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发布时间:2020-09-25 12:07:49

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作者:本丛书编委会

出版社:世界图书出版公司

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有趣的化学

有趣的化学试读:

前言

化学的历史悠久,与人类的文明进步有着密切的关系。化学是什么呢?它就是从原子和分子的水平上,研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用等方面的自然科学。我们的世界是由千千万万种物质组成的,学好了化学,我们就能更好地认识和改造这个世界了。

从开始使用火的石器时代,到如今,我们的衣食住用行,生活的每个地方都使用各种人造物质。人类生活变得更加美好,其中化学的作用非常巨大。火,这使我们的祖先摆脱茹毛饮血生活的工具——人类文明的曙光,它本身就是一种化学现象。

化学能为我们提供新的能源,比如能从水中制备、干净无污染的氢能源,取之不尽用之不绝的核燃料,不仅对解决人类当前能源短缺的问题有很大的意义,而且将大大保护和改善我们生活的地球环境。它能为我们提供新的具有神奇功能的材料,比如钛合金,宇宙飞船的船舱就是用它来制造的,人们凭借它实现了自己探索太空的梦想。化学促进了现代医学的进步和变革,青霉素和胰岛素的发现挽救了许多人的生命,放射性元素的应用为人类抗击癌症找到了希望。农业更与化学密切相关,化学肥料和农药使地里的粮食产量急速增加,所以我们的地球才能养活几十亿的人口。化学真是造福人类的大功臣啊!

化学不仅对人类生活意义重大,它还非常有趣呢!小读者们,你们知道“水妖湖”背后有什么样的秘密吗?四周风景秀丽的湖泊为什么会置人于死地、奇怪的山洞为什么人走进去安然无恙,而狗走进去就会莫名其妙的死掉?难道真的有鬼怪?不!奇妙的化学元素才是真正的杀手。自然界中竟然有这么多骇人听闻的地方,而它们的奥秘都能用平常的化学知识来揭开。你们知道咖啡为什么是苦的,酒为什么会越陈越香?这就是生活中的化学,司空见惯的事物里竟然有大秘密。你们知道石头中也能榨出“水”吗,鸡蛋又怎么能被人们用来传送情报?这些不可思议的事情真是让人大开眼界!

本书分为化学中“魔鬼”、妙趣横生的元素、才能非凡的元素、千万个为什么、奇事妙解、生物的种种谜团、奇妙的实验、千奇百怪的物质、生活中的化学、化学上不可思议的发展10个部分,每一部分都有短小精悍的小文章,既有趣味性——一定能让你手不忍释,而且也是一个知识的宝库——读完它,你一定能成为一位化学小博士。

为人类造福的化学,奇妙广阔的化学世界,相信大家一定会爱上它。

化学中的“魔鬼”

具有杀伤力的元素——氡

氡的原子序数为86,是稀有气体。1899年欧文斯和卢瑟福在研究钍的放射性时发现氡,所以称之为钍射气,即氡220;1900年多恩在镭制品中发现氡222;现已发现质量数199~226的全部氡同位素。其中天然同位素只有氡219、220和222。

氡是无色无味的气体,易溶于有机溶剂,如煤油、二硫化碳等中;很容易吸附于橡胶、活性炭、硅胶和其他吸附剂上。氡较容易压缩成无色发磷光的液体,固体氡有天蓝色的钻石光泽。氡的化学性质极不活泼,已制得的氡化合物只有氟化氡,它与氙的相应化合物类似,但更稳定,更不易挥发。

氡主要用于放射性物质的研究,可做实验中的中子源;还可用作气体追踪剂,用于研究管道泄漏和气体运动等。

氡是所有气体中最重的,它的密度约是空气的7倍,它还是所有气体中唯一具有放射性的气体。氡的用途并不广泛,除了一部分用于科研和医疗外,几乎没有什么用途,相反,它还是严重的社会公害。

在发达的工业国家,氡气是仅次于吸烟的导致肺癌的因素。据调查,美国家庭住所的氡气浓度达到危害边缘的有几百万户,每年因氡气诱发肺癌的人有数万之多。在西欧,因氡气导致肺癌的人数也是成千上万。

为什么氡气会有这么厉害的杀伤能力呢?

这是因为氡能衰变成为钋,钋又会衰变成铋和铅离子。当人们吸入过量的氡气后,氡在衰变中产生的铅和铋离子就会积累在人体支气管和肺气管壁上,从而诱发肺癌。科学家们研究发现,当儿童血液中的铅的含量达到一定程度时,还可使他们智商下降,使他们的视觉、听觉和味觉受到损害。

那么,氡气又是怎样进入室内的呢?

原来,镭衰变产生氡后,一部分氡就会透过岩石中的裂缝升向地表,它可以从房屋的地基隔层或地板缝隙进入室内。由于来不及稀释和衰变,氧气在室内聚集,浓度增高,进而损害人体健康,就变成了隐藏在人们身边的一个隐形杀手。

那么,怎样才能降低室内含氡的量呢?(1)在建房选择地基时,有条件的可先请有关部门做氡的测试,然后采取降氡的措施。(2)在建筑施工和居室装饰装修时,尽量按照国家标准选用低放射性的建筑和装饰材料。(3)要注意房屋内的裂缝,及时进行修补。(4)做好室内的通风换气。(5)尽量减少或禁止在室内吸烟。

以毒消毒——氯

当我们用自来水洗脸的时候,常会闻到一股刺鼻的气味,这就是氯气的气味。

氯气是黄绿色的气体,有毒,并伴有刺激性气味,密度比空气大,熔沸点较低,能溶于水,且易溶于有机溶剂。氯是人体必须的元素之一,在自然界常以氯化物形式存在,最普通形式是食盐。氯的化学元素符号是Cl。

1774年,瑞典化学家舍勒最先发现了氯。当时,他用盐酸和软锰矿进行实验,结果释放出一种刺激性、有窒息效果的气味。舍勒对这种气体的性质进行了研究,发现它能腐蚀各种金属,溶解性不强,能够对彩色的花叶及绿叶起到漂白的作用。但是他当时并不认为这种气体是一种新元素,而称之为“脱烯素的盐酸”。直到1810年,英国著名化学家戴维以充足的证据证明了这种气体是一种新元素。由于它呈绿颜色,故而命名之为氯,原意即为“绿色的”。我国翻译家最初根据原意把它译成“绿气”,后来才将二字合为一字“氯”。

氯是一种化学性质非常活泼的元素。它几乎能跟一切普通金属以及许多非金属直接化合。氯气是强氧化剂,除与氧气、氮气、碳和稀有气体外,氯气几乎可以和任何元素直接发生反应。

氯是一种呛人、令人窒息的有毒气体。在空气中,如果会有1/10000的氯,就会危害人类身体健康。氯气中毒时,人会剧烈地咳嗽,严重时甚至致人死亡。

既然氯气是有毒的,为何自来水中还会有氯气的气味呢?

原来,氯气虽然是有毒的,而氯的化合物一般却是无毒的。当人们往水中通人少量的氯气时,它就会溶解在水中,然后与水发生化学反应,生成一种很不安分守己的次氯酸。次氯酸的性质十分不稳定,极易放出氧。原子状态的氧有很强的氧化作用,一般的物质碰上了它,就会形成化合物。细菌碰上了原子状态的氧,可就倒了霉,氧会死死抓住它,直到把它体内的组织系统彻底破坏为止,细菌也就非死不可了。因此,氯气能杀死自来水中的各种细菌,从水龙头流出的自来水的气味,就是自来水厂用氯气消毒遗留下来的气味。

氯在早期是造纸、纺织工业的漂白剂。在第一次世界大战期间,氯作为化学武器大量生产。战后氯产品在人们的生活中被广泛的应用,如将苯氯化再水解制苯酚,广泛用来消毒和杀菌。第二次世界大战后,由于聚氯乙烯以及氯化烷烃等有机氯溶剂的生产,氯主要用作生产有机化合物的原料,而作为无机氯化物如盐酸、漂白粉等原料的比例逐渐减少。20世纪80年代,有机化合物的用氯量已占耗氯总量的60%~70%。

有毒元素——砷

砷是一种化学元素,化学符号是As,它是一种类金属。砷在地壳中的含量约0.0005%,主要以硫化物的形式存在,有三种同素异形体:黄砷、黑砷、灰砷。砷主要与铜、铅及其他金属形成合金。三氧化二砷、砷酸盐可作杀虫剂、木材防腐剂。高纯砷还用于半导体和激光技术中。

西方化学史学家们一致认为从砷化合物中分离出单质砷的是13世纪德国炼金家阿尔伯特·马格努斯,他是用肥皂与三硫化二砷共同加热获得单质砷的。到18世纪,瑞典化学家、矿物学家布兰特阐明砷和三氧化二砷以及其他砷化合物之间的关系。拉瓦锡证实了布兰特的研究成果,认为砷是一种化学元素。其实,早在约公元317年,中国古代炼丹家葛洪就从雄黄、松脂、硝石三物合炼得到了砷。

砷是灰色的晶体,具有金属般的光泽,是非金属元素。纯净的砷没有多少用途,人们只是往铅中加入不到1%的砷,来增强铅的硬度。砷形成的化合物,大多都是有毒的。比如,在古代时,很多地方都有这样一个习俗,人们清扫了房屋之后,常常要往酒中放些雄黄,喷洒在屋脚墙缝里。这是为什么呢?原来这样可以杀死各种害虫,赶走蛇鼠,人们使用的雄黄就是一种有毒的砷的化合物。

砷还有一种重要的化合物,人们称之为砒霜。砒霜属于剧毒物质。我国有句成语叫“饮鸩止渴”,意思是自取灭亡,这“鸩酒”,就是指放了砒霜的酒。

在成语中还有“信口雌黄”,就是指人无凭无据的乱说话。但是人们为什么要把乱说话称为“信口雌黄”呢?“信口”是随便的意思,但是“雌黄”又是什么意思?雌黄的学名叫三硫化二砷,它是一种橙黄色的略微透明的东西,燃烧时会发出大蒜一样的臭味。人们可以把它用作颜料或褪色剂。

在没有印刷机的时候,读书人多是抄书,但是抄错了又该怎么办呢?他们就用雌黄先使抄错的字迹褪去颜色,再进行修改。大多数读书人抄书时的态度是很认真的,但有少数人却自以为聪明无比,经常乱改别人的文字,于是人们就把这种极不认真的做法称为:“妄下雌黄”,引申开来,就又把胡说八道叫做“信口雌黄”。

在我国华北地区的农村,农民在播种前多先往田地里撒一些“信谷”、“信米”。这是什么道理呢?原来,这种“信谷”“信米”,其实就是用砒霜溶液泡过的谷子、小米。当田鼠、蝼蛄之类的害虫吃了之后,很快就中毒死去了,避免了粮食的减产。

但是砒霜对人畜有剧毒,如果使用不慎误中砷毒,可以服用氧化镁和硫酸亚铁溶液强烈地反应生成的悬浮液来解毒。

由于砷的化合物都有剧毒,所以人们一般都用它们来制作农药,但这种农药有个缺点,它们对人类和各种家畜的危害也很大。

被称为“死亡元素”的氟

氟可以说是化学性质最活泼、氧化性最强的物质了。在一般情况下,氟气是一种浅黄绿色的、有强烈助燃性的、刺激性毒气,元素符号为F。氟可以和所有的非金属和金属元素反应,连黄金在受热以后也会跟氟反应。氟跟水的反应也十分激烈,可以生成氟化氢和氧,以及较少量的过氧化氢、二氟化氧和臭氧。氟还有强腐蚀性和毒性。

氟虽然是卤族元素第一号元素,但是发现时间较晚。氟在1886年由法国化学家弗雷米的学生莫瓦桑制得。但是在氟被发现以前,它被人们认为是一种“死亡元素”,让人不敢接近。这是为什么呢?

其实在氟被发现以前,人们就在1768年发现了氟的化合物——氢氟酸。起初人们认为它是一种新元素,许多化学家都进行实验,希望从氢氟酸中提出氟单质。但是氢氟酸是氟化氢气体的水溶液,它具有很强的腐蚀性。能腐蚀铜铁、玻璃等,对硅的化合物也有强腐蚀性。氢氟酸能挥发出大量的氟化氢气体,而氟化氢有剧毒,吸入少量,就使人难受得不得了。

尽管当时的化学家在做实验的时候,采取了许多的措施来保护自己不受氟化氢的毒害,但是由于氟化氢的腐蚀性太强了。许多化学家还是由于吸入过量的氟化氢而死去,还有许多化学家由于中毒而被迫放弃了实验。又由于当时条件和科技水平的限制,最后许多化学家都停止了实验,氟被人们称之为“死亡元素”。那么,氟真的是“死亡元素”吗?

当然不是。在1886年,英国化学家莫瓦桑在总结前人的经验教训并采用先进科学技术的基础上终于制出了氟气,氟终于作为一种单质被人们分离了出来。

氟元素被发现后,人们也发现了它许多奇妙的性质。

耐脏的衣服

衣服总是穿不了几天就变脏了,有时候还会沾上油污,很难清洗,那么有没有一种耐脏而且不怕油污的衣服呢?

答案是有的。只要在衣料上涂抹一种氟的化合物,用这种衣料缝制的衣服就会不怕脏也不怕油污了。为什么这种氟化物会有这样的作用呢?

原来,这种氟化物对油污和水有一种“阻拦”作用。举例来说,在汽油中添加3/100000的该氟化物,就能防止汽油的挥发,减少汽油的危险性,做实验时往溶液中加人一些氟的化合物,就可防止产生的气体把溶液带走,这不但改善了环境卫生,也减少了溶液的消耗。

在衣服上涂这种氟化物的原理和上面的例子是一样的,它能防止汗水和油污沾在衣服上,从而使衣服显得耐脏,即使脏了,也比较容易洗去。

用氟制造的显微镜

显微镜是能让我们看到细胞的神奇工具。当我们采些植物标本放在显微镜的镜头下,我们就会看到植物的细胞,而用我们的肉眼是看不到的。

但是显微镜的镜头是用什么做成的呢?显微镜的镜头是由玻璃和氟的一种化合物磨制而成。

镜头上为什么要用氟的化合物呢?原来,普通玻璃都会反射光线,当光线通过棱镜或透镜时,总会有不同程度的损失,其中的大部分是由于玻璃的反射造成的。这对普通玻璃来说算不了什么,可是对一部精密的光学仪器来说,就了不得了。镜头上损失的一些光线可能就会造成科学研究上的重大失误。

所以,一部精密的光学仪器要求入射光线的损失降低到最小的程度,而普通的玻璃是办不到这一点的。

人们在玻璃的表面涂上一层薄薄的氟化物之后,玻璃反射光线的能力一下子降到了原来的1/10,这样就大大地提高了光学仪器的效率和科学研究的准确性。

这种表面涂氟化物的化学玻璃在照相机上也有很重要的作用,用它做成的照相机镜头能吸收物体反射过来的差不多所有的光线,因而照出的相片更清晰、更好看。

玻璃一般都是透明的,可是,在普通玻璃中加进一些氟化物后,就可以制造出一种乳白色的玻璃,利用这种玻璃制造的灯泡可以降低钨丝的耀眼程度,还可以使灯泡发出的光线比以前更亮,真是一举两得。

龋齿

1916年,美国科罗拉多州一个地区的居民都得了一种怪病,无论男女老幼,牙齿上都有许多斑点,当时人们把这种病叫做“斑状釉齿病”,现在人们一般都把它称作“龋齿”。这里的居民为什么会得这种病呢?

原来是由于这里缺氟。氟是人体必需的微量元素,它能使人体形成强硬的骨骼并预防龋齿。而当地的水源中缺少氟,人们长期饮用,因而对龋齿的抵抗力下降,全都患了病。

为何人体缺氟会患上龋齿呢?这是因为我们每天吃的食物,都属于多糖类,吃完饭后如果不刷牙,就会有一些食物残留在牙缝中,在酶的作用下,它们会转化成酸,这些酸会跟牙齿表面的珐琅质发生反应,形成可溶性的盐,使牙齿不断受到腐蚀,从而形成龋齿。而如果我们每天吸收适量的氟,那么氟就会以氟化钙的形式存在于骨骼和牙齿中。氟化钙很稳定,口腔里形成的酸液腐蚀不了它,因而可以预防龋齿。

为了防止龋齿,人们在缺氟的地方补充了一些氟。人们还研发出氟牙膏,它们所含的氟化物会加固牙齿,不受腐蚀,而且,有些氟化物还能阻止口腔中酸的形成,这就从根本上解决了问题,效果也十分明显。

鬼谷谜云

在北美洲西北部,有一片比较宽阔的山谷地。在15世纪以前,这里曾住过不少印第安人。但是居住在这里的居民却常常会突然生病,头发一下脱光,眼睛失明,然后就痛苦地死去,甚至一些动物也逃脱不了死亡的厄运,于是这里很快就变得甚是凄凉,也因此被人们称为“鬼谷”,为何他们会得这样奇怪的病呢?

第二次世界大战后,一些地质学家勇敢地闯入“鬼谷”。经过他们实地考察与实验,发现原来这里土壤中含有大量硒元素。硒经过植物、河水的“传递”,进入人体,人体硒含量过高就会中毒死亡。

现代科学研究表明,硒是人体必需的微量元素之一。如果缺乏硒,也同样会引起疾病。过去我国黑龙江省克山县,有一种“克山病”为患,就是由缺硒引起的。这种病来势凶猛,病人开始呕吐黄水、继而心力衰竭,最后突然死亡。后来研究人员把一种叫做亚硒酸钠的化合物制成溶液喷洒在农作物上,人吃了这些植物以后适当补充了硒的含量.从而控制了“克山病”的发生。

现在,“鬼谷”已经被科学家变成一个硒的矿场。人们在这片山谷地上种了一种叫紫云英的植物。因为紫云英有一种“吃”硒的本领。时间长了,紫云英的体内就会积累很多硒元素。等紫云英成熟后割下晒干烧成灰,可以提取少量的硒元素。据说,把1公顷紫云英烧成灰后可提取纯净硒元素2.5千克。

杀人湖为什么会杀人

人往往落入湖水中才有可能被水淹死,然而在非洲的喀麦隆,竟有两个能把人杀死的湖泊,而人既没有靠近这两个湖,也没有在上面划船,便招致了死亡。这两个杀人湖就是尼奥斯湖和莫努恩湖。

据统计,两个怪湖已经杀死了1800多人。

1984年8月15日,位于喀麦隆西部的莫努恩湖突然喷发毒气,附近的37名居民因此丧生。两年后的1986年8月21日夜晚,位于该国西北部的尼奥斯湖发生类似的奇怪现象:伴随着闷雷般的响声,湖底沉积的超量二氧化碳突然冲出湖面,掀起近100米的巨大水浪,强烈的毒气迅速向四周扩散,吞噬了周围的一切。

第二天,来此调查的警察惊愕地发现死去的人们表情痛苦,眼神惊愕,手向胸部抓挠,像是努力挣扎过,而且口鼻中有大量已经凝结的血块。这场灾难夺取了湖周围村民的生命。而平日澄碧如镜的尼奥斯湖则一片红褐色,像被鲜血染过一样,湖面上飘浮着一缕缕的雾气,随风向岸边飘送,气味令人作呕。湖边的青草、树叶都发黄、枯萎。是什么使二氧化碳爆发出这么强大的力量,激起百米高的水浪?又是什么造成了毒气涌出呢?

灾难发生后,科学家们经过几次深入的调查后认为:这两个湖为火山湖,地层深处的二氧化碳缓慢向湖底渗进,并逐渐溶解于湖水中,密度不断增大;湖表层的冷水就像一个大盖子一样平静地盖在上面,使二氧化碳及其他有害气体难以散发。但如果在足够强烈的外力搅动下如地震、火山爆发等,就会破坏这种“平衡”,使二氧化碳冲出水面,和其他毒气一起,形成大量雾气涌向岸边,也就变成了让人畜瞬间窒息的隐形杀手。虽然二氧化碳本身并没有毒,但空气中含有超过0.2%便会对人体有害,超过1%以上即会使人畜窒息而亡。因而二氧化碳大量释放下沉,灾难也就不可避免了。

湖水中的这种化学平衡现象并非绝无仅有,科学家还发现俄罗斯基里岛上的麦奇里湖的水竟以5层分布,而且底层被更令人担忧的硫氢化物所渗透。那么存在其中的化学平衡是否也会被打破?硫氢化物是否会转化为毒性甚大的硫化氢并进而兴风作浪?更重要的是如何防患于未然,阻止惨案的再度重演?这些重大课题亟待科学家的解决。

神秘的屠狗洞

在意大利有一个奇怪的山洞,当人走进这个山洞安然无恙,但是狗走进去就会莫名其妙的死掉。因此,当地居民称它为“屠狗洞”,有些人说是因为洞里有一种叫做“屠狗”的妖怪作祟。这当然是迷信的说法,那么屠狗洞里到底隐藏着什么秘密呢?

为了解开其中的秘密,一位名叫波尔曼的科学家来到这个山洞里进行实地考察。他在山洞里四处寻找,发现岩洞倒悬着许多的钟乳石,地上丛生着石笋,并且有很多从潮湿的地上冒出来。波尔曼透过这些现象经过科学的推理终于揭开了其中的奥秘。

原来,这个由大量钟乳石和石笋构成的岩洞是石灰岩岩洞。这里,长年累月地进行着一系列的化学反应:石灰岩的主要成分是碳酸钙,它在地下深处受热分解而产生二氧化碳气体:

反应生成的二氧化碳又和地下水、石灰岩的碳酸钙反应,生成可溶性的碳酸氢钙:

当含有碳酸氢钙的地下水渗出地层时,由于压力降低,碳酸氢钙分解又释放出二氧化碳,并从水中逸出:

因为二氧化碳比空气重,于是就聚集在地面附近,形成一定高度的二氧化碳层。当人进入洞里,二氧化碳层只能淹没到膝盖,有少量的二氧化碳扩散,人只有轻微的不适感觉,然而处在低处的狗,却完全淹没在二氧化碳层中,因缺乏氧气而窒息死亡,这就是屠狗洞屠狗而不伤人的道理。

隐藏在水妖湖里的秘密

人们在俄罗斯卡顿山区曾经发现过一个神奇的湖泊。那湖水清澈见底,四周风景秀丽,湖面还会不断冒出微蓝色的蒸气,让人如临仙境一般。可是当地的居民却发现只要在湖边活动的人们都会莫名其妙的死去,于是就说,湖中有妖怪专门杀害游人。这到底是怎么回事呢?

许多年后,卡顿山区来了一位画家,听人说起水妖湖的故事,产生了很大的好奇心。他想,冒险一游,也许可以创作出一幅好作品来!

几天后,他很早就出发了,到了目的地,登上高处远望,果然一派湖光秀丽。画家十分地兴奋,立即拿出画板进行创作。画家全神贯注地一连画了几个小时,初稿刚画好,他突然感到一阵恶心,而且头晕、呼吸急促,立即意识到可能要发生意外。于是他匆匆拿好画稿,飞也似地离开了那里。回家后,他生了一场大病,差一点丢掉了性命。以后他常常会回忆起那段可怕的经历,可始终不明白那要置人于死地的湖的奥秘。

有一天,一位地质学家来到了他家,画家告诉了地质学家当初去水妖湖的可怕经历,还拿出自己的画作请地质学家欣赏。地质学家看到画面上有一个小湖,周围山上尽是红色的岩石,湖面在阳光下升起微蓝色的蒸气。地质学家便问这是写生画还是素描画。画家说完全是根据当时情景画出来的。地质学家若在所思,但一时也无法揭开这个谜。

后来,这位地质学家在用显微镜观察硫化汞矿石时,突然联想到画家的那幅画,他猜想那画中的红石头会不会是硫化汞矿石?银白色的湖水会不会就是硫化汞分解出来的金属汞(水银)呢?蓝色的微光会不会就是汞蒸气的光芒?

为了证实自己的想法,地质学家便带着他的助手和防毒面具对“水妖湖”进行了实地勘查。经过采样分析,他终于揭开了“水妖湖”的奥秘。

原来,在卡顿深山里有一个巨大的硫化汞矿,天长日久,硫化汞已分解成几千吨的金属汞并汇集成所谓的“水妖湖”,游人在湖上莫名其妙地死去,并非是水妖在作怪,而是被水银湖上散发的高浓度的水银蒸气所毒死的。

可怕的集体“发疯”

几十年前,在日本的一个村庄发生了一起集体“发疯”的可怕事件,有16个村民突然一起“发疯”了。这些“疯子”时而哭啼,时而大笑;发作时两手乱摇,颤抖不已,而下肢僵硬发直,如此反复下去,直到“疯死”。经多方研究调查,人们发现这些人喝的是同一口水井中的水,考察水井,又在旁边挖出了大量废旧、破烂的干电池。原来这是水井的水受干电池中某些有害成分污染而造成的。据环境科学研究表明,废旧干电池中的锌、二氧化锰等成分长期埋在地下,会与土壤中的化学物质发生作用,生成锌锰酸式盐。它渗入地下,极易污染饮用水,而这一群村民正是长期饮用这种水,造成蓄积性中毒,才造成了“发疯”的症状。

干电池在制造过程中还使用一定量的汞,其中含汞最多的锌汞电池约占电池重量的20%~30%,碱性干电池约为13%,普通锌锰电池含汞较少。汞对人体是一种有害蓄积性中毒物质,极易污染环境,特别是对水质,造成种种危害。

据统计,我国每年生产干电池50亿只,其中锌汞电池和碱性电池1亿只,每年电池用汞100吨。由于人们将使用完的电池随意丢弃,时间一长,它们就会污染环境,造成不幸的事件。因此,不用的废旧电池不能随意乱丢,最好收集起来。

他们为何暴食而死

1945年6月,被关在希特勒集中营的一些人得到了自由,他们受到了盛情的款待。集中营中长期忍受饥饿的人们在看到美味佳肴时,一些人顾不得一切就狂吃起来,但是,许多人却因此莫名奇妙地死掉了。这些人是被撑死的吗?科学家们研究他们暴死的原因,发现是由于他们吃了过多的高蛋白质的食物,引起“蛋白中毒”。蛋白质是构成各种生物体的主要物质,在人的血液、肌肉、内脏,甚至皮肤,指甲、头发里都含有。人体必须每天摄取一定数量的蛋白质,全身细胞才能正常活动,假如缺少蛋白质,人就会体弱多病,容易衰老,甚至影响寿命。

在我们所吃的食物中,豆制品、瘦猪肉、鸡蛋等都含有比较多的蛋白质,是很好的营养食品,但并不是吃蛋白质越多越好,尤其是一些病人,多吃含高蛋白的甲鱼、海参、老母鸡等,反而不利恢复健康。原来,人们吃了大量的高蛋白食物后,要靠人体里的胃蛋白酶等消化酶的帮助,才能把蛋白质分解成氨基酸,送到身体的各部分去,构成新组织蛋白质,同时老组织中的蛋白质就会分解成氨基酸。不管哪种氨基酸,又都会分解出一些有毒的氨来,健康人的肝脏有分解氨的功能,所以不会中毒。但是长时间处于饥饿状态,或患有肝病、肾病和尿道疾病的人,吃了大量的高蛋白食物,使血液中的氨特别多,大大超过了肝脏的解毒能力,就会出现中毒症状。如果氨随着血液进入脑组织,会使脑组织缺乏能量,造成全身代谢停止,轻则使人昏迷,重则致人死亡。因此,不能一次吃过多的高蛋白食物,以免“蛋白中毒”。

奇异的砒霜中毒

在某地,一个学生忽然没有任何缘由地七孔流血而死,人们立刻报了警,经过初步尸检,警方断定为是因砒霜中毒而死,但是砒霜是从何而来呢?医学专家仔细观察了死者胃中提取物,没有多久,医学专家就说,死者不是他杀也不是自杀,而是死于无知的“它杀”。这让人们很是惊奇,为什么是无知的“它杀”呢?砒霜又从何而来?

据专家解释说,砒霜是这个学生腹内形成的。死者在生前每天都会服用维生素C,这本来没有任何问题,但是问题就出现在她晚餐时吃了大量的虾。

据美国芝加哥大学研究显示,虾类等软壳类食物含有大量浓度较高的-五钾砷化合物。这种物质被人摄入后,其本身人体并没有任何的坏处,但是在服用维生素C之后,由于化学作用,使得原本无毒的-五钾砷(即砷酸酐,亦称五氧化砷,转变为有毒的三钾砷(即亚砷酸酐),又称为三氧化二砷,这就是人们常说的砒霜。

砒霜又称为信石,它是白色粉末,没有特殊气味,与面粉、淀粉、小苏打很相似,所以容易误食中毒。

砒霜的毒性很强,进入人体后能破坏某些细胞呼吸酶,使组织细胞不能获得氧气而死亡;还能强烈刺激胃肠黏膜,使黏膜溃烂、出血;亦可破坏血管,使之发生出血,破坏肝脏,严重的会使人因呼吸和循环衰竭而死。

几个世纪以前,杀手们选择砒霜作为杀人的工具,除了它的毒性之外,还因为砒霜无臭无味,难以在尸体上被检验出来。著名的军事家拿破伦就是中砒霜而死。

1821年5月5日17时49分,被流放到南大西洋圣赫勒拿岛上的法兰西第一帝国皇帝拿破仑与世长辞,法国当局随后宣称这位皇帝死于“心血管疾病”。但是很多人都怀疑这种说法。所以,近一百对年来关于拿破仑的死因产生了很多说法。

20世纪50年代,瑞典牙医和毒药专家佛舒伍德发现了一本由随拿破仑一起流放到圣赫勒拿岛的仆人写的日记。日记上说拿破仑去世前“经常失眠,腿部肿胀无力,掉头发,偶尔抽搐,总是觉得口渴”。专家在对日记进行仔细研究后认定,以上症状均与人服食砒霜后的病症相似。随后佛舒伍德运用现代技术检测拿破仑的头发,他发现越是接近头发根部,所含的砷就越多。一般人头发中含砷量极低,因为砷是一种有毒的化学元素,而它的化合物——三氧化二砷就是砒霜,砒霜是剧烈的毒药。拿破仑头发中的含砷量比正常人头发的含量高出40多倍。后来,美国联邦调查局和法国巴斯德大学又对拿破仑一根头发进行了分析,并从中发现了相当数量的砒霜。这一结果再次证实了拿破仑“中毒”的说法。拿破仑又是如何中毒死的呢?一些科学家却认为,拿破仑卧室的壁纸中含有一种绿色的涂剂,随着壁纸逐渐受潮腐烂,这种涂剂中掺杂的砷成分就会逐渐氧化并以蒸汽的形式挥发出来。这才是导致拿破仑死亡的根本原因。

所以,亲爱的小读者一定要记住,在服用维生素C时,一定不要吃虾类,赶快把你知道的这个小知识告诉你所认识的人吧,让大家在生活中一起来注意健康。

妙趣横生的元素

在水中便可燃烧的金属——钾

钾是碱金属元素,原子序数为19。在常态下,钾具有银白色光泽,质地十分柔软,可以用小刀切割。钾的熔点很低,只有摄氏63度,就是说,只要温度升高到摄氏63度,金属钾就变成水银般的液体了。钾的比重很小,它比水还轻。

钾的化合物在很早的时候就被人类利用,古人就知道草木灰中存在着钾草碱(即碳酸钾),可用作洗涤剂,硝酸钾也被用作黑火药的成分之一。但钾的化合物特别稳定,难以用常见的还原剂(如碳)从钾的化合物中将金属钾还原出来。一直到1807年,英国大化学家戴维才用电解氢氧化钾熔液的方法制得金属钾。钾在地壳中的含量为2.59%,占第七位。在海水中,除了氯、钠、镁、硫、钙之外,钾的含量占第六位。

钾的化学性质十分活泼,刚刚切开的金属钾极容易被氧化形成氧化钾。钾与水反应剧烈,当把一块钾放入水里时,你就会看到它不断地浮起落下,周身还冒出火焰。一会儿再看,水中的钾就消失了。原来,它跟水发生反应生成了氢氧化钾,氢氧化钾溶解在水中,所以就看不到了。钾同酸的水溶液反应更加猛烈,几乎能达到爆炸的程度。由于钾的性质太过活泼,所以通常人们就将钾放进煤油里来保存。

在三国战乱时期,有一天的中午,曹操带着队伍去打仗,走在半路上,士兵们都非常口渴。可是附近一点水也没有,怎么办呢?曹操想出了一个好办法,他对士兵们说,他知道这儿的地形,在前面不远处,有一个梅园,到那儿可以搞梅子吃。听了这话,士兵们顿时来了劲,口也不觉得渴了,行军也加快了。后来人们把这个故事总结为一个成语,叫“望梅止渴”。

那么望梅为什么能够解渴呢?

原来,梅子中含有钾元素。人们觉得口渴,是由于体内的盐分特别多,造成钠离子过剩,而钾离子能使人体内多余的钠排出体外,所以当人们感到口渴时,吃一些梅子、苹果就可以止渴。当吃过几次后,吃梅解渴就对大脑形成了命令,所以当有人说到梅子时,在条件反射的作用下,虽然没有吃到梅子,但口里也分泌出一些唾液。唾液可以湿润咽喉,使人不觉得口渴。故事中的“望梅止渴”就是这个道理。

钾还是植物不可缺少的元素,钾能帮助植物合成碳水化合物。谷类作物如果没有钾的帮助,结的谷粒就很少,而且其中淀粉的含量不多。缺了钾,植物的幼苗就会发育不良,茎秆柔弱无力,风一吹就会倒下,还会生出许多病来。钾还帮助植物吸收氮,形成蛋白质。比如说,豌豆幼苗在没有钾的帮助下,蛋白质的含量只有50%,而有了钾的帮助,蛋白质的含量会提高到70%。科学家们研究发现,在植物体中,钾与蛋白质的分布是一致的,蛋白质多的地方,钾离子也很多,这也说明钾和蛋白质的关系很“亲密”。所以,在植物的生长过程中需要大量的钾。平均起来,每收获1吨小麦或马铃薯,就等于从土壤中取走5千克钾;收获1吨甜萝卜,相当于取走2千克钾。全世界平均每年要从土壤中取走2500万吨钾!但是农民一般不往地里施钾肥,而是施用农家肥料,包括草木灰和家畜的粪便。草木灰里含有大量的钾。这是因为植物本来就从土壤中吸收了很多钾。那么,把它烧成灰后,灰中当然也就含有钾。在每吨粪便中,也大约含有6千克的钾,因此农民就不用再施用钾肥了。

钾对人类来说也十分的重要。钾可以调节细胞内适宜的渗透压和体液的酸碱平衡,参与细胞内糖和蛋白质的代谢。有助于维持神经健康、心跳规律正常,可以预防中风,并协助肌肉正常收缩。在摄入高钠而导致高血压时,钾具有降血压作用。人体钾缺乏可引起心跳不规律和加速、心电图异常、肌肉衰弱和烦躁,最后导致心跳停止。

钾可以用来制造钾钠合金,在有机合成中用作还原剂,也用于制光电管等。钾的化合物在工业上用途很广,钾盐可以用于制造化肥及肥皂。

住在“小太阳”里的元素——氙

1965年的春天,在我国上海南京路上海第一百货商店大楼顶上,出现了一盏不一般的灯,它的功率高达两万瓦。每当黑夜到来时,它的光芒照得南京路上如同白昼一般。但是这盏灯并不大,灯管只比普通日光灯长1倍。人们称誉它为“人造小太阳”。“人造小太阳”,就是高压长弧氙灯的通俗的说法。它为什么能发出这么强的亮光呢?

原来是居住在里面的非凡“居民”——氙的功劳。氙气是一种无色气体,密度是空气的3倍多。可是它在空气中的含量十分稀少,只占总体积的8/100000000,因而人们难得见到它,也难怪当初发现它时科学家就用拉丁文给它起了个名字叫“生疏”,翻译成中文就是“氙”。

氙在电场的激发下,能射出类似于太阳光的白光,“人造小太阳”就是利用它的这个特性制成的。这种灯的灯管是用耐高温、耐高压的石英管做成的,两头焊死,各装入一个钨电极,管内充入高压氙气。通电后,氙气受激发,发出强烈的白光。

一盏6万瓦的氙灯的亮度,相当于900只100瓦的普通灯泡!“人造小太阳”的用途极广,比如电影摄影、舞台照明、放映、广场和运动场的照明等,都能用到它。

更有意思的是,氙还具有一定的麻醉作用——它能溶于细胞汁的油脂中,引起细胞的膨胀和麻醉,从而使神经末梢的作用暂时停止。人们曾试用4/5的氙气和1/5的氧气组成混合气体,作为麻醉剂,效果很好。只是由于氙气很少,所以目前还不能广泛应用。

氙是1898年由英国化学家拉姆赛和特拉弗斯在分馏液态空气时发现,它是稀有气体中唯一能在室温下形成稳定化合物的元素。1962年首次合成氙的化合物,此后又合成许多氙的化合物,主要是氟化氙和氙的氧化物;氟化氙有3种,都是无色晶体,在室温干燥的条件下非常稳定;氙的氧化物有2种;还有一种氙的氟氧化物。目前已知氙的化合物有80多种,包括氟化物(二氟化氙、四氟化氙、六氟化氙)、氢化物、氘化物以及高氙酸钠。三氧化氙具有高度爆炸性。除了个别化合物外,氙化合物都是无色的。

氙没有腐蚀性,可使用所有的通用材料保存,氙可用玻璃瓶包装,外加木箱或纸箱保护。贮运过程中要轻装轻卸严防碰损。

生命元素——氧

氧气是地球上含量最多、分布最广的元素。据统计,氧在地壳中的含量为48.6%。单质氧在大气中占23%。

有意思的是,少量的纯净的氧气是无色的,而大量的氧气聚集在一起,会显示出浅蓝色。

氧的化学性质比较活泼,能与大部分的元素化合形成氧化物。它是一种重要的助燃剂,煤、木柴、汽油等,没有它就不能燃烧。甚至连各种金属也会在氧气中燃烧,比如铁丝在空气中加热只会发红,在氧气中却能猛烈燃烧并发出耀眼的白光。

1775年,法国画家拉瓦锡在实验中发现了一种新的气体,他认为这是一种新元素,把它命名为“氧”。一直到现在有不少人还认为拉无锡是氧元素的发现者。但是拉瓦锡并不是最早发现氧气的人。这是怎么回事呢?原来在1771~1772年,瑞典化学家舍勒在实验中得到了一种新的气体,他把燃着的蜡烛放在这个气体中,火烧得更加旺了,于是他把这个气体称为“火空气”,接着他又发现这种气体比普通的空气要重。但是舍勒很早以前就相信了一种错误的说法,即任何气体都不能单独存在。他坚持认为这种“火空气”不是元素,所以没有继续进行研究,白白地错过了发现氧元素的大好机会。

到了1774年,英国科学家普列斯特里也在实验中发现了氧气,当时他把它叫做“脱离燃素的空气”。他把点着的木料放进这种新的“空气”中,发现火更旺了,发出了白光。他又把老鼠关闭在充满这种“空气”的玻璃钟罩里,发现老鼠比在充满普通空气的同一个玻璃钟罩内活得时间长。他又亲自尝试吸入这种“空气”,感到非常轻松愉快。但是,跟舍勒完全一样,普列斯特里也上了那个说法的大当,他也认为这种“空气”不是一种新元素。只是在实验记录中写下了这样两句话:“谁能想到,这种纯洁的空气在若干年后也许会变成时髦的奢侈品呢?当然,到现在为止,只有两只老鼠和我本人享受过这种空气”。然后他也放弃了研究。

这一年的10月,普列斯特里来到了巴黎,他见到了拉瓦锡,并向他讲了自己的实验结果和这种“脱离燃素的空气”的性质。

拉瓦锡听完后深受启发,在1777年连续进行了12天的实验后,他向世界宣布:他发现了一种新的元素——氧。舍勒和普列斯特里失去的机会终于被拉瓦锡抓住了,这件事也说明了科学只偏爱那些在前进路上锲而不舍的人。

也有人说世界上最早发现氧气的是我国唐朝的炼丹家马和。马和认真地观察各种可燃物,如木炭、硫黄等在空气中燃烧的情况后,提出的结论是:空气成分复杂,主要由阳气(氮气)和阴气(氧气)组成,其中阳气比阴气多得多,阴气可以与可燃物化合把它从空气中除去,而阳气仍可安然无恙地留在空气中。马和进一步指出,阴气存在于青石(氧化物)、火硝(硝酸盐)等物质中。如用火来加热它们,阴气就会放出来,他还认为水中也有大量阴气,不过很难把它取出来。马和的发现比欧洲早1000年。

棉花在一般情况下,秉性“温和”,然而将棉花浸在液态氧里后,它就成了炸药。遇见火星,它就会发生爆炸。这是为什么呢?

这和液态氧有关。棉花的化学成分是纤维素,这是一种可燃物质,而氧气在工业上是重要的助燃剂,一遇火星,就发生燃烧,放出大量的二氧化碳气体,同时过剩的液态氧迅速蒸发变成气体。据计算,在摄氏零度的条件下,1立方米液态氧蒸发后可变为874立方米的氧气,而在摄氏100度下,氧气的体积约为4000立方米,比液态时增大了4000倍,因此,爆炸时的威力非常大。然而,这种炸药的“寿命”不太长,一般只有十几分钟至1小时,在战场上不适用,因此常被用来开矿、挖渠、修水库等。

氧被大量用于熔炼、精炼、焊接、切割和表面处理等冶金过程中;液态氧是一种制冷剂,也是高能燃料氧化剂。它和锯屑、煤粉的混合物叫液氧炸药,是一种比较好的爆炸材料,氧与水蒸气相混,可用来代替空气吹入煤气气化炉内,能得到较高热值的煤气。液体氧也可作火箭推进剂,氧气又是许多生物过程的基本成分,因此氧也就成了担负空间任何任务是需要大量装载的必需品之一。医疗上用氧气疗法,医治肺炎、煤气中毒等缺氧症。石料和玻璃产品的开采和生产均需要大量的氧。

氧气还有一个兄弟——臭氧。一个氧气分子是由2个氧原子构成,而臭氧分子含有3个氧原子。臭氧是在常温常压下,呈淡蓝色的气体,伴有一种自然清新的味道,臭氧的稳定性极差,在常温下可自行分解为氧气,因此臭氧不能贮存,一般现场生产,立即使用。它是由于大气中氧分子受太阳辐射分解成氧原子后,氧原子又与周围的氧分子结合而形成的,含有3个氧原子。

臭氧对人体有害,如果人呼吸的空气中含有大量的臭氧,很短时间内就会出现咳嗽,严重时呼吸短促、头痛、疲倦、鼻子出血,这就是臭氧病。减轻臭氧病的简便办法是用湿布捂往鼻子,用口来呼吸。

但是臭氧也是对人的生存环境大有裨益的。臭氧大部分存在于大气层中,高空中的臭氧层能吸收大部分太阳紫外线,从而减少人类皮肤癌的发病率。有意思的是稀薄的臭氧并不臭,反而给人清新的感觉。在雷雨以后,空气十分的清新。原来在电击下,少量的氧气变成了臭氧,对空气有杀菌和净化作用。在松林里,有很多有机树脂也容易被氧化而放出臭氧,因此,一些疗养院常常设在松林之中。

是近年科学家发现地面附近大气中的臭氧浓度有快速增高的趋势,这就令人感到不妙了这些臭氧是从哪里来冒出来的呢?同铅污染、硫化物等一样,它也是源于人类活动,汽车、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在车水马龙的街上行走,常常看到空气略带浅棕色,又有一股辛辣刺激的气味,这就是通常所称的光化学烟雾。臭氧就是光化学烟雾的主要成分,它不是直接被排放的,而是转化而成的,比如汽车排放的氮氧化物,只要在阳光辐射及适合的气象条件下就可以生成臭氧。随着汽车和工业排放的增加,地面臭氧污染在欧洲、北美、日本以及我国的许多城市中成为普遍现象。因此如何控制臭氧的排放和形成越来越受到人们的关注。

氧气是生命的元素,地球上大部分生物的呼吸、人类的生活活动都与氧气有关。据测,成年人来说,每人每天大约要呼吸11000多升氧气。这样下去,氧气会不会用光呢?19世纪,英国一位科学家十分担忧地说道:“随着工业的发达与人口的增多,500年后,地球上的氧气都将用光,人类也将灭亡!”这位科学家的担忧是多余的,因为因为地球上的氧气是取之不尽、用之不竭的。

这是为什么呢?人们曾经做过一个实验:采集植物的绿叶,浸在水中,放在阳光下,很快地,叶子会不断地吐出一个小水泡。如果用一只试管收集这些气体,并把一块点燃的木条伸进试管,木条会猛烈地燃烧,这就证明了试管中收集到的是氧气。如果再往水里通进二氧化碳,就可以发现,通进去的二氧化碳越多,绿叶排出的氧气就越多。

原来,地球上绿色植物在阳光作用下,绿叶会吸收空气中的二氧化碳,与从根部运来的水分、养料化合变成淀粉、葡萄糖等,同时放出氧气,这个过程就是“光合作用”。每一时刻,只要有光,绿色植物就会进行光合作用。也就是说只要世界上存在着绿色植物,氧气就会被源源不断地生产出来,人类完全不用担心氧气会用完。所以,我们要爱护环境,爱护绿色植物。

氧气并非全是好处,它也有坏处。它能使金属生锈。铁丝放在空气中,经过风吹雨打,时间不长就会出现锈班,这是自然界中的一大损失。据统计,全世界每年由于生锈而报废的钢材,约占钢材年产量的1/3。目前全世界年产金属3亿吨以上,由于生锈直接损失的金属达3000万吨以上。这些生锈的产品还会污染环境。食品、医院如被污染,就会对人的身体造成危害。有些机器设备由于生锈还会发生爆炸、燃烧和中毒事故。为此,人们采取了许多防护办法,如在金属表面涂抹油脂、刷油漆、覆盖搪瓷、电镀和其他方法来防止氧的危害。

在医学上,病人缺氧时会吸纯氧,但是过度吸纯氧会对身体造成损害。早在19世纪中叶,英国科学家保尔·伯特就发现,如果让动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。人如果在大于0.05兆帕压强(半个大气压)的纯氧环境中,氧对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”。肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各脏器缺氧而发生损害。甚至会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。此外,过量吸氧还会促进生命衰老。进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴呆;堆积在皮肤上,形成老年斑。

元素周期表第一号元素——氢

氢位于元素周期表第一位,原子序号为1,相对分子质量为1。氢也是最轻的元素。

氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭、极易燃烧的双原子气体。氢气也是最轻的气体。我们是如何知道氢气是最轻的呢?可以做一个实验,可以用肥皂泡来比较。用金属锌和盐酸反应制出氢气,把氢气通入肥皂水中,吹肥皂泡。同时,用没有通过氢气的水吹肥皂泡。我们会看到充满氢气的肥皂泡比一般肥皂泡上升得更高。这是因为氢气特别轻,它只是空气质量的1/29。人们利用氢气特别轻这个特性,用它来充气球和飞艇。

地球上和大气中只存在极少的游离态的氢。在地壳里,如果按重量计算,氢只占总重量的1%,而如果按原子百分数计算,则占17%。但在整个宇宙中,氢却是最多的元素。据研究,在太阳的大气中,按原子百分数计算,氢占81.75%。在宇宙空间中,氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。美丽的银河系就是在120亿~150亿年前由蕴藏量最丰富的氢元素逐渐演变而来的。即在高于67×10开(绝对温度)时,氢的原子核发生聚变反应,变成氦的原子核,然后再由氦原子核变为碳原子核和氧原子核,以至于其他许许多多的化学元素。因此,氢往往被认为是化学元素的起源。

尤其随着能源危机时代的到来,人类开始探索新的可循环利用的能源,而氢就是首选之一。氢气燃烧以后生成水,它对环境不造成任何污染。因此氢气有“无污染能源”的美称;从广义的角度来说,氢能还包括氢的两种同位素(氘与氚)发生核聚变以后释放的能量,比氢释放的能量要大得多。氢气球

现在氢已经是重要的工业原料,可以用来合成氨和甲醇,也用来提炼石油。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属比起其他方法来,产品的性质更易控制,同时金属的纯度也高,所以氢广泛用于钨、钼、钴、铁等金属粉末和锗、硅的生产。

人们利用氢气与氧气化合时放出大量的热来切割金属。利用氢的同位素氘和氚的原子核聚变时产生的能量能生产杀伤和破坏性极强的氢弹,其威力比原子弹大得多。

现在氢已经发展为一种可替代石油的未来清洁能源,用于汽车等燃料。氢发动机汽车是1970年开始研制的,从1980年起日本的研制工作一直领先于欧美。1982年,国际氢能源协会在美国洛杉矶召开国际氢汽车行车距离比赛,日本武藏工业大学研究小组制造的“武藏5号”氢发动机汽车,用80升液氢,行驶了400千米。1990年,武藏大学在日产汽车公司协助下,推出了以氢为燃料,时速可达125千米的新型汽车。现在,美国和德国也正在研制使用氢气为燃料的小型客车。有的国家还在研究将氢气用作飞机燃料。

但是使用氢气也有一些弊端,据2003年科学家发现,使用氢燃料会使大气层中的氢增加约4~8倍。可能会让同温层的上端更冷、云层更多,还会加剧臭氧洞的扩大。因此,如何使得氢燃料对大气的影响降到最低,还有待科学家进行研究。

氢有3种同位素:氢、氘(又名重氢)和氚(又名超重氢)。这三种同位素的含有相同的质子数,都为1。但是中子数不同,氢原子核中不含中子,氚原子核含有1个中子,氚原子核含有2个中子,因此它们的质量数分别是1、2和3。在天然的氢气中,氢占99.984%,氘只占0.016%,氚的含量更少,氚大部分是由宇宙射线中的中子和质子轰击上层大气中的氮而形成的。

由氘和氧化合而成的叫做重水,在天然水中,重水的含量约占0.015%。重水主要用作核反应堆的慢化剂和冷却剂,用量可达上百吨。它可以减小中子的速率,使之符合发生裂变过程的需要。重水也是研究化学和生理变化中使用的材料。浓而纯的重水不能维持动植物的生命,其致死浓度为60%。重水在自然界中十分的珍贵。制造1千克重水要消耗掉6万度电和100吨水,这比制造黄金的代价要大得多。而超重水更是稀有(由氚和氧组成的化合物叫超重水,每个超重水是由2个氚原子和1个氧原子构成),只能靠人工的方法制得。制造超重水需要消耗十亿吨原子能量,可想而知超重水更加地珍贵。

近年来,氘和氚已经成为引人注目的元素,这是因为它们的原子核在高温下可以聚合起来,并放出大量的热能。通常把这一反应称为热核反应,它放出的热能比原子核裂变反应(即原子弹和原子核反应堆所发生的反应)大10倍。在地球上,第一次利用热核反应的是氢弹。氢弹里面其实没有氢,里面装的是氘和一颗原子弹。当原子弹爆炸后,它所产生的能量把氘加热到非常高的温度,从而引发了热核反应。

比水还轻的金属——锂

金属给我们的印象一般是沉甸甸的,但是也有的金属却很轻,比如稀有金属锂。纯锂的比重跟干燥木材差不多,等于号称轻金属的铝的比重的1/5,同体积的纯锂几乎只有同体积水的重量的1/2。即使把锂扔到汽油里,它也会像纸片一样轻轻地浮起来。

锂不仅是自然界最轻的金属,而且也是在普通温度条件下呈固态的一般材料中最轻的一种。除了体重特别轻之外,锂的另一个特点是非常软,富有延展性,可以打薄成片,可以拉伸成丝,压制加工都很方便。锂和钠一样,可以用小刀毫不费力地切开。刚切开的锂切面呈银白色,但是由于锂的性质十分的活泼,有很强的化学反应能力,所以当锂切面一接触潮湿空气就会黯然失色——锂跟空气中的氧、氮等气体迅速化合,生成一层淡黄色或黑色的薄膜覆盖在表面。

在自然界中,锂还算是含量比较多的一种元素,它占地壳总原子数的2/10000。在盐层、海水、盐湖、矿泉中,含有许多可溶的锂的化合物。锂的化学性质非常活泼,它能跟各种气体反应,比如像氧气、氮气、氢气等。所以锂的用途十分广泛。如经过锂脱气的铸铜或铜线,导电性能大大加强;向铬镍不锈钢中加入极少量的锂钙合金,就可以增加它的硬度、强度和加工性能;经过锂处理的金属或合金,不但能耐高温,而且不怕酸碱溶液的腐蚀,所以常被用来加工制造具有特殊要求的精密元件。

锂不但可用在冶金工业中,还可以用在其他领域。如在玻璃中加进锂和锂的化合物,可以增强玻璃的强度和韧性。含锂的特种玻璃表面光滑,坚固耐用,不怕腐蚀,受热,所以常常用到化工、电子和光学仪器上,例如电视机的荧光屏就是一种锂制玻璃。

锂在日常的机械工业部门也有广泛的用途。在各种机器中都要用润滑油来降低摩擦,但一般的润滑油受热会蒸发分解,冷了又会冻在一起,十分的麻烦,该怎么办呢?人们用锂的化合物制造了一些特种的润滑材料,它们在摄氏零下50度的低温里不会冻结,在摄氏200度的高温下不会变成气体,而且不管是任何的地方都很适用。

你相信糖块能燃烧吗?当你划亮一根火柴,把糖块放在火焰上,可以看到糖开始熔化,却并不燃烧。但是你若再划着一根火柴,把糖块放在火焰上,然后再往糖块上撒一些香烟灰,这时糖块就会像纸一样燃烧起来!为什么往糖块上撒一些烟灰就可以燃烧呢?原来在烟草中,含有许多锂的化合物,当烟草烧成灰烬后,锂就剩在灰烬中。锂不但化学性质很活泼,还能当催化剂,用来加快一些化学反应,糖块能燃烧就是一个例子。

自古以来狼吃羊似乎是天经地义的事情,为牧民带来了很大的灾难。如果有一天狼能不吃羊,对牧人来说将是一件天大的喜事。那么,狼能不吃羊吗?

科学家们发现,不管是人还是动物,只要吃了氯化锂药丸,都可以造成短时期内的消化不良。利用氯化锂的这一特性,科学家便经常把这种药丸塞进羊肉里喂狼。经过几次实验后,狼就倒了胃口,不再吃羊了。一旦狼改了食性,可以遗传给后代。如果这样下去,狼很可能就不再吃羊了。

氢弹里装的是什么呢?有人也许会说装的是氢。在以前,早期的氢弹都是用氘和氚的混合物作“炸药”,它们虽不是普通的氢,但仍属于氢一类。而现在氢弹里的“爆炸物”多数是氘化锂和氢化锂。为什么氢弹里不用氘和氚呢?原来氘和氚很难生产出来,一个工厂一年也生产不了多少,而氘化锂生产起来却比较容易,而且氘化锂爆炸时放出的能量特别巨大。如果用几十千克氘化锂放出的能量挖沟,足可以挖通一条巴拿马运河。把氘化锂用在人造太阳上,每年消耗322千克氘和676千克锂,可以发电70亿度,能把整个黑夜照得如同白昼。

由于锂的原子量十分小,因此,单位重量的锂携带的电荷很多,可以说得上是电极材料之王。用锂做成的电池,体积小、重量轻、输出功率大,工作温度范围宽,可以在摄氏零下55度的低温至摄氏75度的高温环境下使用,储存期长达10年,寿命是一般电池的10倍。据悉,日本已研制成功可以充放电1000次的锂碳电池,它的直径只有2厘米,厚度就更小了,只有2毫米,看上去小巧玲珑。如果用锂电池来开动电动汽车,既轻便又干净,而且充电时间只需十几分钟,行程却达几十万千米以上。随着能源日益紧缺以及汽车废气排放规定的严格执行,锂动力电池车辆将会迅速增加。

近年,日本研制出一种比纸还要薄的锂电池,长和宽各是4毫米,厚度只有0.034毫米,电池的负极就是金属锂。这种电池可使用在计算器、电子表上,一次充电可工作两三百个小时,而且可以反复充电达2000次,性能依然保持不变。

现在,通信、潜艇、人造卫星、宇宙飞船等也都开始用锂电池作为电源,使产品和设备向微型化方向发展,展现了诱人的前景。

锂不仅是一种高性能金属,而且还具备其他众多的特质。现在,每天都有很多人看电视,但是电视会产生一些对人体健康有害的X射线。这怎么办呢?锂可以帮助人们,它具有吸收X射线的能力,只要在显像管中加入适量的锂,大量的X射线就会被吸收,人们在看电视时就可以高枕无忧了。

用锂的化合物氧化锂单晶体制成的天文透镜,既能透过可见光,又能透过紫外线去探索宇宙的奥秘。将锂辉石加入制灯泡的原料中,制出的灯泡会更加明亮、耐用。用氢氧化锂配的锂基润滑脂,既不怕热,也不怕冷,可以在较大的温度范围内工作,因而是一种良好的润滑剂。

锂在医学领域也有用武之地。锂可以制成药品,医治多种疾病。我们都知道精神病是一种严重的社会疾病,据统计,目前全世界患精神病的人数达几百万。患精神病的人生活不能自理,是家庭的沉重负担。因此,人们在很早以前,就在寻找一种能治疗精神病的“灵丹妙药”。在20世纪40年代,这种药终于被发现了。那么,人们是怎么发现它的呢?

在美国有一位著名的精神病医生,他小时候看到精神病人在发作时十分痛苦。就暗自下决心,长大后一定要找到一种能治疗精神病的药物,来缓解病人的痛苦,他当了医生后,就专门研究精神病。为了弄清楚精神病的病因,他把病人的尿液注射到小白鼠的身体中,小白鼠也得了精神病。由于尿液中的主要成分是尿酸,于是他推想也许尿酸是导致精神病的“罪魁祸首”。为了证实这一点,他就用尿酸来代替病人的尿液进行实验。但是尿酸几乎不溶于水,很难把它移入小白鼠体内,因此他改用易溶于水的尿酸锂。可当他把尿酸锂注入小白鼠体内时,却奇怪地发现,小白鼠的精神病非但没有加重,反而大大减轻了。这大大鼓舞了这位医生,他继续用锂盐进行实验,最终发现,碳酸锂对精神病的疗效最好。

为什么锂盐能治疗精神病呢?这是因为锂离子能消除患者身体中的尿酸毒性,使病人狂躁的心情平静下来。自从锂盐被发现可以治疗精神病以后,每年都有很多精神患者告别了痛苦的过去,这真不愧是医学上的伟大发现啊。

人体必需微量元素——锌

在非洲的一些国家,有的年轻人长到20岁,仍像个10岁左右的孩子,他们的发育停滞,皮肤粗糙,肝脏肿大,性机能低下。医生称这种病为“小人症”。这种病是怎样造成的呢?医学家经过长期的分析研究,终于发现导致“小人病”的原因是这些人体内严重缺锌。但是只要服用适量的含锌食品,可以迅速恢复正常发育。这个地方的人为何会严重缺锌呢?原来,这里的人们吃的小麦、稻米等谷类中,含有一种酸,这种酸在人体内易和锌形成难溶性络合物,从而降低了人对锌的吸收。所以,在以谷类为主食的国家中,有不少人会严重缺锌。实际上,不论是发展中国家,还是工业化国家,都有很多人不同程度地缺锌或缺其他微量化学元素。

美国著名科学家施罗德说过,只要人体内微量元素含量平衡,除了意外伤亡事故,人人都有可能活到90~110岁。锌在微量元素中,占有重要地位。预防人体内微量元素的缺少并不神秘,只要讲究科学,人人可以做到。首先要注意饮食平衡,合理搭配食物。只要人们真正重视体内微量元素的重大作用,讲究科学,人类就会朝着自己的自然寿命110岁的目标前进。

锌的另一种奇特功能就是它能使伤口很快愈合。例如,人体在经过一次大手术之后,要及时补充皮肤和骨骼里的锌。长期卧床不起的病人,容易长出褥疮,这种病很不好治。如果在长褥疮的地方敷一些锌盐,就可以让褥疮早日痊愈。在家庭常备的药品中,就有氧化锌橡皮膏,有时,脚后跟或手指上裂了口子,不好愈合,只要贴上一块氧化锌橡皮膏,不几天就可以愈合。

锌是一种蓝白色金属。密度为7.14克/立方厘米,熔点为摄氏419.5度。在室温下,比较脆;在摄氏100~150度时,变软;超过摄氏200度后,又变脆。锌的化学性质活泼,在常温下的空气中,表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜,可阻止其进一步氧化。当温度达到摄氏225度后,锌氧化反应激烈。燃烧时,发出蓝绿色火焰。锌易溶于酸,也易从溶液中置换金、银、铜等。

锌和铜的合金黄铜早已被古人利用,但是锌的发现却比铜、锡、铁等晚许多。据考证,中国古代劳动人民首先生产出锌,中国制取锌的方法讲述最清楚的出现在明朝末年宋应星著述的《天工开物》中。西方最早讲到锌的是德国贵族政治学家龙涅斯在1617年发表的著作。当时人们称它为zinck或conterfeht,说这种白色金属像是锡,但比较硬,缺乏延展性,没有太大用途。锌的拉丁名称zincum和元素符号Zn由此而来。1737年和1746年德国矿物学家亨克尔和化学家马格拉夫先后将菱锌矿与木炭共置陶制密闭容器中烧,得到金属锌。拉瓦锡在1789年发表的元素表中,首先将锌列为元素。

由于锌在常温下表面易生成一层保护膜,所以锌最大的用途是用于镀锌工业。锌能和许多有色金属形成合金,其中锌与铝、铜等组成的合金,广泛用于压铸件。锌与铜、锡、铅组成的黄铜,用于机械制造业。锌肥(硫酸锌、氯化锌)有促进植物细胞呼吸、碳水化合物的代谢等作用。锌粉、锌钡白、锌铬黄可作颜料。氧化锌还可用于医药、橡胶、油漆等工业。自然界中,锌多以硫化物状态存在。主要含锌矿物是闪锌矿,也有少量氧化矿,如菱锌矿和异锌矿。

锌与大脑发育和智力有关。美国一个大学发现,聪明、学习好的青少年,体内含锌量均比愚钝者高。锌还有促进淋巴细胞增殖和活动能力的作用,对维持上皮和黏膜组织正常、防御细菌、病毒侵入、促进伤口愈合、减少痤疮等皮肤病变,以及校正味觉失灵等均有妙用。

可以做出“照妖镜”的元素——硼

你知道世界上最坚硬的物质是什么吗?对,是金刚石。但是你知道世界还有一种硬度与金刚石相近的物质吗?它就是硼。

硼在通常状况下为黑色或银灰色固体。晶体硼为黑色,熔点约摄3氏2300度,沸点为摄氏2550度,密度2.34克/厘米。硼在室温下比较稳定,即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起反应。硼能和卤族元素直接化合,生成卤化硼。硼在摄氏600~1000度时可与硫、锡、磷、砷反应,在摄氏1000~1400度与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。

1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸,称为salsedativum,即镇静盐。1741年法国化学家帕特指出,硼砂与硫酸作用除生成硼酸外,还得到硫酸钠。1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自制得单质硼。硼的拉丁名称为boracium,元素符号为B。这一词来自borax(硼砂)。

纯净的硼与铝一起加热熔化,冷却后就能得到大块的晶体硼,它非常坚硬,跟金刚石不相上下,而且非常耐热。所以,在工业上人们常常用它来代替价格昂贵的金刚石,制造切削工具和钻头。

硼在工业上有很大的用途。往钢、铝、铜、镍等金属中加入1/1000000的硼,可以改善这些金属的机械性能。例如,在熔炼铸铁时,添加1/10000的硼,能够缩短热处理过程的时间,还可以使石墨细化,使石墨在铸铁中均匀分布。用硼处理过的钢具有很高的硬度,而且也能抵抗酸液的腐蚀。

硼也是植物体中的重要元素。植物中的硼并不多,仅占植物干重的1/100000,然而,它却是不可或缺的。如果土壤中缺少了硼,亚麻、大麻、苜蓿等植物,就会停止生长,甚至死亡;向日葵要是缺了硼,会瘪粒,含油量下降;甜菜要是缺少硼,会得干腐病——地下茎腐烂掉;缺少硼,豆科植物的根瘤发育也会受到影响。科学家研究发现,硼是植物生长不可缺少的一种微量元素,它对植物体内的新陈代谢起着重要的调节作用。为了满足庄稼对硼的需要,人们就往田地里施加硼肥。但硼肥的施用量必须合适,并不是越多越好;如果太多了,庄稼反而会烧死,甚至连吃了这种庄稼叶子的羊,也会得肠炎,人们把它叫做“硼肠炎”。

在古代神话传说中有一种宝物叫做照妖镜,据说只要拿镜子一照,妖魔鬼怪就会现出原形,这对降魔伏妖很有用。用硼砂也能做成这样一面“镜子”,只是它的使用方法跟“照妖镜”不同。

用铂丝做成一个小圆圈,蘸一点硼砂,放在煤气或酒精灯上加热。硼砂一开始冒出一些小气泡——硼砂里含有的结晶水受热蒸发了,然后就变成无色的液体。冷却后,就成了无色透明的固体,就像一颗玻璃珠似的,牢牢地粘在铂丝做成的小圆圈上。这样,“照妖镜”就做成了。只要你拿着这铂丝蘸一点金属的氧化物放在火上加热,冷下来后,这小圆珠就会显出各种颜色。例如,蘸金属钴的氧化物,显出来的是蓝色;蘸金属铬的氧化物,显出的是绿色;蘸金属铁的氧化物,显出的是黄色……在分析化学上,这叫做硼酸珠反应。

利用硼酸珠显出的不同颜色,可以推断出蘸在铂丝上的是哪一种金属的氧化物。现在,这种简单又实用的“照妖镜”已经广泛应用于采矿业。

由于硼在高温时性质特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中,因为它吸收中子能力强,棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途也很广。

矿泉水里发现的元素——铷

19世纪50年代初,住在汉堡城里的德国化学家本生,发明了一种燃烧煤气的灯,这种本生灯在我们现在的化学实验室中还经常见到。他试着把各种物质放到这种灯的高温火焰里,看看它们在火焰里究竟有什么变化。果然有变化!火焰本来几乎是无色的,可是当含钠的物质放进去时,火焰却变成了黄色;含钾的物质放进去时,火焰又变成了紫色……连续多次的实验使本生相信,他已经找到了一种新的化学分析的方法。这种方法不需要复杂的试验设备,不需要试管、量杯和试剂,而只要根据物质在高温无色火焰中发出的彩色信号,就能知道这种物质里含有什么样的化学成分。但是进一步试验却使本生感到烦恼了,因为有些物质的火焰几乎亮着同样颜色的光辉,单凭肉眼根本没法把它们分辨清楚。

这时和本生住在同一个城市研究物理学的基尔霍夫决心帮本生的忙。基尔霍夫把自己研制的一种仪器——分光镜交给了他。他们把各种物质放到火焰上去,让物质变成炽热的蒸气,由这蒸气发出来的光,通过分光镜之后,果然分解成为由一些分散的彩色线条组成的光谱——线光谱。蒸气成分里有什么元素,线光谱中就会出现这种元素所特有的跟别的元素不同的色线:钾蒸气的光谱里有2条红线,一条紫线;钠蒸气有两条挨得很近的黄线;锂的光谱是由一条亮的红线和一条较暗的橙线组成的;铜蒸气有好几条光谱线,其中最亮的是两条黄线和一条橙线。

这样就给人们找到了一种可靠的探索和分析物质成分的方法——光谱分析法。光谱分析法的灵敏度很高,能够“察觉”出几百万分之一克甚至几十亿分之一克的任何一种元素。分光镜扩大了人们的视野,本生拿着分光镜研究过很多物质。在1861年,他在一种矿泉水里和锂云母矿石中,发现了一种产生红色光谱线的未知元素。这个新发现的元素就用它的光谱线的颜色铷来命名(在拉丁语里,铷的含意是深红色)。铷的发现是用光谱分析法研究分析物质元素成分取得的第一个胜利。

铷,原子序数37,原子量85.4678,稀有碱金属元素。铷是一种分散性元素,难以独立形成矿物,常与钾共生,主要矿物有锂云母和光卤石。铷有2种天然同位素:铷85和铷87,其中铷87有放射性。铷是低熔点活泼轻金属,熔点摄氏38.89度,沸点摄氏686度,密度31.532克/厘米。铷的化学性质与钾相似,但比钾活泼;挥发性铷盐的火焰成紫红色,可用来定性检验铷;金属铷可用钙、镁等还原氯化铷来制备。金属铷在光的作用下易放出电子,可制光电管。

许多人都知道,电大多是用火力或水力生产出来的,但是这个过程十分繁琐,大量的能量被消耗,效率比较低下。那么有没有一种操作简便而效率却很高的发电方式呢?

当然是有的。人们发现,铷原子的最外层电子很不稳定,很容易被激发放射出来。利用铷原子的这个特点,科学家们设计出了磁流体发电和热电发电两种全新的发电方式。

磁流体发电是使加热到两三千摄氏度高温的具有导电能力的气体,以每秒600~1500米的速度通过磁极,凭借电磁感应而发出电来。热电发电是从加热一头的电极发出电子,而由另一头的电极接受,在两个电极之间接上导线,就会有电流不断产生和通过。

这样的发电方式十分的简单高效,热能直接变成电能,省掉了水力和火力发电时的机械转动部分,从而大大提高了能量的利用率。要想获得磁流体发电所需要的高温高速的导电性气体或者为进一步提高热电发电的电子流速度,都少不了要用到最容易发射电子的金属铷。

铷的应用一定会给能量利用带来重大的革新。

颜色各异的铜

铜、铁、铝是常见的金属材料,虽然,铜在应用方面很多方面都不如铁和铝,但是铜有着铁和铝不及的优点。

一段电线,最里面使用的就是紫色的纯铜,纯铜的导电、传热本领最强。在电气工业上都是铜占据主要作用:电线、电开关、电扇、电铃、电话等,都需要大量的铜。现在,世界上每年有50%的铜是用于电气工业的。电气工业上所需要的铜,都是非常纯的,一般用电解粗铜的方法来制得。

铜很软,具有很强的延展性,普通的一滴纯铜,可以拉成长2000米的细丝。

有些乐器也是用铜做的,更确切地说是用黄铜做的,黄铜是铜与锌的合金。我国在汉代时就已经掌握了制造黄铜的方法。黄铜是因色黄而得名。其实,这“黄色”只是一般来说罢了。严格地讲,随着含锌量的不同,黄铜的颜色也不同。如含锌量为18%~20%时,呈红黄色;含锌20%~30%,呈棕黄色;含锌30%~42%,呈淡黄色;含锌42%~50%,呈金黄色;含锌50%~60%,呈黄白色;含锌60%以上,呈银白色。工业上所用的黄铜,一般含锌量在45%以下,所以常见的黄铜大都是黄色的。黄铜敲起来的音响效果很好,所以人们常用它来制造乐器。

在一些高大的建筑物前,常常矗立着庄严而黝黑的铜像,就是用青铜铸造的。青铜是铜与锡的合金,有时也含有锌。很多金属受冷要收缩,而青铜受冷后却会“变胖”——膨胀起来。因此用青铜铸造的塑像,眉目清楚,轮廓正确。青铜也很耐磨,“青铜轴承”是工业上大名鼎鼎的耐磨轴承,纺纱机里的轴承,很多是用青铜做的。

用白铜做的器皿都是光亮闪闪的,很漂亮,而且不容易生铜绿。白铜,就是在铜里加进一些镍制成的,是铜镍合金。我国在公元前1世纪就知道制造白铜的方法了。我国古代把白铜称为“鋈”《诗经·秦风·小戎》中有一句“阴鋈续”,就是用白铜装饰马具的意思。《本草纲目》和《天工开物》中,有更详细的关于用砒矿炼白铜的记载,书中讲到云南出产的砒矿,就是现在矿物质学上所说的“砒镍矿”。直到18世纪,白铜才从中国传入欧洲。那时,德国人学着中国的方法,大量进行仿造。在过去,有人把白铜称作“德银”,那是不对的。因为在化学上,铜和银是不相同的两种元素,二者之间没有必然的联系,白铜是铜和镍的合金,和银只是颜色相近罢了。

脆弱而坚硬的金属铬

铬是银白色的金属,它的熔点很高,比重和铁差不多。别看铬的长相不怎么样,在所有金属中,铬是最坚硬的。但是,我们平常看到的铬却很脆弱,这是为什么呢?原来,它里面含有氢或极少量的氧化物。

铬在常温下的化学性质并不活泼,将它放在空气或浸入水中,不会像铁一样生锈。许多手表的外壳银光闪闪,人们说它是镀了“克罗米”,其实,“克罗米”就是铬,是从铬的拉丁文名字音译过来的。一些眼镜的金属架子、表带、汽车车灯、自行车车把与钢圈、铁栏杆、照相机的架子等,也都镀了一层铬,不仅美观大方,而且还能防止钢铁生锈。

铬的脾气很奇怪,在电镀时所镀的铬层越薄,越是会紧贴在金属的表面,不易脱落。在一些炮筒和枪管的内壁,所镀的铬层仅有0.005毫米厚,但是,发射了千百发炮弹、子弹以后,铬层依然还在。如果要往铜上镀铬,最好先镀上一层镍,然后再镀上铬,这样可以使镀铜更加耐用一些。

铬的最重要的用途是用来制造不锈钢。在钢材里加进12%的铬和8%的镍,就制成了不锈钢。人们曾做过这样的实验:把两块重量都为20克的不锈钢和普通碳素钢,放在腐蚀性极强的硝酸中煮一昼夜,结果普通钢被强烈地腐蚀了,只剩下不到14克,而不锈钢只被腐蚀掉了0.2克。

在常温下,不锈钢对空气、海水、水蒸气、盐水、有机酸等,都具有很好的耐蚀性。在化工厂里,人们常用不锈钢来制造各种管道和设备,像合成氨工厂,就需要20多种具有不同性能的不锈钢。仅一只手表中,不锈钢就占总重量的60%以上,因为表壳,机器零件很多都是用不锈钢做的。所谓“全钢手表”,就是指它的表身和后盖都是用不锈钢制的。一些医疗器械,如手术刀,注射器的针头、剪刀等,也大都是用不锈钢制作的,看上去十分清洁耐用。用不锈钢制成的轮船、汽艇,表面根本不用涂漆。

1974年,在陕西省临潼县发现了秦始皇的陶俑坑,人们在一个墓坑里出土了3把宝剑。剑身乌黑透亮,寒光逼人。这三把宝剑在五六米深的潮湿土壤中埋了2000多年,出土时不仅毫无锈迹而且依然锋利逼人,为何它们历经了数千年的时间多没有生锈呢?

科学家经过仔细研究,发现这三把宝剑的表面经过了特别的处理。古人用的是铬盐氧化法。铬酸盐是一种非常强的氧化剂,它可以使剑的表层金属生成一层致密而稳定的氧化膜,因而保护了里面的金属。但是,这种铬酸处理技术,在国外直到20世纪30年代才开始应用于金属的抗蚀,而我国人民早在2000多年前就已掌握了它。这不得不说是一个奇迹啊。

怕冷怕热的金属——锡

人在进入老年后,身体适应环境的能力就会下降,所以有许多的老人在适应盛夏和严冬时都会怕热畏寒。在金属元素中,也有一个这样怕热畏寒的“小老头”——锡。

1912年,有个名叫斯科特的英国人率领一个船队去南极洲探险。他们经过了漫长的航行,终于到达了冰国世界——南极洲。但是在他们正准备登陆的时候却突然发现,船上贮备着生活用燃料油的油箱全部迸裂了,燃料油从箱子里哗哗地流了出来。没有燃料油,人就不可能在极端寒冷的南极洲上生活,当然更谈不上探险了。惊魂未定的斯科特只好命令船队立即返航……最后,他们虽然返回了英国,但在艰难的旅程中,却有几个队员牺牲了。

到底是什么缘故使得燃料箱爆裂了呢?经过研究,人们才知道是由于南极严寒的气候,使得油箱接缝中的焊锡发脆,造成了油箱的迸裂。

原来,锡在不同的温度下,有3种性质大不相同的形态。在摄氏零下13.2~161度的温度范围内,锡的性质最稳定,叫做“白锡”,它具有优良的延展性,可压成很薄的锡片,人们称之为锡箔。锡箔可用来包装食品、糖果或香烟等。如果温度升高到摄氏160度以上,白锡就会变成一碰就碎的“脆锡”。锡对于寒冷的感觉十分敏锐,当温度降低到摄氏零下13.2度以下时,它就会由银白色金属逐渐地转变成一种煤灰状的粉,这叫做“灰锡”。另外,从白锡到灰锡在转变还有一个有趣的现象,这就是灰锡有“传染性”,白锡只要一碰上灰锡,哪怕是碰上一小点,白锡马上就会向灰锡转变,直到把整块白锡毁坏掉为止。人们把这种现象叫做“锡疫”。幸好这种病是可以治疗的,把有病的锡再熔化一次,它就会复原。

那么,怕冷又怕热的锡究竟有什么用途呢?

金属锡被用来制造成各种各样的锡器和美术品,自古以来我国制作的很多锡器和锡美术品就畅销世界许多国家。金属锡还可以做成锡管和锡箔,用在食品工业上,可以保证清洁无毒。金属锡的一个重要用途是用来制造镀锡铁皮。这种锡铁皮能抗腐蚀,又能防毒。这是由于锡在常温下不易被氧气氧化,所以它经常保持银闪闪的光泽,不和水、各种酸类和碱类发生化学反应。锡无毒,所以锡被广泛应用于食品工业,而且在军工、仪表、电器以及轻工业的许多部门都有它的身影。工业上,还常把锡镀到铜线或其他金属上,以防止这些金属被酸碱等腐蚀。人们常把它镀在铜锅内壁,以防铜温水生成有毒的铜绿。牙膏壳也常用锡做。

锡金属十分柔软,用小刀就能切开它。

锡是“五金”(金、银、铜、铁、锡)之一。锡器历史悠久,可以追溯到公元前3700年。早在远古时代,人们便发现并使用锡了。在我国的一些古墓中,便常发掘到一些锡壶、锡烛台之类的锡器。据考证,中国周朝时,锡器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中,也发现有锡制的日常用品。古时候,人们常在井底放上锡块,净化水质。在日本宫廷中,精心酿制的御酒都是用锡器作为盛酒的器皿,盛酒冬暖夏凉,淳厚清冽,锡器具有储茶色不变的特性,锡茶壶泡茶特别清香,用锡杯喝酒清冽爽口,锡瓶插花不易枯萎。

金属锡主要用于制造合金。锡与硫的化合物硫化锡的颜色与金子相似,常用作金色颜料。锡于常温下,在空气中不受氧化,用高温加热,则变为二氧化锡。二氧化锡是不溶于水的白色粉末,可用于制造搪瓷、白釉与乳白玻璃。1970年以来,人们把它用于防止空气污染——汽车废气中常含有有毒的一氧化碳气体,但在二氧化锡的催化下,在摄氏300度时,可大部转化为二氧化碳。

让人脱发的铊元素

铊是一种白色的金属元素,但是它却能发出蓝色的光。把它放在空气中,不久就会被氧化而变得暗淡无色。而且它很容易与硝酸和硫酸反应。但是当你把它放进碱液的时候,它却不与碱反应。

对人们来说,铊是一种有害的元素,它能使人们脱发。但是,它也有很多好处,如人们可以用它的化合物来制造各种农药,杀灭害虫。它在这方面有“一手”,因为用它制成的农药无臭无味,很容易使各种害虫上当受骗。

一个人的头发有数十万根。一头乌黑靓丽的头发不仅能替我们御寒防晒,而且还会增加美感。但头发的寿命可不能跟人相比,只有3~5年。平时掉一些头发十分正常,但是成片成片地脱发就不正常了,人们把这种症状叫做“秃头”,也叫“鬼剃头”。

过去在贵州的一个村庄,一位待嫁的姑娘正对着镜子梳妆的时候,却发现自己的头发成片成片地脱落,美丽的姑娘因为无法忍受秃头的样子而大声哭起来。接着,在几个月内,这个村庄又有数十人得了类似的怪病。迷信的人们就说,这是鬼给他们剃了头。

后来经过科学家仔细研究,终于揭开了这个谜团,证明世界上没有鬼,更不会有“鬼”剃头。那么,这个村庄为何这么多人得了这种怪病呢?原来村民们饮用的水源中含有大量的铊离子,它的浓度大大超过了正常的标准。村民们喝水时,铊离子就进入人体中,从而使很多人掉了头发。铊离子又是怎样进入水源的呢?原来在水的上游有一家化工厂,经常排放一些工业废水,这些废水中含有大量的铊离子,因而使得村民们的饮用水中含有许多铊离子。

铊元素又是如何被发现的呢?1861年,英国化学家克鲁克斯在分析一些工业残渣时,从分光镜上发现了2条从来也没见到过的绿线,他知道这残渣里一定有一种人们还没有发现的新元素,就把它起名叫铊,即“绿树枝”的意思。在1862年时他把自己提炼出的这种东西送到国际博览会上,还获得了一笔奖金。不久之后,法国化学家拉密也发现了铊元素,并制出了纯净的铊。他在报刊上发表文章说,克鲁克斯发现的不是铊,而是一种铊的硫化物。克鲁克斯反驳说,他早就制出了金属铊。二人开始为这件事争执,后来不得不打起官司。最后,法兰西学院组织了一个委员会专门来调查这件事。这个委员会最终宣布,克鲁克斯是第一个用分光镜发现铊元素的人,但他没有制出单质铊,纯净的铊是由拉密制出来的。这才平息了他们之间的争吵。

铊的氧化物氧化铊在军事领域还有着广泛的作用。人们利用氧化铊能够感应红外线的特性,将它制成夜视仪的光电管来侦察敌情。夜幕降临时,夜视仪先放出大量的红外线,红外线遇到阻挡之后就被反射回来,光电管就会接收到这些红外线,同时显示出阻挡红外线的物体的形状,敌人的行动就这样被发现了。

在元素周期表上失踪的元素

锝是第一个人工合成的化学元素,它的化学符号是Tc,它的原子序数是43。锝是一种银灰色、有放射性的过渡金属。锝抗氧化,在潮湿的空气中缓慢失去光泽,在氧气中燃烧,溶于硝酸和硫酸。锝是地球上已知的最轻的没有稳定同位素的化学元素。那么,人们又是怎么认识和发现它的呢?

在元素周期表诞生以前,科学家们就开始从大自然中寻找锝,但是历尽千辛万苦,却都没有发现锝。1846年,俄罗斯盖尔曼声称,从黑色钛铁矿中发现了这个元素,而且以这个矿石的名称命名它为ilmenium,并且测定了它的原子量约104.6,它的一些性质与锰相似。接着,1877年,俄罗斯圣彼得堡的化学工程师克恩发表发现了一种在钼和钌之间的新元素的报告,其原子量经测定等于100。但它却被另一些化学家证明是铱、铑和铁的混合物。1908年,日本化学家小川声称从方钍石中发现这一元素并命名其为nipponium;到1924年,又有化学家报告,利用X射线光谱分析从锰矿中发现了这一元素,命名为moseleyum。迟至1925年,德国科学家也宣布,在铌铁矿中发现了这一元素。但这些发现都没有被证实和承认,于是43号元素被认为是“失踪了”的元素。

到了20世纪20年代,一些德国的科学家们从元素周期表中发现了这样的规律:同一族过渡金属中第二行和第三行的元素一般都“形影不离”,伴生在一起,比如铌和钽、钼和钨,人们都是在同一种矿石中发现它们的。科学家们马上对各种矿石进行了认真的研究分析,最后推断出,在铂矿和铌铁矿中含有这种新元素。他们又对这两种矿石开始了研究,令人失望的是,人们在铂矿中一无所获。就当铂矿的研究失败时,人们在铌铁矿中却意外地发现了75号元素铼,在发现铼的同时,科学家们还捕捉到了一些43号元素的蛛丝马迹。可是糟糕的是,它又消失了。科学家们甚至还来不及测量一下它的性质,从此以后,43号元素又变得石沉大海。

在1937年,科学家们在“原子锅炉”中用中子“炮弹”轰击钼原子核,终于得到了少量的锝,人们终于揭开了它的真实面目。

由于锝的化学性质跟铼很相似,具有较好的抗腐蚀性能,并且不容易吸收中子,因此是建造核反应堆防腐层的理想材料。锝和它的合金还可以用来制造超导体,它还可以用在医院的临床诊断中。随着科学的发展,锝对人类的贡献会越来越大。

荧光粉里的元素镉

镉是一种灰色的柔软金属,它很容易被氧气氧化,把它放在空气中,其表面马上就变成了另外一种物质。

镉红、镉黄是有名的绘画颜料,硝酸镉常被人们用来制造光学玻璃和荧光粉等。

我们常见的一些合金总是坚硬且耐高温的,但是用镉和其他几种稀有金属制造的合金,熔点只有摄氏50度,只要往它的身上倒一些开水,就能让它“皮开肉绽”。

镉最特别的地方是它对光线十分敏感,只要光线照射到它身上,即使是极其微弱的光线,也能使它产生电流,这就是著名的“光电效应”。因此,镉和镉的化合物很受科学家的青睐,人们把它制成光电管,就可以用在各种自动控制设备中。特别是对人造卫星、洲际导弹、宇宙火箭来说,自动控制系统更加重要,射程8000千米,而误差只有1/1000,这就是洲际导弹在自动控制系统操纵下的杰作。

镉是1817年被人们发现的。说起来,还有一个小故事呢。

在1817年早些时候,德国有许多药房制造的感冒药,都被政府的药物检察官证明是假药。因为一般来说,感冒药都是用氧化锌制造的,而药物检察官在检查中却发现,这些药房在制药时用碳酸锌冒充了氧化锌。当他把碳酸锌加热之后,就变成了一种黄色物质;或者把碳酸锌溶解在酸中再通人硫化氢气体,也会产生一种黄色沉淀。这两种物质看起来很像硫化亚砷。

而砷的化合物都有剧毒,所以检察官认为药物中掺进了一些毒物,于是把这些药房生产的药物全部没收。后来,一些医学家和化学家对这种黄色的沉淀物进行了仔细的研究,结果发现它并不是硫化砷,而是一种人们还没有发现的新元素,他们把它命名为“镉”。

从此,元素周期表上又多了一个成员。

握在手心里就能融化的镓

你见过在手掌里就会融化的金属吗?对,世界上就存在这样的金属——镓。当你将一块镓放在手心里正要观察时,却发现它开始融化了,像水银一样流动起来。镓是1875年法国化学家布瓦博德朗发现的,他为了纪念自己的祖国,就以法国古时候的名字——家里亚命名它,简称镓。

镓的熔点只有摄氏29.8度,低于人体温度,所以在手心里会熔化;然而镓的沸点却高达摄氏2403度,这一特点被人们用来制作高温温度计。因为汞的沸点是摄氏357度,水银温度计一般做到350度,当然也有400度以上的,但很容易因热产生气泡,影响准确度,而用石英管做的镓温度计,可以测量摄氏1500度的高温,称得上是直接读数温度计的冠军。由于镓的熔点低,可做易熔合金,用在消火栓上做堵头,一旦起火,温度升高,堵头熔化,水能自动喷出灭火,消防人员可以很快找到它,消火栓口也受到水的降温保护,不会被烧毁。比镓晚发现15年的铯,其熔点比镓还低,只有摄氏28.5度;但是没有人敢把它放在手心里,因为它太活泼了,在空气中会自燃,在水中能爆炸,放在手心里会烧毁皮肤,所以千万不要用手碰铯哦。那么把它放在哪里呢?人们只能将它放在煤油里,以隔绝空气和水。

由于铯能与水激烈反应,所以已被用来做电子管里的干燥剂。极少量的铯在真空管里吸干净微量的水蒸气,能大大提高真空度,延长电子管的寿命。光线照到金属铯上,它就能释放出一束电子,科学家利用铯的这个特性,制成了光电管。

现在铯又被制作成了计量时间的标准,叫做“铯原子束时间频率基准器”。这是目前世界上最准确而又最稳定的时间频率计量基准,准确到10万亿分之一,30万年都差不了1秒钟。这对于人类探索宇宙有着极其重要的意义。

可疑金——碲矿石里发现的元素

碲是一种化学元素,它的化学符号是Te,原子序数是52,是银白色的类金属。

首先发现碲元素的是奥地利人缪勒。1782年奥地利首都维也纳一家矿场的监督牟勒从一个矿坑里发现了一种很好看的矿石。它的表面是银白色的,但又略带一些黄色,还会发出浅蓝色的光泽。当地人把它叫做“可疑金”或“奇异金”。缪勒把这块矿石带回了实验室,并从中提取了一小粒银灰色的金属,最初缪勒认为它是锑,后来发现它的性质与锑不同,因而确定这是一种新金属元素。为了获得其他人的证实,缪勒曾将少许样品寄交瑞典化学家柏格曼,请他鉴定。由于样品数量太少,柏格曼也只能证明它不是锑而已。就此,缪勒的发现被忽略了16年后,1798年1月25日克拉普罗特在柏林科学院宣读一篇关于特兰西瓦尼亚的金矿论文时,才重新把这个被人遗忘的元素提出来。他将这种矿石溶解在王水中,用过量碱使溶液部分沉淀,除去金和铁等,在沉淀中发现这一新元素,命名为tellurium(碲),元素符号定为Te。这一词来自拉丁文tellus(地球)。克拉普罗特一再申明,这一新元素是1782年缪勒发现的。

碲是一种非金属元素,有结晶形和无定形两种同素异形体。结晶3碲具有银白色的金属外观,密度6.25克/厘米,熔点摄氏452度,沸点1390度。不溶于同它不发生反应的所有溶剂。无定形碲为褐色,3密度6.00克/厘米,熔点摄氏449.5±0.3度,沸点摄氏989.8±3.8度。碲在空气中燃烧带有蓝色火焰,生成二氧化碲;可与卤素反应,但不与硫、硒反应。溶于硫酸、硝酸、氢氧化钾和氰化钾溶液。

碲具有良好的传热和导电性、在所有的非金属元素中,它的金属性是最强的。碲也是一种稀有的元素,在地壳中的含量跟金差不多,它的化学性质很像硫和硒,有一定的毒性。在空气中把它加热熔化,会生成氧化碲的白烟。它会使人感到恶心、头痛、口渴,皮肤瘙痒和心悸。人体吸入碲后,在呼气时、汗尿中会产生一种令人不愉快的大蒜臭气。这种臭气很容易被别人感觉到,但本人往往并不知道。

碲有很多用途。它是一些金属合金的“强壮剂”,只要在这些合金中加入少量的碲,就能大大提高它们的机械强度和加工性能,碲还被广泛用于陶瓷和玻璃生产中,因为它能使陶瓷和玻璃披上各种鲜艳的“外衣”。碲也是一种很有前途的半导体材料,用硫和铅按一定比例熔合而成的碲化铅,有优良的半导体性能,可以用作制造红外线探索器的材料。这种探索器可以根据温度的不同来区别各种物体。而碲在空气中燃烧生成的二氧化碲,是一种白色的结晶粉末,可以用来防腐,还能测定各种疫苗中的细菌。

碲在冶金工业中的用量约占碲的总消费量的80%以上。加入少量碲,可以改善低碳钢、不锈钢和铜的切削加工性能。在白口铸铁中,碲用作碳化物稳定剂,使表面坚固耐磨。在铅中添加碲,可提高材料的抗蚀性能,可用作海底电缆的护套;也能增加铅的硬度,用来制作电池极板和印刷铅字。碲可用作石油裂解催化剂的添加剂以及制取乙二醇的催化剂。氧化碲用作玻璃的着色剂。高纯碲可用作温差电材料的合金成分,其中碲化铋是良好的制冷材料。碲的一种化合物半导体是制作电子计算机存储器的材料。超纯碲单晶是一种新型的红外材料,高纯碲用量虽少,作用颇大。

犹抱琵琶半遮面的元素——铼

20世纪20年代初,由于电气工业的发展,人们急切需要一种比钨更耐高温的金属。但是人们查遍了资料,在已经发现的金属中却找不到一种能够满足人们需要的金属。

这时人们想到了元素周期表,在周期表上,钨的旁边有一个空格——这个元素还没有被人类发现。根据化学元素周期律可以推知,这个没有被发现的元素的性质和钨很相似,也有很高的熔点,很可能满足电气工业的需要。

于是,人们开始有意识地去寻找这个元素。德国有一对化学家夫妇从1922年起,对1800多种矿物进行分析,终于在1925年从铂矿中发现了这一元素,他们差不多用了4年的时间,处理了660千克的矿石,才只提炼出了一克的新金属。为了纪念他们的故乡——德国莱茵市,他们把新元素命名为铼。

为什么铼的发现时间会如此的晚呢?原来,铼不仅在地壳中的含量很少——只有1/1000000000,而且分布也十分分散,总是和其他的物质混合,直到现在人们还没有发现过它的独立矿物。因此,在一般的情况下,人们很难发现它。

铼也果然不负所望,它是电气工业上非常好的材料。它是一种灰黑色的金属,表面看来跟钢差不多,但比钢要重得多,1立方米的铼重达21吨。铼的熔点高达摄氏3000多度,只比最难熔的钨差一点。但是在高温真空中,钨丝的机械强度和可塑性会大大降低,不过只要在钨中加入少量的铼,就可以增强钨丝抗高温的本领。把铼镀在电灯的钨丝上,可以把电灯泡的寿命延长5倍。

铼的耐热性和耐高温性都很强。即使在摄氏2000度以上,它仍然不会熔化。铼的这一性能是其他金属少有的,用它来制造人造卫星和火箭的外壳是再合适不过的了。

铼的化学性质很稳定,一般的酸碱都不能腐蚀它,即使把它放在腐蚀性极强的氢氟酸中,它依旧不改“英雄本色”。因此,在一般金属的表面镀一层铼,就可以防锈。

才能非凡的元素

会预知天气的元素——钴

你看到过这么巧妙的晴雨花吗?晴天的时候,它是蓝色的;即将下雨时,它又变成了紫色;雨落下后,又变成了玫瑰色。

这就是晴雨花,但并不是真正的花,而是用滤纸做成的;人们把滤纸浸在二氯化钴的溶液中,然后晾干,做成花的形状,就成了晴雨花。为什么用二氯化钴浸过的滤纸会随着天气的变化而变色呢?

原来,二氧化钴在无水状态时,它显示出来的是蓝色,而一旦吸水就会形成含水的晶体,变成玫瑰般的红色。于是人们利用它的这个特性,制造出了晴雨花。在晴天时,空气中的水分少,二氯化钴保持无水状态,所以显蓝色;即将下雨的时候,空气中的水分增多,部分二氯化钴变成了含水化合物,红色与蓝色相混,显出来的是紫色;到了下雨时,空气中水分很多,绝大部分二氯化钴都成了含水化合物,于是,便显出了玫瑰红色。人们根据这种“花”的颜色变化来预知晴雨,因此把它叫做“晴雨花”。

二氧化钴是钴的重要化合物,它的颜色变化多端,但是金属钴却是白色的。

钴的拉丁文原意就是“地下恶魔”。几百年前,德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心,矿工们发现一种外表似银的矿石,并试验炼出有价金属,结果十分糟糕,不但未能提炼出值钱的金属,而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟,并在教堂里诵读祈祷文,为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。1753年,瑞典化学家格·波朗特从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属,制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼确定钴为元素。

钴是具有光泽的钢灰色金属,熔点摄氏1493度、比重8.9,比较硬而脆,钴是铁磁性的,加热到摄氏1150度时磁性消失。钴在常温下不和水作用,在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至摄氏300度以上时氧化生成CO,在白热时燃烧成CO。氢还原法制成的细oO34金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。

钴十分坚硬,即使在钴合金中也十分的坚硬,因此,在工业上,人们常常把它和其他的金属熔炼成合金。钴合金的硬度比钴还有高。如人们把含有4/5的钨、1/5的钴和碳的合金,称为“超硬合金”,即使把它加热到摄氏1000度以上,它的硬度依然如故,所以人们常用它来制作车床上的切削刀具。

钴合金还有磁性。非常有名的永久磁铁,就是由钴、铬、钨、碳组成的钴钢。在一些特制的磁性合金中,钴的含量甚至占到了1/2。另外,在一些耐酸、耐热的合金中,也常常要加入钴。

在南美的一个国家里,有一件怪事。一个牧民将羊群赶到新的牧场,可是几天后,他发现自己羊每天都要脱掉很多毛,这是为什么呢?

这个牧民为了找到原因,他每天都来观察羊群的活动。他发现,随着时间的推移,越来越多的羊患上了脱毛症。有些羊的毛稀得都露出了肚皮。然而,奇怪的是,这群羊中有一只羊的毛却好好的,一点也没有脱落,这是为什么呢?随后,他将目标紧紧锁在了这只羊身上,他发现这只羊在吃饱后,总是舔一种石头,莫非这石头有什么神奇之处。牧民拣了一块石头,把它砸成粉末,然后混在牧草中让其他的羊吃下去,这样过了几天,这些羊的脱毛症全好了。

原来,新牧场的牧草中缺少钴,而钴是动物体所必需的微量元素之一,它是维生素B的主要成分,维生素B影响动物体中核酸和蛋1212白质的合成。羊毛是一种特殊的蛋白质,它受到维生素B的影响更12大。所以当羊群吃了缺少钴的牧草后,就使羊体内的维生素B的合12成不足,进而影响到蛋白质的供应,于是羊群就患上了脱毛症。

没有脱毛的羊喜欢舔的石块是一种钴矿石,它在舔的同时也吸收了微量的钴。因此,当这位牧民将这种矿石粉末混在牧草让其他羊吃下去时,羊由于吸收了足够的钴,于是维生素B的合成恢复正常,12自然,它们也就不脱毛了。

钴还有许多同位素,其中比较“厉害”的就是钴60,钴60具有很强的放射性,比镭的放射性都要强。17克钴60的放射能力就相当于1千克镭的放射能力。而钴60还是恶性肿瘤的克星,许多人都知道,恶性肿瘤就是癌症,人们对它毫无办法。但钴60却是对付它的能手,它放出的射线能够破坏癌细胞的快速繁殖,进而抑制它们的活动能力。而且,它不会对正常细胞产生破坏力,真的很神奇啊。

钴在地壳中的平均含量为0.001%(质量),海洋中钴总量约23亿吨,自然界已知含钴矿物近100种,但没有单独的钴矿物,大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银、锰、等硫化物矿床中,且其中含钴量较低。金属钴主要用于制取合金。

原子能元素——锆

在人类漫长的岁月中,人们以石头作为工具使用了很长的时间。火被人们发现以后,它给人们带来了第一种有用的金属——铜。我们的祖先自此与石器告别,进入了青铜器时代。一直到今天,铜对我们来说,依然是十分重要的金属。

而今日,人类又发现了一种在地壳里的蕴藏量比铜还多好几倍的稀有金属——锆。人们在1789年的一种矿石中就发现了锆的存在,但是一直到了35年后,人们才真正的发现了锆元素,它是一种银灰色的金属。

致密的锆在空气中的化学性质并不活泼,但是灰黑色的锆粉却在摄氏200度的条件下就能着火燃烧,发出刺眼的光芒。锆丝也极容易燃烧,微弱的火光就可以将锆丝点燃。

虽然锆丝极容易点燃,但是人们还是将它列入稀有高熔点金属的行列,这是为什么呢?

原来,人们并没有弄错,锆的熔点确实是很高的,在摄氏1850度左右,熔点比它更高的金属实在不多。要知道,粉状、丝状的锆发生急速氧化是化学反应,而固体的锆受热熔化变成液体却是物理反应,这是两个毫不相干的事情。

由于锆在自然界中“喜欢”藏在其他的矿物里,所以很晚才被人们发现。就是发现后,也被人们认为是一种用处不大的金属,加上它提炼起来也十分困难,所以在很长一段时间里,一直受到人们的“冷遇”。然而,最近几十年来,随着原子能事业的飞速发展,锆终于找到了“用武之地”,人们对它也有了全新的看法。现在,锆已经广泛应用于原子能领域。

锆能强烈地吸收氮、氢、氧等气体。当温度超过摄氏900度时,锆能猛烈地吸收氮气;在摄氏200度的条件下,100克金属锆能够吸收817升氢气,相当于铁的80多万倍。虽然锆的这个特性给工人师傅添加了不少麻烦,但是在其他方面却得到了较好的应用。如在电真空工业中,人们广泛利用锆粉涂在电真空元件和仪表的阳极和其他受热部件的表面上,吸收真空管中的残余气体,制成高度真空的电子管和其他电真空仪表,从而提高它们的质量,延长它们的使用时间。

锆还可以用做冶金工业的“维生素”,发挥它强有力的脱氧、除氮、去硫的作用。钢里只要加进1/1000的锆,硬度和强度就会惊人地提高;含锆的装甲钢、不锈钢和耐热钢等,是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等国防武器的重要材料。把锆掺进铜里,抽成铜线,导电能力并不减弱,而熔点却大大提高,用做高压电线非常合适。含锆的锌镁合金,又轻又耐高温,强度是普通镁合金的2倍,可用到喷气发动机构件的制造上。而锆粉的特点是着火点低和燃烧速度快,可以用做起爆雷管的起爆药,这种高级雷管甚至在水下也能够爆炸。锆粉再加上氧化剂。这好比火上加油,燃烧起来强光炫目,是制造曳光弹和照明弹的好材料。

锆的氧化物二氧化锆也对人们有极大的用处,把白色的二氧化锆掺进陶瓷里,可以使它变得更加洁白光亮,更加耐热刚强。用这种陶瓷制成的高温绝缘瓷瓶,有很强的绝缘能力和很小的膨胀系数,在高压输电线路里是必不可少的。

吸毒工具——活性炭

在许多毒气泄漏事故的现场,消防人员都会带着奇特的面具来躲避毒气的侵害,这就是防毒面具。防毒面具还有一段鲜为人知的历史。

在第一次世界大战时,人类第一次把化学武器搬上了战场。德、奥两国在与英法的一次交战中,把毒气用到了战场上,这些化学毒气有沙林等多种类型。这次成功地动用毒气,使英法联军的士兵成批死亡,伤病增加,战斗力严重削弱了。为了抵抗德、奥的毒气,英法联军统战部下令发明研制抵挡的“盾牌”。经过种种努力,终于制造出了第一批防毒面具并大量地投入战场,有效地阻挡了德国的毒气进攻。

二战期间,德国纳粹使用毒气屠杀犹太人时,他们就带着防毒面具进入“囚室”,许多人被毒气毒死,他们却安然无事。这都是防毒面具的作用。

为什么防毒面具能够成为“吸毒”的专家呢?原来,防毒面具中有一道“防毒墙”—活性炭,它才是真正的“吸毒”专家。它能把有毒的气体截住,只让氧气和其他无害的气体通过。这样,人在毒气弥漫的环境下,仍能进行正常的呼吸和工作,有力地保护了人的健康。所以在有毒气存在的环境下,消防队员必须带上防毒面具以防中毒。

活性炭是用木炭、硬果壳(或者用核桃壳)或兽骨干馏制成的。干馏就是在隔绝空气的条件下进行加热处理。经过干馏,木材中的纤维素、木炭素都变成了炭,同时,水分及许多挥发性的物质不断逸出,在炭中留下了无数的孔隙。为了使那些难以挥发的物质不至堵塞炭里的孔隙,还要将经过干馏制成的炭,在摄氏800度~900度的高温蒸气下进行处理,以清除这些堵塞物。这样制成的活性炭,具有质轻、疏松、多孔的特点,每克就有几百平方米的表面积,因为吸附气体的能力特别强。放在防毒面具里的活性炭还经过了氧化银、氧化铬和氧化铜等物质的溶液浸泡,具有催化的作用,能使毒剂与氧发生氧化反应而变成无毒的物质。

这就是为什么它可以使带着防毒面具的人不中毒的原因。

活性炭还被用来治病。因饮食过多或受冷引起腹痛、腹泻时,医生常会开一些药用炭(即活性炭)。药用炭能吸附肠内的杂物,减少这一些杂物对肠粘膜的刺激,起到止痛、止泻的作用。

在制糖工厂里,活性炭也是一个重要的角色,它是脱色剂。颜色呈现暗黄,含蔗糖96%左右的粗糖,经过活性炭脱色以及活性炭真空浓缩、结晶并分蜜等加工,就能制成白得耀眼的、含糖99.7%以上的精糖——高级的白糖了。

此外,活性炭还被应用于空间技术中。当宇宙飞船在空间航行时,须有一套单独的生态系统,其中的空气是补充适量的氧气后循环用的:宇航员呼出气体后,必须经过化学物质吸收二氧化碳,并通过活性炭吸附,除去臭味及其他物质,然后才能补充氧气,循环使用。

活性炭被广泛应用于工农业生产的各个方面,如石化行业的无碱脱臭(精制脱硫醇)、乙烯脱盐水(精制填料)、催化剂载体(钯、铂、铑等)、水净化及污水处理;电力行业的电厂水质处理及保护;化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制;食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色;黄金行业的黄金提取、尾液回收;环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化;以及相关行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制,各种浸渍剂液的制备等。

具有臭鸡蛋气味的硫

火药是我国著名的四大发明之一,它体现了我国劳动人民的非凡智慧。那时的火药是把硫黄、硝石和木炭按照一定的比例混合而成的。从这里可以看出,我国古代很早就发现了硫。硫具有鲜亮的橙黄色,它在燃烧时会发出一种难闻的臭味,有意思的是,古代的西方人对这种臭味十分迷信,大多数人都认为这种臭味能驱除一切妖魔鬼怪和所有邪恶的势力,因此他们在清扫房屋的时候经常要燃烧硫。

硫的元素符号是S,硫在自然界中有单质状态,当火山爆发时会将地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐,广泛存在于自然界中。

1894年出生在德国的美国工业化学家弗拉施创造用过热水的方法,将硫从地下深处直接提取出来。1789年法国化学家拉瓦锡发表近代第一张元素表,把硫列入表中,确定硫的不可分割性。18世纪后半叶,德国化学家米切里希和法国化学家波美等人发现硫具有不同的晶形,提出硫的同素异形体。

硫通常为淡黄色晶体,硫单质导热性和导电性都差。硫性松脆,不溶于水,易溶于二硫化碳。无定形硫主要有弹性硫,是由熔态硫迅速倾倒在冰水中所得。

硫虽然具有臭味,但是能杀菌。还在古代时,医生就用硫黄膏给得了疥疮的人治病。每次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。所以在火山旁的温泉里,常含有一些硫,患有皮肤病的人去温泉洗澡,过一段时间,病就自己好了。

在农业上,人们利用硫黄来对付害虫。但是硫黄只能杀死它周围一毫米以内的害虫,因此,在使用时,人们得把它研得非常细,然后均匀地喷撒到庄稼的叶子上。后来,人们又将硫黄和石灰混合,制成了石灰硫黄合剂,它是一种樱红色溶液,对害虫更具杀伤力。现在,人们又研制出许多种高效农药,它们中都含有硫。

硫还可以提高橡胶的弹性。天然橡胶虽有弹性,却很容易拉断,尤其对温度变化很敏感,气温一高它就又软又粘,实际用处不大。在1800年橡胶第一次到达美国时,人们只是利用它不怕水的特性,把它涂在外面当雨鞋使用。为了克服天然橡胶的缺点,让它更好地为人类服务。在橡胶工厂里,人们在天然橡胶中加入了硫黄。硫原子能把橡胶分子互相连接起来,使橡胶分子的线型结构变为网状的体型结构,因而大大提高了橡胶的强度,这样生产出来的橡胶就是大名鼎鼎的硫化橡胶。硫化橡胶受热不粘,遇冷不脆,性能十分优越,所以被广泛用来制造各种橡胶制品。

硫的用途十分广泛,在古代就被运用到中医学中。我国著名医生李时珍编著的《本草纲目》中,讲到硫在医药中的运用:治腰肾久冷,除冷风顽痹寒热,外用治疥廯。

硫被用来制造火药;还被用来杀菌,用做化肥;硫化物在造纸业中用来漂白;硫酸盐在烟火中也有用途。硫矿物主要的用途是制硫酸,我国有70%的以上的硫用于硫酸生产。硫黄除了是生产硫酸的原料之外,还广泛用来生产化工产品,如硫化铜、亚硫酸钠等。

硫的氧化物二氧化硫也有十分广泛的用途。它具有漂白的特性,人们将它制造成漂白剂。三氧化硫常作为一种强氧化剂、脱水剂和磺化剂,其主要用途是作为磺化剂,如用于生产合成洗涤剂、染料及其中间体等,也用于生产氯磺酸、氨基磺酸以及65%发烟硫酸。液态三氧化硫属于最危险的化工产品之列,其贮运应严格按照危险品管理条例办理。由于液态三氧化硫与水接触即发生爆炸反应,故其容器严禁用水洗涤。为防止贮存时液态三氧化硫结晶,贮槽与管道的温度应保持在30℃以上。

无机世界的主宰——硅

当我们漫步在海滩时看到黄色的沙子,也许会想到“沙里淘金”的情景,却没有多少人知道沙子里面还含有一种比金子有用得多的元素——硅。

硅是一种化学元素,它的化学符号是Si。原子序数14,相对原子质量28.09,有无定形和晶体两种同素异形体,同素异形体有无定形硅和结晶硅。属于元素周期表上Ⅳ族的类金属元素。晶体硅为钢灰A色,无定形硅为黑色晶体硅属于原子晶体,硬而有光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液。

如果说碳是有机世界的“主角”,那么,无机世界的“主角”该算是硅了。

硅在地壳中的含量位居第二位,仅次于氧。硅在自然界分布极广,地壳中约含27.6%,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。据统计,二氧化硅占地壳总重量的87%!也就是说,硅和氧这两种最多的元素形成的化合物,几乎“垄断”了地壳。大部分岩石和砂子中都含有二氧化硅。

硅的化合物的种类虽然繁多,但是硅的发现过程却是很费周折。

早在19世纪初,法国化学家就发现了不纯的无定形硅,不过,当时人们对它很不了解。1787年,拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。然而在1800年,戴维将其错认为一种化合物。1811年,盖吕萨

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