登陆注册
10476700000034

第34章 化学探秘(1)

还会有新元素吗写作文描写景物的时候,往往会使用形容的词语:“青山绿水”、“黑土地”、“清新的空气”、“高楼大厦”……无论用尽了华丽和朴实的词藻,也难以说尽世界的多样性和物质的多姿多彩。先哲在观察周围世界时,领悟出一个道理:复杂的现象中包含着简单的因素,千差万别的物质,只是由几种基本元素组成的。

我国古代,认为世上的万物都是由金、木、水、火、土构成的。金是金属,除了黄金,还包括铜和铁等等;木,包括花草树木,而且都是从土里长出来的……这叫“五行”。

古希腊不说五行,认为世上有4种元素:水、空气、火、土;古印度的说法有不同,认为4种元素是:地、水、火、风。

不论五行、4种元素的说法各有不同,但是,中国人、古希腊人、古印度人都认为存在着少数几种元素,复杂的世界是由元素构成的。

近代科学兴起以后,科学家也承认万物是由元素构成的,不过不是古人说的那4种或5种。比如说“水”吧,古人以为水是不可分的,近代化学家知道,水还可以分解,不是元素;空气是多种气体的混合物,也不是元素。

于是,必须回答两个问题:什么是元素?有多少元素?

今天对元素的看法是:元素是同类原子的总称,氢元素就是所有氢原子的总称。说得更详细一点,是说同一种元素原子核内的质子数相同。氢的原子核内都只有一个质子,如果有两个质子,那就不是氢了。

至于地球上到底有多少元素,还会不会发现新元素,这是几代化学家一直在思考的问题。在思考中不断有新发现,新的发现又引起新的思考,经历了一个漫长的过程。

古人花了几千年的时间,到18世纪末,才有20多种元素的身份被确定下来,其中像金、银、汞、铜、铁等元素,人们频繁地使用过,原先却不知道它们就是元素。

在19世纪、20世纪这200多年中,化学家应用各种手段去搜寻元素,出现了许多发现元素的故事。

1811年,在法国化学家库尔特瓦实验室里,一只公猫闯了进来,撞倒一瓶硫酸,硫酸流出来,流到了装有海藻灰溶液的盆里。化学家正想去惩罚那只闯祸的猫,却被盆中的奇特现象吸引住了:盆里升起一缕缕紫色的烟雾。这是一种化学反应!偶然的现象引起了他极大的兴趣,再次重复这个过程,又看到了紫色的蒸气。把紫色的蒸气收集起来,得到了一种晶体。分析后确定,这是一种新元素:碘。

在化学家寻找新元素的手段中,有化学分析,也有光谱分析。每一种元素在激发成气体状态后,通过分光镜都会产生独特的光谱。钾蒸气的光谱是两条红线、一条紫线;钠蒸气有两条靠得很近的黄线……已经知道的元素,光谱非常明确,容易辨认。如果发现从未见过的光谱,那就是一种尚未发现的新元素。1868年,天文学家分析太阳光的光谱,发现了一条明亮的黄线,就是未见过的光谱。两个月以后,科学家确认这是一种新元素,命名为氦。因为首先是从太阳中发现的,氦又称为“太阳元素”。

到了19世纪,发现的元素多了起来,化学家反倒有点迷茫。每个元素都有自己的性质,各种元素的性质各有不同,它们之间有什么联系,应该去寻找元素性质的某种规律。

面对不断发现的新元素,化学家想到了为化学元素排排队,就像学生排队那样,从小到大地排。元素怎么分大小?曾经采用过比较原子量大小的办法,而现在采用的办法是以原子序数为准,氢原子核只有一个质子,它就是1号,原子序数为1;氦原子核里有两个质子,它就是2号,原子序数为2……19世纪后半叶,俄国化学家门捷列夫分析了当时已发现的63种元素,发现元素之间的关系,除了可以按原子量大小排队以外,它们的化学性质还呈现周期性的变化,排出了著名的元素周期表。从这张表上看,其中有好几个空位,也就是说,还有元素尚未被发现。根据元素周期表的理论,门捷列夫发出预言,还存在着尚未发现的元素:类铝、类硼、类硅……这真是天才的预言,门捷列夫不仅说出了还有未发现的元素,而且说出了这些新元素的性质。门捷列夫的同事——俄国科学家不仅不相信,而且大加讽刺,他们只承认已存在的物质,不承认不知道、不存在的元素,把门捷列夫的研究说成是在研究鬼怪。

那些科学家把尚不知道的元素说成“鬼怪”以后,却不得不承认1875年发现的新元素“镓”正是“类铝”;1879年发现的“钪”正是“类硼”;1886年发现的“锗”正是“类硅”。

寻找新元素的研究仍在不断地进行着,到了20世纪的40年代,已经找到了第92号元素铀。铀处在元素周期表的最后一个位置,周期表中除了4个空位以外,其他元素从1号到92号都找到了。自然界只有92种元素。

没想到,新发现不断出现。在1937年到1945年之间,原来周期表上的4个空位都已填满,表上的92种元素全部到位。可是,在1940年,科学家在迴旋加速器中用中子轰击铀原子的时候,意外地发现了第93号元素“镎”。

“镎”是海王星的意思。因为“铀”是天王星的意思,天王星以外是海王星,照这样推下去,海王星以外,还应该有一颗冥王星,果然又发现了第94号元素钚。

化学元素到底有多少?

不同时期有不同的答案。年代远的不说,年代近一些的答案是92个,也就是填满周期表。好了,现在已经超出了周期表,数目在不断变化:

50年代出现了100号、101号元素;

60年代出现了103号、104号元素;

70年代出现了106号、107号元素……

什么时候新的元素出现了不再一一列举,只说一个最新消息:1999年出现了118号元素。

也许在20世纪结束时可以回答:化学元素有118个。可是,到了2l世纪这个答案会变吗?

肯定会有变化。于是,不必去追问化学元素到底有多少,而是把问题转化一下,变成化学元素是无限多吗。

有一种答案说,不是无限多,数目是有限的,也许到170号就会终止,也许在210号终止,也许在170~210之间。

等着瞧吧。

为什么水泥制成的混凝土很坚硬

水泥是一种十分常用的建筑材料。粉末状的水泥加入适量的水和石子、砂子混合后,就会结成坚硬的混凝土。

水泥为什么会变硬呢?

普通的水泥是硅酸钙等物质的混合物,是用石灰或白垩土(碳酸钙)同黏土(铝、硅和氧的化合物)送入高温窑中加热烧制而成的。粉状的水泥和水相混后,在开始的一个小时内,水泥颗粒被一薄层具有半渗透性的胶质膜所包裹。这一层胶质膜是由硅酸钙与水化合而成,这个化合过程叫做水合作用。普通水泥在接触水4个小时之后才能达到初步硬化。这时,外部的水会通过半渗透性胶质膜渗入其内部,水泥颗粒会继续发生部分溶解,随着其浓度、渗透压、体积的变大,胶膜发生破裂,并又形成新的胶膜,如此反复进行,水泥颗粒外会形成一种空心管状的纤维。大量的像“刺”一样的空心管状纤维向外伸展。随着纤维的变长,这些空心管状的“刺”逐渐联结在一起,从而产生一种将各颗粒胶联起来的“交织网”。正是这种纤维组成的立体网,增加了水泥的强度。

普通水泥在最初的数日或数周内慢慢硬化,如适当补充水分,其强度在数月或数年的漫长时期内,依然能继续增长。水泥与水的反应非常慢,为了进一步证实这一点,科学家曾将已硬化了的水泥磨碎,并将它再与水混合,发现它会产生第二次硬化。水泥中的细微裂缝有时会自行弥合,就是因为裂缝使水泥的颗粒打开,而当水渗入后,这些水泥颗粒表面又会生成新的刺状纤维,于是把裂开的部分又联结了起来。

用塑料袋装食品有毒吗

糖果、饼干、蜜饯、水果等各式各样的食品,常常被装在塑料袋里。透过一层晶莹透明的薄膜,食品不但看上去色彩诱人,而且隔绝细菌,保持清洁。它能使需要一定水分的食品不干燥,需要干燥的食品不返潮。用塑料袋包装食品的另一个好处是,食品不会粘得到处都是,也不易碎裂,携带十分方便。

但是,也许会有人对你说,塑料袋装食品,好是好,就怕有毒。这是真的吗?

通常情况下,专门用来装食品的塑料袋是没有毒的,因为那是用聚乙烯或尼龙制成的。制造聚乙烯时不掺杂其他物质,这样制得的聚乙烯密度低,质地柔软,对于阳光、空气、水分和化学试剂,都具有较高的稳定性,所以无需外加可能有毒的稳定剂和增塑剂。因此,用这种聚乙烯制成的薄膜来做食品袋,是安全无毒的。但是,聚乙烯薄膜也还有一定的透气性,如果用它来包装香料或有气味的东西,一部分香气或气味会逃逸出来。在这种情况下,用更为结实的尼龙薄膜就比较理想了。

用其他塑料制成的薄膜塑料袋是否有毒,要作具体分析。比方说聚氯乙烯,它里面的增塑剂和一部分残存的氯乙烯,都是有毒的;聚苯乙烯中的一部分苯乙烯分子,能够在油脂中溶解,也是对人体有害的;以甲醛为基本材料合成的塑料,在与水和其他含水液体、油脂等接触时,尤其是在超过常温的情况下,甲醛会溶解进食品中去,这是一种对健康很有害的化合物。

所以,除了标明是食品塑料袋,或者完全肯定所用的塑料袋是单纯的聚乙烯或尼龙制成的,尽量不要用其他塑料袋来盛放食品,尤其是不能用装过农药或化工原料的塑料袋来装食品。

为什么可以用钢来切削钢

在工厂里,要对坚硬的钢料进行切削加工,使用的工具常常也是钢制的刀具。有趣的是,钢制的刀具往往能“削钢如泥”,不一会儿,就把钢料加工成所需要的零件了。

表面上看来,两个都是钢,可为什么用钢做的刀具能够切削钢料呢?

原来,各种钢是有差别的。做刀具的钢,只要比被加工的钢料硬度高,就能进行切削。一般做工具用的钢,含碳量比较高(大约是0.6%~1.4%),而且经过了热处理,使它变得更硬而不易磨损。但是在切削速度很高的情况下,往往会因摩擦产生高温,而高碳钢在高温下就不够硬了。因此,用于高速切削的刀具,必须用高速钢(俗称锋钢)来做。高速钢是一种合金工具钢,它主要含有铁、钨、铬、钒等元素,即使是在高温下(600℃以下)仍然十分坚硬。但是在更高的温度下(大于600℃),高速钢的硬度也显著下降。在这种情况下就要采用硬质合金了。通常用的硬质合金是由钴、钨、铬和碳等元素组成的,它已经不是钢了,因为其中含铁量很少,而且铁被看作是无用的杂质。

除了加入合金元素外,改变钢铁性能的另一重要手段是热处理。这就是把钢铁加热到一定的温度,然后在各种不同的条件下,以不同的降温速度进行冷却,例如,钢在水中或油中就冷却得快,在空气中或炉子中就冷却得慢。冷却快可使钢铁变硬,强度高;冷却慢可使钢铁变软,强度低,但塑性和韧性好。因此,根据不同的要求,对钢铁可以采取不同的热处理方法,如淬火、回火、正火、退火等。例如工具钢须经淬火才能获得很高的硬度,而被切削加工的钢铁常常先经退火或正火,才比较容易切削。对于许多特种用途的钢材,还有许多特殊的热处理方法。

煤能变成汽油吗

大家知道,汽油是从石油中提炼得到的一种重要燃料。除此之外,石油还是生产乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯及醇等基本化工产品的原料。

地球上的石油资源并不丰富,相比而言,煤的储量较为丰富,可采年限达几百年,尤其在我国,煤已成为工业生产和生活的重要能源。然而,我国煤炭的84%是直接用于燃烧的。直接燃烧煤存在三个问题:一是能源的利用率低;二是煤含有多种有用的化合物,如能综合利用可成倍提高经济效益,而仅用于燃烧则颇为可惜;三是严重污染环境。能不能想办法避免产生这些问题呢?

煤和石油都是化石燃料,都是以碳和氢为主的化合物,从这一点来看,它俩是一对“黑色兄弟”。煤与石油的最大区别是氢含量不同,石油中氢的含量为11%~14%,煤只含5%~8%。尽管如此,煤还是有可能变成汽油的。早在半个多世纪之前,化学家们就已在实验中尝试将煤变成汽油的各种方法了。

直接加氢法,通常是先把煤磨成细粉状,再与溶剂混合,通入氢气,然后在高压条件下加热到380~460℃,使煤和氢反应,得到“人造石油”及其他低分子产物。将“人造石油”作蒸馏分离,就可得到相应的汽油、柴油等燃料。气化合成法则是指将煤先制成煤气,在煤气中补充一些氢气,把一氧化碳和氢的质量比控制在1∶2,使它们在铁、钴或镍作为催化剂和200℃等条件下发生合成反应,得到的产物中,汽油含量可达到83%,另外还含有柴油等物质。由于把煤制成煤气的技术已经十分成熟,所以上述气化合成汽油的生产工艺相对也较容易办到。另外,还可先把一氧化碳和氢合成为甲醇,然后再由甲醇转化成汽油。这一方法在生产上显得更为简便而有效。如使用性能较好的分子筛催化剂,可使甲醇99%转化为汽油,而且转化过程中消耗能量很小,由此制得的汽油成本仅比合成甲醇略高一些。

同类推荐
  • 生命需要绿色

    生命需要绿色

    绿色是生命的本色。生命需要绿色,地球需要绿色,让世界处处是绿色,已成了我们所向往的生活。地球是生命的摇篮,是我们人类的家园。我们的地球母亲只有穿着蓝白相间的衣服,才会美丽动人。可是,现在我们大家看到的却是南极上空的空洞,逐渐变黄变黑的江河湖海,一天又一天的灰蒙蒙的天空,堆积如山的垃圾,日渐频繁的沙尘暴……长此以往,我们的家还像家吗?我们人类还能生存吗?所有这些都给我们敲响了警钟,我们人类的生存与发展正面临着严重的威胁。为了我们的天更蓝、水更清,我们每个人都要从我做起,从点点滴滴做起,大力宣传环保,为保护生态环境作出努力。
  • 古老的密码上

    古老的密码上

    本书丛书向读者展示了人类在时空长廊里考证历史的回响、发掘生命的秘密、探寻太空的谜团、破解文明的神秘,所揭示的神奇绚丽的壮阔画卷,将让我们的视野更加开阔,将使我们的心灵感震颤.
  • 探索未知-热学知识漫谈

    探索未知-热学知识漫谈

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:奇特的地理现象、遗传简介、生活物理现象解读、奥妙无穷的海洋、认识微生物、数学经典题、垃圾与环境、湛蓝浩瀚四大洋、生物的行为、漫谈电化学、数学古堡探险、中国的世界文化遗产、中国古代物理知识、中国三大三角洲、中国的地理风情、多姿的中国地形、认识少数民族医学、悠悠的中国河流等书籍。
  • 走进科学丛书:科学发现的追求

    走进科学丛书:科学发现的追求

    1543年5月的一天,一位白发苍苍的老人奄奄一息地躺在病榻上。他的学生把刚刚出版的凝结着他毕生心血的《天体运行论》送到他的手中,但他已经没有力气翻开这本书,只是用手摸了摸,不久,就与世长辞了。
  • 太空世纪

    太空世纪

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。
热门推荐
  • 齐天大圣的二次元

    齐天大圣的二次元

    当绝望的人重生成为孙悟空时“我要打破那天,踏破那地,神挡杀神佛挡杀佛,我就是我不要你们来决定我的命运。吾是冥
  • 重生日本之空想漫画家

    重生日本之空想漫画家

    重生到另一个似是而非的世界,本想靠着抄漫画赢取白富美,走上人生的巅峰,但是谁能告诉我,身后正在追杀我的恶灵到底怎么回事?
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 三界一盘棋

    三界一盘棋

    这三界神魔,六道轮回,宇宙洪荒,天外无极……莫不都是天道?那,何为天道!且看懵懵懂懂的顺帆如何一步步见证诡谲云起的东荒大陆,又如何步入到为数不多的高手之中,最后一步步揭开弥漫在三界之上的帷幕。但这就是结束吗,不!
  • 碧波上的战舰少女

    碧波上的战舰少女

    命运与阴谋交织的幻想曲,天真的少女不得不沦为战争的机器。无论国王还是政治家,军阀还是新兵,都将面临生存的抉择。在汹涌波涛中艰难征伐的他们,会碰撞出怎样的火花呢?各位提督拭目以待吧。
  • 赖上你爱上你

    赖上你爱上你

    被人跟踪是什么感受?被大影帝跟踪是什么感受?被大影帝跟踪并被拉去民政局是什么情况?被大影帝跟踪并被拉去民政局登记结婚是什么情况?契约婚约,假戏真做。看小老师和大影帝如何日常相处,先赖上你,然后爱上你。ps:文章主打日常琐碎,少量娱乐圈穿插,没有原型,一切以作者脑洞为主。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 解读《宦经》

    解读《宦经》

    古代官场复杂多变,龙蛇混杂,在此立足已是不易,高居人上尤为艰难。有鉴于此,人们对做的学问十分重视,在此精研的人也不在少数。遗憾的是,由于种种原因,人们对做官的认识总是失于片面,其观点也是支离破碎,缺乏全面,系统、精准的本质论述。为了使读者更深入地理解原文,注译者作了解析原文要旨和阐释其指导意义的释译,又根据历朝历代的史实,撰写了相关的事典,对原文精髓加以论证和具体说明。释评视野广阔,事典故事生动,它们和原文互为补充,构成了本书哲理性与可读性皆强的显著特色。
  • 异事奇遇录

    异事奇遇录

    物价上涨的,楼价暴涨。为了生存不得不买村子里的老房。结果。。。。。。。
  • 冉仙香苍

    冉仙香苍

    一届土鳖下山历练竟发现惊天秘密,该何去何从,反抗还是顺从。只是顺从是否就可以保全自己吗?