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第36章 科学技术与环境(4)

在教科书中叙述硫化氢的气味时,往往就写为“臭鸡蛋的气味”,你说是不是有些因果颠倒!硫化氢是一种剧毒性的气体,当空气中混入的硫化氢达到一定浓度时,会使人中毒致死。不仅臭鸡蛋里有硫化氢,在污水沟、废弃的矿井和化工厂等都有可能产生硫化氢。硫化氢逸散到大气中,会造成对大气的污染。工厂的废气如果含有硫化氢,必须经过处理、净化后,才能排放到大气中。

要及时吃完买回的鸡蛋,不要让它变质,更不要让它产生硫化氢,也不要让硫化氢污染我们的空气。

碘酒遇淀粉会变蓝

碘酒是一种含有碘的酒精溶液,其中碘和酒精都有杀菌消毒作用。碘有个特性:当它遇到淀粉就呈现出蓝色。根据这个特性,既可以用碘去检验出淀粉,也可用淀粉检验出碘的存在。

馒头是用小麦面粉制作的,面粉中主要成分是淀粉。用涂有碘酒的手拿馒头,碘遇到馒头中的淀粉,呈现出蓝色,于是在馒头上留下了蓝斑。试问,用涂有碘酒的手去拿面包,当手接触了面包里面的时候,会不会出现蓝斑?应该是会的,因为面包中有淀粉。

镁粉的燃烧

摄影师在光线不好的情况下照相时,为了增加曝光强度,往往会打开闪光灯。在按动快门的一瞬间,闪光灯发出一束耀眼的强光,一闪即逝,照片也拍好了。

人们在光线强度不足时照相底片会感光不足,照出的相片发黑。使用闪光灯后,闪光灯发出的强光使环境和物体的光线增强,增加了底片的曝光程度。有时即使是在夜里,闪光灯发出的强光也可以使照相机拍出清晰的景物。照相机为什么会发出短暂的强光呢?

过去照相机的闪光灯主要靠燃烧镁、铝来闪光。最初,人们将镁粉和氯酸钾混合制成闪光材料。本来,常温下镁与氧气反应是缓慢的,可是高温下,镁粉与氧气反应非常剧烈。人们在使用闪光灯时,镁粉在氧气中剧烈燃烧,产生大量的热,放出耀眼的白光。高温下氯酸钾分解产生的氧气加速了镁粉的燃烧,整个反应时间不超过0.1秒钟。不过,镁粉的价格较贵,且燃烧镁不安全,人们又发明了燃烧铝粉的闪光灯。人们将铝箔和氧气密封在一个玻璃容器里,照相时,铝箔受热与氧气发生反应,生成白色氧化铝固体,发出强烈的白光,使底片充分曝光。同镁粉类似,铝箔制成的闪光灯闪光时间也不超过十分之一秒。由于这些闪光灯是靠燃烧镁、铝发光的,因此这样闪光灯就必须换燃料。

现在用的闪光灯都是电子闪光灯,它与过去的闪光灯不同,不是靠镁粉、铝箔的燃烧发光的,它是靠照相机中电池的电能转化而来的光能发光,因而,电子闪光灯可以连续使用。电子闪光灯闪光的时间更短,仅有千分之一秒,难怪闪光灯会一闪即逝。

枕木防腐

早期铁路上枕木都是木质的。尽管它们都是木材,但由于不易腐烂,因而寿命很长。为什么枕木不易腐烂呢?

木头之所以会腐烂,是因为木腐菌在作怪。由于木材中会有木腐菌赖以生存的营养,因而木腐菌就可以吸收这些营养,破坏木材的内部组织,导致木材腐烂。如果枕木像其它木材一样也容易腐烂,是相当不利的。你可以设想一下:如果枕木很快腐烂了,绵延几千公里的铁路会是什么样子呢?恐怕只有换枕木的份了。为了解决这个问题,人们想了很多方法防止木材腐烂。

人们最早的木材防腐办法是将木材表面烧黑,使它表面碳化,由于碳的化学性质不活泼,且不是木腐菌的营养物质,因而保护了木材的内部组织,达到了防腐的目的。即使现在,我们也经常用这种方法防止木材腐烂。后来,人们采用很多方法防止木材腐烂。其中使用较普遍的有两种方法:一,在木材表面上涂上一层防护漆,这种方法古已有之。十三陵建筑中的木料都涂了一层漆,虽然经历了400到600年的风风雨雨仍然没有腐烂,防腐漆功不可没。目前市场上有很多种木材防腐漆。另外一种木材防腐的办法是采用化学药剂。

铁路枕木的防腐办法是用化学试剂浸泡。常用的木材防腐剂有氟化钠、硫酸锌、水玻璃、五氯酚钠等。氟化钠是一种较早的木材防腐剂,它是一种很强的杀菌、杀虫剂。硫酸锌是一种比氟化钠略好的防腐剂,它不但可以杀菌,而且易渗入到木材内部,因而防腐效果较好。水玻璃(硅酸钠的水溶液)也是一种常用的木材防腐剂。枕木用水玻璃浸过之后,枕木会变得比原来更加坚硬,不但可以防腐,还可以防火呢!目前通用的木材防腐剂是五氯酚钠。

现代社会铁路事业更加发达,枕木的需求量也越来越大,木质枕木难以满足要求。现在,木质枕木已悄悄被钢筋水泥枕木所代替,由于水泥枕木价格低、不腐烂,且避免了大片森林的被砍伐的命运,因而受到人们欢迎。

沼气

夏季,当你走过池塘时经常会看到有气泡从塘底冒出。假如你用一根木棍搅动池塘的底部,就会有较多的气泡逸出。这些逸出的气体就是沼气。

如果你一手拿一个装满水的瓶子,倒扣在池塘的水里,另一手拿一根木棍在塘底搅动,就可以将这些气体收集起来;如果你用一根细玻璃管将气体导出点燃,它会燃烧,发出淡蓝色火焰。

沼气,又叫坑气,它的主要成分是甲烷,甲烷是一种无色、无味、极难溶于水的气体,比空气轻,是自然界中最简单的有机物。甲烷还是煤矿坑道中瓦斯气的主要成分。在一些地方的地底下埋藏着大量的沼气,人们习惯上称它们为天然气,天然气的主要成分也是甲烷。按体积比计算,天然气中一般含有80%-97%的甲烷。所有的这些气体,都是植物残体在隔绝空气的情况下由某些微生物的发酵作用而形成的。

除了植物残体外,人畜粪便、杂草、垃圾经密闭发酵后也可以产生沼气。沼气是一种重要的燃料,在通常情况下,1公斤沼气完全燃烧放出的热量同1公斤无烟煤燃烧放出的热量相当。如果沼气应用于实际生活的话,可以很好地解决农村的燃料问题,改善农村的环境卫生,提高肥料的质量,对开辟新能源和发展农业生产等方面都有重要意义。

以我国有些农村为例,一家农户建一个6-8立方米的三结合沼气池可以供一个小家庭10-11个月的炊事燃料,增加15吨优质肥,其发酵液可以用于养猪、养鱼、浸种、浇灌农作物,其渣可以用来栽培食用菌,沼气池把农村大量粪便、垃圾密封发酵,既净化了环境,又消灭了寄生虫,真可谓一举多得。

在工业上,人们将天然气作生产炭黑和橡胶工业的原料,也可以用于制造颜料、油墨、酒精等。我国有丰富的天然气资源,这些资源是大自然留给我们的宝贵财富。

工程塑料

塑料是在一定的温度和压力下可塑成型的合成高分子材料。如今塑料制品已经进入千家万户,由于塑料制品轻巧、美观、耐酸、耐碱、不蛀、不霉,且价格低廉,因而受到人们的普遍欢迎。

按照塑料的性能和用途分,可以将塑料分为通用塑料、特种塑料、增强塑料和工程塑料等,其中最为常见的是聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等通用塑料,它们约占塑料世界的80%以上。由于我们与通用塑料的接触多,因而人们比较熟悉它。可是对工程塑料来说,由于人们用的较少,因而较陌生。什么是工程塑料呢?

工程塑料是可作为工程材料和代替金属用的塑料。常见的工程塑料主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS塑料等。它们都是通过缩聚反应或共聚反应制成的。与一般塑料相比,工程塑料的耐热性、抗冲击性、抗疲劳性以及耐酸、耐碱、耐磨的性能更为突出,有些方面的性能甚至超过了金属。例如,聚甲醛的力学、机械性能与铜、锌相似,可以用它作汽车的轴承,使用寿命比金属强一倍,它还可以用来做其它零配件如齿轮等。有的工程塑料的强度大,超过钢铁和其它金属材料,例如以聚碳酸酯为主要材料的玻璃钢的强度比合金钢大1.7倍,比钛钢大1倍,由于强度大,常用它来制造汽车、战斗机的一些部件,聚碳酸酯除了可以替代金属外,还可以替代玻璃、木材等。再例如ABS工程塑料,是由苯乙烯、聚丙烯腈、丁二烯按一定比例共聚成的,它具有苯乙烯的光泽性、良好的成型加工性,又具有腈纶的刚性、耐化学腐蚀性、耐油性,还具有丁二烯的橡胶韧性和耐冲击性。因此,ABS工程塑料已经被广泛应用于家用电器、家具、建材等各个方面。可以说,工程塑料在我们的日常生活中起的作用已越来越大。目前,工程塑料的价格仍较贵,但是由于它的原料主要来源于石油,因而有着广阔的发展前景。

稀硫酸和浓硫酸

你相信吗?同样一小块铁片,如果是放入稀硫酸中很快就会被“吃掉”,而放入浓硫酸中却安然无恙,实验结果表明这是真的。你大概没有想到都是硫酸还会有这么大的差异吧?工厂里生产出来的一般是浓硫酸,浓硫酸用水稀释后就变成稀硫酸。这步稀释操作看似简单,却很容易出危险,如果把水倒进浓硫酸,就会像水滴入滚烫的油锅里一样,顿时沸腾起来,四处飞溅。正确操作是必须把浓硫酸慢慢地沿着器壁倒入水中,并不断搅拌。

那么浓硫酸和稀硫酸性质上究竟有什么不同呢?浓硫酸相对于稀硫酸而言有三大特性:强氧化性、吸水性和脱水性。而稀硫酸最重要的性质就是具有酸性,当把比较活泼的金属铁放入稀硫酸中时,立即产生大量气泡,铁片很快变小,一会儿就不见了。当把铁片放入浓硫酸中时,由于浓硫酸有强氧化性,它能把铁氧化,使铁表面生成一薄层致密的氧化物保护膜,阻止内部的铁继续跟硫酸起反应,所以看起来安然无恙。铝遇冷、浓硫酸也会发生钝化,另外铁和铝遇冷、浓硝酸也会产生类似现象。但如果改变条件,不是常温,而是加热条件下,铁和浓硫酸也会剧烈反应,产生大量气泡,只是所发生的反应仍跟铁与稀硫酸的反应不同。

利用钝化现象,就可把工厂里生产出的浓硫酸用铁罐来贮存。当然,在贮存浓硫酸时还要注意密封。因为浓硫酸还有吸水性,时间长了,浓硫酸会慢慢变稀,稀至93%以下时,就会慢慢腐蚀铁罐。

交通运输

高速公路

高速公路对车辆行驶速度的限制,与一般公路正好相反。一般公路上的车速限制在每小时40-60公里,而高速公路要求汽车时速应达到110公里。因此,乘汽车在高速公路上行驶,可以节省时间一半左右。

为保证车辆能高速行驶,高速公路除造得坚固、耐用、平整、防滑外,还做成双向、宽阔、全封闭式的。高速公路通常有4至8条行车道,往返各一半。中间设4-6米的“中央分隔带”,种植灌木或设置栏杆。一方面把不同方向的通道分开,另一方面也防止夜间对面开来汽车的车灯炫花司机的眼睛。公路两侧设有“紧急停车带”,供行驶中出故障的车辆临时停放。

高速公路有专门的出入口,非机动车、老旧慢速的交通工具以及禽兽等一概不能上公路,在公路的最外面用金属棚网阻拦,实行全线封闭。在与其他公路交叉的地方都设有“互通式立交”,所有汽车都从这里进入或离开高速公路。这种互通式立交每隔50公里设置一个,里面有收费站、加油站、车辆维修站、休息室、商场、餐厅、游乐场和旅馆。还有起交通警察作用的“电子监控中心”,里面有闭路电视和有线、无线通讯设备。另外,每隔一定距离就要设跨线天桥或地下通道,供行人和自行车过“马路”。

这样的高速公路可使车辆以很高的速度独来独往,但是还不能保证安全可靠,工程师们还得为它设计电子的“五官”。在高速公路上用鲜明清楚的标志牌和路面标识,作为“指挥棒”,给车辆指路。它常用直升机、电视摄像机或巡逻车来充当“耳目”,将监视的信息传送给监测中心的电子计算机,经过电脑分析处理,把确定的措施信息传给“嘴”——可变标志显示出来,或通过无线电广播,告诉司机采取应变措施:“前方有事故应绕行”、“暴风雨来临,限制车速”,“前面交通拥挤,暂时关闭入口”等。

一条高速公路的运输量,相当于5条铁路的运输量。高速公路还可以大幅度降低汽车运输成本,是通向现代化之路。

铁路

铁路是从马车轨道发展起来的。16世纪中期,英国为了运煤和矿石,用木头做成轨道,让马来牵引车辆。1825年,英国的达林顿铁蹄营业后,不用马车而采用斯蒂芬森的蒸汽机车,遭到当时马车业主的竭力反对。直到1829年,斯蒂芬森儿子改进的“火箭号”机车在与马车比赛中取胜,才用火车取代了有轨马车,使英国真正进入铁路时代。

铁路是由碎石作路基,用轨枕和两根平行钢轨铺筑构成。钢轨间有特定的标准宽度,国际标准轨距是1435毫米。铁路轨枕多用木材,经过化学防腐处理,平均可使用30余年。因木材价高,我国和许多国家已改用混凝土轨枕,也有的用钢铁轨枕。现代的铁路钢轨为平底,横断面成T形。通常铁路就是由一根根长12.5或50米的钢轨铺成,为了列车行驶平稳,减少噪声,现代铁路又出现焊接长轨。它将标准钢轨先焊接成长约400米的长轨,铺轨时再依次焊接,可长达数公里。

铁路的基本特点是具有导向性。另外,由于车轮在钢轨上的滚动摩擦非常小,在功率相同时,火车的载重约为汽车的10倍。铁路和其他运输工具相比,具有很多独特的优点:一是装载量大,如果一列火车挂15节车厢,它的运输量相当于近200辆汽车;二是火车的运行速度快,受气候影响小;三是大型设备和货物都能装得下,拉得走;四是运输距离远,只要有铁路铺设的地方,它可以不分昼夜地持续运输。但是,短途运输还是汽车成本低,灵活机动。

我国最早通车营业的铁路是1876年在上海建筑的淞沪铁路。这是一条窄轨铁路,第二年就拆毁了。1881年在唐山至胥各庄建成的唐胥铁路,是我国第一条标准轨距铁路。

汽车

汽车是由动力牵引车发展起来的。法国路易十四世时,炮兵大尉丘尼约奉命研制大炮的牵引车。他经过两年的努力,制成一辆木制三轮车,采用蒸汽机作动力,可乘坐4人,时速9.5公里,成为历史上第一部“自动车”。

从那以后,人们不断探索改善自动车的性能和外型。1826年,勃朗在英国制造成功世界上第一辆内燃机汽车,它有两个汽缸,不仅能在平坦的大道上奔驰,而且还能翻越陡坡。

但是,最先制造实用汽车的是德国人奔驰。他经过多年反复试验,制成了第一辆“汽车”。这辆车重254公斤,时速为13至16公里。这辆自动车制成后,由于官方阻挠,一直无法正式试车。他的妻子知道后,发动车子满街跑了一圈,惊动了周围的人,不久就获得了专利权。由于后来的自动车多装用汽油机,人们就称它为“汽车”。德国慕尼黑科技博物馆还保存着这辆汽车,并标有说明牌:“这才是第一辆汽车。”

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