培养青少年化学爱好的故事(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)


发布时间:2020-06-09 15:27:47

点击下载

作者:冯志远

出版社:辽海出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

培养青少年化学爱好的故事

培养青少年化学爱好的故事试读:

前 言

青少年朋友,科学人人都向往,可是你究竟了解多少科学的奥秘呢?光线能像水一样弯曲地流动,随手扔针居然得到了圆周率,机器人受不了人的折磨自己逃跑了,巨石竟然怕人挠痒痒,裙子能爆炸,小鸡也会得脚气病,植物也有各种血型,一束玫瑰传递了43年才到恋人的手中……这些话题是否让你倍感惊奇呢?

科学的世界奇妙无穷,处处都有令人惊奇的神秘发现。有的貌似简单的现象,却蕴含着深奥的科学知识,甚至至今仍无法解释,有的貌似纷繁芜杂的现象,其背后隐藏的科学知识却是如此简单!或许,看完本书,你除了羡慕先行者的天才、勤奋和运气外,也会幻想有朝一日自己也能有惊人的发现,因为惊奇很可能时刻都围绕在你身边。

任何现象的背后都有学问,更多的科学道理在等待你去发现,睁大你的眼睛,在惊奇中展开一次科学探秘之旅吧!“相信上帝,太阳绕地球转;相信科学,地球绕太阳转。”本书是献给尊重科学、学习科学,创造科学的青少年的一份礼物。过去培根说:“知识就是力量。”今天我们说:“科学就是力量。”科学是智慧的历程和结晶。从人类期盼的最高精神境界讲,朝朝暮暮沿着知识的历程,逐步通向科学的光辉圣殿,是许多有志于自我发展的青少年晶莹透明的梦想!

为了引导青少年热爱科学的积极性,激发他们的创造性和探索精神,我们特地编辑了这套“启发青少年的科学故事集”,包括《激发青少年科学发明的故事》《启迪青少年科学幻想的故事》《激励青少年科学探索的故事》《培养青少年科学精神的故事》《透视青少年科学之谜的故事》《引导青少年太空探秘的故事》《促使青少年海洋科考的故事》《引领青少年地理发现的故事》《指导青少年自然探索的故事》《启发青少年生物探秘的故事》《激发青少年物理兴趣的故事》《培养青少年化学爱好的故事》共12册。在本套丛书中,我们精选了从自然科学、理论科学到应用科学的各个科学领域若干个内容各异的惊奇故事,把更多意想不到的科学探索内情展示在你的面前。在故事的编排上,我们摒弃了以往科技史式的教条罗列,依照每个探秘故事吸引力的强度,调整了其先后顺序,希望能给读者带来更多的阅读享受。

本书虽然不能穷尽所有的科学探秘故事,但我们相信,它能给广大读者带来各种启发,让读者从这些惊奇的探秘故事中找到阅读的乐趣,学到知识。但愿本书能够成为读者喜爱科学、学习科学、投身科学研究的“催化剂”。

诺贝尔发明胶炸药

阿尔弗雷德·诺贝尔(1833~1896)生于瑞典。他是全世界家喻户晓的科学家、发明家,享誉“炸药之父”的美名。诺贝尔在世界各地设立了多家工厂,是一个相当有实力的企业家。他在1895年立下遗嘱,设立诺贝尔奖,奖励在各项事业中做出特别贡献的人。这些成就的取得源于胶炸药研制的成功。

有一天,诺贝尔的合作伙伴巴尔勃来看他。“怎么样,诺贝尔先生,你的研究有新发现了吗?进行得是否顺利?”“不,不怎么好,只能说有一点点的收获吧,你公司那边怎么样?”“这您放心吧,一切顺利,形势也挺好的,不过我总感觉,要是能找到一种比猛炸药还好的东西,就更好了。”“是啊,公司有你经营,我很放心。我也在想,猛炸药的最大缺点就是爆炸力比纯粹的硝化甘油弱。”“真是这样,如果要用在质地坚硬的矿山岩石上,还真得改用危险性比较大的硝化甘油了。”“不错,我就是想发明一种兼有硝化甘油的巨大爆炸力和猛炸药安全性的新火药,这样,我们的炸药才有更广阔的发展前景。”“是啊,真希望你快些研究出来,让它用在更广的领域中。你就专心研究吧,公司有我呢,过两天我再来看你。”

巴尔勃走后,诺贝尔更是没日没夜地实验起来。不料,有一天,他在实验室工作时,手被割伤了,他就赶快找来一块胶棉放在伤口上,继续做实验。

说起胶棉,它只是一种类似于当今人们使用的创伤膏。它是一个医科学生美纳尔发现的,后来把它制成水溶液出售,很受人们欢迎。也正是这种胶棉,使诺贝尔产生了灵感。

到了晚上,诺贝尔的手指疼的很厉害,怎么也睡不着觉。“哎!这点小伤口怎么这么疼啊!是不是胶棉掉了,使伤口发炎了呢?”

但实际上,棉胶还好好的敷在手上,于是,诺贝尔又重新洗净伤口,又放了一些胶棉包好了,这回似乎轻了一些,不那么疼了。

诺贝尔回到床上暗自思忖:“这是什么原因呢?肯定是有什么东西透过棉胶,侵入伤口里了。啊,对了,白天我摸过硝酸,没错,肯定是硝酸有透过棉胶的能力。”

想到这,诺贝尔一下子从床上跳到地上,顾不上换下睡衣,就急匆匆下楼,钻进了实验室里。

此时正是半夜时分,外面静悄悄的漆黑一片,诺贝尔似乎忘记了天还没有亮。“对,我要试一下把硝化甘油和硝酸纤维素混合在一起能产生什么现象。这两种都是能完全溶解的爆炸物质,肯定会产生威力强大的爆炸。”想到这里,他已经着手操作了。

诺贝尔把棉胶沾上硝化甘油,用各种不同的比例配方互相混合。结果发现产生了一种类似果冻软硬的胶质物质。

诺贝尔深深地吸了一口气:“太好了,这正是我所要的结果。”

当诺贝尔完成实验的时候,天已经亮了,但一夜没合眼的他丝毫没有倦意。

这时,诺贝尔的助手华伦巴赫来上班了,发现他身穿睡衣站在实验台前,觉得非常奇怪。“诺贝尔先生,您……您早上好!昨晚休息的不错吧?”助手有礼貌的打了声招呼。

诺贝尔这才发现自己竟然穿着睡衣而没有睡觉,不由得笑起来。“噢!华伦巴赫,你来的真早,我正有一个好消息告诉你呢!你看,这是什么?”诺贝尔指着果冻似的东西问巴赫。“这是什么东西,我还从没见过呢,诺贝尔先生,这不会是您研究的吧?”“是啊!我成功了,华伦巴赫,我研究出比猛炸药更强大的炸药了!”诺贝尔掩饰不住内心的喜悦,竟连手指的疼痛也忘得一干二净。“这是真的,祝贺你诺贝尔先生!你终于完成了这个新发明,我们以后就要用这种无烟火药了,真是一件好事啊!您给它命个名吧。”“这种火药是用硝化甘油和硝酸纤维素制成的,可塑性很强,而且极像果冻,我们就叫它胶炸药吧,叫炸胶也行。”“诺贝尔先生,让我们把这个了不起的发明赶快发表出去,让世人见识一下吧!”华伦巴赫建议道。“这可不能太着急,我们对于采取哪种比例或选用哪种硝酸纤维最理想,还得仔细研究一下才行。”诺贝尔谨慎地说。

接下来,诺贝尔就与助手做了认真的比较实验。

诺贝尔分别用棉纤维和其它纤维作了不同程度的硝化实验,做成高低不同的硝化度的硝酸纤维素,再与不同比例的硝化甘油混合,这样他们共制成了250种以上的混合物,再分别对其性质优劣、作用强弱进行测试。

通过反复实验,诺贝尔得出了最好的方法,制成了最理想的炸药。并于1875年申请了英国专利,1876年申请了美国专利,1878年申请了德国专利。

胶炸药的研制生产,更好的发挥了作用,方便了隧道、矿山的开通,为人类发展作出了贡献。

门捷列夫发明元素周期表

门捷列夫(1834~1909)生于俄国西伯利亚的托皮斯克布一个中学教员家庭。他的学习热情很高又注重实践,因此他的学习成绩一直优异。后来成为俄国著名的化学家。1866年他被选任圣彼得堡大学的化学教授,并出版了著名的教科书——《化学原理》,此后,他一直致力于完善元素周期表。门捷列夫创制的化学元素周期表,第一次对已发现的元素进行了系统的归纳和总结。

门捷列夫于德国海德堡大学毕业后,拒绝了德国多个著名研究机构的聘请,毅然回国在彼得堡大学任教。

彼得堡大学的原教材十分陈旧,不能反映当时世界的最新成果。门捷列夫的第一个任务,就是赶快为学生们编写一本系统的化学教材。门捷列夫在编写这本名为《化学原理》的教材第一卷时十分顺利,但在编撰第二卷“化学元素的描述”时,却遇到了意想不到的麻烦。

当时,64种已知元素的内部结构已经被揭示出来,但还没有人指出这些已知元素之间的关系。以前的教科书都只是简单地按各元素发现时间的先后,或者按它们在自然界含量的多少来排列。门捷列夫不希望自己的课堂成为杂货铺,胡乱对学生们介绍一通。而且,他还隐隐觉得,这些已知元素本身具有一种客观存在的序列,自己的讲义应该正确反映出这种科学规律。

可是,64种元素无论怎么排,总无法找到它们之间的规律。门捷列夫一时不能找到第二卷的门径,只能一边按旧的教材上课,一边向学生们陈述自己的看法,同时加紧研究。

门捷列夫把记载着64种元素特征的卡片摊开在工作台上,像玩扑克牌般排了又拆,拆了又排,但始终无法解决自己追求的元素序列之迷。

一天,门捷列夫的好友,彼得堡大学地质学教授依诺斯特兰采夫来拜访他。“您在忙什么,在玩牌吗?”依诺斯特兰采夫见门捷列夫手里拿着扑克牌的卡片,神情有些忧郁地站在书桌边。

别人在玩扑克牌的时候,或是兴高采烈,或是漫不经心,可是没有人会像门捷列夫那样煞费苦心、绞尽脑汁的!

门捷列夫向依诺斯特兰采夫说起了他的工作,最后,他有点沉痛地补充到:“一切都已经想好了,可还是不能制成表。”

门捷列夫感觉自己现在已经站在科学真理的大门口,却总是找不到打开大门的钥匙。转眼到了第3个年头,64张卡片早已换过两遍。但还有那么三四张无法跟门捷列夫设想的规律吻合。为了突破这最后一关,门捷列夫把自己关在工作室里,一连三天三夜没出门一步,也不让任何人进门。他做出了无数种设想又一次次推翻,那三四个元素总无法顺利排入表格。

夜深了,门捷列夫迷迷糊糊地睡着了。梦中,他还在继续摆着3年多来魂牵梦察的元素表。他分明看到,那张表格上余下的格子里,几种闪着奇异光泽的金属正在闪现,它们闪着闪着,忽然间全不见了,格子里一片空白。门捷列夫一下子惊醒过来,豁然开朗:这64种元素绝对不会是自然元素的全部!他急忙把梦中那几个格子空出来,整个元素的序列立刻展现出它们固有的规律。门捷列夫终于完成了“元素周期表”,把自己的事业推到了一个新的高度。

门捷列夫把余下的空格命名为“类硼”、“类铝”、“类硅”,并预言了它们的特性和化学数据。17年后,科学家们分别在闪锌矿里提炼出新元素键,发现了新元素钦,又在银矿石里找到与银共生的元素锗,它们的化学特性分别跟门捷列夫描述的“类硼”、“类铝”、“类硅”一模一样,为“元素周期表”的完善提出了有力的佐证。

舍勒到发现氧

卡尔·舍勒,瑞典著名的化学家,突出的成就是揭开了燃烧的真象,打破了化学界的“燃素”说,发现了氧。1777年出版了一本关于氧气的专著——《论火与空气》。

为生活所迫,舍勒13岁时就去哥德堡一家大药店当了学徒。

如果只想当一名合格的学徒倒也简单,可舍勒偏偏要在平凡的制药工作里有新的发现、新的创造,当一名出色的药剂师兼化学家。

于是,舍勒在向药店主人包赫学习实际操作技术时,还精心钻研当时最有名的化学家的著作。这样,他很快就能够独立思考,甚至发现包赫先生的错误。

一天,包赫先生嘱咐舍勒:“在取用药品时,千万不能让液体的‘盐精’跟那种特殊的‘黑苦土’药混合,否则两种药都会失效。”

舍勒听到后答应了一声,可心里面却在想:“为什么会失效呢?”

晚上,舍勒偷偷来到实验室,想用实验证明包赫先生说的话。可是,当他从两个注明是“黑苦土”的器皿里各取出一份跟“盐精”混合时,却发现其中一份根本没发生变化。

舍勒研究了大半个夜晚,终于发现了包赫先生的错误所在:这位资深的药剂师把石墨和另一种外貌相似的黑色矿石都叫作“黑苦土”,而“石墨”跟“盐精”混合是不会发生什么变化的。

很快,舍勒成为年轻出色的药剂师,他先后在设备优良的斯哥尔摩沙伦贝格大药房和乌普萨拉大学实验室工作过。

在实验室,舍勒发现银盐被光照射后会还原出黑色银粒,这为以后照相底片的发明奠定了基础。

接着,舍勒对各类有机酸产生了兴趣,并亲手提炼出乳酸、草酸、苹果酸、没食子酸,成为这一方面的专家。

一天,舍勒在去实验室的路上,看到一排从意大利来的酒桶里边有一层红色硬壳,便敲下一块带回去研究。结果发现,这种硬如石块的凝结物能溶于硫酸,变成晶体状的透明物,这种透明晶体能溶于水,且有一股酸味,能作治病的药。他把这种药叫作“酒石酸”,并因此名气大振,成为了一名化学家。那时他只有25岁。

舍勒并不满足于此时的成就,转向研究当学徒时非常熟悉的“黑苦土”,想知道它到底是什么物质。

舍勒先把“黑苦土”和盐酸混合在一起加热,只见从混合物中冒出一阵刺鼻的气味,这种气体略呈绿色,他便称这种气体为“氯气”。这时候“黑苦土”已经变成了白色的物体。

后来人们在发现金属锰之后,才知道“黑苦土”原来是二氧化锰,白色的物体是氯化锰。

舍勒又把“黑苦土”和更强的酸硫酸混合再加热,结果冒出的是一种无色的气体。这种气体很活泼,能使火燃烧得更旺。于是舍勒把这种气体收集在猪尿泡里,以便日后继续研究。

在以后的研究中,舍勒惊奇地发现:加热硝酸镁、碳酸银或碳酸汞时,都会泄出同样特点的无色气体,而且这种气体在空气中也大量存在,是万物赖以生存的“活命气体”。得出这个结果后,舍勒正式把这种气体命名为“氧”,并在1777年出版了一本关于氧气的专著——《论人与空气》。

潘琴发明染料

潘琴是英国人,从小就对化学产生了浓厚的兴趣。考入某著名大学化学系后,他幸运地师从著名化学家斯托曼尔教授。得遇名师,潘琴学习更为刻苦,很快成为老师的得意门生。发明了“阿尼林紫”的化学染料,成为化学染料的先驱。

一天,潘琴的老师霍夫曼沉思自语:能否用煤焦油化学药品来合成奎宁?奎宁是抗疟疾药品,如果合成成功,必将使欧洲国家摆脱依赖遥远的热带国家供应奎宁的局面。

老师的想法使潘琴觉得很有意义,便在家开始做实验,但他失败了。当时还没有人知道奎宁的结构,即使知道,凭当时仅知的几种合成方法要制出奎宁来也十分困难。

18岁那年,潘琴大二了。暑假时,他想利用这段时间做一些研究。于是,斯托曼尔教授推荐他试试金鸡纳霜的化学合成。

潘琴知道已经有人在研究治疗疟疾用的金鸡纳霜了。“到目前为止还没有人取得成功,你可以试一试呀。”斯托曼尔教授笑着拍了拍潘琴的肩头。

潘琴点点头,开始忙开了。一次次的试验,一次次的失败。眼看假期一天天地过去了,潘琴的实验还是一无所获。

一次,潘琴将重铬酸钾加入从煤焦油里提炼出的苯胺里,结果还是失败了。潘琴气急之下,正准备将试管扔了。突然,他发现试管底部有一些奇怪的黑色沉淀物。潘琴正打算把这团沉淀物倒掉,忽然心生一念:给沉淀物加热,看它是否还原。他点然酒精灯,仔细观察沉淀物的变化,结果惊奇地发现,黑色的沉淀物渐渐地变成紫色的液体。

这颜色太美丽了!潘琴马上想到这东西或许可以作染料。他把一些紫色液体涂在白纸上,白纸立刻变成了紫色。他又将紫色液体涂在几种丝织品上,效果非常理想。他看到了这种紫色液体的应用前景。当时的染料都是天然颜料,来源不广,价格昂贵,而且只有很少的染料可以牢固地附着在织物上。而他的染料的主要原料苯胺,是从煤焦油中提取的,来源充足,效果也很好。

潘琴把他的紫色化合物样品寄给苏格兰的一家染坊。复信是令人振奋的,说经它染的丝非常漂亮,而且永不褪色,还问这种染料是否容易制取。

潘琴满怀信心地作出了决定,他将这种染料的制作方法申请了专利,父亲和哥哥鼎力支持他。1857年,潘琴一家办了一座染料工厂,经过六个月的不懈努力,终于生产出了紫色染料,工艺技术也不断提高。

1861年,潘琴在英国化学会上做报告,介绍煤焦油在工业上的用途。报告结束后,著名科学家法拉第向他表示祝贺,称赞他在制取紫色染料方面的成就,潘琴却谦虚地说:“这没有什么,我是偶然碰到的。”

法利德别尔格发明糖精

法利德别尔格,俄国化学家,美国化学家雷姆逊的学生,巴尔的摩大学的研究员。在一次偶然的事件中,法利德别尔格发现了糖精,并于1879年,在美国获得了发明糖精的专利权。1886年,在德国建立了世界上主产糖精的第一个工厂。

1879年的一天,法利德别尔格用铅笔记下了一次实验结果后,突然想起今天是自己的生日,便习惯性地把铅笔插在口袋里往家赶去。

回到家后,妻子问道:“怎么回来这么晚?亲友们都等着急了,快来帮忙。”

于是法利德别尔格一面招呼着亲友,一面帮妻子把准备好的饭菜端了上来。

席间热闹非常,法利德别尔格和大家一样特别开心。这时,有一位亲友说:“今天的菜真是做得太好了,还有点甜味呢!”

大家开始有些不信,纷纷重新尝一次。果真,香酥鸡是甜的,炸牛排也是甜的。

法利德别尔格还以为是妻子放的糖,没有在意。可他的妻子觉得很奇怪。等客人走了,妻子对他说:“我并没有在菜里放糖呀,怎么会有甜味呢?”

他们开始找甜味从何而来。法利德别尔格走进厨房,把用过的餐具舔了一下,发觉确是甜的。他想,这一定是他用手端过餐具的结果。他又舔了舔手,手也是甜的。他又想,手为什么是甜的呢?“对了,手用过铅笔,有可能是从铅笔上来的甜味。”于是他又舔了舔铅笔,果真铅笔上有甜味。那么,铅笔上的甜味又从何而来呢?

原来,法利德别尔格正在研究一类叫芳香族磺酸的化合物,铅笔就是在实验室里沾上这类化合物才有甜味的。糖精就这样被偶然发现了。

从此,法利德别尔格集中全部精力,专心致志地研究糖精,终于从煤焦油中提炼出了糖精。机会和努力,终于给了他应有的回报。

1879年,法利德别尔格在美国获得了发明糖精的专利权。1886年,他迁居德国,并在德国建立了世界上生产糖精的第一个工厂,开始了专业生产糖精的历史。使糖精从无意发现走向有意生产。

糖精学名为邻磺酞苯酷亚胺,甜度为食用糖的300~500倍,没有营养价值。科学家们虽然发现大量食用糖精且同时大量吸烟的人患癌症的几率会增加,但这很可能是偶然的。虽然至今尚无食用糖精就一定致癌的结论,但已经有在短期内大量食用糖精是有害的许多实验事实。所以,为了慎重起见,世界卫生组织和联合国粮农组织规定了每人每天用量不应超过5毫克/千克体重。

此外,人们还不懈地找寻代用品。例如,已找到最甜的天然糖源“丹林”,它是从非洲象牙海岸等国的植物“沙马丁”中提取的,其甜度为砂糖的1500~3000倍,且无毒,产生热量低。又如,从非洲加纳森林中的一种植物中提取的“卡坦精”,其甜度为蔗糖的60万倍,被称为世界上最甜的物质,如果解决了其来源和成本等问题,则有可能替代糖精。

发明PH试纸的波义耳

波义耳(1627~1691),英国物理学家、化学家。幼时酷爱读书,思想活跃,记忆力好。

在17世纪以前,人们只把化学作为寻找点金石和制造药品的一种方法。直到1627年,英国诞生了一位名垂青史的科学家——罗伯特·波义耳,正是他奠定了近代化学研究的基础,使化学逐渐成为一个独立的学科。

1627年1月25日,波义耳出生在爱尔兰的一个贵族家庭里。整天忙于财务账册、并有钱有势的科克伯爵是他的父亲,他对书本根本没有兴趣。母亲性格温顺,在他4岁时就去世了。他的哥哥,是热中于金钱、骏马和社交的公子哥儿。谁会想到,伯爵家的这个小儿子,后来成了杰出的科学家。

父亲特别喜爱波义耳,专门为他请来了最好的家庭教师。在他8岁的时候,父亲又把他和哥哥法兰西斯送到伊顿公学学习。

在伊顿,波义耳对书爱不释手,连老师都为他担心,怕他年龄太小,读书累坏了身体。

波义耳沉浸在书的海洋中,他特别爱看的是古典的、传奇的、历史的故事和诗歌。

在这些书本的影响下,他思想活跃,想象丰富,爱提问题,记忆力极好。

他很快成为伊顿的优秀学生。他哥哥则与他相反,经常出去玩,爱骑马,对知识只是尝尝味道而已。

意大利著名的科学家伽利略是波义耳心中最钦佩的人。1641年,他专程来到意大利想去见识一下这位科学家巨擘,可惜伽利略不久就去世了。伽利略的新科学理论对他产生了深刻的影响,他决心像伽利略那样不迷信权威,勇于开创科学实验的道路。

波义耳认为,实验室的研究工作具有头等重要的意义。18岁的波义耳从意大利回到伦敦,经常和那些与他志同道合的科学家在一起聚会,讨论实验结果,研究新兴的科学问题。

他把在伦敦继承的领地斯泰尔桥的建筑加以改造,实现了拥有大型实验室的愿望。

1645年,实验室开始进行物理学、化学和农业化学等的研究工作。几个问题同时研究是他一贯的做法。通常他对助手讲明一天的工作,就回到工作室向秘书口授哲学论文。

一天清晨,波义耳刚走进书房,一阵花香扑面而来,使人心旷神怡。一盆美丽的紫罗兰摆放在屋子的角落里,波义耳忍不住摘下一朵,然后不时地嗅着这沁人心脾的花香来到实验室。

实验室里,他的助手正在准备当天实验用的盐酸,忽然,一个助手一不小心把盐酸溅到了桌子上,实验室里顿时弥漫着刺鼻的气体。

波义耳见状忙放下手中的紫罗兰,过去帮忙,当他转过身时,发现紫罗兰也溅上了盐酸。“真可惜,美丽的花朵也沾上盐酸了。”波义耳随手将花插在一旁。波义耳随即去了别的实验室,布置完工作后,他想起了溅上盐酸的紫罗兰,便回到实验室,想将那束花扔掉。当他拿起花束时,顿时惊呆了:原先深紫色的紫罗兰,现在变成了红色!“奇怪!怎么眨眼间这紫罗兰就变色了?莫非是盐酸的缘故?”想到这里,波义耳对助手说:“快去把书房那盆紫罗兰端来。”

急于寻找答案的波义耳,立刻取出一只烧杯,倒了一些盐酸,不一会儿,助手把花端过来了,波义耳摘下一朵紫罗兰浸入盐酸中。果然,花瓣渐渐由深紫色变为淡红,最后变成红色。“太妙了!”助手兴奋地说。“我们再试试其他酸液。”波义耳意犹未尽。

结果,紫罗兰在其他酸液中都变成了红色。“酸液能使紫罗兰由紫色变成红色,我们不就可以用紫罗兰来测试溶液是不是酸性了吗?”波义耳为这个意外发现兴奋不已。“紫罗兰在碱液中会不会变色呢?”波义耳又做了碱性实验,结果表明,紫罗兰在碱液中可变为蓝色。

波义耳又用其他花、苔鲜等来做实验,结果发现石蕊苔藓效果最好。为了使用方便,波义耳就开动脑筋,用石蕊苔藓泡成浸液,然后把纸浸透,然后烘干纸片。这种纸片用起来方便,用它进行溶液的酸碱鉴定非常准确,这就是我们今天仍然在用的PH试纸。

波义耳在化学方面作出了突出贡献,这是有目共睹的事实,因此他被公认为近现代化学的奠基人。

门捷列夫的伟大贡献

1886年,德国化学家温克勒尔发现了一种新的化学元素——锗(Ge)。他获得了如下的实验数据:1.原子量72.52.比重5.473.不溶于盐酸4.氧化物的化学式GeO25.氧化物的比重4.706.GeO在氢气流中加热被还原为金属27.Ge(OH)是弱碱28.GeCl是液体,沸点为83℃,比重为1.8874

可是,说也奇怪,十五年前,即1871年,在谁也不知道有这样一种元素的时候,俄罗斯化学家门捷列夫却非常精确地预言了一些元素物理的性质和特点,其中就有锗这个元素。他预言这种元素的数据是:1.原子量722.比重5.53.金属,不溶于盐酸4.氧化物的化学式MO25.氧化物的比重4.76.氧化物很容易被还原为金属7.氢氧化物的碱性很弱8.化学式为MCl的氯化物是液体,其沸点为90℃,比重约为1.94

你不妨把温克勒尔的实验数据,和门捷列夫的预言逐项对比着看。门捷列夫的预言,是何等精确呵!

门捷列夫的预言不是“瞎子算命”,他是用精密的科学方法推断出来的。

从门捷列夫的那个时代,到十九世纪中叶,人们发现的元素,已经有六十多种了,这六十多种元素,都是零零星星,断断续续,孤立地发现的。究竟元素有多少种?谁也说不上。

正是为了要解答这个问题,科学家开始摸索元素的规律。有人按照元素的物理性质,象熔点、沸点、颜色、状态、比重、硬度、电导性、热导性等来归类;有人按照元素的化学性质,象化合价、酸碱性等来归类。但是都未能从中找出规律来。

门捷列夫在学习和总结了前人的经验之后,决定采用一种新的办法:他以元素本身所固有的属性,即不受外界条件影响的原子量和化合价为依据,来探求元素的规律。

在门捷列夫之前,根据当时测得的原子量,下面几种元素排列起来是这样的:

在门捷列夫看来,这里的铍就存在着问题,因为它的化合价应该在锂和硼之间才合适,而如果铍在锂和硼之间,那么它的原子量也应该在锂和硼之间,就是说,铍的原子量应该是9,即锂的原子量7,加硼的原子量11,除以2,而不应该为13.5。为此,科学家们再次用实验测定了铍的原子量,果然是9,而不是13.5。

除了铍外,门捷列夫还改正了铟、铀、锇、铱、铂、钇和钛等七种元素的原子量,而这些错误的原子量,却一直被公认为是正确的,在门捷列夫之前,竟没人敢怀疑。

当时虽然还只发现六十多种元素,但是门捷列夫经过对元素的综合分析,和在列表对比中对已知各种元素特性的掌握,认为某一元素和它的上、下、左、右各个元素之间,有着内在的联系,有的元素虽然当时还未发现,但迟早一定会发现的,所以表上应该为这些元素留下余地。

当门捷列夫综合了元素的各种特性,发现了化学元素周期律,并运用化学元素周期律,排成了化学元素周期表时,表上的位置,不管它已经是有了相应的元素,或是相应的元素还未发现,那个位置的本身,就表明了那一元素的全部性质。门捷列夫那样精确地预言的锗,它左面的镓,原子量是69.72;右面的砷,原子量是74.92;上面的硅,原子量是28.08;下面的锡,原子量是118.6。左、右、上、下四邻元素的平均原子量是72.86,而锗的原子量是72.5。这决不是偶然的,这就是规律所在,也是规律的依据。

化学元素周期律的发现,不仅结束了六十多种元素孤立、杂乱的状态,也从此把人类对元素的认识,从盲目引导到按照规律去寻找新元素的这条康庄大道上。

不锈钢之父

不锈钢餐具明亮光洁,美观耐用,已逐渐开始取代传统的铝制品。然而,你知道不锈钢是怎样发现的吗?你大概不会想到它竟是垃圾堆里的“明星”吧!

第一次世界大战期间,英国著名的金属专家哈里·布诺雷被应邀调查解决枪管锈斑问题。战争需要大量枪枝,但是由于技术条件的限制,当时的枪容易生锈,寿命短,因此,他想研制一种不易生锈的合金钢,但多次试验都未获得理想的效果。有一次,他把铬掺入到炼钢的原料里,新材料出来后,外表亮闪闪的,十分吸引人,他高兴地把这种钢制成了枪管。可惜,第一次射击就“粉身碎骨”了,因为这种钢太脆了,他非常沮丧地把这些碎片扔进了垃圾堆里。

几周后,布诺雷从垃圾堆旁走过,在锈蚀的废铁堆中发现了几块熠熠发光的金属碎片,走近一看,竟是那几块掺入铬的钢管碎片。这一发现使他十分惊喜,他急忙拣回这几块“宝贝”,经实验分析发现,这些铬钢在一般情况下不大会生锈。于是,不锈钢就这样诞生了。

布诺雷发明的不锈钢虽然不能做枪管,但他把这一发现介绍给了一家餐具厂,生产出各种不锈钢刀、叉等,使不锈钢顿时名声大噪。从此,人们敬佩地称布诺雷为不锈钢之父。

雌雄剑何以锋利无比

据《吴越春秋》记载,干将奉吴王阖闾之命炼铁铸剑,他用五岭之铁矿和木炭,以300童男童女,不分昼夜,烧火鼓风。但三个月过后,铁矿石依然没有熔化,想得到的铁更是踪迹皆无。他的妻子莫邪认为,铁是神物,必须有人牺牲,方能感动上苍,炼出铸剑所需要的铁。于是,她奋不顾身,跳入炼铁炉中,顿时矿石熔化,铁水奔流而出。干将用妻子莫邪的血肉之躯炼出的铁精心打造了两把宝剑,一把名为“干将”,一把名为“莫邪”。两剑雌雄成双,锋利无比,切金开石如砍菜切瓜一般,堪称举世无双之精品。

从1974年在江苏省六合县发掘出土的春秋时期吴国古墓中的铁丸和铁条,可以推断春秋末年的南方吴国,已经能够比较熟练地掌握生铁的冶炼技术。

1992年5月,在陕西省宝鸡市益门村出土的春秋时期的金柄铁剑,数量超过20把,其数量之多,工艺之精美,在全国实属罕见。从年代上讲,这些铁剑所诞生的年代正是我国炼铁技术的初始阶段,与历史名剑“干将”和“莫邪”所诞生的年代大体相仿。对铁剑残块用电感耦合等离子发射光谱进行光谱定性分析,用偏振塞曼原子吸收分光光度法,依据定性分析结果进行定量全分析,并用扫描电镜法和电子能谱法对铁合金中起作用的元素进行定量分析,结果表明,这批剑以铁为主,不含各类合金元素。又通过金相分析,未发现镍、钴金相组织,也未出现陨铁所特有的魏氏体结构,是冶炼铁开始阶段的“块炼铁”。相比较而言,它的含碳量极低,因而对腐蚀也就比较“迟钝”,虽在地下历经数千年之久,还能够基本保持铁剑原貌,剑刃锋利依旧,显示出当时高超的冶铁铸剑工艺。

为何古罗马贵族大多命短

罗马位于意大利亚平宁半岛中部,境内土地肥沃,加之位居地中海北岸中部,海上交通便利。公元前6世纪,罗马还是一个较小的奴隶制城邦。到公元前3世纪,其奴隶制生产方式得到了较大发展,国力逐渐强盛。经过多年战争,陆续击败了意大利南部各城邦,进而统一了整个意大利半岛。公元前2世纪,罗马人继续扩张,于公元前146年征服希腊本土,统一了地中海北岸。公元前30年又击败埃及托勒密王朝,完全取代希腊,成为横跨欧、亚、非三洲的奴隶制大帝国。全盛时代的罗马帝国,其版图北面包括英国、德国、匈牙利、罗马尼亚等地,东翼伸展到两河流域一带,南面占据了整个北非,地中海则完完全全成为了罗马帝国的内湖。

古罗马人在城市建筑上表现出了卓越的才能,尤其是规模宏大的城市供水系统在当时堪称一绝,在其后1500年的历史中也是无与伦比的。古罗马人为了将城外水源引入城内供生产和生活之用,他们将罗马城外水源引入城内,经过蓄水池沉淀后,引入导水道,再分别供应用户和公共场合。首都罗马的引水道修建于公元前4世纪至公元前2世纪,共有9条之多,总长90余千米,日供水能力达130000吨。这些水道纵横交错,与现代城市供水系统非常接近。古罗马人为了使水道穿过低洼地带,用石块砌成蔚为壮观的拱卷渡槽,最高的渡槽超过60米,令人叹为观止。当时的水道监督官、工程师费朗提努曾写道:“这才是为人类卫生和健康服务的技术,比起徒劳而无益的金字塔和希腊神庙来,这才是最美好的。”这也集中体现了以公共福利为目的的古罗马工程师的善意和努力。

应该承认,古罗马人是极具创造性的,其愿望和出发点也是善良而美好的。但令人不解的是,长期生活在城内,过着奢华生活的罗马贵族却大多寿命很短。考古工作者在发掘古罗马时期的墓葬时,多次发现尸骨上有黑色斑点,经分析断定为硫化铅。原来古罗马人的城内导水管多为铅质,古罗马人饮用了流经铅管的水,长期积累而导致铅中毒死亡。

随着生活经验的积累,人们在实践中逐渐认识到,铅及其化合物都有程度不同的毒性。因为生物体内摄取的,甚至是小剂量的铅并不能排出体外,而是积累起来,部分地代换骨骼中磷酸钙的钙,因而毒性逐渐增加。铅中毒的初始征兆是牙床边缘变成灰色,以及腹部疼痛,进而会引起神经系统紊乱。在空气中,铅被允许存在的最高含量为0.00001毫克/升。急性铅中毒会使消化系统严重损坏,出现这种情况,可用稀硫酸溶液急救解毒。

化学与爱情

对于相爱的青年男女,人们常用“如胶似漆”、“心心相印”、“难分难离”、“一日三秋”、“堕入情网”等词句来形容他们炽热的爱情。这些话虽然简单明了,也比较合乎实际,可是在科学上,这些话并没有说出爱情的实质。

那么,在科学上对爱情的正确说法是什么呢?正确的说法是:“男青年的丘脑下部分泌出具有爱恋作用的化学物质,使他的神经活动突然激发,产生对恋人的亲近、甜蜜、追求、不可弃离的神经活动;女青年也作出相应的化学变化和神经活动。从而双方都有一种相见恨晚和难舍难分之感。”用这样罗嗦的话来形容互相钟爱的男女,未免缺乏诗情画意,但是,这种形式的大脑化学作用,的的确确是人们在恋爱时节的实质。

这个秘密是怎样被发现的呢?美国约翰·霍普金斯医学院的医学心理学家乔恩·马奈,对一些早在童年时就被切除脑下垂体的病人进行了15年的跟踪观察和研究,发现他(她)们在体格上同正常人没有多少差别,然而在爱情上却是麻木的,完全没有“爱情”的感受,不会持久地对异性产生追恋,永远不会真正堕入情网。

马奈指出,正常的男女在热恋时,在适合于他(她)们表达爱情的场合,脑垂体下部会分泌出多种神经递质,如肾上腺素、去甲上腺素和安眠酮等。这些化学物质作用于神经系统,就会使人进入爱情的妙境。

马奈认为,脑下垂体被切除的人,因为缺少这些爱情物质的分泌,以及传输这种信息的神经系统的通道在这个部位发生了故障,因此,他(她)们的感情便发生了难以补救的困难。

马奈对化学与爱情问题继续深入研究后指出,有些青年男女,本该进入“恋爱季节”了,但他们对异性朋友却冷若冰霜,好像从来就不知道人生还有爱情这件事。这种情况表明,他们脑下垂体对爱情物质的分泌和传输一定出了毛病。这时,如果他们上医院去请教医生,医生就会建议他服用安眠酮。开这种药的原因主要有三个:一是它是人脑的化学物质,外界补充容易吸收,没有副作用;二是人工合成这种药比较容易,售价便宜;三是它能很好地激起人的爱情感,被一些人称为“没有爱情的人的海洛因”。

生命的母亲

生命究竟是谁创造的?自古以来就众说纷纭,莫衷一是。

在欧美,不少人信奉《圣经》,认为人是上帝创造的。在我国,有女娲造人的传说。现代,因为埃及的金字塔之谜和秘鲁的“纳斯卡图案”之谜(在方圆350万平方公里的沙漠上,纵横交织着几千条直线,点缀着70多个奇形怪状的动物形象)等,故有人认为,地球上的人类是外星人的后裔。还有一些人认为,地球上的生命是“星际孢子”飞越太空后,来到地球繁衍的。

所有这些,从科学上看都很难站得住脚。“上帝”、“女娲”且不用说,我们人类会不会真的来自天外?现在发现,起码在地球周围一万光年的空间内是没有“天人”的。即便是有外星人,他们坐上“光子火箭”,每秒钟飞行30万公里,那么,到达地球已经至少一万年过去了,试想,谁的一生有这么长?再说,即使是人类的故乡在天外,地球上的人类有文字记载的历史也有四五千年了,在这么长的时间里,怎么谁也没有见过“江东父老”呢?难道他们当年把我们的祖先“扫地出门”之后,就任凭古人“茹毛饮血”、“沦落天涯”?至于“星际孢子”问题,至今谁也没有发现,如果有,它们要赤身穿过比原子弹爆炸时还要强得多的宇宙射线,要经得住零下200℃多到零上200℃多的温度交替变化。这种“万能生命”是难以置信的。

因此,这个千古之谜,只能用科学的思维和方法去揭示。

我们知道,任何生命决不是虚无缥缈的东西,要是实实在在一步一步地解体的话,最后在生命的细胞里剩下两种物质就另无他物。因此,美国圣地亚哥大学道勒教授给生命下了这样的定义:“生命的本质,可以被恰当地定义为活细胞中存在的两种分子——蛋白质和核酸——之间的相互依存和相互作用。”

可是,地球之初并没有这些生命物质。那时,火山在不停地喷发,大海汹涌澎湃,气候变化无常,天空中,时而电闪雷鸣,疾风暴雨,时而又风和日丽,万里无云……地球完全是一个死的空旷,只有山、水、氢气、氮气、氨、甲烷和一氧化碳等。

那么,在这样恶劣的条件下,能产生生命物质吗?化学家证明:能。

现在我们明白,蛋白质是一个个氨基酸连接而成的。1953年,美国化学家米勒首先进行模拟古气候的化学实验。他让水、氨、氢气、甲烷组成的混合物,周而复始地经过一个闪电装置。一个星期以后,他惊奇地发现混合物中竟然出现了氨基酸。现在,已经知道组成蛋白质的氨基酸一共有20多种,如谷氨酸、精氨酸、赖氨酸等。化学家们用各种能源,包括古地球的闪电、紫外线、火山岩浆等,来驱动这类无氧混合物的化学反应,结果,大多数这样的氨基酸都能生成出来。不久,米勒和他的同事们又证明,在生命出现之前,组成核酸的基本物质,如核糖、尿嘧啶、腺嘌呤等,在古地球环境中也是能够生成的。

1970年,美国化学家奥格尔把含有核糖等生物“基砖”的海水徐徐加热,待水蒸发以后,在65℃时,生成了蛋白质和核酸的类似物——“热类蛋白”和核苷链(核酸的一部分)。不难想像,这样的条件在当时是不难找到的,如在火山岩流经的海滩、海岸边上两次涨落潮之间的潮水坑等。

更有趣的是,前苏联的生物化学家奥巴林和美国的福克斯发现,这些“热类蛋白”在适当条件下,能自发地形成小球体(像一张薄纸能自动地卷起来一样),外面还有一层膜,当在小球体内加入磷酸化酶(蛋白质),外面放入葡萄糖磷酸化合物时,后者竟能穿过膜层进入小球体内部,从而使球体慢慢发芽。这多么像原始细胞的雏形!

另外,我们发现人血中化学元素的丰度(一种元素的数量在整体中所占的比重)同地壳中的元素丰度是惊人地相似,这也告诉我们,人类是在地球上“长大”的。

现在,科学家们经过一系列化学实验和根据生物进化特征等认为,地球上的生命,是在地球的特定环境下——阳光、大气、水和陆地,通过许许多多化学反应,经过漫长岁月,逐渐地由无机到有机、由单细胞到多细胞、有低级生命到高级生命,这样一步步地发展起来的。

因此,我们说,创造生命、创造我们人类的,不是别的什么,而是“化学作用”,是整个自然界。

世界的组成

大千世界都是由物质组成的。从人们日常所需的生活用品,到人们赖以进行生产的生产资料;从大自然的树木、花草、鸟兽,到岩石、高山、大海,从地球上的万物到茫茫宇宙中的太阳、月亮和星球……都是物质。

这形形色色的物质,都是由一种被称为分子的微粒构成的。例如水是由水分子构成;氧由氧气分子构成。假如杯子里的水全由水分子组成,那么称这种水为纯净物。实际上,天然水中常常溶解有少量的各种盐类,还有病菌和其他杂质。天然水中还含有其他物质分子,所以是不纯净的。这种由不同种分子组成的物质,称为混合物。混合物没有固定的组成,也没有一定物质。在我们周围存在的绝大多数天然物质都是复杂的混合物,像泥土、花岗石、海水等。

纯净物质当中,有的是由同种元素组成,再也不能发生分解反应,这种物质称为单质。如果是几种不同元素化合而成的物质,称为化合物,它们在一定条件下,能够发生分解反应。如水在电流的作用下,可以分解出氢气和氧气。我们说水是化合物,氢气和氧气都是单质,单质又可以分为金属和非金属两大类。氢气和氧气是非金属;金、银、铜、铁、铝等是金属。

自然界在变化

自然界的物质时时刻刻都在发生变化。自人类学会创造和使用工具之后,自然界的变化就更迅速更广泛了。现在我们使用的每样东西,几乎都是从无用或不大有用的原始状态,转变成外观完全不同又颇为有用的的状态。桌子是用木材做的;茶杯是用瓷土烧制的;纸张是用竹、木、麻、草造的……

自然界中物质所发生的种种变化,在化学家眼里,可以分成两类。一类是在变化时,物质的组成、性质、特征都改变的,称为化学变化。例如,绿叶变黄;氧和氢化合成水;铁生锈;铜在硝酸中溶解;汽油在汽车发动机内燃烧;由铁矿石炼铁;氨分解为氢和氮等。另一类是在变化中不产生新的物质,仅仅改变它的物理性质的,称为物理变化。例如空气中的水蒸发结成雨、雪、冰雹;海水结晶出食盐;将木材变成家具;铁熔化等。

每个化学变化都产生一种(或一种以上的)新物质,有些是我们需要的,有些是我们不需要的,甚至是有害的。例如,从矿石提炼金属,各种金属可以再加工成金属制品;从原油裂解得到各种烯烃有机物,再通过各种化学反应,可以制成塑料、合成纤维、药物和合成橡胶等成千上万种化学制品,极大地丰富了我们的生活。

但是,每一次化学变化带来的副作用,也是令人担忧的,特别是人们关心的环境污染。譬如,煤的燃烧产生二氧化碳、二氧化硫,汽油的燃烧产生一氧化碳、氮氧化合物,进入大气。还有农药的残留物,肥料流失到江河,家庭垃圾,工业的废弃物等堆积如山。由此可见,人类在应用化学变化为自己造福的同时,隐藏着祸害的根源。不过,化学的研究可以更多更有效地控制化学变化,多产生有利于人类的财富,减少有害的副产物或废物。

人类赖以生存的物质——空气

地球上的生物,要靠看不见的空气生活。那么,空气是什么呢

空气中的主要成分是氧气和氮气。氧气占空气的体积约21%,氮气约占78%,还有少量氩气、二气化碳、氪、氖、氦、水汽、臭氧等。空气是一种弥漫在地球周围的混合气体,它对人类的生命活动有着密切关系。

例如,空气中二氧化碳增加,会使地球表面的气温升高,出现“温室效应”,造成气候反常等影响。据科学家预测,到公元2030年,如果地球气温比现在高4.5℃,这将使南极的冰层融化,引起海平面上升,最终导致全球性洪水泛滥,后果不堪设想。因此,科学家正在研究预防的办法。

科学研究已经证实,现代空气污染的主要原因是工业生产中释放的大量废气。由于煤和石油等燃料的大量消耗,空气中二氧化硫、悬浮颗粒物、氮氧化物、一氧化碳等有毒有害杂质含量增加,就会给人类带来灾难性的危害。1952年12月伦敦烟雾事件,四天中死亡人数比常年同期约多4000人。事件发生的一星期内,支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱病患者的死亡人数分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道疾病患者的死亡率都成倍增加。

空气中的氧气是人类赖以生存的重要物质之一。人类应该使空气保持清、纯净、新鲜,只有清新的气氛中才能愉快地工作、学习和生活。

化学界的“骡子”——液晶

有一种新型电子计算器,它有许多本领,既可以用来计算,又能显示日历和时间,若要它定时报信,它又有准时发出“嘟——嘟——”的声音。这许多功能都在一块小小的屏幕上映现出来。这块屏幕,就是用崭新的显示材料——液晶做成的。

液晶是什么,又是怎样被发现的呢?

1888年,澳大利亚有位叫莱尼茨尔的科学家,合成了一种奇怪的有机化合物,它有两个熔点。把固态晶体加热到145℃时,便熔成液体,只不过是浑浊的,而一切纯净物质熔化时却是透明的。如果继续加热到175℃时,它似乎再次熔化,变成清澈透明的液体。后来,德国物理学家列曼把处于“中间地带”的浑浊液体,叫做液晶。它好比是既不像马,又不像驴的骡子,所以有人称它为有机界的“骡子”。液晶自被发现后,人们并不知道它有什么用途,直到1968年,人们才把它作为电子工业上的重要材料。

电子表或者计算器中的液晶为什么会显示出数字呢?原来,液晶在正常情况下,它的分子排列很有秩序,是清澈透明的。但是,加上直流电场以后,分子的排列被打乱了,有一部分液晶变得不透明颜色变深,因而能显示数字和图像。

根据液晶会变色的特点,人们便用它来指示温度、报警毒气等。例如,液晶能随着温度的变化,使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中的温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体,也会变色。在化工厂里,人们把液晶片挂在墙上,一旦有微量毒气逸出,液晶变色了,就提醒人们赶紧去查漏、堵漏。

最理想的燃料

汽车、飞机等现代交通工具都用汽油作动力燃料,可是汽油在内燃机里并不能完全燃烧,而且燃烧之后产生的有害废气又严重地污染大气。科学家经过长期研究,认为氢才是一种最理想的燃料。

水是氢的“仓库”,用电解的方法,可以把水中的氢和氧分离出来。如果把氢和氧重新混合燃烧,就会产生3000℃的高温。燃烧后生成的水对人类也不会产生污染,所以氢是最清洁的燃料。

氢又是热效率最高的燃料。同汽油相比,重量相等的氢在燃烧后产生的能量多,氢气在空气中燃烧的速度比汽油要快十倍以上。

以氢气作为燃料的最大困难是它不易贮存。氢在零下259℃以下才能变成固体。液态氢必须保存在零下253℃低温中,稍微提高一点温度,就会沸腾,到零下239.9℃,液态氢极易挥发和气化。科学家已经想出了不少贮存的办法,但要把它变成汽车和飞机的燃料,仍有不少困难。

科学家还在考虑另一种比普通氢更好的燃料,它是氢的孪生兄弟——重氢,学名叫氘。从水中电解出来的氢有万分之二是氘。每50吨水可电解产生5吨氢,其中有1公斤是氘,它在发生核反应时,能产生1.8亿千瓦的能量,相当于10公斤铀或2万吨煤所产生的能量。假如人工能够控制氘的核反应,那么氘便是取之不尽用之不竭的永久能源。

化肥之源

氮是肥料三要素(氮、磷、钾)中首要一员,庄稼离不开氮。空气中虽有约五分之四的氮气,可惜不能直接被植物当作氧料吸收。

100多年前,化学家就设想把空气中的氮变成肥料。直到1908年,德国化学家哈柏才找到了用氮气和氢气直接化合生成氨的方法,也就是现在合成氨工业中的“哈柏法”。这种方法必须在高温高压下,才能把氮气和氢气经过催化而合成氨。

后来,人们从豆科植物的根瘤菌中得到启示,试图找到一种化合物,让氮气在常温常压的条件下,轻而易举地变成氮肥供植物吸收。

十多年前,我国科学家卢嘉锡在研究固氮酶固氮活性中心的结构模型方面取得成就。根据卢嘉锡教授的理论模型合成出的化合物,具有将氮气合成氨的能力,这项成果使我国在化学模拟生物固氮的研究上,达到了世界先进水平。

为什么豆科植物的根瘤菌能把氮气变成氮肥呢?十多年前,科学家从固氮微生物体内分离出固氮酶,对固氮酶的两种蛋白质——钼铁蛋白和铁蛋白进行了研究,才弄清了“庐山真面目”:只有这两种蛋白同时存在,固氮酶才有固氮能力。于是,科学家向固氮微生物学习,研究固氮酶的活性中心模型,以便让“模型物”像固氮菌一样,能够在常温常压下,把氮气源源不断地制造成氨。

生物固氮已成为“热门”课题。科学家们一方面要制造出一种能够在温和条件下合成氨的化合物,另一方面又想使其他植物像豆科植物那样自身具备固氮的能力。日本科学家发现了一种具有固氮能力的野生水稻,再用其他固氮遗传基因植入野生水稻,使其因固氮能力一下子提高三倍。

硫在橡胶中的作用

现代生产、军事工业和日常生活中有不可缺少的橡胶,在150多年前,人们还不能制造,只知道从橡胶树中获得生胶,它热天十分柔软,到了冬天却橡木板那样硬。把生胶涂在布上,做成胶布雨衣,也只能在温暖的季节里才能使用。

1838年,美国人古德伊尔发现,如果把生胶和少量的硫黄一起加热,得到的产品比普通生胶要好得多,无论是冬天还是夏天,都能保持柔软而不粘。这样处理过的橡胶叫做硫化橡胶。现在我们穿的雨鞋,用的自行车胎,戴的橡皮手套等像胶制品,几乎都是经过硫化处理的。如果加入的硫黄相当多,就会成为硬橡皮。

为什么硫黄会使橡胶变得“驯服”了呢?原来,橡胶分子里的碳原子,像一根碳链条那样,一个接连着一个,这些碳原子又拉住了两个氢原子。这些分子连起来,像一条长长的线,叫做线型结构。如果这种像胶分子里混入硫黄,并加热,硫黄能够巧妙地在线型分子链之间架起桥梁,把线型结构的线型分子变成网状结构,使得橡胶的强度成倍的提高。

不过,从生胶加工成橡胶制品,要经过配料、塑炼、混炼、压延、压出、硫化等12道工序。如果加工成轮胎,在成型和硫化两个工序上,同其他的橡胶制品生产工艺又有较大的不同。

另外,在配料时,除了要加硫黄外,还需要氧化镁、硫化促进剂、防老剂、补强剂、软化剂和着色剂等,这就像盖楼房,不仅需要砖瓦沙石,还需要钢筋、水泥一样。加了这许多化学药品,再经过加热,橡胶的弹性、强度、耐磨性都有了显著地提高,做成了胶鞋、暖水袋、胶布、雨衣、轮胎等橡胶制品,才富有光泽,经久耐用。

银的特征

古时候,人们就知道用银确定盛牛奶等食物,可以保存较长的时间不变质。因为银子也会“溶解”于水,当食物同银碗接触以后,食物中的水就会使极微量的银变成银离子。银离子的杀菌能力相当强,每升水中只要有一千亿分之二克的银离子,就足以叫细菌一命呜呼了。

银离子的杀菌功能,还可以用在消毒和外科救护方面。古埃及人就已经知道,用银片覆盖伤口有疗效。后来又有人用“银纱布”来包扎伤口,治疗皮肤创伤和难治的溃疡,有时会收到很好的效果。现代医学中,医生常用1%的硝酸银溶液滴入新生儿的眼睛里,以防治新生儿眼病。驰名中外的中医针灸,最早使用的就是小小的银针。

银的化学性质很稳定,不会与氧气直接化合。银器表面发黑,一般是遇到了硫化氢,生成黑色的硫化银的缘故。古银器长期与空气接触,在空气中极微量的臭氧作用下,也会失去光泽。

银还有许多用处,它作为良好导体可以制作导线;电镀、制镜、摄影等行业也十分需要它。

“天外来客”——陨石

在黑夜的天空,常常可以看到转瞬即逝的流星。这是太阳系中的星际物质——流星体,它一旦同地球接近,就会飞快地闯入大气层,在空中燃烧发光,直到变成气体和极微细的粉未。一些大的流星体,在空中来不及烧光,落到地面,这就是陨石。

据科学家分析,这些天上掉下来的物质所含的元素,各不相同,一般有三类:一类是铁陨石,差不多全部是由铁、镍等元素组成,其中铁占90%左右,还有8.5%左右的镍及微量元素,这类陨石占已找到的陨石总数的6%。第二类是石陨石,它的主要成分是硅、镁及大量的铁、铝等。它在陨石中占的比例很大,有92%。第三类是石铁陨石,其中铁、镍和硅酸盐的各占一半,这类陨石占已找到的陨石总数的2%。

这些天上掉下来的石头,同地球上的矿石差不多。陨石里含有最多的元素是铁、镍、硫、镁、硅、钴、钙、氧等,全都是地球上原来就有的东西。

研究陨石的化学成分、来源和性质,能够帮助人们进一步认识宇宙空间的变化和活动,对宇宙飞行和其他空间技术开发有重大意义。

能测知年代的同位素

埃及的考古学家在离尼罗河不远的山上,发现一座非常古老的谷仓,从谷仓里找到了一些小麦,经科学方法测定,这些小麦大约是六千多年前留下来的。这是用一种放射性同位碳-14测定小麦“年龄”后才知道的。

科学家发现,一棵树、一片草叶、一只蜜蜂,以及人体中的一点12肝脏、一片指甲,在每6×10个碳原子中一定有一个是碳-14原子。这种原子每分钟能放出16个β粒子,自己则转变成碳的其他同位素。假如生物(植物或动物)少活着,碳-14原子则衰变多少就能补充多少,总保持一定的数量。假如有人砍倒一棵树,这棵树死了,就不会再补充不断减少的碳-14了。可是,原来的碳-14原子还在继续衰变。要知道,从活树上碳-14原子每分钟放射16个β粒子,逐渐地“衰变”,到只能每分钟放8个β粒子,经历这样一个“半衰期”,需要5730年。因此,几千年后人们发现了这棵被砍倒的树,锯下一块木头,将它加热变成炭从中取出1克,用放射性探测器测出它每分钟能放射的β粒子个数,经过计算,就会确知这棵树究竟是在什么时候被砍倒的。埃及考古家就是用这种方法测知小麦的“年龄”的。

用放射性测定年代的方法,是很有用的。我们说五千年前地球上已有了人类,他们会用火,会砍树,会制作草鞋。这也是通过碳-14原子测定的。据考证,很久以前,有些印第安人曾经做了一些草鞋,留在一个山洞里。在他们返回山洞之前,火山突然爆发,堵住了洞口。这个山洞现在被考古学家发现了,他们用放射性碳-14测定这些草鞋是在9600年前留下的。这里可能有些误差,但一般总是在9400年到9600年前这段时间里留下来的。

黄金的特性

黄金是延展性最好的金属。1克金可以拉成长达400米的细丝。如果用300克黄金拉成细丝,可以从南京出发,沿着铁路线一直延伸到北京。一吨黄金拉成的细丝,可以从地球到月亮来回五次。

黄金也可以压成比纸还薄得多的金箔,厚度只有五十万分之一厘米。这样薄的金箔,看上去几乎是透明的,带点绿色或蓝色。薄到一定程度的黄金,既能隔热,又能透光,所以黄金薄膜可以用作太空人和消防队员面罩的隔热物质。在冬季利用黄金薄膜把太阳辐射中的热射线反射到室中,室内就温暖如春;夏季,在房屋的玻璃窗外,贴上一层黄金镀膜,可将太阳的绝大部分热反射出去,室内不会闷热。

虽然黄金有这么多优点,但是也有不少缺点。比方说,质地软、价格贵、色泽单调。如果黄金同其他金属结合起来,做成黄金合金,既能弥补不足,又使性能更加优良。现代的黄金合金已广泛应用于火箭、超音速飞机、核反应和宇宙航行等工业中。此外,用黄金合金制成的金币、金首饰也深得人们的喜爱。我们平时看到22K、18K金首饰,都是含有不同分量的黄金合金。

用黄金做成的合金,会变成金黄色、红色、玫瑰色、灰色、绿色,一直变到白色。绿色的金合金中含有75%的金、16.6%的银和8.4%的镉。有一种金铜合金,称作红铜;一种金银合金叫红银。这两种合金用盐溶液处理后,就出现紫色或者浅蓝黑色。

在地壳里金的含量不算少,据估计,大约占地壳的一百亿分之五,但是都很分散,真是“遍地有黄金”!另外,太阳周围灼热的蒸气里有金;陨石里也有金;天上还真有“长满金子”的星星;海洋中金的含量十分丰富,是个“大金库”。

化学大厦——元素周期表

如果把化学元素比作建筑材料,那么元素周期表就是用这些材料建成的“化学大厦”。“化学大厦”的设计师是俄国彼得堡大学35岁的教授门捷列夫。在此之前,化学家们只知道有63种元素。不同元素间相互化合,可以组成成千上万种化合物。有的是盐,有的是酸,有的是碱,有的是氧化物;有的闪闪发亮,有的暗淡无光;有的气味强烈,有的无色无味;有的硬,有的软;有的苦,有的甜……,这许多千差万别的物质,是由数目不多的元素组成的。

那么,这许多元素是不是没有一点规律性呢?当时有许多化学家研究这个问题,可是没有取得满意的结果。1869年,门捷列夫发现各种元素的原子量可以相差很大,而不同元素的原子价变动范围较小,而且有许多元素有相同的原子价。同价元素的性质又非常相似,所有的+1价元素都是金属;+7价都是非金属,+4价元素的性质则在金属和非金属之间……。通过这种比较,门捷列夫发现,元素的性质随着原子量的递增呈现周期性变化的规律,他终于发现了周期律。并根据这个周期律,制作了一个化学元素周期表。

现今的元素周期表,是把已知的109种元素,按照原子序数排成的表。这好像是一座“化学大厦”,每个房间里住着一位“元素”客人。我们从“化学大厦”的构造和安排中,可以了解各种元素的原子结构同金属性、非金属性和化合价之间的关系,成为我们步入化学大门和进一步探索化学奥秘的工具。因此恩格斯说:门捷列夫“完成了科学上的一个勋业”。

元素周期表的终点之谜

1980年,德国科学家宣布合成了109号元素,到此为止,世界上已经发现了109种元素。那么,究竟还有多少个元素没有被发现?元素周期表的“终点”在哪里呢?

曾经在很长的一个时期间,科学家没有再发现一个新元素,元素周期表在92号元素——铀那里停住了。铀是不是元素周期表的终点,能不能用人工方法合成“超铀”元素?这成了引人注目的有争论的问题。

本世纪40年代初,科学家终于制出了第93号元素镎。到1983年为止,45年中,先后发现了17个超铀元素。

人们发现,前几个超铀元素,寿命最长的同位素的半衰期可以达到千万年,而后来制造的几种超铀元素,寿命越来越短了。如99、100、101号元素的“寿命”以天来计算”102号以分计;103号以后的元素要以秒乃至毫秒来计了。109号元素的发现,是由于在硅板上记录了它的“影子”,它在实验室里只逗留了五千分之一秒就“失踪”了。在这种情况下,人们不禁要问,元素周期表是不是快到尽头了。

通过对原子核内部结构和核稳定性规律的研究,核科学家认为,越过这些“寿命”极短、原子核极不稳定的元素,可以“瞭望”到在114号元素附近有“超重核稳定岛”,“岛”上可能有几十个元素。现在科学家们正在用各种方法试图在自然界寻找或人工制造超重核元

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书


相关推荐

最新文章


© 2020 txtepub下载