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第9章 科学理化篇(2)

聚四氟乙烯一般称作“不粘涂层”或“易洁镬物料”;是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂。同时,聚四氟乙烯具有耐高温的特点,它的摩擦系数极低,所以可作润滑作用之余,亦成为了易洁镬和水管内层的理想涂料。

不粘锅

聚四氟乙烯在原子能、国防、航天、电子、电气、化工、机械、仪器、仪表、建筑、纺织、金属表面处理、制药、医疗、食品、冶金冶炼等工业中广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料,绝缘材料,防粘涂层等,使之成为不可取代的产品。聚四氟乙烯具有杰出的优良综合性能,耐高温,耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。涂装于子弹弹头表面能增加子弹穿透性,使子弹能射穿防弹衣。

特氟隆胶带

特氟隆子弹 可穿透防弹衣

知识卡片:

曼哈顿计划

美国陆军部于1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划,亦称曼哈顿计划。

高分子材料

以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

5. 显微镜——观察微观世界的“眼睛”

显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种,有助于医生治疗疾病。

显微镜下的红细胞

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫做札恰里亚斯·詹森的荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人安东尼·凡·列文虎克,他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。

伽利略

光学显微镜

1931年,恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达0.1微米,国内显微镜机械筒长度一般是160毫米。

电子显微镜

知识卡片:

透镜

透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件。共六种透镜。在天文、军事、交通、医学、艺术等领域发挥着重要作用。

光学显微镜

光学显微镜是利用光学原理,把人眼所不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息的光学仪器。

电子显微镜

电子显微镜,简称电镜,是根据电子光学原理,用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜,使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。

6. 侯氏联合制碱法——制碱工业的里程碑

1862年,比利时人索尔维发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”。此后,英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂,并组织了索尔维公会,对会员以外的国家实行技术封锁。第一次世界大战期间,欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的,一时间,纯碱非常缺乏,一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年,爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断,生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。

索尔维制碱法过程

1920年,侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上,终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年,中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内,而且远销日本和东南亚。1937年日本帝国主义发动了侵华战争,他们看中了南京的硫酸铵厂,为此想收买侯德榜,但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏,他决定把工厂迁到四川,新建一个永利川西化工厂。

侯德榜

制碱的主要原料是食盐,也就是氯化钠,而四川的盐都是井盐,要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀,还要经过浓缩才能成为原料,这样食盐成本就高了。另外,索尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高,也就是说有30%的食盐要白白地浪费掉,这样成本就更高了,所以侯德榜决定不用索尔维制碱法,而另辟新路。他首先分析了索尔维制碱法的缺点,发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上,只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根,二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙,这个产物都没有利用上。那么怎祥才能使另一半成分变废为宝呢?他想呀想,设计了好多方案,但是—一都被推翻了。后来他终于想到,能否把索尔维制碱法和合成氨法结合起来,也就是说,制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供,滤液中的氯化铵加入食盐水,让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料,又可以作为化肥,这样可以大大地提高食盐的利用率,还可以省去许多设备,例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。设想有了,能否成功还要靠实践。于是地又带领技术人员,做起了实验。l次、2次、10次、100次……一直进行了500多次试验,还分析了2000多个样品,才把试验搞成功,使设想成为了现实。

这个制碱新方法被命名为“联合制碱法”,它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外,污染坏境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥——氯化铵,还可以减少1/3设备,所以它的优越性在大超过了索尔维制碱法,从而开创了世界制碱工业的新纪元。

知识卡片:

纯碱

即碳酸钠,是重要的化工原料之一,广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域, 用作制造其他化学品的原料、清洗剂、洗涤剂,也用于照相术和分析领域。

7. 化肥——植物的食品和营养品

根据古希腊传说,用动物粪便作肥料是大力士赫拉克罗斯首先发现的。赫拉克罗斯是众神之主宙斯之子,是一个半神半人的英雄,他曾创下12项奇迹,其中之一就是在一天之内把伊利斯国王奥吉阿斯养有300头牛的牛棚打扫得干干净净。他把艾尔菲厄斯河改道,用河水冲走牛粪,沉积在附近的土地上,使农作物获得了丰收。当然这是神话,但也说明当时的人们已经意识到粪肥对作物增产的作用。古希腊人还发现旧战场上生长的作物特别茂盛,从而认识到人和动物的尸体是很有效的肥料。在《圣经》中也提到把动物血液淋在地上的施肥方法。

千百年来,不论是欧洲还是亚洲,都把粪肥当作主要肥料。进入18世纪以后,世界人口迅速增长,同时在欧洲爆发的工业革命,使大量人口涌入城市,加剧了粮食供应紧张,并成为社会动荡的一个起因。化学家们从18世纪中叶开始对作物的营养学进行科学研究。

李比希

尿素

1828年,德国化学家维勒在世界上首次用人工方法合成了尿素。按当时化学界流行的“活力论”观点,尿素等有机物中含有某种生命力,是不可能人工合成的。维勒的研究打破了无机物与有机物之间的绝对界限。但当时人们尚未认识到尿素的肥料用途。直到50多年后,合成尿素才作为化肥投放市场。1838年,英国乡绅劳斯用硫酸处理磷矿石制成磷肥,成为世界上第一种化学肥料。 1840年,德国化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》—书,创立了植物矿物质营养学说和归还学说,彻底否定了当时盛行的“腐殖质”和“生命力”两大植物营养学说,为化肥的发明与应用奠定了理论基础。李比希还在1850年发明了钾肥。1850年前后,劳斯又发明出最早的氮肥。1909年,德国化学家哈伯与博施合作创立了“哈伯-博施”氨合成法,解决了氮肥大规模生产的技术问题。

化肥颗粒

20世纪50年代以来,施用化肥得到了大规模应用。据统计,在各种农业增产措施中,化肥的作用占大约30%。

化肥厂

知识卡片:

尿素

人体或其他哺乳动物中含氮物质代谢的主要最终产物,由氨与二氧化碳通过鸟氨酸循环而缩合生成,主要随尿排出。

无机物

即无机化合物,与有机化合物对应,通常指不含碳元素的化合物,但包括碳的氧化物、碳酸盐、氰化物等,简称无机物。

有机物

即有机化合物,主要由氧元素、氢元素、碳元素组成。有机物是生命产生的物质基础。脂肪、氨基酸、蛋白质、糖、血红素、叶绿素、酶、激素等。生物体内的新陈代谢和生物的遗传现象,都涉及到有机化合物的转变。此外,许多与人类生活有密切关系的物质,例如石油、天然气、棉花、染料、化纤、天然和合成药物等,均属有机化合物。

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