登陆注册
10653700000005

第5章 化学ABC(3)

贝克勒尔的研究引起了居里夫人的注意。她与丈夫彼埃尔·居里经过艰苦工作,终于在1898年发现了两种新的元素——钋与镭,它们能够发出比铀更强的放射性射线。于是,人们把铀、钋、镭等能自发放出射线的元素叫做放射性元素。不久,一些天然的和人造的放射性元素,随着科学技术的发展也逐渐被人们一个个地发现。

放射性元素发出的看不见的射线是非常厉害的,当它的强度超过一定程度时,能杀死细胞、损害身体。贝克勒尔自己就吃过“苦头”:一天,他出去讲演,顺手把一管镭盐装在口袋里。可是,过了许多天以后,在曾靠近镭管的皮肤上出现了红斑,原来是镭的射线灼伤了他的皮肤。彼埃尔·居里为了探索放射性元素的秘密,曾拿自己的一个手指做实验:让手指受放射性射线照射,起初发红,随后就出现了溃疡与死肉,经过几个月才痊愈。居里详细地记述了这一切。

除了镭以外,现在人们常用钻-60、碘-132、磷-32等放射性元素的射线,来治疗肿瘤病。人们还利用这些放射性元素作“示踪原子”:如果内服或注射极少量的放射性元素,这些射线就能透过身体的表层组织,向外边的“放射性射线指示器”报告它在什么地方。于是,医生就可以知道,你什么地方有病变。放射性物质不仅能用来治病,还可用在生产上,例如示踪原子可以用来测定炼钢过程的时间、合金的结构、水管检漏、勘探地下水等等。

水是什么

春宵秋夜,碎雨敲窗,淅淅沥沥,从天而降的水,是雨水。

雨水聚积到江河湖泊中,就称河水或湖水。

河水、湖水到了自来水厂,经过加工,就变成清洁的自来水。

江河的水,注入浩瀚的海洋,就是海水。

在山区,从地下涌上来的水是泉水。

离江河湖泊远的村庄,就得凿井而饮,从井底潺潺流出的水,称井水。

水的名目那么多,其实都是一种东西,只是来源不同,里面含的杂质多少不同而已。

天天和水打交道,水是什么东西呢?

水的真面目第一次被人们识破,是十八世纪中叶。那时,英国有个化学家普利斯特利,常常爱给朋友们表演魔术:他拿了个“空”瓶子,在朋友们面前晃了几下,然后,他敏捷地把一支点着的蜡烛移近瓶子。

“啪!”震耳欲聋的一声,朋友们给吓了一大跳。瓶口吐出了长长的火舌,但立刻又熄灭了。

原来,这位魔术师在瓶子里早已装满两种没颜色的气体——氢气与空气。氢气有个脾气,它与空气混合后一烧起来,就会发出巨大的声响——“爆鸣”。这种混合气体,在化学上叫做“爆鸣气”。

普利斯特利给好奇的朋友们,表演了很多次这种逗人的魔术。但是,这位化学家始终没有注意到,他变完把戏的瓶子里,还住着一位神秘的“客人”。

终于有一次,普利斯特利的目光,在瓶壁上停留了很久:咦!瓶壁上有不少水珠!这在当时,确是个不解之谜,也是件非常惊人的事儿。

普利斯特利起初还不相信,以为自己的瓶子本来就没擦干。于是,他用干燥的氢气、干燥的瓶子,重新一次又一次开始耐心地进行试验。

一次又一次的实验证明:氢气在空气中燃烧(与氧气化合)后,就变成了水。换句话说,水是由氢与氧组成的。不少科学家继续研究,终于证明一个水分子里,含有两个氢原子和一个氧原子。

为了揭开水的秘密,后来人们用“拆开”的办法,证实水是由氢和氧两种元素变出来的。

怎么拆法呢?办法很有趣。

在一盆水里,先加进几滴硫酸。接着把干电池的两个电极上的铜丝,插进水中去。一个有趣的现象就出现了,两个电极都有气体冒出来。

把从阴极出来的气体用下方排水集气法收集在小试管中,用火一点,就有淡蓝色的火焰烧起来。若把它充进气球中去,气球就会冉冉升上高空。这是什么气体呢?你一定会说:是氢气。

从阳极出来的气体可不一样,它不会燃烧,但能帮助燃烧。把一根将熄未熄的火柴,投入这气体,火柴立刻会冒出强光,炽烈地烧起来。这是什么气体呢?这是氧气。

电流通过水中,两个电极不断冒出气体,而水却慢慢减少,一直到剩下几滴硫酸为止。这个有趣的玩艺,就是电解。

在水中放几滴硫酸是什么意思呢?原来硫酸充当了拆散水分子中的氢和氧的“角色”。

水分子被拆开,得到氢气和氧气。从拆开的结果来看,证实了一个水分子的确是由两个氢原子和一个氧原子组合而成的。

水的性情非常安静。氢和氧一级结合成水,就不愿轻易分开。把水加热到2000℃,1000个水分子中,也只有18个分子被分解成氢和氧!

重水是水吗

冰在0℃开始融化。这是大家都熟悉的事儿。

然而,世界上竟而有“热冰”——它在3.8℃方才融化!

是不是结成这种冰的水不纯呢?不,这是道道地地的水,但又与普通的水不一样,它叫重水。

重水是水。普通水的分子,是由一个氧原子与两个氢原子组成的。重水的分子,也是由一个氧原子与两个氢原子组成。重水与普通水的不同,只是在于组成重水的氢原子不是普通的氢原子,而是重氢,学名叫做“氘”。重氢也是氢:普通氢原子的原子核,是由一个质子组成的,而重氢的原子核除了有一个质子外,还多含有一个中子。1升重水比1升普通水大约要重105.6克。

在外貌上,重水与普通水差不多,都是没颜色的、透明的、流来流去的液体。但是,它俩貌似神离,脾气可大不相同:如果你用重水养金鱼的话,鱼儿没多久就肚皮朝天地死去了,喝了重水的老鼠,也会很快丧命;普通的水在100℃就沸腾了,重水在101.4℃才沸腾;盐类在重水里的溶解度比在普通水里要小些;许多化学反应进行的速度,在重水里也要比普通水里慢一些。

更奇怪的是:当用电流电解水时,普通水的分子很容易被电流“拆开”成氢气与氧气,从两极跑掉。而重水几乎不会被电解!

在大自然中,普通的水大约有140万万亿吨那么多,重水却很少,在100吨水里大约含有17公斤重水。现在,人们就是利用电流来大批大批地电解水。久而久之,因为重水不易被电解,电解液里重水的浓度便越来越大,最后把电解液蒸馏一下,就制得了很纯的重水。这样,制备重水常常要消耗掉大量的电能,提炼1公斤重水比熔炼1吨铝所需的电能还大3倍!

在大自然中,重水的分布是很不均匀的:雪、雨水与地表面的水里,重水很少。然而,在一些动植物体中,特别是一些矿物(如变质绿泥石)中,重水的含量却较多。

尽管为了得到一丁点儿的重水,要付出巨大的电能,人们还是大批大批地电解水来制备重水,而且即使这样做,重水仍然感到供不应求呢!

这是为什么?

原来,重水在现代原子能反应堆里,是一位非常重要的角色——减速剂。在所有的减速剂中,要算是重水最好了,因为它几乎不吸收中子。

重水是在1932年才第一次被人们发现。短短的四十多年间,它成了一位非常重要的“人物”。在将来,重水将越发重要,人们称它为“未来的燃料”,因为重水是热核反应的“燃料”,是一种取之不尽,用之不竭,而释放出来的能量又是异常巨大的好“燃料”!

“干冰”是冰吗

在美国的得克萨斯州,曾经发生过一件奇怪的事:有一次,几个地质勘探队员去勘探油矿。

他们用钻探机往地下打孔,钻到很深的地方。突然,地下的气体以极高的压力,从钻孔里冲了出来。顿时,钻孔口喷出了一大堆白色的“雪花”。好奇的地质勘探队员们上前滚雪球,结果,手上不是起了泡就是变黑了。

原来,那“白雪”不是雪,而是“干冰”。干冰不是冰,因为它不是由水凝结成的,而是由无色的气体——二氧化碳凝结而成的。

如果把二氧化碳装在一个钢筒里,再一加压力,它就变成水一样的液体了。如果温度更低一些,那它就变成白色的东西,宛如冬天的雪花,这就是干冰。不过,它比雪更细一些,并且,千万不能直接用手去拿,因为它的温度低到-78.5℃以下,会把手冻伤的。冻伤后,皮肤上出现黑色的斑点,过几天就开始溃烂。

要是你把干冰放到房间里,它很快就会销声匿迹,变成了二氧化碳气体,逍遥于空气之中。这是因为干冰在常压下,不会呈液态,它在吸收热量后就直接转变为气态,这种过程称为升华。

有趣的是,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,空气里的水蒸气就会凝结成雾。利用干冰的这个特点,拍电影的时候,在周围撒点干冰,就可以造成云雾绕绕的景象。另外,在必要的情况下,从飞机上往云朵里撒干冰,还可以进行人工降雨哩。

地壳中最主要的元素

地壳中含量最多的元素是氧。

纯氧只存在于大气之中,约占空气总体积的21%,氧在地壳中的含量更多,竟占地壳总质量的48.6%,是地壳里最多的元素。

但是,氧在地壳里不是以纯氧的形态存在的,它与好多元素化合,构成化合物,例如氧化铝、氧化硅、碳酸钙……它们都是土壤和岩石的主要成分,氧为什么能生成那么多化合物呢?这是因为氧的性质很活泼,就好象一个人善于广交朋友一样,氧的朋友多极了,它能和许多元素结合成化合物。这些丰富多采的化合物,除了构成土壤、岩石和我们熟悉的水以外,还是许多重要矿藏的主要成分,如磁铁矿是四氧化三铁,石英砂是二氧化硅,锡矿是二氧化锡……

实验室里制造氧,是靠富有氧而又不太稳定的物质分解出氧来。平常用加热氯酸钾(在催化剂存在下)或高锰酸钾的办法来制取氧。

工业上制备氧,主要是用液态空气,在低温下(<-183℃)把空气压缩成液体,利用氧的沸点与其他气体元素不同分离出氧,再在一百多个大气压的压力下,把分出来的纯氧压进钢瓶里贮存起来,成瓶出售。

气体氧是无色的,液体氧呈浅蓝色;在0℃时,100体积水中能溶解约5体积氧气,这对水中的生物有重要的意义,金鱼缸为什么要常换水,就是因为水中的氧是金鱼生存必不可少的。每当换过新鲜的水后,金鱼就会欢快地游动起来,并且大口大口地吸水。

从化学角度来看,呼吸的本质是生物体内的碳和氢与空气里的氧相化合,同自然界里各处进行的氧化过程没有什么两样。登山运动员经常需要呼吸纯氧,因为高山上空气稀薄;危重病人也要呼吸纯氧,因为病人呼吸功能差。

简单地说,氧化就是物质和氧的化合,假如伴随着氧化发出大量的热和光,那就是燃烧。一切氧化过程,在纯氧里都要比在空气中进行得更剧烈,下面的实验可以证明这一点:如果往一个盛满纯氧的玻璃瓶里伸进一支烧红的铁丝,铁丝就会剧烈地燃烧起来,发出麦黄色的火花,如同焰火一样,而常温下铁在空气里是不能燃烧的。

氧是重要的工业原料,气焊需要纯氧,用氧气和乙炔(一种可燃气体)形成的“氧炔焰”温度可达3000℃,那真是削铁如泥,可以顺利地切割厚钢板。炼钢也要用纯氧,在炼钢炉顶吹氧,铁水里过多的碳可以烧掉,生铁就能炼成钢,过多的硅烧成二氧化硅,进入炉渣里除去,钢水就变得更加纯净,钢的质量就能提高。

除了普通的氧气外,还有一种“臭氧”(臭读成xiù,它的分子是由三个氧原子构成的,气体臭氧呈天蓝色,具有特殊的气味,有很强的杀菌力,医院和研究所的无菌室常用它来灭菌消毒。臭氧不稳定,容易自发地转化为氧。

大气中的最主要成员

地球上白天的最高温度和夜晚的最低温度相差不大,就连夏季的最高气温和冬季的最低气温相差也不会超过80℃。月球就不同了,在赤道处中午为127℃,晚上最低可达零下183℃,温差竟有310℃!

为什么地球和月球有这么大的差别呢,主要是在地球上有一层厚厚的大气包围着,调节着气温,而月球上却基本上没有大气。

大气里最多的不是氧而是氮,氮气约占大气总体积的78%,它无色无味,在常温下比较稳定,不爱和别的物质化合;只是到了高温时,它才活泼起来:在闪电中,氮和氧能化合成氧化氮,溶解在雨水里就是很稀的硝酸,然后随着雨水倾泻到大地上。

大家都知道,氮、磷、钾是植物生长的三要素,硝酸就是很好的氮肥,雷雨一年带给大地的氮,约等于四亿吨化肥。二十世纪初,德国化学家哈柏研究成功了用氮气和氢气直接合成氨的方法,开始在工厂里生产氮肥。氨溶于水形成氨水,是速效氮肥;被硫酸吸收后就成为硫酸铵,用盐酸吸收可做成氯化铵,这些都是常用的化肥。氨氧化后还可以制成硝酸,硝酸是含氮化合物中最重要的一员,它是制造炸药、染料和塑料的原料,高浓度的硝酸会发出棕红色的烟气,叫做发烟硝酸,是火箭发射剂的燃料添加剂,当点燃火箭时,它受热分解出充足的氧,供火箭燃料剧烈燃烧之用。

在人体内,氮也是重要的一员。人的身体主要由血液、骨骼、内脏和肌肉组成,而肌肉、血液和内脏里的蛋白质就是氮的化合物。人通过饮食摄取动植物的蛋白质,把它们消化后重新合成人体的蛋白质,充实到血液、肌肉和脏器里。可以认为,蛋白质是生命的基础,它是由氮、氢、氧、碳等元素构成的。没有氮,氢、氧和碳只能合成水和糖类,而水和糖类是不能组成人的肌肤、毛发和血液的。可见,氮是蛋白质的基础,也是生命的基础。

同类推荐
  • 一千零一夜全集(二)

    一千零一夜全集(二)

    《一千零一夜》中文又译作《天方夜谭》。相传在古代印度与中国之间有一个萨桑国,国王山鲁亚尔因为痛恨王后与人私通,就将王后杀死了。此后,国王怀着满腔仇恨,每天娶一少女,第二天早晨就将其杀掉,许多无辜女子惨遭杀害。宰相的女儿山鲁佐德为拯救无辜的女子,自愿嫁给国王,用每夜讲故事的办法,不断引起国王的兴趣,她的故事讲了一千零一夜,不仅自己免遭杀戮,而且把国王也感化了。
  • 成长是一种美丽的疼痛

    成长是一种美丽的疼痛

    我们都渴望长大,但长大就像蛹羽化成蝶一样,有快乐也有烦恼。在本书中,作者讲述如何会管理自己的情绪和时间,克服懒惰和粗心,改掉不良习惯,让你在不断磨砺自己的疼痛中,独立而坚强地成长,摆脱成长中的各种迷惘和烦恼。
  • 安徒生童话

    安徒生童话

    安徒生的童话作品与民间文学有着非常密切的血肉联系,他的作品大多取材于民间故事或引用民间歌谣和传说,继承并发扬了民间文学朴素清新的格调,非常适合阅读与讲述。
  • 中国本土精彩老童话大全集(超值金版)

    中国本土精彩老童话大全集(超值金版)

    中国有神话故事,中国自己的本土神话是丰富多彩的,其种类是多样的,其特色是鲜明的,其内涵是深远的。其故事是精湛的。许许多多的神话故事也是相当有知名度的,许许多多的神话人物也是相当有影响的。宫曙光和张馨编著的《中国本土精彩老神话》在前人的整理基础上,对中国神话重新进行了彻底的梳理,编者将支离破碎、点线分割、散落各地的中国神话彻底地回归到了一个有着基本脉络、基本情节的体系上,以期较完整地献给中国读者。尤其是广大的中国青少年提供一套详实可靠、真正体现中国特色的神话故事读本。一起来翻阅《中国本土精彩老神话》吧!
  • 兽王·黑暗兽王

    兽王·黑暗兽王

    黑暗兽王苏尔,又称毁灭者苏尔,这位几十年前威名响彻地球的强大兽王收到神兽鲲鹏的命令,前往西联邦政府领地狙杀兰虎,抢夺封印鼎,带着自己的三个忠心手下,苏尔出发了。为了掌握兰虎的第一手资料,成功完成任务,苏尔先后和西联邦政府第二号人物沙祖以及新联盟的盟主独孤霸结成同盟……兰虎和风柔遭到袭击后,为了在支援的人手到来之前确保封印鼎的安全,他俩来到了雷欧家族领地中,兰虎原以为在这里能获得保护,但是没想到更大的危险正因为雷克斯的回归而出现……兽王兰虎与堕落的黑暗兽王苏尔之间的较量才刚刚开始,贪狼、鲲鹏、火鸦三大神兽之间的争斗也一触即发……
热门推荐
  • 重生之幽羽冰心

    重生之幽羽冰心

    她,曾是天之骄女:却在最美的年华失去生命,可亲人无情的眼神和话语,才是她心中最深的伤;生命的最后一刻,她才发现——这一世活得太累,死或许也是解脱。当时间逆转,那颗早已冰冷的心是否会再次融化,重活一次的她应何去何从???
  • 隐婚萌妻:总裁,我要离婚

    隐婚萌妻:总裁,我要离婚

    为躲避父亲安排的商业联姻,她找了一夜惊喜的对象做老公。渣姐嗤笑她找另一个穷酸鬼!父亲怒骂她找了个不三不四随便男!然而,当她遇到欺凌,穷酸鬼如天神降临,救她于危难。当旧爱纠缠不休,又是谁在他身边霸道宣称:林先生!小默是我的老婆!终于有一天,某女忍不住疑惑了:你到底什么来头,我今天好像在公司听到他们叫你总裁?某男:宝贝儿,这时候办正事要紧。某女:这么频繁,你就不怕过劳死?!某男面不改色:憋着才内伤!
  • 白沙语录

    白沙语录

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 拥有未来

    拥有未来

    一个从小到大常年吊车尾的废材,既没长相,也没钱权。却无意间得到了远远超出地球文明的科技力量。从此生活发生前所未有的改变,一时间从默默无闻,甚至是毫不起眼,变成了万众瞩目。本以为可以从此衣食无忧天下我有,却不料这种科技力量的拥有者,却不止自己一个人。善者即善,恶者即恶,善恶根本只在一念之间……不知该何去何从,是选着良知,还是欲望……究竟何谓“正”何谓“邪”?一切尽在《拥有未来》
  • 冷情

    冷情

    他,国际顶尖男模,游戏人间,流连众花丛,不沾片叶过!可这次不知咋滴,肿么就碰上硬钉子了?那个死女人不仅连正眼都不看他,还对他爱搭不理?哼,他就不信了,这世界上还有他搞不定的女人!--情节虚构,请勿模仿
  • 看看人家温州人

    看看人家温州人

    哪里有市场,哪里就有温州人;哪里没有市场,哪里就会出现温州人。只要有百分之一的可能,温州人就会以百分之百的努力去做……生意控制了温州人的全部思想。一种生意换成另一种生意,是他们唯一的休息。即使他们偶尔没有考虑他们的生意,那也是想探听一下别人的生意做得怎样……拥有这样的精神,人家温州人能不富吗?
  • 解读人生智慧密码之四:健商保证智慧(上册)

    解读人生智慧密码之四:健商保证智慧(上册)

    本套丛书集当代多家的研究成果于一体,系统地阐述了各种要素对人生历程的影响。
  • 宫主们的复仇之路

    宫主们的复仇之路

    欧阳紫凝,欧阳紫沫,欧阳紫沁三人强势回归,却只为复仇。冷冷的她,火爆的她,可爱的她不知不觉中牵动了三王子的心产生了爱恨情仇,可是三王子却是她们仇人的儿子,她们该何去何从。当揭开一层层面纱,未曾想真相却是如此,等待她们的又是什么呢?三王子又是何许人呢?
  • 江山美人之倾尽天下

    江山美人之倾尽天下

    王爷夫君,要江山还是要美人她宰相府庶出之女,她的父亲为了帮她那位,嫡出的姐姐巩固地位。让她嫁给嗜血狂暴的战神王爷,嫁过去还没过三天,却被活活弄死。她阴差阳错穿越到她身上。这狗血的穿越既然发生在我身上。既然给我一次重生的机会,我怎么好意思浪费呢!金钱美男我通通买单。可命不是你想的那么美好,冥冥之中自有安排。
  • 斩天见日明

    斩天见日明

    剑开两刃,死中求生。挥剑决浮云,斩天见日明。这世上有无情剑,亦有有情剑。有活人剑,亦有死人剑。但剑究竟是什么,还需要人亲身体会才能知道。所以我来到这世上,看到了许许多多的剑与剑客,只是为了搞明白我为何拔剑。