趣味化学(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：[法]法布尔

出版社：中国妇女出版社

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趣味化学试读：

编者的话

由于写作年代的限制，本丛书的内容会存在一定的局限性。比如，当时的科学研究远没有现在严谨，书中存在质量、重量、重力混用的现象；有些地方使用了旧制单位；有些地方用质量单位表示力的大小，等等。而且，随着科学的发展，书中的很多数据，比如，某些最大功率、速度等已有很大的改变。编辑本丛书时，我们在保持原汁原味的基础上，进行了必要的处理。此外，我们还增加了一些人文、历史知识，希望小读者们在阅读时有更大的收获。

在编写的过程中，我们尽了最大的努力，但难免有疏漏，还请读者提出宝贵的意见和建议，以帮助我们完善和改进。

引子

保罗叔叔是一个博学的人，他隐居乡间，每天的生活都围绕着浇花种菜。他的两个侄子和他一同生活，一个是爱弥儿，一个是约尔，两个侄子都十分热爱学习。约尔的年龄大一些，对于学习更加认真，他觉得学校所教授的知识是极为有限的，如果他掌握了文法和数学的学习方法，那么以后学习钻研就可以不必再进学校了。

同时，保罗叔叔也努力鼓励两个孩子的求知心，他总是说：“在我们生命的这场战役中，最好的武器就是我们受过训练的头脑。”

最近几天，保罗叔叔心里常常计划着教两个孩子学一学化学，因为他认为化学是所有应用于实际的科学中最有效用的。

保罗叔叔常常自问：“孩子们将来要成为什么样的人？是成为制造专家、匠人、机械专家、农夫，还是做其他什么事情呢？这是我无法预知的。但是无论如何，有一件事情是我可以确定的，那就是无论他们将来做什么事情，希望他们都能够描述出自己所做事情的原因与原理。换句话说，他们必须掌握基本的科学知识。比如，他们知道空气是什么，水是什么，我们为什么需要呼吸，木柴为什么会燃烧，植物的主要营养素是什么，土壤的成分都有什么……这些基础理论都与农业、工业、医药等有着十分重要的联系。我不想让他们人云亦云地学习某些模糊、零散的知识，我希望他们完全从自己的观察与经验中推理出这些事实。而这个时候，书籍最多只能作为科学实验的一种补充，并没有决定性的作用。但是，我们该如何进行观察与实验呢？”

保罗叔叔开始反复思考他的计划。他发现这个计划想要实施还有着极大的困难，因为他们没有实验室和精细化学仪器。他们目前所拥有的只是一些普遍的、常见的家用物品，比如，瓶、壶、罐、盆、碟、盅、杯等。初步看来，这些家用物品似乎不能胜任一个严谨的化学实验。不过幸运的是，他们的住所离市区很近，如果需要，可以购买一些必要的药品和仪器。但最重要的一个根本问题是：怎样利用这些简单的家庭用品来教授两个孩子有用的化学知识呢？

有一天，保罗叔叔终于对两个孩子说，他想教他们做一个小游戏来让他们的常规功课变得更有趣味。他并没有说“化学”这个名词，因为即使说出来，两个孩子也不懂。他只说了各种有趣的物品和预备要做的各种新奇的实验。孩子的天性是活泼、好奇的，爱弥儿和约尔听了叔叔的话后，都对这些新鲜的东西很感兴趣。

他们问：“我们什么时候能动手呢？明天，还是今天？”

保罗叔叔说：“今天！我们先准备5分钟，然后立刻就开始。”Chapter 1混合与化合证明铁屑

保罗叔叔先跑到附近的锁匠铺，他从锁匠的工作台上拿了一小撮东西，并且用废报纸将其包好。然后，他又跑到药店里买了一些药，也用废报纸包好，拿回了家。实验就开始了。

保罗叔叔打开一个纸包问孩子们：“这是什么呀？”

爱弥儿说：“这是一种黄色粉末，用手指捻这些粉末，会发出一种极轻微的声响，我想这种粉末一定是硫黄。”

约尔说：“没错，一定是硫黄，我们可以用它来做实验。”

说着，约尔就跑进厨房，取了一块烧红的木炭过来，撒了一些黄色的粉末在木炭上面。只见粉末开始燃烧起来，燃烧时的火焰呈蓝色，同时发出一股像硫黄火柴的味道，使人闻后感到窒息。

约尔得意地说：“这样就可以证明这些粉末是什么了。只有硫黄燃烧时的火焰是蓝色的，并且会发出呛人的臭气。”

保罗叔叔说：“是的，这是研磨得很细碎的硫黄末，也叫硫黄粉。现在，你们来看看这又是什么？”

说着，保罗叔叔解开了另一个纸包，里面是一撮金属粉末——这些粉末的表面发出金属样的闪光，让人一看就知道这是一种金属粉末。

爱弥儿说：“这东西很可能是铁屑。”

约尔说：“岂止是可能，它根本就是铁屑。保罗叔叔，这大概是你从锁匠铺拿来的吧？”

保罗叔叔说：“约尔，你虽然猜对了，但不应该这样草率地下结论。我们研究任何问题，在下结论之前都需要经过仔细考察，否则很容易做出错误的判断。就像刚刚的判断，你其实并没有充分的理由能证明这种金属碎屑是铁屑。因为仅从外观上观察，铅屑、锡屑、银屑、铁屑并没有太大的差别，它们都是银灰色的，也都能发出金属光泽。你刚才之所以确定那撮黄色粉末是硫黄，是由于你用炽热的木炭燃烧证明了。但是，你们现在能不能找出证据，证明这些金属屑是铁屑呢？”

两个孩子相互看了看，却没有一点儿头绪。最后，保罗叔叔给了他们一个提示。他说：“你们常玩的那块马蹄形磁铁在哪儿？想想看，磁铁能不能帮助我们解决眼前的问题？我常看见你们用磁铁来吸钉子、吸缝纫针，但是磁铁能吸起铅来吗？”

约尔说：“磁铁吸不起铅来，它能够吸起一把很沉的刀，但是连一小块铅都吸不起来。”“那磁铁能吸起锡吗？”“也吸不起来。”“银和铜呢？”“也吸不起来——我想起来了，磁铁能吸铁，这就是我们要做的实验。好的，让我来试试。”

说着，约尔便两步并作一步，急忙跑上楼，从堆满玩具和书的架子上取下磁铁，又急忙地跑下楼。他把磁铁靠近那些金属粉末，只见磁铁两端各挂着一串像发光的胡须一样的东西。

约尔叫道：“看，这些金属屑都被吸起来啦！我现在可以确定是铁屑了。”

保罗叔叔说：“是的，这些的确是铁屑，是我从锁匠工作台上拿来的。现在，我们既然已经确定这两样东西是什么了，就来进行进一步的化学研究吧！一定要留心观察。”分离混合物

说着，保罗叔叔把这两样东西一起倒在一张大纸上，然后把它们搅拌在一起。

他说：“你们看看，这张纸上放着的是什么？”

约尔说：“太简单了，是硫黄和铁屑混合在一起的东西。”“没错，这种混合起来的东西叫混合物。现在，你们还能从这堆混合物中把硫黄和铁屑分辨出来吗？”

爱弥儿仔细观察纸上的东西，说：“这也很简单，你看这些黄色的物质是硫黄，另外这些闪着金属光泽的物质是铁屑。”“那么，你们能够把它们分离出来吗？”“这有什么难的？只要花一点儿心力和时间就可以。我的视力很好，我可以用针把硫黄剔到一边，再把铁屑剔到另一边，这样它们就分开了。只是这件事情太烦琐，我恐怕没有足够的耐性。”“是的，要把它们完全分开不是一件容易的事情，无论你有着怎样的耐性也不可能完成。然而它们确实是可以分开的。不过，这个小堆好像既看不见硫黄的黄色也看不见铁屑的金属色，只有黄与银灰互相掺杂的灰黄色——如果你没有过人的眼力和熟练的手指，肯定无法把它们分开。但是我知道一定还有其他方法可以分开它们。看看你们两个谁能想出来？”

约尔说：“我想出来了！”他一边说，一边把磁铁的两端（或称两极）在混合物上来回移动。

爱弥儿说：“等等，我也想出来了。刚刚叔叔已经提到磁铁了，所以想到了也不稀奇。”

保罗叔叔对爱弥儿说：“只要能够找到解决问题的办法就很好。而如果能够立刻想出解决方法就更好了。但你也别着急，不久你就可以和约尔一争高下了。现在，我们来看看约尔的方法管不管用。”

约尔继续把磁铁放在铁屑和硫黄的混合物上移动，结果金属屑被磁铁吸引，就像刺毛般地聚集在磁铁上面，而把硫黄撇在了一边。

约尔得意地说：“太棒了！如果这样反复吸，不到10分钟就可以把它们完全区分开。”

保罗叔叔说：“好了，不用再吸了。你的方法确实很不错，既简单又有效。现在，让我们再把铁屑放回到硫黄里。你们使用磁铁来分开这两种物质虽然很便捷，但是磁铁并不是唾手可得的东西。你们能不能再想出一种方法把它们分开？这回就不能用磁铁了。其实有一个极好的方法，不需要用到什么特别的器械——你们想想看，这两种物质中哪一种比较重？”

两个少年化学家同声答道：“铁重。”“假设我们把铁放到水里，它会怎么样？”“它会沉到水底。”“那硫黄呢？——它会怎样？我说的是硫黄粉末，可不是块状的硫黄，因为块状的硫黄也会沉在水底。”

爱弥儿害怕又被哥哥占先，便抢着说：“我知道！我知道！如果把这些混合物一起倒入水中，铁屑就会沉下去，而硫黄——嘿嘿——硫黄——”

保罗叔叔看见约尔好像要插嘴的样子，连忙阻止他：“嗨，约尔，先让你弟弟把话说完。”

爱弥儿红了红脸接着说：“硫黄会浮在水面上——也有可能会沉在水底，但不会像铁屑沉得那么快。”

保罗叔叔嘉许地说：“爱弥儿，我刚刚不是说，你不久就可以和约尔一争高下了吗？看我说得没错吧？你说得很不错，你说话时之所以吞吞吐吐是因为你对于硫黄的状态不十分确定。现在，我来做个实验给你看。”

于是，保罗叔叔盛了一大杯水，抓起一把混合物放到水里，同时用木条搅动液体，等到杯子中的水被搅动得十分浑浊时，他便停下动作，等待结果。没过多久，铁屑因为比较重而下沉到水底，硫黄粉却还不停地在水中兜圈子。然后，他把含有硫黄的混合液体倒在另一只杯子里，又等了一会儿，只见粉末依旧悬浮（即半沉半浮）在水中。此时，铁屑与硫黄已经被分开了，铁屑在第一只杯子里，而硫黄在第二只杯子里。

保罗叔叔说：“你们看，这种方法的效果和刚刚使用磁铁的效果一样，而所需要的用具却更加简单。我们以后要做的也都是这类不需要特别用具就能操作的实验。好了，现在你们已经清楚，利用上面的方法，我们很容易就能把这两种混合物完全分离开来，不过我们现在不需要分离它们了。把我们方才所学得的总结一下，就是：由两种或两种以上的不同物质混合成了一种混合物，它们的混合是可以用各种简单的方法分开来的。放在你们面前的是一堆硫黄和铁屑的混合物，它们可以用磁铁、水，或费一点儿时间和耐性一粒粒地用手分离开来。而现在，我们需要进行更进一步的实验。”人生第一个化学实验

说着，保罗叔叔把铁屑和硫黄的混合物放在一只脸盆里，并往里加了一点儿水，用手指把它们搅拌成糊状。然后，他找出一个无色广口的玻璃瓶，把糊状物倒入瓶中，接着将这个瓶子放到太阳光之下，让它获得一点儿热量。因为正值酷暑，所以依据保罗叔叔的预料，实验很快完成了。

他说：“你们留心看，马上会有神奇的事情发生。”

两个孩子一眨不眨地盯着瓶子看，热切地希望他们人生第一个化学实验能够成功。这个玻璃瓶子里将要发生什么变化呢？他们等了将近15分钟的时间，只见瓶子里原本灰黄色的混合物渐渐转黑，最终颜色变得像煤烟一般，同时有一缕缕水蒸气伴着嗤嗤声从瓶口冒出，而且有少量黑色的物质被喷射出来。

保罗叔叔说：“约尔，你拿着这个玻璃瓶子看，可千万别放手。”

约尔莫名其妙地跑过去把瓶子拿在手里。突然惊叫道：“啊呀！好烫！好烫！”约尔险些没拿住玻璃瓶。他立刻把瓶子放在地上，将身子转向叔叔，好像不小心触摸到了灼热的铁块一般搓着手。接着，他说：“叔叔，怎么会这么烫呢？烫得我简直连一秒钟都拿不住。要是这个瓶子曾经放在火上烧过，我还能想得到它很烫；可是这瓶子从没放在火上加热过呀，谁能想得到它会自己变得这么烫。”

爱弥儿听了这番话，也想自己去试试。他先用指尖碰了碰瓶子，然后勇敢地把它拿在手里，但是他刚刚拿到手里，也像约尔一样立刻放了下来。从他的面部表情看出，他也对这无缘无故就发热的瓶子感到惊奇迷惑。

他想：“这混合物中只加了一些水，水不是燃料，所以不应该会发热，而太阳虽然很热，但是无论如何总不会使瓶子烫得用手都拿不住。这其中的道理，真是想不明白。”我亲爱的读者们，请你记好，保罗叔叔的化学实验将带给你许多不可思议的事情。凡是研究化学的人都仿佛置身于一个崭新的世界当中，睁开眼睛所看见的，都是新奇的事物。但是，你可不能太过慌张，你需要仔细地观察，把所见的事物都记在心里。现在，虽然你可能觉得这些事物看起来神奇莫测，但等到将来，你就会渐渐明白其中的道理了。观察实验结果的方法

接着，保罗叔叔说：“我们已经知道，这个瓶子里的东西显然自己会发热，而且温度还很高，让你们的手都被烫痛了。至于我们刚刚所见到的其他现象，只能认为是使瓶子发热的某些变化的结果。我用来搅拌这些混合物的水已经变成了水蒸气，所以有白色的水雾从瓶口逸出，伴随这些逸出的水雾又有嗤嗤的声音，以及固体物质的轻微爆发。要是我刚才放进去更多的铁屑和硫黄——要是我的混合物不只是一两把，而有一升那么多甚至更多——那么，我们的实验结果一定还要使你们更为吃惊。现在，我要进行一个更加奇妙、有趣的实验。“将适量的铁屑和硫黄的混合物放在一个大的地洞里，在上面浇些清水、堆些湿润的泥土，筑成一个小山丘。当这小丘爆发时，可以像火山一样，小山丘四周的地面会震动，堆起的泥土会裂开许多条缝隙，从这些缝隙中会喷射出缕缕的水蒸气，并发出嗤嗤的声音猛烈爆发，甚至有飞跃的火焰。这个实验被称为人造火山。但是我在这里需要补充一句，真正的火山，其起因和作用完全与这个不一样，不过此刻我们是不需说明二者之间的区别的。你们在空暇的时候，可以使用少量的铁屑和等量的硫黄做一个人造火山来玩。你们所筑的小山丘无论有多小都可以带来许多趣味。至少，它会裂开几条缝隙，射出一些热腾腾的水蒸气。”

爱弥儿和约尔听完后就决定等到空暇时，一定取些铁屑和硫黄粉进行一次人造火山实验。正当他们热烈地讨论着这个计划的时候，玻璃瓶里发生的反应已经渐渐减弱了，温度开始下降，用手摸着也不会觉得烫了。保罗叔叔拿起瓶子，把瓶子里的东西倒在一张纸上，只见那些东西像是煤烟一样的深黑色粉末。

他说：“现在，你们仔细看一看，还能不能找到黄色的硫黄，哪怕只有一点点？”

两个孩子拿出一根针，仔细检查黑色物质，可是一粒硫黄粉末都没找到。他们问道：“硫黄都到哪里去了？我们亲眼看见它被放进瓶子里，所以它就应该在这堆物质里。而且刚刚实验的时候，它也没有跑出瓶子，跑出瓶子的只是一些水蒸气啊！它一定还在里面，不过我们怎么找都找不到，不知道为什么。”

约尔接着说：“我们找不到它是不是因为它已经变成黑色粉末了？现在，我们可以用火来试试，一定能够解决这个问题。”

约尔相信自己已经找到解决这个问题的办法，便跑到厨房拿了一些炽热的木炭，把一撮黑色的粉末撒在上面。但是，他把木炭吹得发红，等了好长时间，却没有看见硫黄燃烧的现象——蓝色火焰，接着他又撒了好几把黑色粉末，结果还是一样。他失望极了。

约尔大声地说：“真是奇怪，硫黄明明在黑色粉末里，却燃烧不起来。”

爱弥儿说：“而且连铁屑也不见了。黑色粉末黑乎乎的，一点儿都没有铁的金属光泽。让我们用磁铁再来试试看能不能把铁屑分离出来。”

说着，他就拿起磁铁在黑色粉末上面来回移动，但是结果却和之前一样，没有任何变化，在磁铁的两极也没有聚集像刺毛般的金属屑。

爱弥儿耐着性子来回移动磁铁一段时间，最终他失望地说：“好奇怪！刚才我们明明看见里面有很多铁屑，但现在不知道为什么连一粒都没有了。要不是我刚才亲眼看着它们被放进去，我一定会说这里面没有铁屑呢。”

约尔表示同意：“可不是嘛！要不是我刚才看见这东西是用硫黄和铁屑搅拌而成的，我一定也会说里面没有硫黄呢。但是，它们明明就应该在里面，现在却变得无影无踪了；这东西明明是用硫黄和铁屑搅拌而成的，现在却找不到一点儿硫黄和铁屑了，还真是不可思议。”

保罗叔叔让他们自己讨论，因为他认为观察是学习的重要方式，努力从观察中得到的结果比从别人那里听取来的印象更为深刻。最后，两个孩子还是想不出方法来拣出硫黄和铁屑，于是，他开始从旁指导两个孩子。初识化合反应

保罗叔叔说：“现在，你们还想把这两种物质一粒粒地分离开吗？”

两个孩子回答：“我们没有办法了，我们再也找不出其中有一点儿硫黄或铁屑的痕迹了。”“用磁铁来试试呢？”“磁铁也没有用，它什么都没有吸起来。”“那么用水来试试看呢？”

约尔说：“恐怕也没有用吧，因为这些黑色的粉末似乎只是一种东西，没有谁轻谁重的分别。但是让我们来试试也好。”

说着，他拿起一把黑色粉末撒到一杯清水里，搅拌之后，黑色粉末一起沉到了杯底，毫无分离的迹象。

保罗叔叔说：“这样看来，用之前的方法已经不能把它们分离开了。而且，这些黑色粉末的外观和性质已经完全改变了，如果先前不知道它们是用什么东西来合成的，你们一定不会想到其中有哪些物质存在。”

孩子们说：“是啊，谁能想到这东西是由铁屑和硫黄合成的呢？”

保罗叔叔接着说道：“我刚刚说过，这些黑色粉末的外观已经改变了：硫黄本来是黄色的，铁屑本来是银灰色的，然而这两种物质结合之后，在外观上既观察不到黄色，也观察不到银灰色，而是变成了深黑色的。同样，它们的性质也改变了：硫黄本来容易燃烧，燃烧时火焰呈蓝色，放出使人窒息的带有臭味的气体，但是这些黑色粉末却不能燃烧；铁本来能被磁铁吸引，但是这些黑色粉末却不被磁铁吸引。所以我们可以断定这种粉末既不是硫黄也不是铁屑，而是另外一种性质截然不同的物质。“我们应该把这种物质称为硫黄和铁屑的混合物吗？不能，因为我们无法用任何简单的方法鉴别出它的成分来，而且它的性质也与之前的两种物质并不相同。像这样的一种结合方式，比我们知道的所谓‘混合’更为紧密，这在化学上称为‘化合’。”“混合”让物质的各个成分保留着原有的性质，“化合”却使各个成分失去原有的性质而表现出某种新物质的新的性质。“当几种物质混合后，我们往往能够用简单的方法把它们分离开来。但是，当几种物质化合后，却绝不能够用某些简单的方法把它们分离开。因此，我们可以说，两种或两种以上的物质化合后，就不能再用拣选的方法把它们分离开了；换言之，就是它们原本特有的性质已经消失，而表现出某种新的性质了。“你们还需要注意的是，化合所产生的新的物质的新性质并不是从参与化合的物质的本性中得来的。对于以前没有研究过这种新奇事情的人们，谁能想到黄色、易燃的硫黄，会成为黑色、不可燃的粉末呢？谁能想到具有金属光泽、可被磁铁吸引的铁，可以成为深黑色、毫无磁性的物质呢？对于这种事情若不是预先有一点儿知识，简直是不能判断的。你们以后可能时常会看见，化合会使物质发生根本的改变：把白的变成黑的，把黑的变成白的；把甜的变成苦的，把苦的变成甜的；把无毒的变成剧毒的，把剧毒的变成完全无毒的。以后遇到两种或两种以上的物质化合时，你们需要好好地注意它们的结果。“此外还有一点需要特别注意，在化合反应进行时，例如，我们的硫黄和铁屑的混合物，物质自身会发出高热，温度甚至高到用手拿不住。我想约尔一定会永远记着这种源于意外的高热所引起的兴趣。对于这一点，我得告诉你们，像这样的升温，在化合反应中并不少见，并不是硫黄与铁屑化合反应中的特殊现象。每当两种或两种以上的物质化合时，总要放热，不过所放出的热量有多少的不同：有时放热很少，必须用最精密的仪器才能观测到温度的变化；有时——这种情况最多——放热很多，手触摸会感觉到烫，甚至于有时可以达到炽热或白热，可以用眼睛观察到。”

凡是化合反应总是会放出一些热量；反之，凡是放热或发光的反应，几乎表示那里正发生着化合反应。生活中的化合反应

约尔插口道：“保罗叔叔，我想问你一件事情，我们在煤炉中烧煤，是不是那里也有不同的物质在发生化合反应？”“当然。”“那么，其中的一种物质一定是煤了？”“没错，是煤。”“那么，另外一种是什么呢？”“还有一种存在于空气中的物质，它是一种看不见但却真实存在着的物质，关于这种物质，我们在将来适当的时候会讲到。”“在厨灶中发光、放热而燃烧着的柴火呢？”“那里也发生着化合反应，一种物质是柴火，另外一种也是存在于空气中的物质。”“用于照亮的油灯和蜡烛呢？”“那里也发生着化合反应。”“那么，我们每次点火，就每次都促使一种化合反应发生吗？”“对啊，是你促使两种不同的物质发生化合反应了。”“真有趣，化合反应！”“不但有趣，而且也非常有用处。就是因为它有用处，我才把它怎样使物质发生奇异变化的情况讲给你们听。”“你能不能把这些奇异的事情都告诉我们呢？”“只要你们用心，我会把我所知道的奇异的事情都讲给你们听。”“哦，这个你不用担心。我们会牢牢记在心里，不会忽略一个字的。与其要我学习多位数的除法或是动词的活用，我宁可学这种功课呢。爱弥儿，你说是不是这样？”

爱弥儿点点头说：“可不是嘛！我愿意整天学习这种功课，我总有一天要抛开那些文法功课，去做一个人造火山来玩的。”

保罗叔叔劝他们说：“如果你们要我讲化学，就不要因为你们对于化学的兴趣而忽略了文法。化学固然有用，但是语言的用处也不小啊！动词的活用虽然似乎很难，但是你们可不能忽略了它。现在，我们再来谈谈化合反应这个题目。“如之前所说的，化合反应常常伴随着放热或发光、爆发、炸裂、光芒的射出、火花的飞溅——总之，凡是像爆竹一样的现象——等等，都是两种物质化合时常有的事。在化合时，那两种物质都结合得十分紧密，我们甚至可以说，它们结婚了。热和光是祝贺它们结婚的爆竹与灯彩。你们不要笑话我这种比喻，这比喻其实是很贴切的。化合反应真的像是结婚一样：它把两个物质合为了一个物质。“现在，我不得不告诉你们，硫黄和铁屑‘结婚’后所变成的东西是什么。我们不能称它为硫黄，因为它不再是硫黄了；我们也不能称它为铁屑，因为它也不再是铁屑了。我们同样也不能称它为硫黄和铁屑的混合物，因为它起初虽然是混合物，但后来已经不再是混合物了。这东西在化学上称为硫化亚铁（FeS），这个名词使我们想起这两种物质是受了化学婚姻的约束而结合起来的。”铁元素是变价元素，常见价态为0、+2及+3价，当硫单质与铁单质化合时，由于硫单质的得电子能力，即氧化性较弱，并不会氧化0价的铁单质至其最高价，因此，只得到硫化亚铁，即+2价铁的硫化物。原著在此处有错误，后文均已改正。Chapter 2一片烤面包片什么是物质分离

孩子们成功完成了人造火山的实验，那个用湿泥堆成的小山丘，散发着高热，裂开了缝隙，嗤嗤地放出一缕缕的水蒸气。他们自己用种种方法来检验地洞中残余的硫化亚铁，而检验结果表明，他们和叔叔所制成的是同一种物质。直到这时，保罗叔叔才参与进去。

他说：“现在残留在人造火山中的黑色粉末是含有铁屑和硫黄的。不用怀疑这个事实，因为这是你们亲眼所见，并且亲自动手制成这个物质的。不过，一个新的问题又来了：这些化合了的铁屑和硫黄还能各自回到它们原来的样子吗？这样说吧，任何事情都是有可能的，但绝不是简简单单便可以做到。就这件事而言，我们必须运用科学的方法才能分离由化合反应形成的物质，这属于化学的范畴。你们现在还没有充足的化学知识，所以我不想先演示那些方法。而且，分离或不分离这个物质对我们现阶段的学习并没有什么影响。这些黑色粉末既然确实含有这两种物质，那么只要选用适当的方法，就一定可以从中分离得到这两种物质，你们先好好地记住这点就行了。”

约尔赞同地说：“没错，用恰当的方法分离这种由铁屑和硫黄制成的物质，一定可以得到铁屑和硫黄。这就和从铁屑中可以取出铁来，从硫黄粉中可取出硫黄来是一样的道理。”

保罗叔叔说：“其实分离出这两种物质的过程并不复杂，只是实验所需要的药品你们都没有见过而已。现在真的做起实验来，你们反而会莫名其妙。要想获得实在的、永久的知识，有一个秘诀就是把实验的范围控制得尽可能小，这样才能保证观察得更仔细。“而我还要告诉你们的是，要把化合而成的物质进行分离，也并不一定都很容易。一旦这种化学的‘结婚’出现发光和发热现象，则表明物质彼此之间结合得非常牢固，只有使用科学的方法才能把它们分开。”

事实上，结合越容易，分离越困难。如果化合反应的进行是自发的，那分离起来就更加困难了。“我们看到的铁屑与硫黄的化合反应，时间短而又不需借助任何外力，因此必须用巧妙的科学方法才能分离开它们。“当然，也有与上述例子截然相反的，即化合起来极为困难，但分离却很容易，可以说分离反应几乎是毫无阻力的。有这么几种物质，只要受到高热、震动、摩擦、撞击，甚至仅仅是被吹一口气，就会从化合物中分离出来。这就仿佛是化学中‘婚姻’双方性格不合，只想尽快‘离婚’。”

爱弥儿问道：“物质分离真的这么容易吗？”“当然了，只要留心，生活中常常能发现这种事情。你有没有注意过，擦火柴时，火柴头会比火柴梗燃烧得更猛烈呢？”“我平时并没有特别留意过，但是你一说，想想还真是这么回事。记得在一个炎热的夜晚，我曾摸黑找到了一个装满红头火柴的火柴盒，就在我推动盒盖，想从里面取出一根火柴擦个火时，那盒火柴因为盒盖的摩擦，全都着起火来，当时火焰猛烈得把我的手都灼伤了，可当火柴头都烧完后，剩下的火柴梗却一吹就灭了。不知道这是不是和物质的分离有关？”“嗯，当然有关系！无论哪种类型的火柴，它的火柴头里都含有易燃物质和助燃物质。其中的助燃物质是不同的成分在化合反应下形成的，而它们受热就会分离，从而有助燃烧，让火焰更旺。由此可见，在这样的情况下，物质的分离是多么容易啊。“炸药是一种更加容易分离的物质，利用它的这种特性，能轻松引起枪弹中雷管的爆发：只要扣动扳机，小铁锤就会打在雷管上，雷管爆发后燃烧，会点着弹壳中的火药，将铅丸发射出去。这种雷管的构造，通常是在铜片底下附着一层很薄的白色物质，而这种白色物质就是化合而成的炸药。只需极轻微的撞击，炸药就会发生分离反应并四射开来。”面包与木炭

保罗叔叔接着说：“除了这些带有危险性的物质，我们也来说说普通无害的物质吧。想一想，一片面包中可能含有什么物质？”爱弥儿急忙抢答：“面包中含有——嗯——含有面粉！”他觉得这个答案很清晰。

保罗叔叔点点头说：“没错，那面粉中又含有什么物质呢？”“面粉中含有的物质？面粉中除了面粉外难道还有别的物质吗？”“如果我说面粉中还含有碳，也就是木炭，你们会相信吗？”“什么？面粉中会含有木炭？”“是的，孩子们，面粉中确实含有许多木炭。”“叔叔，你不是在说笑吧？木炭是不能吃的！”“哈哈，别不相信我说的话。我之前不是说过，化合反应可以把黑的变成白的，酸的变成甜的，有毒的变成无毒的吗？我可以给你们看看面包中含有木炭的证据。其实这样的证据并不稀奇，你们在平时的生活中一定已经见过了。试着回想一下：吃面包的时候，你们有没有把面包烘烤过呢？”“有的，烘烤过的面包吃起来口感会更松脆。”“设想一下，如果你们忘了正在烘烤着一片面包，而让它一直烤着呢？时间长了会怎么样？你们可以根据以往的经验来回答这个问题，完全由你们自己解决，我不会发表任何意见。告诉我，如果你们的面包被烘烤了一个小时会变成什么样呢？”“答案很简单，我见过很多次，面包会被烤焦成木炭的。”“那么，谁能告诉我，这些木炭是从哪儿来的呢？——是从烤炉中来的吗？”“肯定不是的！”“那是从面包本身来的喽？”“对！我想这些木炭一定来自面包本身！”“如果一种物质中原本没有某种成分，它是绝对不可能凭空产生出这种成分的。所以，面包烘烤久了会产生木炭，一定是因为面包原本就含有木炭，也就是碳。”“啊，原来是这样的！我居然没有想到。”“这只是许多常见物质中的一例，因为一直没有人特别提出来，所以一开始你们也并不在意。以后我会尽量从日常生活中挖掘出它们，让你们从中领悟一些重要的科学原理。现在，你们已经知道了面包里含有很多的碳。”

约尔说：“我承认面包里的确含有碳。证据摆在眼前，无法否认。我的问题是，就像爱弥儿所说的，木炭不能吃，面包却能吃；木炭是黑的，而面包却是白的，这是为什么呢？”

保罗叔叔答道：“毫无疑问，单独存在的木炭或者碳，是黑的不能吃的物质。可是，面包中的木炭并不是单独存在的，在与别的物质产生了化合反应后，它失去了原本的性质，就像硫化亚铁不再有硫黄和铁屑的性质一样。而在烤焦了的面包中，所有其他物质的性质都被烘烤所释放的大量的热赶走了，只剩下木炭及木炭的特性——颜色深黑，质地松脆，味道浓烈。烤炉中的热破坏了化合作用，把面包中已经结合的物质分离了出来，这就是面包烤久了会变成木炭的原因。接下来，让我们再思考一下，还有哪些物质会伴随着碳在面包中存在吧。其实，你们知道并看见过这些物质，而且在它们加热后从面包中被赶出来的时候，你们还曾闻到过它们那难闻的气味。”

约尔说：“我不太确定，你说的是当面包变成木炭时所散发的那种带着特殊气味的烟雾吗？”“是的，就是那种烟雾，它是从面包中分离出来的。如果把木炭和烟雾再次化合，还是会形成和未受热之前的面包一样的物质。在这里，热是分离的主要动力，它把面包中的某种成分赶了出去，只留下被称为木炭的不能吃的黑色物质。”“只有这种烟雾与木炭结合才能成功化合为面包吗？要知道，这两种物质分离开时都是不能吃的东西，化合后就变成可以吃的了吗？”“正是如此：原本不能吃的，甚至是有害的物质，通过化合反应，能变成美味的食品。”“保罗叔叔，我当然相信你所说的话，但是——可是——”“我明白你的顾虑，第一次听到这种事的时候我们的确很难完全相信，因为这和我们固有的知识概念太矛盾了。所以，我没有让你们片面地相信我所说的话，你们可以自己去想办法证实这些话。其实，我一开始就以简单明了的实验为依据来证明这种看似离谱的事情了。想一想我们之前在广口玻璃瓶里所生成的黑色物质吧，既然硫黄和铁屑都能改变，那么木炭和烟雾的结合会使它们失掉原有的性质而变成面包，也就不足为怪了。”“是的，叔叔，我们相信你的话。”“有些情况下相信我的话并没有什么坏处，比如，当某个现象的解释极为深奥难懂，即使做出详细解释，你们也不一定能完全理解的时候。不过，大多数时候我会尽量避免直接灌输，而鼓励你们自己去发现、观察和判断。关于面包受热而分离出的成分，我指出了木炭，并且提醒了你们注意某种具有特别气味的烟雾。现在，你们做出自己的推论了吗？”“面包中含有化合了的木炭和烟雾，这一点是十分确定的。”“是的，虽然结论看似不合常理，但事实我们必须接受。既然事实证明面包可以受热分离成木炭和某种气体，那就让我们认清这个真相，并牢记于心。”

约尔说：“我还有一个问题没太弄明白，你说面包受热分离为木炭和某种气体，如果再发生化合反应又能形成和以前一样的面包。难道火没有把面包毁坏吗？”“那要看你如何理解‘毁坏’的含义了。如果你认为面包受热分解后不再是面包，这的确没错：因为木炭和气体都不能算是面包，而只是组成面包的成分；但如果你认为面包受热分解就化为乌有，那就大错特错了：

因为没有任何力量或方法可以使存在于世界上的物质完全消失。“我所说的毁坏，就是指你说的后一层意思——化为乌有，完全消失。因为大家都认为火是破坏一切、消灭一切的。”不是消失，而是转变形态

在宇宙中，即使是最小的一粒尘埃、最细的一线蛛丝都不会因任何外力作用而消失，它们只会转变形态而继续存在。“这是个很重要的问题，你们一定要认真思考。举个例子，如果我们想建造一栋大厦，在建造时，工人们需要把诸如砖头、瓦片、石块、三合土、房梁、木板、水泥等建筑材料一一安置到位。大厦建成，高高耸立，似乎坚不可摧。但这样的大厦真的无法被毁坏吗？事实上，毁坏起来也是很容易的。只要让几个工人拿上锄镐、铁锤等工具，很快就能把它拆成一堆砖木瓦砾。可以说，这时大厦已经被完全毁坏了。“但这是否意味着它被完全消灭、化为乌有了呢？答案是否定的。大厦虽然被毁坏，可是拆下来的建筑材料依然存在。所以，它没有被消灭，而曾用来建造大厦的材料也没有化为乌有，就连混杂在三合土中的细沙粒，也一定在什么地方存在着。拆除大厦的时候，有些泥灰被风吹散，但无论这些细小的泥灰被吹向何处，也还是在这世界上的存在。就大厦的全部组成来看，既没有减少，也没有消失。“火是破坏者，但也只是破坏者而已。火能毁坏由各种材料组成的大厦，却不能把材料消灭，哪怕是其中最不起眼的东西也消灭不了。用火烘烤面包，火同样起破坏作用，但不会有物质因此消失，因为即使面包经过了火的作用，剩下的物质和面包本来含有的物质还是相同的。面包变成了木炭和烟雾，木炭是能独立存在的固体，所以我们能看见；而烟雾容易飘散，不久便看不见了。所以，‘消灭’这个概念应该从你们头脑中剔除。”“可是——”“‘可是？' ——约尔还有什么疑问吗？”“如果在火上烧木头，最后只留下灰烬，可不可以认为木头几乎被火消灭了？”“这个问题很好，说明你观察得很仔细。我刚刚说过，拆房子时有一些泥灰会随风飘散。如果我们把拆下来的材料全捣碎成像泥灰这样的粉末，那刮过几次大风以后，这些粉末还能剩下吗？”“应该吹得一点儿也不剩了吧。”“那么，我们可不可说房子被消灭了呢？”“不可以，它只是变成尘埃四散开了。”“其实，木头的问题也是同样的道理：火把木头分离成了组成它的某些成分，这些成分有的甚至比最细微的尘埃还小，它们飘散在空气中，人的眼睛看不见。我们只看见了灰烬，因此以为组成木头的其他物质被完全消灭了，这是不对的。它仍然存在，只是因为和空气一样无色透明，肉眼看不出来而已。”“所以，在炉火中烧过的木头，大部分变成了分散在空气中的一种不可见的尘埃？”“是的，孩子们。还有很多发光放热的燃料也是这样。”“我知道了。按这种说法，木头燃烧后的大部分物质，就像拆除房屋时被风吹散的泥灰一样，不容易被看见。”“不仅如此，拆除一栋大厦所得到的材料，还可以用来在别处建造其他样子的房屋。这样，一堆砖石木材又能变成另一栋完整的建筑。更进一步说，这些材料也可以用来组成别的东西，除了造房子，石块、木头、砖瓦都有不止一种用途。所以，这些拆下来的材料，可以根据其不同的形状和特性，变成用途各异的种种东西。“世界上物质的变化情况基本都是这样。比如，有两种或两种以上性质不同的物质，当它们化合在一起时，形成了一种有着新性质的东西，我们可以将其比作一种建筑物。这种建筑物和任何组成它的物质都不同，正如我们建造成的大厦，不能说它是木石砖瓦，也不能说是组成这建筑物的任何一种材料。“后来，这种化合的物质因为某种原因又分离了，它的化学结构被破坏了。但分离出的物质依然存在，一点儿也没有损失。大自然会如何处理它们呢？这些物质可能会被分别利用，一些拿来作这种用途，另一些拿去作那种用途，于是又形成了各种各样与原有物质差别很大的东西。能和别的物质结合成一种白色物质的成分，也许原本会让某物质变黑；能和别的物质结合成一种甜味物质的成分，也许原本存在于酸味物质中；甚至组成某些食品的成分，也许原本与别的物质结合成的是毒物——就像本是建造水渠的砖头，也能用来建造烟囱。”

一切物质都是守恒的。“有时从表面上看，好像很多物质都会消失，这是因为我们没有仔细观察。只要留心观察并认真思考，就能理解物质是不灭的、长存的道理。它们之间发生各种化合反应，不断地化合了又分离，分离了又化合，有些甚至时时刻刻都在改变，就这样反复变化，永不停歇。就整个宇宙而言，这种形式的转变并未带来损失，也没有增加什么。”Chapter 3单质物质由单质组成“现在，让我们再深入了解一下那黑色的粉末——硫化亚铁吧。用一种比普通的拣选法更为复杂的方法，可以把硫化亚铁分解成单独的铁和硫黄。而面包被火烘烤后，其主要成分碳也能从中分离出来。那么，铁、硫、碳又是由什么成分组成的呢？对于这个问题的研究，科学家们曾费了许多心力，设计了各种需要精密仪器的实验，但无论怎样尝试，铁、硫、碳永远是铁、硫、碳，并不会分离出什么新的物质。”

约尔反对说：“可是，我觉得硫黄能分离出新的物质。如果取一些硫黄来放在火上，它燃烧的火焰是蓝色的，还会产生刺鼻的气体。这种气体应该是从硫黄中分离出来的，但它的性质与硫黄完全不同，它有些呛人，而硫黄即使离人很近的时候也没有呛人的气味。”“这是另一种情况。我说硫黄不会产生出什么新的物质，是说它不会分解出别的物质，而并不是说它不能和别的物质进行化合。事实上，它和别的物质相互化合，不但能产生呛人的气体，还能产生许多别的东西，最明显的例子就是我们所熟知的硫化亚铁。物质在燃烧时，会和周围的空气中的另一种看不见的物质相互化合。硫黄燃烧发出蓝色火焰，表明它在和空气中的物质进行化合作用，化合的结果产生了呛人的气体。”“这种气体的组成比硫黄更复杂吗？”“是的。”“那这种气体一定是由两种物质组成的，一种是硫黄，还有一种就是你所说的包含在空气中的物质，而硫黄则只有硫这一种成分。”“没错。无论用什么实验方法，硫黄也不会分解成不同的物质。硫黄可以和别的物质结合成比自身更为复杂的物质，但是它绝不能分解成比自身更简单的物质。因此，我们称硫黄为‘单质’，意思是它已经分解到不能再分解了。而像水、空气、一个石卵、一截木头、一株植物、一只动物之类——这些都是物质，但它们都不是单质，还可以再分解。”什么是单质“与硫黄一样，碳和铁也是单质。”

单质除了能和别的物质化合成更复杂的物质外，不能再分解为任何更简单的物质了。“化学家把自然界中的一切物质，无论是在地上、地下、水底还是天空中的，无论属于动物、植物还是矿物，都逐一加以精确地实验和分析，最终发现了九十几种不可分解的元素，我们刚刚说到的铁、硫和碳，都包含在其中。”本书写于20世纪初期，当时对化学元素的认识还比较有限。到现在，科学家们已发现了118种天然元素和人造元素。

爱弥儿问：“那么，你会把所有的单质都告诉我们吗？”“不会，我们只讨论其中比较重要的几种单质，因为大部分的单质都与我们的日常生活关系不大。而且，除了铁、硫、碳之外，你们其实已经知道了很多其他单质。”

爱弥儿惊讶地说：“我也知道其他的单质吗？我从来没往这方面想过呢。”“你知道的，只是在此之前你可能还不知道它们是不能分解的单质。事实上，你们脑子里存储的知识远超你们的想象。所以，我想我需要帮你们理一理脑海中杂乱的知识。我会尽量避免直接灌输，而让你们自己去想起那些已经知道的东西。不过我可以给你们一个提示：那些我们通常称为金属的物质，大部分都是单质。”“我明白了，那像金、银、铜、锡、铅等，和铁一样都是单质吧。”“还有一种极为常见的金属你没有说呢。想想看，印刷时所用的图版往往是用它制成的。”“印刷时所用的图版？——是锌吗？”“是的，除了刚才提到的之外，还有许多别的金属，它们之中有些性质很奇特，都有着不一般的用途。以后有机会，我再和你们一起讨论。现在，我们可以先来说说一种金属，它是液态的，像是熔化了的锡，颜色和银一样，通常装在温度计的玻璃管里，随环境温度的变化而升降。”“我知道，是水银！”“不错。不过它的学名应该叫汞（Hg）。水银这个名字很容易让人误解，它的颜色虽然与银相似，但它的性质却与银完全不同。”“这么说，水银也和金、银、铜、铁等一样，是一种金属了？”“是的，它和别的金属相比，只有一点不同：即使在寒冷的冬季，只要温度正常，就足以使水银保持液态。然而，要熔化铅必须用高热的炭火；要熔化铜或铁，就得用最热的炉火。不过，如果将水银冷却到一定温度，它也会变硬，看上去就和银一样。”“那它可以用来做货币吗？”“理论上是可以的，只是这种货币一放进口袋，就立刻熔化了。”“金属的颜色差别不大：银和水银是银白色的，锡次之，铅再次；金是金黄色的，铜是红铜色的，铁和锌则是灰白色的。所有金属都有着耀眼的光彩，尤其是当它们被擦亮的时候。换句话说，它们都自带一种金属光泽。不过需要注意的是，金属都有光泽，但有光泽的并不一定都是金属。例如，一些昆虫的翅鞘，还有某些石头，它们也有金属一样的光泽，但并不是金属。”“其他的单质，如硫和碳，都是没有金属光泽的；还有几种非常重要的单质，它们和空气一样无色透明。这种外观明显不同于金属的单质，叫非金属单质。碳和硫都是非金属单质。非金属单质的数目并不多，一共才22种，它们之中有几种单质，在平常生活中很少听到，不被人熟知，但它们在化学上却有着举足轻重的地位，我们四周的一切东西，绝大部分都是以非金属单质为主要原料构成的。自然界的物质需要非金属，就像建筑物需要砖石水泥一样。在这些重要的非金属单质中，有一种气体叫氧气（Oxygen）——如果没有它，我们会立刻死亡，但恐怕你们没有听说过它吧？”

爱弥儿叫道：“这真是个奇怪的名字！我从来没听说过。”“还有两种叫氢气（Hydrogen）和氮气（Nitrogen）的气体，你们听说过吗？”“这两种也没有听说过呢。”“我早料到了。氢和氮都是很有用的非金属，它们悄悄地完成着属于它们的任务，而并不被人们注意。”“刚刚说到的氧、氢、氮这3种物质，虽然都很有用，但是日常生活中并不被经常提起，因为它们都和空气一样，是无色透明的气体。而且，它们往往隐藏在某些化合物中，需要借助一些科学方法才能确定它们的存在。所以，更多时候，我们都忽视了这些在大自然中扮演着重要角色的物质。”“它们很重要吗？”“是的，非常重要呢。”“比黄金还重要吗？”“不能这么比较。黄金对人类而言当然是极为有用的，它代表着劳动力或物品的价值，可以被铸造成货币在社会中流通，作为劳动力和物品交换的媒介。不过，假使地球上所有的黄金都消失了呢？其实，也并不会造成很严重的问题。以黄金作为货币的国家，银行业和商业可能会有一时的混乱，但也仅仅如此而已。过不了多久，一切都会渐渐恢复正常。可是，如果刚刚提到的3种非金属中的任何一种——比如氧——全部消失了呢？那时，地球上的一切生物都会立即死亡。地球上没有了生命，只会剩下一片死寂。这种情况与银行家、商人的烦恼相比，当然要严重得多。”“所以，对人类而言，即使完全没有了黄金，自然界的秩序也不会受到影响；而氧、氢、氮却有着非常重要的作用，无论缺少了其中哪一种，都足以使自然界失去常态，让生物无法生存。除了以上三者，还有碳也同样重要。所以，生物生存不可或缺的物质共有4种。”

约尔问道：“叔叔能给我们讲讲氧、氢、氮这3种物质的性质吗？”“当然可以了。不过为了让单质这个概念更清晰，这里让我先介绍一下另一种非金属物质。红头火柴的火柴头上含有这种物质，上面覆盖着一层蜡，一经摩擦就会燃烧。如果你在暗室中单独摩擦它，会看到它放出淡淡的光。”“那一定是磷。”“没错，是磷，磷也是一种非金属。现在，让我们把以前所说的知识回顾一下吧。”

●自然界中的单质，简单以外观区分，可分为金属和非金属两类。

●金属具有金属光泽，你们已经知道的有金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铁（Fe）、锡（Sn）、铅（Pb）、锌（Zn）、汞（Hg）8种，还有几种金属也有必要知道，有机会我会再说。

●非金属的数目则要少得多，它们都没有所谓的金属光泽，最重要的非金属是氧（Oxygen）、氢（Hydrogen）、氮（Nitrogen）、碳（Carbon）、硫（Sulfur）、磷（Phosphorus）6种，前三者和空气一样是无色透明的气体。什么是元素“无论是金属还是非金属单质，都称为‘元素’。”

所谓元素，就是在自然界中构成其他各种物质的不可分解的原始物质。

约尔插嘴说：“但是，保罗叔叔，我在一本书上见过，说是自然界的元素只有土、空气、火、水4种。”“那是古时候人们的错误理解。的确，古时候的人们相信土、空气、火、水是4种不可再分的物质，一切其他物质都是由这4种物质组成的。但是，随着科学的进步，现在看来这4种物质中没有一种是单质。”“首先，火——有时也可以说是热——并不完全是一种实体物质，因此我们不能认为它是单质。物质是可以被衡量的，我们可以说1立方米的氧气，1千克的硫黄，但如果我们说1立方米的热，1千克的暖，那就不符合逻辑了，这就像用秤来称量小提琴拉出的音调一样可笑。”

约尔笑着说：“1千克F调高半音，1克E调低半音，想想真是有趣，哈哈哈！”“为什么不能用秤来称量音调呢？因为音调不是物质，而只是由发声体发出的连续音波传递到我们耳中的一种运动。热和声音相似，也是一种特别的形式。这是个有趣的论题，想要更为详细地解释它，需要涉及物理知识。现在，我只能简单地说，热不是元素，因为它不是物质。”“至于空气，它是另一种物质。空气是可以衡量的，也许你们之前并没有听过，学了物理学后你们会更加清楚。然而，空气是物质却不是单质，它是由好几种气体集合成的混合物，其中最多的是氮气和氧气。关于这一点，我以后可以用实验来证明给你们看。”“水同样也不是一种单质。等到适当的时候，我会向你们证明水是由氧和氢组成的化合物。”“还有土，这个名词显然是指组成地球固体部分的各种矿物质集成的混合物，如砂、泥、岩石等，所以它也不是一种单质，而是含有各种物质的混合物。从土中我们可以得到几乎所有的金属与各种非金属。事实上，土中几乎含有所有单质。所以，以现代的科学眼光来看，古时候人们所说的4种基本元素，没有一种可以算单质。”Chapter 4化合物无处不在的碳元素“工人只用砖石水泥等材料，就可以随意建造出住宅、桥梁、工厂、寺庙等一切建筑。这些建筑的组成材料相同，但形式和用途各异。同样，自然界中的元素组成了动物、植物、矿物界中的所有物质。因此，任何原本不是单质的物质，其实都可以分解为金属单质，或非金属单质，或金属与非金属单质的化合物。”“所以一切物质都是由这些单质组合而成的？”“是的，除了那些本身就是单质的物质外。想想最常见的元素，比如碳。我曾经说过，碳是组成面包的重要成分，而烧焦了的木柴中也可以看到碳，即木头中也含有碳。面包中的碳与木头中的碳原本是同样的物质，在自然界中经过反复化合作用后，面包中的碳可以再出现在木柴中，木柴中的碳也可以再出现在面包中。”

爱弥儿开玩笑地说：“那照这么说，我们吃一片面包，其实是在吃一片可能变成硬木头的东西了？”

保罗叔叔说：“很有可能啊。有时玩笑的话中也包含着真理，让我们想想这其中的原因吧。”“保罗叔叔，我不想再说什么了，光是单质就已经让我晕头转向了。”“别怕，你能克服的。就像强烈的阳光会使人炫目一样，接触真理之光也许会使你暂时感到困惑，但只要我们继续研究下去，一切都会渐渐清晰。你们再想一想，栗子、苹果、梨等果实中有没有碳的存在呢？”

约尔说：“有的，如果把栗子在锅中翻炒太久就会炒焦。同样，把梨或苹果放在火炉上也会被烤焦。”“不错！这些焦了的栗子、苹果或梨，和木柴、面包中的碳成分相同，所以我们的确会吃可能变成木头的物质。对于这个问题，你们还有疑问吗？”

爱弥儿回答道：“我懂了，没有疑问了。”“你们还可以知道得更多一些：如果点着一盏煤油灯，然后把一块玻璃置于火焰上方，玻璃上会立刻聚集一层黑色的物质。”“我知道，那是烟炱，我就是这样将玻璃熏黑了，隔着它来观察日食的。”“那你知道烟炱是什么物质吗？”“它有点儿像木炭的灰。”“它其实就是木炭，或者说碳。那你们知道它是从哪儿来的吗？”“我想它是从油灯中的煤油里来的。”“没错，它就是从煤油里来的。煤油受热分解，于是分离出了碳。事实上，像椰子油、棕榈油、牛脂油、羊脂油中都含有碳，蜡烛燃烧时也和煤油灯一样会产生烟炱，还有树脂中也含有碳，燃烧时也会产生黑色的浓烟。还有很多这样的物质，我在这里无法一一列举。不过，最后我还要提一提大家经常吃的肉类，如果厨师不小心把肉煮得太久，会发生什么事呢？”

爱弥儿大声说：“肉会变成木炭。”

保罗叔叔又问：“你们能由此推论出什么呢？”“我想，肉类中也含有碳，任何地方都含有碳。”“任何地方都含有碳的说法是不准确的。我们只能说含碳的物质很多，尤其是动植物，它们被火分解后，会把碳留在灰中。”“一张白纸烧着后会变黑，所以纸中也有碳？”“是的。纸是用破布做成的，而破布则是用棉、麻或毛织成的。”

约尔问：“比纸更白的牛奶是不是也含有碳？煮牛奶的时候，我看见有时在锅边的牛奶泡沫会变成黑色。”“不错，牛奶中也含有碳。好了，现在，我们来让爱弥儿说说他最近读的那则寓言吧。”“哪则寓言？”“有关雕刻师和丘比特石像的那一则。”“哦，我知道了。”

有一个雕刻师见到一块很好看的云石，心中欢喜，便买了下来。他盘算着，是把云石做成神像、几案还是石盘好呢？最后，他决定把云石雕成神像，因为神像庄严肃穆……

爱弥儿说到这里，保罗叔叔发话了：“够了。这则寓言告诉我们，要把一块云石做成什么，本来有很多种选择，而这位雕刻师最后选择把它做成一个神像。自然界中的万物生成也是一样，比如，土壤中含有植物所需要的碳，如果我们要在泥土里面种植物，我们可以种萝卜、麦子，也可以种玫瑰。如果我们决定种一株玫瑰，那土壤中的碳就供给了玫瑰，变成了玫瑰花的一部分；如果我们不种玫瑰，而种了萝卜或麦子，那么这些碳也就变成了萝卜或麦子的一部分。”

爱弥儿问：“那玫瑰花中除了碳，是不是还有别的物质呢？”“当然，碳还需要与别的单质化合才能变成玫瑰花，否则碳还是碳。其他含碳的物质也是这样形成的。”

约尔概括说：“这样说来，在面包、牛奶、牛脂、羊脂、煤油、果实、花、棉、麻、纸以及许多别的东西中，都含有碳和其他各种单质。这些单质无论在花里、蜡烛里、纸里还是木头里，它们的性质都不会改变，永远是金属或非金属。不过，我们的身体也是由这些物质组成的吗？”身体中的铁元素“要说到组成人体的成分，其实和组成其他物质一样，同样是金属与非金属单质。”

爱弥儿诧异地说：“什么！我们的身体也是金属组成的？像矿藏一样吗？我不信，我们又不像卖艺人那样会吞铁球！”“但我们的身体中确实含有铁元素——就和卖艺人吞的铁球一样。我们的身体中不能没有铁，离开它我们就无法生存了。铁使我们的血液变成红色。”“就算是铁让我们的血液变成红色，我们也并不能把铁当作食物。卖艺人也只是玩把戏，实际上他并没有吃铁。那铁是怎样进到我们身体里的呢？”“铁是从食物中来的，和我们身体所需要的碳、硫以及其他元素一样。别的物质，比如碳，会与其他元素化合而改变存在形式，铁也同样可以。医生会让面色苍白、营养不良的人吃含有铁元素的药，这

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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