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第31章 化学与工业(10)

“汽油的辛烷值”是人们用来衡量汽油质量的一种重要指标,它表示了汽油爆震程度的大小。什么是汽油的爆震呢?我们知道,汽油机吸气时,将汽油和空气的混合物吸入汽缸中,通过压缩使气体混合物产生热量,达到一定程度后经点火便会燃烧。但是一部分汽油不等点火就超前发生了爆炸式燃烧,这种不能控制的燃烧过程,通过汽油机的响声或震动表现出来,这种现象就叫做爆震。汽油的爆震既损失能显、浪费燃料,又损坏汽缸。爆震现象与汽油的化学组成有关,汽油中直链烷烃在燃烧时发生的爆震程度比较大,芳香烃和带有支链的烷烃则不易发生爆震。经过比较发现,汽油中以正庚烷的爆震程度最大,而异辛烷的爆震性最小。人们把衡量爆震程度大小的标准叫做辛烷值,正庚烷的辛烷值定为0,异辛烷的辛烷值定为100。辛烷值越高,汽油的抗爆震性能就越好。

需要注意的是,辛烷值只表示汽油的爆震程度,并不表示汽油中异辛烷的真正含量。我国目前使用的车用汽油的牌号就是按照汽油辛烷值的大小划分的。例如,90号汽油表示该汽油的辛烷值不低于90。

为了提高汽油的辛烷值,过去广泛采用的一种方法是在汽油中添加抗爆震剂四乙基铅。四乙基铅是一种带水果味、具有毒性的油状液体,它可以通过呼吸道、食道或皮肤进入人体,而且很难排泄出去。当人体内的含铅量积累到一定量时,就会发生铅中毒。所以,目前世界上许多国家都已限制汽油中铅的加入量,逐步实行低铅化和无铅化,在我国,北京等一些城市已禁止销售含铅汽油。实现汽油无铅化,提高汽油辛烷值,目前主要是通过两种途径,一是改进炼油技术,发展能生产高辛烷值汽油组分的炼油新工艺;一是研究和开发新的提高汽油辛烷值的调合剂,代替四乙基铅作为汽油的抗爆震剂。

水泥的发明

现代水泥的主要成分是硅酸盐类,所以它的新名字是硅酸盐水泥。

今天,科学上把制水泥、制陶、制玻璃的工业统称硅酸盐工业。因为从化学的角度来看,它们都是不同形态、不同组成的硅酸盐。

现代水泥是谁最早发明的,曾经有过不同的说法。英国人说,最早发明水泥的是英国人阿斯普了。他曾用“波特兰”水泥建造了英国伦敦泰晤士河河底的隧道。

俄国人说,最早发明水泥的是俄国人契利耶夫。

事情还得从18世纪初开始说起。那时候,人们长期使用火山灰和人造火山灰来做胶合材料。它们虽然能在水里结硬,可是使用起来不方便,而且捣得不结实,就不很坚固。人们一直在寻找更好的水硬性胶合材料。

人们发现,有的石灰能够在水里结硬,有的石灰不能这样,却不知道是什么原因。俄国工程师揭开了这个谜:含有粘土的石灰石烧成的石灰,在水里有结硬的性质。

他曾用俄国水泥修复克里姆林宫的墙垣。1825年,世界上第一本有关水泥制造的书籍在莫斯科出版了。这本书就是契利耶夫写的,他在这本书里介绍了水泥的制造、性能及其调和的方法等。把一份石灰和一份粘土加水拌和,制成砖块,用干木柴在炉里煅烧到白热,然后把所得的产品碾细过筛,就制成了水泥。他说,要使水泥增加强度,在搅拌的时候可加些石膏。

这种制造水泥的原理,跟现代完全相同。

1985年,我国考古学家在甘肃省秦安县大地湾新石器时期文化遗址,发现了用水泥和人造轻骨料铺成的混凝土地面。在一座保存完好的建筑物里看到,主室地面全部用混凝土铺设,呈青黑色,表面平整、光洁。经分析、实验,证明大地湾古水泥的主要成分是硅和铝的化合物,同现代的硅酸盐水泥基本相同。它的抗压强度相当于现在的100号硅酸盐水泥。

这说明,中国约在5000年前就已经有了水泥。

隐身材料

有个“隐身草”的故事。傻子遇上一个聪明人,聪明人送给他一棵草,说:“这叫隐身草,手里拿了它,别人就再也看不见了。”傻子擎着“隐身草”,马上到集市上,伸手抢了别人一把钱,扬长而去。钱主抓住他,一顿猛揍。傻子喊道:“任凭你怎么打,反正你看不见我!因为我有隐身草!”

捧腹之余,不禁让人想到,隐身的能力,也是许多人的梦想。

现代材料技术的发展,已经在某种程度上使梦想成真了。当然,人们还不能够做到,像神话或者科幻小说中的那样,整个人完全消失,变成空气之中的透明人。那么,怎么才算现代隐身技术呢?为了理解这一点,我们看看隐身技术的发展。

隐身技术是指在一定探测环境中控制、降低各种武器装备的特征信号,使其在一定范围内难以被发现、识别和攻击的技术。在军事上,不让对手发现,就能够抢占先机,保护自己,极大表面涂有吸波材料的隐形飞机地提高武器的生存能力和作战效果。所以“隐身”能力,成了很重要的胜利因素,受到许多国家的高度重视,成为现代军事技术研究的关键技术。

在第一次世界大战之前,人们探测目标靠的是眼睛和可见光设备。探测能力依赖于目标的尺寸、色彩、光泽及其背景的对比度。伪装术是这一时期出现的一种反目视探测技术,也可说是早期最简单的隐身术。伪装术有天然伪装和人为伪装两种:天然伪装主要利用地形、地物、气象等自然条件进行伪装;人工伪装主要用迷彩、烟幕、灯火、音响等设置遮障,构筑假目标、假工事、假阵地等进行伪装。

以军用航空来说,人们为了减小飞机的可探测性,在飞机上使用迷彩涂料,即在漆料中调以颜料,用色彩和表面花纹,使飞机反射光线的强度和色彩与背景相同。例如,为了不使地面的敌人仰视看清飞机,在飞机底部涂成较淡的蓝灰色,且无光泽,使飞机与天空背景的色彩、光泽相近。为了使上方敌机俯视看不清下方飞机,在飞机的上表面涂上灰绿和灰棕色斑点,使飞机与地面背景的色彩、光泽相近。飞机的不同部分可能形成对比,增加了被探测的可能性。为了抵消它,涂料颜色可以变化,使暗的地方变成浅色。实际上伪装术在自然界也常可见到,例如活动在冰天雪地中全身白毛的北极熊;爬伏在树上形似嫩枝的杆状昆虫;游动在草丛中的青蛇;随时改变保护色的变色龙;飞舞在花圃中的彩蝶等。不过,这些都是出自动物本能的伪装术。

第二次世界大战期间,美国、英国、德国等国家就对隐身技术进行了大量的探索,并于70年代将其研究的成果逐渐付之于工程实施。特别是在海湾战争中,人们都亲眼目睹了隐身技术的巨大魅力。因此,隐身技术的研究已成为未来战争中各国关注的焦点。

由于目前雷达在各种探测器中仍占主导地位,因此雷达波隐身材料是隐身技术中最主要和发展最快的隐身材料。

我们首先来看看,雷达是如何发现飞机的。其实雷达是效仿蝙蝠工作的,我们知道蝙蝠能够在夜晚自由地飞来飞去。但蝙蝠并不是靠了它的视力好,而是凭借了超声波。它的嘴巴不断地发出超声波,超声波遇到物体后就会被反射回来,蝙蝠的耳朵接收到返回的信号,就能确定障碍物的位置。雷达的工作原理与蝙蝠类似,首先雷达要向探测方向发射电磁波,当发出的电磁波遇到飞机时就会被反射回来,雷达在接受这个返回来的电磁波就能知道有没有飞机和飞机所在的位置。

既然雷达是通过接收飞机反射的电磁波来判断飞机的位置,那么如果让飞机不反射电磁波的话,雷达可就发现不了飞机了。实际上飞机隐身正是通过这种方式达到的。

雷达波隐身材料的基本性能要求是吸收雷达波,所以这种材料又称为雷达吸波材料。我们所指的吸波材料也就是雷达波吸收材料。

吸波材料的研究始于第二次世界大战期间,起源在德国,发展在美国并扩展到英、法、苏联及日本等发达国家。经过半个世纪的发展,成绩斐然。

第二次世界大战时,德国人曾用活性炭粉末充填天然橡胶片来包覆潜艇,以降低被对方雷达发现的可能性,这可以说是最早的吸波材料。

美国早期研制了一种防辐射涂料布,是用橡胶或塑料填充导电的鳞片状铝粉、铜粉或铁磁材料制成。这些早期的材料主要通过增加厚度来提高吸波性能,一般较重,用于舰船和陆地武装设备。从50年代起,美国等开展了较为系统的飞机隐身技术研究,经过20多年的发展,70年代开始研制隐身飞机,80年代隐身飞机装备部队并投入使用。现已装备的F-117A隐形攻击机、B-2战略轰炸机以及新问世的F-22隐身战斗机均采用了不同类型的隐身材料。其他大国也都投入大量人力物力研制吸波材料,已发展出不少新型的雷达吸波材料和吸波结构。

高度的军事敏感性和技术保密性使当前高性能的吸波材料研究和应用情况笼罩在迷雾之中,但各科技机构的努力主要集中在以下两个方面:全新的吸收机理和吸收剂;计算科学的迅速发展和应用。

总之,应运而生的吸波材料,必将在这场世界性攻关研究中,不断取得发展,并对今后的隐身反隐身技术的竞争产生深刻的影响。

垃圾工厂

每逢星期日,窗外传来一阵阵“收废品啦!废铜、烂铁、碎玻璃……”的招呼声。废品收购站的流动小推车来到居民住宅区了。

生活中有许多废旧无用的东西:旧书报、牙膏皮、旧电池、废钢铁、碎玻璃、骨头……积攒起来交给废品收购站,还是一笔巨大的物质财富呢!

废钢铁制品可以回炉炼钢,十吨废钢铁可以炼出九吨好钢。有趣的是,炼优质钢还必须在原料里掺一点废钢铁呢!

纸上写满了字,撕碎了,纸里的植物纤维仍然存在。送进造纸厂,打成纸浆,经过化学漂白,雪白的、平展展的纸又出现在你的面前。十吨废纸,能造出八吨新纸。

各种碎玻璃投入玻璃熔融池熔化后,可以重新吹制成各式各样的玻璃制品。

塑料凉鞋老化后,变硬,开裂,不能再穿了。可是,塑料并没有消失。把各种废塑料按照化学成分分门别类以后,只要是热塑性的塑料,如聚乙烯、聚自动分解的生物塑料为解决大量生活塑料垃圾带来了可能氯乙烯等,加些增塑剂、抗氧化剂和颜料,再熔化均匀,崭新的塑料制品又生产出来了。十吨废塑料,可以生产塑料凉鞋两万双。

牙膏皮是铝做的,连同废铝壳、破铝锅,一股脑儿送进熔铝炉窑里,能回收大量的铝,损耗极少,而且所需的能量只有炼铝的5%。

吃肉剩下的骨头,也有它的用处。在骨胶工厂里,用大锅熬炼骨头,飘在水面上的是骨油——可以做油脂和肥皂。熬稠了的汤水里有骨胶——做墨汁、粘接木板都用得着。最后剩余的残渣,粉碎以后是优质的磷肥(骨头的主要成分是磷酸钙),撒在田里,庄稼会多结穗,果树将硕果累累。

有的废品站还上门为工厂、商店从废液、废渣里回收贵重金属。

照相馆、电影制片厂排放的废定影液里,含有宝贵的银。怎样才能拿到它呢?

加进硫化钠饱和溶液,废水里的银离子变成黑色的硫化银粉末,沉淀下来成为“银泥”。

这黑漆漆的银泥经过灼烧,加硝酸溶解,得到硝酸银结晶,再在电解池里还原为银。

近来,国外涌现出一批垃圾工厂。它的原料是垃圾,产品是纸张、塑料、各种金属。

生活中越来越多的垃圾占用土地,污染环境,着实令人恼火。

垃圾工厂首先用扬风机把废纸、塑料薄膜等轻质垃圾吹送出来,浸泡在水池里,废纸变成纸浆,流进造纸机;塑料薄膜筛滤下来,送往塑料回收熔炉。

垃圾经过强大的电磁铁,废钢铁被吸引住,玻璃和铝通过去……无法利用的垃圾最后作为燃料,贡献出热量,化为高压蒸汽和电力,烧剩的废渣用来填整洼地,而且有较大的肥力。

如今,西方的垃圾处理事业日益发达。垃圾公司一个接一个建立起来,和银行、汽车公司、石油企业差不多同等重要。

在化学面前,没有废物可言。

可燃冰的过去和未来

可燃冰!

一个陌生的名词。正如我们在荒野上遇到一位陌生人,可能会问上一句:“你从哪儿来?要到哪里去?”我们也要打探一下可燃冰是怎么形成,也就是它的来历;同时又关心一旦利用了可燃冰,对人类是福还是祸,它的前途如何。

可燃冰,是一个充满矛盾的名词。冰是水,水怎么能燃烧呢?“可燃”就会出现燃烧,点着了火,水火不相容,怎么统一在“可燃冰”这个名词之中?

故事得从头说起。苏联有位天然气专家契尔斯基,他指挥工人往一口天然气井里注水。根据以往的经验,往天然气井里注水,井里会冒出更多的天然气来,可以提高产量。可这次注入20吨水以后,产生了相反的后果,不但产气量没有增加,反而停止冒天然气了。

正在生产的天然气井为什么不冒气了呢?这位专家想不清,理不明,就去查文献资料,动脑筋分析。后来,终于弄清了一个道理:天然气含有大量甲烷,甲烷与水化合,结成冰了。这种冰,大名叫做“甲烷水化合物”,或是“水化甲烷”。

甲烷是可以燃烧的气体,对甲烷加大压力,降低温度以后,就会与水形成透明的结晶,即水化甲烷。水化甲烷,实际是甲烷分子被封闭在水晶分子的笼子之中。

在自然界,在大海里,深度为600米~2000米的地区,温度为2℃~5℃的时候,甲烷最容易形成结晶,形成令人惊奇的“可燃冰”。天然气的主要成分是甲烷,地下的压力和温度恰恰能使甲烷与水形成可燃冰,上面提到那口不再冒气的井,欠缺的是水,注入20吨水以后,甲烷就被包在冰晶里,堵在地下,冒不出来了。

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