铜(CuSO4)。别看这些微不足道的硫酸铜,它却能消毒灭菌,从而保证游泳者的身体健康。 举重运动员在举重前,把两只手伸向盛有白乎乎粉末的盆中,然后互相摩擦掌心。这种白色粉末的成分是碳酸镁(MgCO3),它具有很好的吸湿性,能加大手掌心与器械之间的摩擦系数,从而使运动员紧紧握住杠铃,创造优异成绩。 熊熊燃烧的奥运火炬常以丁烷(C4H10)等易燃有机物作为燃料;一种由超细的尼龙纤维和聚氨纤维组成的游泳衣,可使运动员游得更快;一种既轻盈又富有弹性的玻璃钢(由玻璃纤维和合成树脂构成的复合材料)撑竿,帮助运动员越过更高的高度…… 化学为体育锦上添花,为实现“更快,更高,更强”的奥运精神功不可灭。
胶卷中的化学变化
照相过程中有无机物、有机物的氧化还原反应和络合反应。照相要用胶卷。胶卷上涂抹的化学物质主要是溴化银(AgBr)。在按动快门的一瞬间,一缕阳光从镜头射到胶卷上,即引起一系列化学变化,其过程一般分为潜影、显影和定影三个阶段。
⑴ 潜影
明显的变化是少数溴化银分解了:
这是一个光化反应,也是氧化还原反应。分解的结果,乳白的胶层上出现黑色的银粒。潜在的变化是另外一些(这是多数)溴化银微粒因光照射而被活化了(没有分解但比未曝光的溴化银易分解)。这就形成所谓“潜影”。
⑵ 显影
曝光后的胶卷需要经过显影处理。显影的实质,就是用弱还原剂把曝过光的(活化了的溴化银微粒)AgBr还原成黑色银粒,而要对于未被活化的溴化银微粒进行区别“对待”,把它保存在胶卷上。这样就得明暗不同的底片。底片上越黑的部分,就是景物人像越明亮的部分。底片上越亮的部分,就是景物和人像最暗的部分(AgBr乳胶是透明的,只有还原成银粒才会显黑色)。在显影中所使用的弱还原剂(显影剂)的学名叫对苯二酚。这是一种有机物。显影发生的化学反应如下:
因曝光已分解而生成的银粒(仅管是少数)对此反应有催化剂的作用。
⑶ 定影
显影后的工作是定影。为了保护所摄得的像,必须把未被活化的溴化银微粒全部除掉;否则,随着时间的拖延它仍要分解。它本身具有分解的能力,只不过未活化时,反应相当慢而已,“慢”并不等于不分解。因对苯二酚弱酸性,加碱(Na2CO3)可促其电离,提高显影速度。为避免形成污斑,可向显影液中加入还原性比对苯二酚更强的物质,以消耗显影液中的O2。Na2SO3和Na2S2O3虽都有还原性,但后者能与AgBr发生配合反应(是定影剂)。Na2S2O3化学名字叫硫代硫酸钠。这种物质是一种络合剂,它能跟不溶于水的溴化银反应,生成易溶于水的络合物而被水溶解。
定影的反应方程式:AgBr + 2Na2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr
经过上述这些反应,即得到了“颠倒黑白”的照相底片。
印相过程是上述反应的重复。将底片跟相纸合在一起,之后让光线透过胶片照到相纸上,于是就发生感光,再经显影、定影,再用水洗,晒干就得到明暗与实物相符的照片。
变色眼镜为什么能变色
盛夏季节,阳光强烈,人们为了避免强光辐射往往喜欢戴上一付墨镜来保护眼睛。但一般墨镜只适合于室外,一进入室内就必须摘掉,不然会因为光线灰暗而什么也看不清了。
变色眼镜却可以自动调整颜色,也就是说变色镜片在强光下颜色变深,在弱光下颜色变淡甚至是无色透明。它为什么会变色呢?
原来,变色镜片是在普通玻璃中加入了适量的溴化银和氧化铜的微晶粒。溴化银有一种重要的化学性质就是见光会分解,光线越强分解的越彻底。
当强光照射时,溴化银(AgBr)分解是在可逆的强光下分解成银(Ag)和溴(Br2)。AgBr是无色透明的晶体。分解出的Ag是黑色小颗粒,Br2是暗红色的,使玻璃呈现暗棕色。
当光线变暗时,银和溴在氧化铜的催化作用下,重新生成溴化银。
于是,镜片的颜色又变浅了。 这就是变色镜变色的基本原理。
目前有用变色玻璃制作的窗玻璃,可使烈日下透过的光线变得柔合且有阴凉之感。变色玻璃也可以用作太阳镜片,原理同上。
驾驶员是否喝酒
司机酒后驾车容易肇事,因此交通法规禁止酒后驾车。怎样判断驾车人是否为酒后驾车呢?一种科学、简便的检测方法是使驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的强氧化剂三氧化铬(CrO3)的硅胶,如果呼出的气体中含有乙醇蒸气,乙醇会被三氧化铬氧化成乙醛,同时,三氧化铬被还原为硫酸铬。
三氧化铬与硫酸铬的颜色不同,通过颜色的变化,即可知驾车人是否喝了酒。
其反应方程式为:2CrO3(红色)+3C2H5OH+3H2SO4 3CH3CHO+Cr2(SO4)3(绿色)+6H2O。
同理,K2Cr2O7是一种橙红色具有强氧化性的化合物,当它在酸条件下被还原成三价铬时,颜色变为绿色。据此,当交警发现汽车行驶不正常时,就可上前阻拦,并让司机对填充了吸附有K2Cr2O7的硅胶颗粒的装置吹气。若发现硅胶变色达到一定程度,即可证明司机是酒后驾车。
这时酒精被氧化为醋酸:2K2Cr2O7 + 3CH3CH2OH + 8H2SO4 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3CH3COOH +11H2O
“军事四弹”与化学
☆1.烟幕弹
烟幕弹中装有白磷,当其引爆后,白磷会在空气中迅速燃烧:4P+5O2 2P2O5生成物P2O5。 后与空气中的水分发生化学反应:
P2O5+H2O 2HPO3(偏磷酸),P2O5+3H2O 2H2PO4(磷酸),这些酸液微滴与一部分未发生反应的白色小颗粒状P2O5悬浮在空气中便形成了烟雾。
☆ 2.照明弹
照明弹中通常装有铝、镁、硝酸钠和硝酸钠等物质,当引爆后,金属镁铝在空气中迅速燃烧,产生几千度高温,并放出含有紫外线的耀眼白光:
2Mg+O2 2MgO,4Al+3O2 2Al2O3,反应放出的热量使硝酸盐立即分解: 2NaNO3 2NaNO2+O2↑,Ba(NO3)2 Ba(NO2)2+O2↑,产生的氧气又加速了镁、铝的燃烧反应,使照明弹更加夺目。
☆3.燃烧弹
用一种粘合剂与汽油粘合成胶装物,可制成凝固汽油弹。有的凝固汽油弹里添加活泼的碱士金属。钾、钙和钡一遏水就激列反应产生具可燃性,可爆物的氢气:
2K+2H2O 2KOH+H2↑, Ba+2H2O Ba(OH)2+H2↑。这样就能发现和攻击对方水中的目标。
☆4.信号弹
金属和它们的化合物在焰上的灼烧,火焰可呈各种颜色。军事上利用这一性质可用制造各种颜色的信号弹。锶的焰色反应呈洋红色,因此军事上用硝酸锶和碳酸锶制造红色信号弹。
黑色弹头
美国空袭伊拉克使用的“战斧”式巡航导弹不仅可以装填常规弹药,而且已亮相的黑色弹头似乎威力更大。这一保密弹头选用经过特殊处理的碳丝制成。每根碳丝相当微小,仅有几千分之一英寸长,因此,可在空中长时间漂浮。它通过爆炸或火药引爆散布在敌方阵地,破坏敌方防空和发电设备。碳丝可进入电子设备内部、冷却管道和控制系统的黑匣子。由于碳丝经过流体能量研磨加工制成,且又经过化学清洗,因此,极大地提高了碳丝的传导性能。
碳丝没有粘性,却能附着在一切物体表面。碳丝弹头对包括停在跑道上的飞机电子设备、发电厂的电网等所有东西都产生破坏作用,它异乎寻常的导电性能可以使电子设备内部短路,在不杀伤敌方操作人员的情况下使雷达天线和有关设备的功能消失,使其成为一种潜在的压制敌方防空系统的武器。
美国军方曾对伊拉克使用过一枚装了几卷碳丝的黑色弹头,即一种“石墨炸弹”,这种炸弹爆炸后释放出大量纤维状的石墨覆盖在发电厂的设备上。因石墨能导电,使设备短路而停电,结果伊拉克的几个发电厂顿时陷于瘫痪,而这些发电厂是为伊拉克防空系统网络计算机供电的。
乙炔反坦克
点燃
1991年1月,海湾战争爆发。以美国为首的多国部队将伊拉克军队赶出科威特,开始向伊拉克大举进攻,地面部队向前推进,势如破竹。地面部队为什么能如此顺利地迅速前进呢?一个重要的原因是因为用坦克和装甲车作先锋在前开路,发挥了重要作用。所用的坦克是较为先进的第三代主战坦克,它们无论在火力、防护能力或机动性等方面均有较大的提高,使反坦克的空心装药破甲弹、碎甲弹的效能大大降低。如何对付这种新的坦克呢?这里介绍一种国外正在研制东西新颖而独特的软杀伤反坦克的方法——乙炔反坦克。
乙炔是一种无色的可燃性气体,它和空气的混合物中含有3%—81%体积的乙炔时,点燃时就会引起爆炸。
HC≡CH + 5O2 4CO2 + 2H2O + 2600 kJ
乙炔不仅能和空气形成爆炸混合物,而且在高压下,未混有空气的乙炔受到敲打或碰击时也容易爆炸。 HC≡CH 2C + H2 + 227 kJ
人们利用乙炔的这些特点,在坦克、装甲车前进的路上,用飞机、火炮等进行大面积喷洒和发射乙炔气体,使乙炔吸入坦克和装甲车的发动机内,充当引爆剂,引燃油料,引起爆炸。
目前,一种乙炔榴弹即将问世。这种榴弹内张有水和碳化钙,使用时通过两种物质的混合产生乙炔气体。
CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2↑
使用一枚0.5Kg左右的乙炔榴弹,足可使一辆坦克丧失战斗能力。这种反坦克的武器,具有灵巧、简单、价廉等特点,因此深受西方国家的青睐,不久的将来,可能将作为反坦克实战武器出现。
乙烯用作植物生长调节剂
研究证明,乙烯和生长素、赤霉素等一样,都是植物激素,不少植物器官都能生成极微量的乙烯。人为的应用乙烯,可起到和植物体生成的乙烯同样的效果。但乙烯是气体,难用于大田生产,而一种人工合成的化学调节剂——乙烯利能被吸收,在体内释放乙烯,起到跟应用乙烯气体同样的效果。
乙烯对多种作物有促进成熟,早熟增产等效果。例如,可促进香蕉、梨、蕃茄、西瓜等早熟;可刺激橡胶树、漆树等吐胶、泌液、增加产量。
乙烯利的化学名称为2 - 氯乙基膦酸。在植物体内乙烯利释放乙烯的化学反应是:
“消字灵”的制作方法
日常的写作中,如教师写教案、作家写文章、学生记笔记等,写字时常出现一些写错或需要修改的地方,涂涂改改会显得文章很零乱。特别是有些写错的段落不想把痕迹留在原稿上,用橡皮擦也擦不掉。怎么办呢?用“消字灵”将原来的字迹消除是最理想的方法。那么,让我们自己动手制作“消字灵”吧!
在此之前,我们先准备好草酸、蒸馏水、高锰酸钾、浓盐酸、漂白粉。
先配甲液(草酸溶液),用角匙取少量草酸晶体、放入烧杯或锥形瓶中、加蒸馏水使之溶解。然后将此溶液倒入一只滴瓶中,标签注明甲液。
再配制乙淀(氯水或漂白粉溶液)。
①氯水的配制方法:将一角匙高锰酸钾晶体加入烧瓶中,然后再向烧瓶中加入浓盐酸,将烧瓶塞和导管连接好,固定在铁架台的石棉网上,用酒精灯加热。导管导入装有蒸馏水的锥形瓶中,片刻后将锥瓶中新制成的氯水装入乙滴瓶中。
②漂白粉溶液的配制:如果没有条件准备一套制氯水的装置,就可以用漂白粉溶液代替氯水。配制漂白粉溶液的方法比较简单。用角匙将漂白粉加入到烧杯中,然后加蒸馏水溶解。漂白粉的溶解度较小,因此配制的溶液有些浑浊。将此液倒入乙滴瓶中即可。
这样,消字灵就制成了。去字迹时,先用甲液滴在字迹上,然后再将乙液滴上一滴,字迹会立即消失。注意晾干后再将修改的字迹写上去。
“塑料王”的妙用——不粘锅
“塑料王”的化学成分是聚四氟乙烯,这种物质是由四氟乙烯在一定条件下聚合而成,它有一般塑料无法拟的特性,例如耐腐蚀、耐高温、耐低温,化学稳定性极强,超过玻璃、陶瓷和不锈钢,甚至连能溶解黄金的“王水”对它也无可奈何。根据它的这些特性能制成运输液态氢的超低温的软管、垫圈和登山服的防火涂层,还可利用它的耐腐蚀的性能制造化工厂的反应罐、防腐衬里等。
“塑料王”还有一种其他材料无法比拟的性质,就是由聚四氟乙烯制成的成品表面非常光滑,人们称它为“世界上最滑的材料”。去商场里我们看到商品架上“不粘锅”炊具和“不粘油”灶具,上面都涂了一层商业上叫“特氟隆”的物质,就是聚四氟乙烯。由于它们的表面非常光滑,所以十分容易清洗。
干洗技术与化学
干洗是一种不用水的洗涤,而利用清洁剂或溶剂,除掉衣服上的污渍的方法。溶剂可以是酒精、矿物油等。让有机溶液渗入衣物,就可以从纺织纤维的表面除去油污。用这种方法洗涤高级服装,可使服装不变形、不褪色。
干洗技术发明于19世纪中期的法国。一天,巴黎一家裁缝店的乔利·贝朗不小心碰翻了煤油灯。灯油洒在一条裙子上。乔利担心妻子回来抱怨,急心情拿起察看。只见煤油浸过的地方不仅没有污痕,反倒比别处显得更干净。乔利由引受到启发,他反复进行了试验。1855年,乔利·贝朗在巴黎开办了世界上第一家服装干洗店。干洗诞生后的最初50年间,使用的是苯、煤油、汽油、樟脑萜等溶剂。这些溶剂都具有可燃性,经常造成火灾。1897年,德国莱比锡的吕德维格·安特林使干洗技术向前跨进了一步,他发明了使用四氯化碳作干洗剂。四氯化碳的洗涤效果好,不易燃。但有一个令人讨厌的缺点,就是带有刺鼻的异味。而且对设备具有腐蚀性。到1918年,欧洲认开始改用三氯乙烯来取代四氯化碳。从此,干洗业渐渐发展起来。
现代洗衣业已实现机械化。常用的干洗液是1928年发明的斯陶达溶剂和一种从石油中提炼而成的溶剂──四氯乙烯(Cl2C=CCl2),在清洗完毕后,往往还要将从衣物中排挤出的溶剂进行蒸馏后,再加以过滤。因为皮肤会吸收四氯乙烯的气体,导致癌症,也可损害肝脏的功能,并使中枢神经系统衰弱,引起头晕眼花、恶心等症状。另外,美国环境署的研究报告显示,略带潮湿的干洗衣服,它所散发出来的气体,是污染室内空气的物质之一。装干洗衣服的袋子,也会保留那些有毒素的溶剂。因此,干洗衣服不宜马上穿。
专家指出,最好选择穿那些不用干洗的衣服。干洗的衣服拿回家后应立即将塑料罩拿掉,并将衣服挂在通风的地方,待衣物上的干洗溶剂挥发后再穿。
氧化还原反应的广泛应用
氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中有着广泛的应用,现作一些简单介绍。
我们所需要的各种各样的金属,都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。例如,制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法;制造黑色金属和其他有色金属都是在高温条件下用还原的方法;制备贵重金属常用湿法还原等等。许多重要化工产品的制造,如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等,主要反应也都是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等也都是氧化还原反应。
在农业生产中,植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化,如铵态氮转化为硝态氮,SO42-转变为H2S等,虽然需要有细菌起作用,但就其实质来说,也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的化合价态的变化直接影响着作物的营养,晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。
我们通常使用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应,否则就不可能把化学能变成电能,或把电能变成化学能。
人和动物的呼吸,把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把贮藏在食物分子内的能量,转变为存在于三磷酸腺苷(ATP)高能磷酸键的化学能,这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等。煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能量。
由此可见,在许多领域里都涉及到氧化还原反应,学习和逐步掌握氧化还原反应对同学们的生活和今后参加工作都是很有意义的。
水不能扑救哪些物质造成的火灾
当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。
(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾(K2C2)、碳化钠(Na2C2)、碳化铝(Al4C3)和碳化钙(电石CaC2)以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,生成乙炔或氨气等易然物质,发出大量热,可能自然和爆炸。
(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。
(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因铁水、钢水温度约在1600℃,水蒸气在1000℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。
(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般也不能用水扑救。
消暑凉袋中的化学原理
夏天到的时候,我们通常可以看到超市里有一种凉袋出售。在炎炎的夏日中抱在怀里,垫在椅子上,或者睡觉的时候当枕头,无疑给炎炎的夏日带来一丝凉意。当我们把凉袋拿到手中时,感觉胶袋里面好像是装了水,那么,胶袋里面装的到底是不是水呢?
原来凉袋里装的是Na2SO4·10H2O晶体与Na2SO4 溶液的混合体系。人们将 Na2SO4 溶解在40℃的水中制成饱和溶液,(Na2SO4在40℃左右的水中溶解度最大),装在封闭的胶袋中,就制成了市售的凉袋。
其中的化学原理是:Na2SO4·10H2O的熔点是32.4℃,而人体的正常温度是37℃,当人触摸时,袋中晶体吸收热量并熔化,所以肌肤感觉凉爽;如袋中晶体全部熔化,将凉袋放到冷水或冰箱或者地板上,溶液放热又可以使Na2SO4·10H2O晶体析出,这样又可以重复使用了。
用气体制成的“冰”
《孙悟空三打白骨精》里有这样的景象。“呯”地一声,一块大石头四分五裂,顿时云雾缭绕,一个精巧的小猴子从石头里蹦了出来……那些云雾就是请干冰“帮忙”拍摄而成的。
干冰不是冰,不是由水凝结成的,而是无色的气体——二氧化碳凝结而成的。如果把二氧化碳装在一个钢管里,再加点压,就变成水一样的液体了。如果温度更低一些,就变成白色的东西,好似冬天的雪花,这就是干冰(固态CO2)。它的温度可以低到-78.5℃。由于干冰温度很低,它急剧升华的时候,会使周围的空气温度迅速降低,空气里的水蒸汽就凝结成雾。摄影棚里云雾缭绕的景象就是利用这个原理形成的。干冰也可以用于人工降雨。
霓虹灯的秘密
夜幕降临了,城市里万家灯火。最常见的就是霓虹灯了。你知道霓虹灯是怎样做成的吗?将惰性气体充入电灯泡里,灯亮时,惰性气体受到激发,便发射出它们的特征谱线,这就是人们常说的霓虹灯。
世界上第一盏霓虹灯是法国科学家克劳德在1910 年发明的。他用氖气充填到灯泡里,氖在电场的激发下,发射出红光,氖灯的红光穿透力很强,可穿过浓雾,因此,机场、码头以及水路交通线的灯标就常用氖灯。氖的希腊文原意是“新”。“新”这个词的读音就是“霓虹”。“霓虹”两个字翻译得很美,又有表示彩色的意思。
氩在电场激发下会发射浅蓝的光,也可用来制造霓虹灯。
氦制的霓虹灯发射浅红色的光。有的灯泡里可以充进水银蒸气,就成了高压水银灯,它射出的光线是绿紫色的,有的人甚至把氦、氖、氩和水银四种气体,或两种或三种混合气体装进灯泡里,就得到了色彩绚丽的霓虹灯。
氙在电场的激发下,可以射出类似太阳光的连续光谱,在灯管里装进氙气(灯管要用石英玻璃制造),就可制成“人造小太阳”,它的功率可达2万瓦,照明1千多个小时。一盏6万瓦氙灯的亮度,相当于900只100支光的灯泡。这种灯泡是本世纪60年代才发展起来的新型光源。
晶莹多彩的玻璃
我们日常生活中使用的玻璃制品有:窗玻璃、穿衣镜、灯泡、眼镜、茶杯、酒瓶、玻璃工艺品……它们的共同特点是透明,可以做成各种各样的形状,还不怕腐蚀。
据说,玻璃是古代腓尼基商人偶然发现的。运载天然碱的腓尼基商船队在航行中遇到大风浪,无法继续前进,只好就近抛锚,在沙滩上过夜。他们用碱块当石头,垒起炉灶,烧火做饭。当风平浪静后,他们收拾锅灶,准备扬帆启航,忽然发现沙滩上有一些闪闪发光的明珠似的东西,这就是最早的玻璃。
这个古老的传说告诉我们,玻璃是由砂子做主要原料熔融而来的。砂子的化学成分是二氧化硅。二氧化硅的熔点很高,加进纯碱(碳酸钠)可以大大降低熔制的温度,使熔浆容易流动。不过,这样做出来的玻璃象浆糊一样,能溶解在水里,我们把它叫做水玻璃,就是硅酸钠。加进石灰石,给水玻璃“吃”钙片,熔融时和水一样流动的玻璃液冷却后就成为我们常见的玻璃了。
Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2↑;CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2↑。
在古墓里发掘出的古埃及啥舍苏女皇的项链—— 一串墨绿色的玻璃珠,是四千年前人类历史上最早的玻璃制品,当时比金银首饰还要珍贵!只是那时熔炼温度不高,玻璃珠不很透明。玻璃在很长时期里,一直是王公贵族厅堂上的摆设和艺术品,如今已成为非常普通的生活用品和建筑材料。用玻璃制作的用具和仪器品种繁多,价钱便宜,很受欢迎。盖房子的时候,总少不了玻璃做的门窗;法国巴黎的世界博览会大厅由钢筋镶嵌大面玻璃做成,采光很好,号称“阳光大厦”。普通的窗玻璃、油瓶、酒瓶等带有淡淡的绿色,这是制造玻璃的原料里含有二价铁离子(Fe2+)杂质带来的绿色。有些药瓶、啤酒瓶、酱油瓶却是棕黄色的,这仍然是铁的杂质造成的,不过不是二价铁离子,而是三价铁离子(Fe3+)。
要制造没有颜色的玻璃,选用的原料里必须不含铁质。可是,自然界的砂子、石灰石以及纯碱,或多或少总会有一些铁的化合物。怎样消除玻璃中的绿色呢?化学的办法是:往玻璃熔浆里加进一定比例的二氧化锰。二氧化锰是氧化剂,它把绿色的二价铁离子氧化成黄色的三价铁离子,锰变成了紫色的三价锰。黄色和紫色合成白色,玻璃就变成无色透明的了。玻璃里含有不同的金属化合物,会被“染”上各种颜色。加氧化亚铜(Cu2O),可以得到红色玻璃;加氧化钴(Co2O3)—— 蓝玻璃;加氧化铬(Cr2O3)—— 绿玻璃;……
玻璃也会“老化”。它本是无定形的过冷液体,分子、原子的排列杂乱无章。但是经过长时期的分子运动,玻璃里会出现局部排列稍有秩序的微小晶体,使玻璃透光性下降,好象蒙上了一层雾气,怎么擦也擦不掉,人们从擦不亮的老玻璃这件事里得到启发,干脆让玻璃经过淬火处理,使内部分子排列整齐一些,微晶化。这样的微晶玻璃很象金属,不象一般玻璃那么娇脆。微晶玻璃茶杯不怕摔,不炸裂,用来做大型反射望远镜,不胀不缩,在冷热剧变的环境里仍然可以正常工作。微晶玻璃做车刀,削铁如泥;还可以加工成人造骨骼。用微晶玻璃做的炒锅,干净,美观,能直接摆上宴席。
毒气在战争中的首次使用
在第一次世界大战的1915年4月22日傍晚,德军对法国战壕实施猛烈炮击,使用了500筒共168吨Cl2。结果是毁灭性的造成15000人伤亡,使法国人在长度4英里,纵深8英里的阵地上停止一切抵抗。
后来英国与法国以牙还牙,使用了比Cl2 还要毒的光气(也叫碳酰氯ClCOCl)进行回击。
硝酸合成与第一次世界大战
硝酸不仅是工农业生产的重要化工原料,而且也是制造炸药的重要战争物资。当初制造硝酸的方法是普通硝石法,即是硝石(NaNO3)与硫酸(H2SO4)反应,来制取硝酸的。但是硝石的贮量有限,因此硝酸的产量受到限制。
早在1913年之前,人们发现德国有发动世界大战的可能,便开始限制德国进口硝石,这样以为世界会太平无事。1914年德国终于发动了第一次世界大战,人们又错误地估计,战争顶多只会打半年,原因是德国的硝酸不足,火药生产受到了限制。由于人们的种种错误分析,使得第一次世界大战蔓延开来,战争打了四个多年头,造成了极大的灾难,夺去了人们无数的生命财产。德国为什么能坚持这么久的战争呢?是什么力量在支持着它呢?
这就是化学,德国人早就对合成硝酸进行了研究。
1908年,德国化学家哈伯首先在实验室用氢气和氮气在600℃,200大气压下合成了氨,产率虽只有2%,但也是一项重大的突破。后由别人提高了产率,完成了工业化设计、建立了年产1000吨氨的生产装置、用氨氧化法可生产3000吨硝酸,利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药TNT。这项工作已在大战前的1913年便完成了。这就揭开了第一次世界大战中的一个谜。
怎样鉴别黄金首饰的真伪
市场上流行的黄金首饰或纪念币中,有一些是仿金制品或伪劣产品。因此,在选购时应特别注意鉴别。常用的鉴别方法有以下几种。
1.查戳记 现在我国厂家生产的黄金首饰均有本厂戳记和含金量字样。
2.掂重量 黄金的密度比银、铜、铅、铝等金属大。体积相同的黄金比白银重40%,比铜重1.2倍,比铝重6.1倍。黄金托在手中掂试时,会感到沉重坠手。
3.看色泽 黄金首饰一般纯度越高,色泽越深,足金为黄中透紫,18K为黄中泛青,14K金为黄中透赤。
4.听音韵 将金首饰扔在坚硬的地上。落地时听其响声。真金发出的声音低闷、厚实、沉重,且声无余音。假黄金的声音脆而无沉闷之感,一般是“当当”的响声,且有余音。真黄金落地时跳动没有假黄金剧烈。
5.试硬度 纯金硬度较小,用手可以弯曲。假黄金用手弯曲时感到坚硬,如果用大头针在饰品上划痕,纯金制品的划痕较清楚。含金量低的饰品,即使能划出痕迹来,也比较模糊。镀金首饰更为模糊。
以上几种方法是简易测试法。为了准确鉴别,可采取下列三种方法。
1.火烧法 把首饰放在火中烧烤,待饰品微红时取出。冷却之后,纯金首饰依旧色泽如新,K金首饰表面则呈现烟灰色的氧化层。纯度越低,颜色越黑。
2.试金石法 选择一种质地细腻的黑色试金石,用含金量不同的金片在试金石上划出痕迹,作出比较的标准,再将所要测试的首饰在同一试金石上划痕,滴上浓硝酸去掉杂物,留在试金石上的痕迹则为饰物的含金量。跟标准对比,找出与痕迹相同的色度,即为所测定饰品的准确金量。
3.化学法 将浓度为70%的硝酸,分别滴在首饰上,保持原样的是真金首饰。发生化学反应的不是真金首饰。
宝石为何绚丽多彩
宝石,七彩纷呈,质朴秀雅。例如,水晶的紫色,孔雀石的绿色、蓝宝石的蓝色,等等。实际上宝石的许多夺目的颜色,从化学的角度来说,就是宝石中含有有颜色的离子。通过化学分析和光谱鉴定,给宝石“打扮”得五彩缤纷的却是些金属。由于它们所含的金属量有多有少。而且有的只含有一种金属,有的含有几种金属元素,因此颜色也就各不相同。象红宝石和墨绿宝石中,都含有金属铬;翠绿色的土耳其玉里面有铜;朱丹色的红玛瑙里面有铁。这些藏在宝石内部的金属的化合物,吸收了光线里的一部分色光,把其余的色光反射了出来,所以,太阳光谱的所有颜色都在各种宝石的身上互相替换着。有些宝石的颜色,还跟它们的原子排列有关。青金石的蓝色,翠榴石的黄绿色,就是由它们结晶内部各个原子的分布规律决定的。
下面列出一些宝石颜色对应所含的离子的颜色。
宝石 所含离子 离子颜色 宝石 所含离子 离子颜色
绿宝石 铬(III)离子Cr3+ 绿色 橄榄石 铁(II)离子Fe2+ 浅绿色
翡翠 铬(III)离子Cr3+ 绿色 黄玉 铁(III)离子Fe3+ 黄色
紫水晶 锰(III)离子Mn3+ 紫色 绿松石 铜(II)离子Cu2+ 蓝绿色
还有些漂亮的宝石,有时却是经过人工染色的。宝石染色的方法很别致。
古时候的希腊人和罗马人,曾用过这样的方法加工玛瑙:先放在蜂蜜中煮几个星期,拿出来用清水洗干净以后再放在硫酸中煮几小时,结果染成了红色或黑色的带有条纹的缟玛瑙。乌拉尔居民的染色方法更是妙,他们把烟水晶嵌在面包里放到火上烘,就得到稀罕的金黄色烟水晶。
今天,随着科学技术的不断发展,人们又邀请了镭射线和紫外线来参加宝石的染色工作。并且宝石已不只是充当装饰品,而更多的作为钟表和精密仪表的轴承材料。
钠和钾的发现
1807年,英国化学家戴维用电解法发现了钠和钾元素。
1806年,戴维开始进行电化学研究。他用250对金属板制成了当时最大的伏打电堆,以便产生强大的电流。最初,他们碳酸钾的饱和溶液进行电解,但并未电解出金属钾,只是把水分解了。1807年10月6日,戴维决定改变做法,电解熔融的碳酸钾。但是干燥的碳酸钾并不导电,所以必须将碳酸钾放在空气中暴露片刻,让这的表面上吸附少量的水分,它就有了导电能力,然后将表面湿润的碳酸钾放在铂制的小盘上,并用导线将铂制小盘与电池的阴极相连。一条与电池阳极相连的铂丝则插在碳酸钾中,整个装置都暴露在空气中,通电以后,碳酸钾开始熔化,表面就沸腾了。戴维发现阴极上有强光产生,阴极附近产生了带金属光泽的酷似水银的颗粒,有的颗粒在形成后立即燃烧起来产生光亮的火焰,甚至发生爆炸;有的颗粒则被氧化,表面上形成了一层白色的薄膜。戴维将电解池中的电流倒转过来,仍然在阴极上发现银白色的颗粒,也能燃烧和爆炸,戴维看到这一惊人发现,欣喜若狂。他把这种金属颗粒投入水中,开始时它在水面上急速转动,发出嘶嘶的声音,然后燃烧放出淡紫色的火焰。他确认自己发现了一种新的碱金属元素。由于这种金属是从钾草碱(草木灰)中制取的,所以将它命名为“钾”。
接着,戴维采用同样的方法电解了苏打,获得了另一种新的碱金属元素,这就是“钠”。
1807年11月19日,戴维在学术报告会上公布了发现钾、钠的经过。暴风雨般的掌声和热烈的祝贺使戴维感到自己的辛劳是值得的,心中充满了幸福。
怎样除去衣物上的血渍
衣服上沾了血渍,应立即放入冷水中洗涤。因为血液未凝固时,血红素中的铁是以亚铁形式存在,能溶于水。时间久了,血红素里的亚铁(Fe2+)被氧化成为三价铁(Fe3+),并与蛋白质共同凝固,沾在织物上形成血斑就难于洗掉。所以刚沾上血渍后,应立即用冷水清洗(千万不能用热水,因为血液遇热凝固),然后再用肥皂或10%的碘化钾(KI)溶液清洗,即可清除。
如果衣服上的血渍已经凝固成为陈迹,应该先用冷水进行长时间浸泡。搓洗,除去表面污垢。要除去纤维间的血渍,可以用加酶洗衣粉继续浸泡、搓洗。加酶洗衣粉中的碱性蛋白酶可以将血渍中的蛋白质松弛、解体,从织物上剥离。然后再用10%~15%的草酸溶液搓洗1~2分钟,因为草酸是还原剂,能将不溶于水的三价铁还原为能溶于水的二价铁。再用清水洗涤就可以将污渍清除干净。
洗涤陈旧的血渍,也可以先用冷水长时间浸泡。搓洗后,再用10%的酒石酸溶液揩拭沾污处,或用10%的氨水揩拭沾污处。最后用清水洗净。
砖瓦为什么呈现不同的颜色
当你看到楼房有的是用红砖砌成的,有的则是青砖砌成的,可曾想过为什么同样的砖坯有的能烧成红砖?有的能烧成青砖呢?
说来也简单,烧制砖瓦的粘土中含有二价铁盐,粘土做成砖坯,送到窑内大火烘烧,然后熄灭,自然冷却。此时窑内空气流畅,氧气充足,二价铁盐被氧化成三氧化二铁,由于三氧化二铁是红色,所以得到的就是红砖瓦。
青砖瓦是怎样烧制的呢?实际上,青砖瓦的生产只是比红砖瓦的生产多了一道工序。待砖坯烧透后,从窑顶向下不断淋水,当水遇到红热砖瓦变成水蒸汽,碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳。这些还原性气体能把砖瓦中红色的氧化铁还原成黑色的氧化亚铁或四氧化三铁。同时,没有燃烧的黑色碳颗粒也渗入砖瓦粘土颗粒间隔之中,结果烧出来的砖瓦就呈青灰色。
黑火药
黑火药是我国古代的四大发明之一。我国隋末唐初的医学家孙思邈,在他所著的《丹经内伏硫磺法》一书中写到:取出硝石,硫磺各二两研细,再加上三个炭化皂角子,这样就能燃起焰火,这大概是我国最早配制火药的方子了。许多事实证明,在唐朝(公元618-907年),我们的祖先已发现火药了。
黑火药是木炭粉、硫磺粉和硝酸钾粉末的混合物,在混合物中,三种成分的质量分数大约为:硝酸钾75%,木炭15%,硫磺10%。燃烧时发生的主要反应为:
S + 2KNO3 + 3C K2S + N2↑+ 3CO2 ↑
在反应方程式中,三种反应物系数(按国家标准规定应叫做化学计量数)之比1:2:3,为便利于记忆可称为“一硫二硝三木炭”。
由于点燃时,三种物质剧烈反应,产生大量气体并放出大量热。在有限的空间里,气体受热迅速膨胀引起爆炸。在爆炸时,固体生成物的微粒分散在气体里,所以产生大量的烟。
在军事上,黑火药广泛地用作点火药和传火药。在民用方面用于制造节日用的焰火和爆竹,还用于采石、伐木和矿山的爆破。
安全火柴
我们经常使用的火柴称安全火柴。火柴盒的侧面涂有红磷(发火剂)、三硫化二锑(Sb2S3,易燃物)、粘合剂等;火柴头上的物质一般是KClO3、MnO2(氧化剂)和S(易燃物)等。当两者摩擦时,因摩擦产生的热量使KClO3分解,产生少量氧气,使红磷发火,从而引起火柴头上的易燃物(如硫)燃烧,这样火柴便划着了。安全火柴的优点是红磷没有毒性,并且它和氧化剂分别粘附在火柴盆侧面和火柴杆上,不用时二者不接触。
不锈钢的主要成分是什么
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高,不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观,不易污染、不生锈,因此受到人们的青睐。
不锈钢为什么在空气中耐氧化,而又耐酸碱腐蚀呢?这是因为不锈钢中除铁以外,还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13%以上,镍的含量也在10%左右。例如,有一种不锈钢的成分除铁以外,其他元素含量如下:
Cr(铬)17.0%~19.0%; Ni(镍)8.0%~11.0%;
C(碳)≤0.14%; Si(硅)≤0.80%; Mn(锰)≤2.00%;
P(磷)≤0.035%; S(硫)≤0.03%。
我国古代高超的合金生产技术
春秋时期的《考工记》一书中,提出了配制不同青铜器的6种铜锡比例,称为“六齐”规则,这是世界上最早论述合金成分的著作。书中把所有青铜器归纳成6大类,每类的含锡量依次递增,使合金的性能和色泽发生变化,以适合不同方面的用途。“六齐”规则是“六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”近年来,有关人员检验了600多件古代青铜器,成分都很合理。古代没有任何分析手段,却能将青铜器的成分掌握得如此准确,令人惊奇。
著名的商代司母戊大鼎是当时冶铸业的“代表作”。它器型雄伟,花纹瑰丽,重达875 kg,是世界文化宝库的奇珍。
金属陶瓷
随着火箭、人造卫星及原子能等高技术的发展,对耐高温材料提出了新的要求,人们希望材料既能在高温时保持很高的强度和硬度,能经得起激烈的机械震动和温度变化,又有耐氧气腐蚀和高绝缘性等性能。但无论是高熔点金属还是陶瓷都无法同时满足这些要求。
金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体,粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀,成型后在不活泼气氛中烧结,就可制得金属陶瓷。
金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等处。
钠云(人造彗星)
钠云,也叫“人造彗星”,是由处于原子状态下的钠蒸气形成。一些宇宙火箭上装有特制的钠蒸发器,这种蒸发器能使钠迅速蒸发,并在宇宙空间几乎近于真空和没有重量的条件下喷出钠云(即钠蒸气)。钠云在日光的激发下可以产生明亮的橙黄色云雾,同时由于扩散而逐渐变成像彗星一样的形状,所以,也叫“人造彗星”。用照相和光电测量的方法,可以测量到钠云的扩展过程,从而计算出周围物质的密度。同时,在预定时刻发出钠云,使得人们有可能直接对宇宙火箭进行光学观测,可以精确的定出宇宙火箭的位置和运行路线。
化学电光源
初中时,我们了解到,稀有气体在通电时会发出有色的光。比如灯管里充入氩气,通电时会发出紫蓝色光;通入氦气,为粉红色光;通入氖气会发出红光,能穿透浓雾,所以氖灯可用航空航海的指示灯。在石英玻璃管里充入氙气的虹灯,通电时能发出比荧光灯管强几万倍的强光,因此叫做“人造小太阳”,可用于广场、体育场、飞机场等的照明;将碘充入灯泡制成碘
钨灯;将溴化氢充入灯泡制成溴钨灯;将水银充入灯泡制成水银灯都是很好的电光源。
钠用于电光源上,高压钠灯耗电少,发出的黄光波长约为589nm,射程远,透雾能力强,对道路平面的照度比高压水银灯高3倍半,广泛应用于广场、街道的照明。另外,高压钠灯的黄光不会使相纸曝光,因而可用于洗相的暗房做安全灯。
最早的合成塑料
1905年,美国化学家贝克兰有一次将苯酚(石炭酸)和甲醛(福尔马林)放在烧瓶里,以酸作催化剂,然后进行加热反应。他发现烧瓶里的反应物渐渐变成黄色的胶状物,类似于桃树、松树上的树脂,牢牢地粘在烧瓶壁上。贝克兰多次用水冲刷,怎么也洗不掉。后来,他又用高温烘烤,想使它熔融。谁知这一烤,胶状物反而变成了硬块。这情况倒给贝克兰一个启示,他想,这东西既不怕水,又不熄融,岂不可作为一种很好的材料吗?
当时由于电气及仪器设备制造等工业的迅速发展,对新材料的需要十分迫切。为了弄清这一物质的性质,贝克兰又花费了多年的时间进行研制,到1909年,总算有了眉目。因为产物是经过酚和醛反应得来的,形态又类似树脂,所以取名酚醛树脂。它色泽呈淡黄色,不大透明,粗看极象象牙,因此刚出来时,一些商人竞相贩卖。不少人把它当作象牙买进而受骗上当。
贝克兰的功绩在于人类历史上第一次制成了以小分子化合物,用纯粹化学方法合成了塑料。这一材料不仅是合成塑料的鼻祖,而且今天仍有着十分广泛的用途,继续受到人们的重视。
毒品的化学成分
1.鸦片(Opium):黑棕色膏状物。来源于植物罂粟中,当割破罂粟未熟蒴果,即渗出乳状汁液,经日光照射干燥后所形成的黑棕色膏状物就是鸦片。鸦片中含有吗啡等二十多种生物碱,其中吗啡含量最大,约为20%~23%,故鸦片的毒性主要来自吗啡,长期吸食会成瘾,使人体质衰弱,精神颓废,寿命缩短,过量服食会使人急性中毒死亡。
2.吗啡(Morphine):由鸦片中提取而得,常用者为其盐酸盐,盐酸吗啡为白色针状或柱状结晶。吗啡的分子式是C17H19NO3。毒性比鸦片强10~20倍,长期服用使人注意力和记忆力衰退,精神失常,瞳孔缩小,剂量过大会使人因呼吸停止而死亡。对一般成人致死量为0.3g。
3.海洛因(Heroin):海洛因是吗啡的二乙酸酯,分子式为C21H23NO3,它的盐酸盐为白色针状或结晶状粉末,俗称“白面”或“白粉”。毒性比吗啡强5~10倍,一般中毒量为0.005g,出现头痛、呕吐等症状。长期吸食或注射会引起心律失常,肾功能衰竭,皮肤感染,改变个性,导致心理变态,人格障碍,吸用过量则会使人死亡。
4.大麻(Cannabis sativa):俗称火麻,桑科植物,是一年生雌雄异株草本,大麻的雌花株梢称为麻,从麻中得到的油树脂(8%~20%),干固后的膏状物常称“大麻”(Hashish),其主要三种:大麻草、大麻酯、大麻油。最起作用的成分是四氢大麻酚(分子式为C21H30NO2)。大麻是一种古老的致瘾剂,有生理依赖性,长期服用会引起失眠,食欲减退,性情急躁,易发怒,呕吐,颤抖,产生幻觉,使人理解力、判断力、记忆力衰退,免疫力下降,容易得各种疾病。我国刑法明确规定,大麻是一种非法种植的植物。
5.杜冷丁(Dolantin):杜冷丁的盐酸盐又称盐酸哌替啶,分子式是C15H21NO2·HCI,白色晶体,毒性比吗啡弱但人属于禁止滥用的成瘾性 (麻痹性)镇痛药。
6.可卡因(Cocaine):亦称古柯碱,它最早是1859年奥地利化学家从南美及东南亚一带的一种灌木古柯树的叶子中提炼出来的一种生物碱,分子式为(C17H21NO4),其盐酸盐是白色结晶性粉末,是兴奋剂,长期服用会引起偏执狂型的精神病,大剂量服用会刺激脊髓,引起惊厥,严重的可达致呼吸衰竭死亡的程度。
7.冰毒:无色透明片状结晶。冰毒属苯丙胺类兴奋剂,因其原料外观为纯白结晶体,晶莹剔透,故被吸毒、贩毒者称为冰 ( Ice )。由于毒性剧烈,称之为 冰毒 。早在1971年,联合国有关机构就把苯丙胺类兴奋剂列入第一级毒品围之中.苯丙胺原名苯齐巨林(benzedrine),学名1-苯基-2-氨基丙烷,常被简称为苯丙胺.冰毒的成分是甲基苯丙胺。小剂量有短暂的兴奋抗疲劳作用,故其丸剂又有大力丸 之称。又因苯丙胺( Amphetamine )有其译音名安非他明或安非它命之称,故甲基苯丙胺也有甲基安非他明之称。此外,甲基苯丙胺是在麻黄素化学结构基础上改造而来,故又有去氧麻黄素之称。甲基苯丙胺药用为片剂,作为毒品用时多为粉末,也有液体与丸剂。
冰毒可从麻黄素(即麻黄碱)制得,它也可称为去氧麻黄素。冰毒对中枢神经兴奋最强,长期服用,使人的脑机能受损伤,如用量稍大,则引起精神失常,使人强烈痉挛而死亡。
8.摇头丸:主要成分为MDA(3,4-亚甲二氧基安非他明或3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺)。所以它也属苯丙胺类毒品。服用后使人心律加快,瞳孔放大,血压和体温升高,出现呕吐、昏眩、头痛、食欲不振,并且使头颈摇摆不停,最近几年报道大量急性中毒和死亡的病例。
鉴于毒品对人体的严重危害,对精神文明建设的严重摧残和歪曲,我们应该动员全国人民投入反吸毒、贩毒的运动中,开展有效而持续的斗争。可以相信经过我们的努力,一定可以在若干年后,在我国神圣的领土上再创无毒国的辉煌。
汞的发现
早在纪元前,古人就知道和应用了金属汞(Hg),我国商代,人们就已懂得利用汞的化合物来作治疗皮肤癞疾的药剂、颜料。秦代以前人们就掌握了用硫化汞(HgS)来制取汞的技术。据《史记·秦始皇本记》记载,在秦始皇的墓中就灌注了作为“百川江河”的大量水银,而这些水银主要是从硫化汞提炼的。在古埃及墓中曾发现过一小管水银(约在公元前15~16世纪)。在古希腊,人们在公元前七百年也开始采硫化汞以炼取汞。
汞命名的拉丁语意为“液态白银”。英语名称意为“水星”(Mercury)。人们对汞的认识是和我国古代的炼丹术以及欧洲、阿拉伯的炼金术有密切关系。如我国古代学者葛洪,就曾搞了烧丹炼汞的实验。这就势必完成许多化学变化,因此,在《抱朴子》一书中就含有不少的化学知识。如:“丹砂烧之成水银,积变,又还成丹砂”。就是说:硫化汞经加热能分解成汞,汞还能再与硫化合又成为硫化汞。
“大地之子”── 钛的发现
1791年,英国科学家格里戈尔在密那汉郊区找到一种矿石──黑色磁性砂,通过对这种矿石的研究,他认为矿石中有一种新的化学元素。并用发现矿石的地点“密那汉”命名这个新元素。
过了四年,德国化学家克拉普洛特从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种新元素,他用希腊神话中“太旦”族的名字来命名(中文按它原文名称的译音,定名为钛,钛的意思是“地球的儿子”。)。克拉普洛特还特地指出,格里戈尔所发现的新元素“密那汉”就是钛,但在当时找到的,实际上都是粉末状的二氧化钛而不是金属钛。直到1910年,美国化学家罕德尔才第一次制得纯度达99.9%的金属钛,但总共不到1 g。从发现钛到制得金属钛,前后经历了120年,到1947年,人们才开始在工厂里炼钛,当时的年产量只有2吨。到了1955年,产量激增到2万吨。到1972年,年产量达到20万吨。
钛的用途越来越广,日益受到人们的重视,人们称它为未来的钢铁、21世纪的金属。
可燃冰——甲烷水合物
可燃冰外观为无色透明冰状晶体,是一种气体水合物。早在1778年英国化学家普利斯特里(J.Priestley)就着手研究哪些气体可以生成气体水合物,以及生成气体水合物的温度和压力条件。1934年,人们发现,在油气输送管道和加工设备中有冰状固体堵塞现象,经研究证明,这些固体不是冰,而是比冰熔点高的气体分子水合物。当时研究的目的是如何抑制和防止气体分子水合物堵塞管道和设备问题。
1965年,前苏联科学家预言,天然气水合物可能存在于海洋底部的地表层中,后来他们在西伯利亚冻土带发现了天然气水合物。从此,各国政府和科学家对天然气水合物作为潜在的能源,产生了极大的兴趣。
1.天然气水合物的形成与储藏
天然气水合物,或称甲烷水合物,是笼型水合物,属于主客体化合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子,作为主体,甲烷作为客体居于笼中,以范德华力与水分子相互吸引而形成笼型水合物。用X射线衍射等技术已确定不同大小笼型水合物的结构,有呈五角十二面体,有呈五角六角十六面体等。
甲烷水合物形成的条件为:①温度不能太高。海底的温度是2 ℃至4 ℃适合。②压力要足够大。在0 ℃时,只需要3MPa就可形成甲烷水合物。③要有甲烷气源。一般认为,海底古生物尸体的沉积物,被细菌分解会产生甲烷。在上述三个条件具备的情况下,可在介质的空隙中生成甲烷水合物。在常温常压下,甲烷水合物即分解为甲烷和水。1 m3的“可燃冰”可释放164 m3的甲烷,所以,“可燃冰”可看作高度压缩的天然气。
2.如何开采甲烷水合物
天然气是洁净能源,燃烧后不产生二氧化硫、氢氧化物和颗粒物等污染物。甲烷水合物是继化石燃料之后的潜在能源。由于甲烷水合物是分散分布在岩石的孔隙中,难以开采。如果开采不当,甲烷气体逸入大气,将会使地球温室效应大大增强,造成灾难。甲烷在大气中占0.5%,但它造成的温室效应却是CO2温室效应的20倍。
目前提出开采的设想有:(1)热解法;(2)降压法;(3)置换法。因CO2比甲烷易形成水合物,如将液态CO2送入海底,就可置换出笼型水合物中的甲烷。
不管用哪种方法开采,都必须保证甲烷水合物中的甲烷不逸散到大气中,否则将引起灾难性后果。目前,世界各国科学家和我国科学家都在加紧研究这一技术课题。