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第10章 疯狂发明家的冒险之旅:化学家的故事

闪闪霓虹灯背后的秘密

工业中生产的霓虹灯,五颜六色,争妍斗艳,给人以很好的视觉享受,生活在都市里的人对它都不陌生。霓虹之所以能发出五颜六色的光,是因为里面充了荧光粉。

关于霓虹灯的发明,还有一段有趣的经历:

19世纪末,英国化学家雷姆赛和特拉弗斯从液态的空气中发现了一种既奇怪又稀少的气体,当他们把这种气体密封在一根玻璃管中,再通上电流的时候,原本没有任何颜色的玻璃管,竟然呈现出红色。

“真没想到还有这样奇妙的事儿。”

“是啊,这灯管该叫什么名字呢?”

面对这奇异的气体,两位化学家商讨来商讨去,最后决定把这红灯叫做”新的灯“。在希腊语中,“新的灯”,就是“霓虹灯”的意思。

霓虹灯的制作原理是,当外电源电路接通后,变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时,霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极,能激发产生大量的电子。这些被激发出来的电子在高电压电场中被加速,并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时,就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子,这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞,多余的能量就以光子的形式发射出来,这就是霓虹灯发光点亮的整个过程。

【化学1+1】

霓虹灯的宝贝优点

1.温度低

霓虹灯因其冷阴极特性,工作时灯管温度在60°C以下,所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作。同样因其工作特性,霓虹灯光谱具有很强的穿透力,在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。

2.低能耗

随着目前技术的不断创新,霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。新型电极、新型电子变压器的发明和应用使霓虹灯的耗电量大大降低,由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦。

3.寿命长

霓虹灯在连续工作不断电的情况下,寿命达一万小时以上,这一优势是其他任何电光源都难以达到的。

开创新纪元的“侯氏制碱法”

我们平时吃的馒头、面饼等生活的方方面面都离不开纯碱,所以只依赖于天然的纯碱是显然是不够用的,这就出现了工业制碱。关于工业制碱,我国最早的是侯德榜发明的“侯氏制碱法”。

以前全世界的碱生产都被英国垄断,他们不向其他国家提供相关的技术,甚至任意抬高产品的价格,此举对包括中国在内的其他国家工业的发展造成了巨大的阻碍。

当时,侯德榜正在美国留学,期间来美国考察化学工业的陈调甫感慨地对侯德榜说:“中国的化学工业很需要碱,但我们没有碱的技术,就只能看着别人卡我们的脖子,让我们受气……”侯德榜听后,暗下决心:一定要掌握制碱技术,为民族争气,为人民造福。

毕业后,侯德榜回到祖国,开始研究制碱的方法。经过三年不懈努力,他终于探索出了一种制碱的方法,打破了英美对新式制碱法的技术封锁,使工厂生产出了洁白的纯碱。

后来侯德榜认真地研究自己制碱法的优缺点,反复地试验,首次使用了一种自己研究出的新方法,并配合一种合理的制作流程,大大节省了原料,降低了成本,终于于1939年,发明了“侯氏制碱法”。

这种制碱法被公认为居于当时世界的最高水平,“侯氏制碱法”的名字永远留在了科学史中,侯德榜也被世界称为“制碱大王”。

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苏打界的“三父子”

苏轼、苏辙、苏洵是父子三个,那么小苏打,大苏打,和苏打又是什么关系呢?

小苏打是碳酸氢钠的俗名。治疗胃病的小苏打片、“苏打饼干”,便是用碳酸氢钠做的。小苏打与苏打之间,有着“骨肉之亲”,因为小苏打在工业上是以苏打为原料制成的。苏打的化学成分为碳酸钠。在化工厂,人们在苏打的水溶液里通进二氧化碳,来制取小苏打。

大苏打,是硫代硫酸钠的俗名,又称“海波”。大苏打是白色的结晶,具有弱碱性,易溶于水,但不易溶于酒精。大苏打在摄影事业上非常重要,定影的主要成分便是它,硫代硫酸是重要的还原剂。

苏打则是工业上的重要原料,又称纯碱。苏打是白色的细小结晶,含有结晶水时则晶体比较大。含有十个结晶水的苏打是无色的单斜结晶,常用于洗洗濯,在商业上称为“洗濯苏打”。苏打是碱性物质,玻璃、肥皂、造纸、石油等工业都需要消耗成千上万吨的苏打。

天赐给农作物的福音

施用氮、磷、钾等化肥可以使农作物增长,这是人人都知道的常识但是在几百年前,人们却认识不到这一点,所以种植的农作物产量都非常低,后来有一位化学家打破了农作物产量低的怪圈。

德国有位化学家叫李比希,有一天他去田地里取土壤,准备拿到实验室做试验,无意中看到农民种植的农作物长势非常差。“今年风调雨顺,可农作物却长得如此之差,农民的收成肯定不好,靠此生活的农民该怎么过啊!”怜悯之心油然而生,于是李比希打算帮助农民改善现状,便把农民用的土杂肥拿到试验室进行化验。

经过长期实验,李比希发现土杂肥中含有植物生长所必需的化学物质,如氮、磷、钾等,不过含量有限。

“能不能把植物生长所需的这些化学物质直接施入土中,以增加土壤的肥力,使农作物增产呢?”李比希的脑海里猛然闪现出这么个念头。

后来经过实践,李比希写成了一本书,书名——《有机化学在农业和生理学中的应用》。

李比希告诉人们,植物生长不仅仅需要碳、氢、氧,还需要磷和钾,以及少量的硫、钙、铁、锰、硅等多种元素。而植物吸收所有元素的唯一来源,就是土壤。为了不使土壤逐步贫瘠,造成农作物减产,仅靠农家肥、草木灰是远远不够的,必须使用人造肥料,尤其是磷肥和钾肥。于是,李比希又开始转入人造化肥的研制工作。这是人类第一次有意识地制造化肥的尝试。

经过反反复复的试验,李比希终于研制成一种优于碳酸钾(碳酸钾极易溶于水,肥效虽快却难维持)的颗粒状新化肥。施用后,增产效果显著。李比希也因此成为农业化学的奠基人而被载入史册。

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关于化肥的传说

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。然后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农作物增产的作用。

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。

针筒里喷出细丝来

人类有不少发明创造都来源于自然界的现象。看到了带刺的小草,发明了锯,看见了羞答答的含羞草,人类发明了液压传动机,看到蜘蛛结网和蚕吐丝,人们发明了人造丝。

很早以前,有一个人看到蜘蛛吐丝,就想用人工方法做出细丝来,于是这个人捕捉了上万只蜘蛛,把蜘蛛的丝液装在针管里,用力挤压就产出了丝。可是这种蜘蛛丝很容易断,而且稍稍热一点就会化掉。人造丝的梦想没有成功。但这给以后人造丝的发明带来了启示。

查唐纳有一次在冲洗照片时,发现底片溶解在酒精和乙醚的混合溶液中,这种液体非常黏稠。他像古人那样,把这些液体装在针管里,然后往外挤,果然挤出了一根细长的丝,一拉,还挺结实。就这样,世界上第一根人造丝便诞生了。

其实,木材中含有丰富的“纤维素”这种普通材料。木材经过亚硫酸盐和烧碱等水解、蒸煮、漂白的方法,除去木材中含的树脂和木质素等杂质后,从而得到洁白的纤维素。一般人们把这种纤维素做成类似纸板的“浆粕”,然后送到人造纤维厂作原料。

人造纤维厂把这些“浆粕”用氢氧化钠溶液处理以后,成功制成“碱纤维素”,再通过二硫化碳的磺化而成“纤维素磺酸酯”,然后溶解于烯液中做成稠厚的黏液,这种黏液被称为“粘胶液”,最后人们通过有很多微细小孔的喷丝头,把粘胶液喷到含有硫酸等的溶液中,使它凝固而得到“再生”的纤维素,最后再经过塑化牵伸而得到很多细长的粘胶纤维长丝,这就是我们通常所说的人造丝。

人造丝能够被用来做成各种各样漂亮的人造丝绸缎,它还可以被做出许多人造棉布和同合成纤维混纺的织物,人造毛也能够做出各种人造毛呢料,像凡立丁和华达呢以及各种各样的人造毛毯。

如今,随着科学技术的高速发展,各种新的粘胶纤维品种也层出不穷,例如高强力的粘胶纤维,能够做成汽车轮胎用的帘子布,但它比棉帘子布的效果要好得多;又例如有一种纤维,能够做成各种美观柔软的轻薄织物,人们把它作为穿着用的衣料。

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脾气火暴的“婆婆丝”

1889年的巴黎世博会上展示了神奇的“夏尔多内人造丝”,这种人造丝光泽照人,极为美丽。紧接着就有投资方打电话来要求投资。

很快,到了1891年,人造丝就开始进入商业生产了,不过最初的人造丝很容易燃着,所以工人们又给它起了一个外号,叫做“婆婆丝”,暗指脾气火暴,一点就着。

与虫灾斗争中的不速之客

DDT是人类与虫灾斗争的成果,因它毒性较大,污染严重,所以被禁止使用。但它开创了化学杀虫剂的先河,对人类历史的进程产生了巨大的影响。

有一年,米勒的家乡闹虫灾,于是米勒想研究一种药来帮助家乡度过虫灾之年,过了几年,米勒合成了许多化学药物,但这些药物往往要在喷洒后几小时、甚至几天才起到杀虫作用,害虫中毒过程非常缓慢,灭虫的威力并不大。

“别钻牛角尖了,怎么能搞出速效灭虫药呢?不可能。”

“傻子,难道你还要浪费几年吗?”人们有的劝告,有的讥笑。

“难道就这么半途而废?就这么轻易放过这些害虫吗?”米勒感到十分不甘。于是米勒继续研制。

有一天,米勒看到了双苯基三氯乙烷的制备方法,这就激发他从氯化甲基的毒性出发,进而想知道三氯化甲基的杀虫效果。

1939年9月,米勒正式公开了他的研究成果:新型的杀虫剂对家蝇有惊人的触杀作用。随后,他又制备了这一药物的各种衍生物,终于合成了双对氯苯基三氯乙烷,即威力超群的DDT。

【化学1+1】

藏在脂肪里的DDT

DDT可在动物脂肪内蓄积,甚至在南极企鹅的血液中也检测出DDT。鸟类体内含DDT会导致产软壳蛋而不能孵化,处于食物链顶极的食肉鸟如美国国鸟白头海雕几乎因此而灭绝。1962年,美国科学家卡尔松在其著作《寂静的春天》中怀疑,DDT进入食物链,是导致一些食肉和食鱼的鸟近乎灭绝的主要原因。因此从20世纪70年代后DDT逐渐被世界各国明令禁止生产和使用。

DDT的有毒人造有机物是一种易溶于人体脂肪并能在其中长期积累的污染物。DDT已被证实会扰乱生物的荷尔蒙分泌,2001年的《流行病学》杂志提到,科学家通过抽查24名16~28岁墨西哥男子的血样,首次证实了人体内DDT水平升高会导致精子数目减少。 DDT会改变免疫功能,降低抗体的产生和抑制脾、胸腺、淋巴结中胚胎生发中心的速率。除此以外,新生儿的早产和初生时体重的增加也和DDT有某种联系,已有的医学研究还表明了它对人类的肝脏功能和形态有影响,并有明显的致癌性能。

片刻造出一个“水下花园”

什么?!片刻就有一个水下花园?这么迅速而神奇的工程是真的吗?你还别不信,确实有人造出来了。

有一位叫霍德的化学爱好者,看很多人都在搞发明,就经常琢磨,心想哪一天自己也搞点小创作。于是霍德经常用一些化学药品做实验。然而发明哪有他想的那么容易,试验了很多次也没能实验出个所以然来,灰心丧气的他把刚做完试验的药品全部倒进玻璃缸里,奇怪的现象发生了:在玻璃缸中竟出现了各种各样的枝条来,这些枝条纵横交错地慢慢伸长,绿色的叶子越来越茂盛,鲜艳夺目的花儿也突起开放!就像一座根深叶茂、五光十色的水下花园。

想不到自己也能发明一个“水下公园”!为了炫耀自己的“发明”, 霍德便想向邻居们演示,但大人们都觉得他平时神经兮兮的,所以都不以为然的笑笑走开了,但这却引来了小朋友们的好奇。大人不看,可以跟孩子们表演。遭到拒绝的霍德竟然高兴的和孩子们表演起自己的发明来:只见他在一个盛满无色透明水溶液的玻璃缸中投入几颗米粒大的不同颜色的小块块。不一会儿,玻璃缸中一座栩栩如生的水下公园便展现在小观众的眼前。顿时掌声四起,小朋友们都觉得神奇极了。

事实上,玻璃缸中盛的不是水,而是水玻璃,投入的各种颜色的小颗粒,是几种能溶解于水的有色盐类的小晶体,这些小晶体与硅酸钠发生化学反应,能生成五颜六色的物质。

这些小晶体和硅酸钠的反应,是非常独特有趣的化学反应。当把这些小晶体投入到玻璃缸后,它们的表面立刻生成一层不溶解于水的硅酸盐薄膜,这层带色的薄膜覆盖在晶体的表面上。

然而,这层薄膜有个非常奇特的脾气,它只允许水分子通过,而把其他物质的分子拒之门外,当水分子进入这种薄膜之后,小晶体在薄膜之中被水溶解而生成浓度很高的盐溶液,由此而产生了很高的压力,使薄膜鼓起直至破裂。膜内带有各种颜色的盐溶液流了出来,又和硅酸钠反应,生成新的薄膜,水又向膜内渗透,薄膜又重新鼓起、破裂……如此循环下去,每循环一次,花的枝叶就新长出一段。

这样,只需片刻,就形成了枝叶繁茂、百花盛开的水下花园了。

【化学1+1】

水玻璃的制作方法

水玻璃是一种俗称,它的化学名称叫做硅酸钠的水溶液。硅酸钠的生产方法分干法(固相法)和湿法(液相法)两种。

1.干法生产:将石英砂和纯碱按一定比例混合后在反射炉中加热到1400 ℃左右,生成熔融状硅酸钠。

2.湿法生产:以石英岩粉和烧碱为原料,在高压蒸锅内0.6—1.0 Mpa蒸汽下反应,直接生成液体水玻璃。另外,微硅粉也可代替石英矿生产出模数为4的硅酸钠。

解救大象命运的赛璐珞

赛璐珞可是塑料的老祖宗,赛璐珞是英文“celluloid”的译音,它有两个意思,一是假象牙;二是叫电影胶片。你也许会奇怪,赛璐珞和这两种东西有什么关系呢?但一查历史还真有点关系。

爱好体育的人都知道台球。过去的台球大多是有钱阶层的娱乐活动,到19世纪,台球在美国已非常盛行。那时的台球是用象牙做的,显得非常的高雅。但当时非洲的大象不断减少,美国差不多已得不到象牙,更遑论制作台球,这下子可愁坏了台球制造厂的老板。于是他们就发布了一条信息:如果谁能发明一种代替象牙做台球的材料,谁就能得到1万美元的奖金。这笔钱按当时的消费水平来看可不是一笔小数目。

正所谓“重赏之下必有勇夫”,虽不完全符合事实,但重赏的确有点儿刺激性。1868年,在美国的阿尔邦尼有一位叫约翰?海厄特的人,他原本只是一位印刷工人,看到了这个信息后,决定研发一种能代替象牙制作台球的材料。之后约翰?海厄特开始没日没夜的钻研。最开始,他在木屑里加了天然树脂虫胶,这样就会使木屑结成块并搓成球,看上去很像象牙台球,当他以为自己成功的时候,他却发现这个东西太脆弱了,一碰就会碎。这样的硬度是无法做台球的。之后,他又试了很多东西,但都一无所获,不是弄的不像象牙台球,就是硬度不够。就这样约翰?海厄特一直都没有找到一种又硬又不易碎的材料。

然而,功夫不负有心人。一天,约翰?海厄特发现将做火药的原料硝化纤维在酒精中溶解后,再将其涂在物体上,干燥后能形成透明而结实的膜。他就想把这种膜凝结起来做成球,但在试验时一次又一次地失败了。但约翰?海厄特继续坚持,他相信一定会研制出来一种替代象牙的台球材料。

终于,在1869年发现,当约翰?海厄特在硝化纤维中加进樟脑时,硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料,在热压下可做成各种形状的制品,当真可以用来做台球了!约翰?海厄特将它命名为“赛璐珞”,现在一般叫“云石膜”。

【化学1+1】

台球不是“赛璐珞”的终点

现在赛璐珞的用途是多种多样的,远远超出了台球桌的范围。它能够在水的沸点温度下模塑成形;它可以在较低的温度下被切割、钻孔或锯开;它可以是坚硬的团块,也可以制成柔软的薄片,用来做衬衫领子、儿童玩具等。更薄和更韧的薄片可以作为胶状银化合物的片基,这样它就成了第一种实用的照相底片。

现在赛璐珞最常见的用途就是做乒乓球、头饰饰品、乐器装饰和拨片。其它的用途则包括化工、航天、机械、印染、建材、装饰、包装、化妆品、礼品包装等多个领域。

莫瓦桑的“点石成金”术

金刚石是一种贵重的宝石,深受人们的喜爱,人们将其加工成各种各样的饰品,佩戴在身上。但天然的金刚石产量太少,满足不了人们的需求,这时,有个人突发奇想,他想用自己的手把石头变成“金子”。那么就来看看他是怎么做到的吧!

这个“异想天开”的年轻人就是药店学徒出身的法国化学家莫瓦桑。莫瓦桑看到天然金刚石“供不应求”时,就琢磨:能不能用人工制造金刚石来满足人们的需要呢?那样不就解决供求紧张的问题了吗?于是,他在化学界同仁的异样目光中,开始了艰难的探索。

可这谈何容易!作为化学家,莫瓦桑心里最清楚:“点石成金”不过是美好的神话。要想制造金刚石首先要弄清楚金刚石的主要成分并了解它是怎样形成的。

之后,莫瓦桑寻找了很多关于金刚石的资料并研究,他了解到,金刚石的主要成分是碳。至于金刚石是如何形成的,人们在这方面研究的成果很少,只有德布雷曾提出金刚石是在高温高压下形成的。

紧接着,莫瓦桑想到,要人工制造金刚石,得有可供加工的原材料。选什么材料才合适呢?这让他的研究陷入停滞状态。

有一回,有机化学家和矿物学家查理?弗里德尔在法国科学院作了一个关于陨石研究的报告,莫瓦桑也参加了。在报告中,查理?弗里德尔讲道:“陨石实际上是大铁块,它里面含有极多的金刚石晶体。”听到这儿,莫瓦桑猛地想到:石墨矿中也常混有极微量的金刚石晶体,那么,在陨石和石墨矿的形成过程中,是否可以产生金刚石晶体呢?

想到这里,莫瓦桑头脑中出现了制取人造金刚石的设想。他对助手们说:“金刚石的主要成分是碳。陨石里含有大量金刚石,而陨石的主要成分是铁。我们的实验计划是:把程序倒过去,把铁熔化,加进碳,使碳处在高温高压状态下,看能不能生成金刚石?”

之后,莫瓦桑设计了一种特殊的装置,在熔化的铁液中掺入少量的碳,使两者混在一起,然后把烧红的液体全部倒入冷水中,冷水立即发出了强烈的嘶鸣声,一团团水蒸气迅速升腾起来。

熔化的铁立即变成了固体,同时,内外产生了一股非常强大的压力,使金属铁中的那些碳变成一颗颗很小的亮晶晶的结晶体,这就是人类历史上最早的人造金刚石。人造金刚石不像天然的金刚石那样有光泽,要黑一些,但硬度比一般的物质都要高。

【化学1+1】

钻石与毒蛇共舞

相传公元前350年,马其顿国王亚历山大东征印度,在一个深坑中发现了钻石,但是深坑内有许多毒蛇守护着,这些毒蛇可以在数丈远的地方就使人毙命。

这让亚历山大头疼,他命令士兵用镜子折光(聚光),将毒蛇烧死,然后把羊肉扔进坑内,坑中的钻石就会粘在羊肉上面,羊肉又引来了很多秃鹰,这些秃鹰连羊肉带钻石一起吃进腹内飞走后,士兵就追杀这些秃鹰,最后得到了钻石。

从此传说毒蛇是金刚石的守护神。然而,毒蛇真是上帝派来守护金刚石的吗?

事实上,钻石与蛇共舞,靠的还是金刚石独特的魅力,这就是金刚石特有的荧光现象。金刚石受X光或者紫外线的照射后会发光,特别是在黑暗的地方或夜里会发出蓝、青、绿、黄等颜色的荧光。这些荧光会吸引许多有趋光性的昆虫飞来,昆虫又引来大量的青蛙,而青蛙又招来许多毒蛇。环环相扣,这就是有金刚石的深谷中多毒蛇的原因。

会变身的工作服

夏季的一个下午,天下起了大雨。下班了,别人都打着雨伞回家了,可麦金杜斯因为没有带伞,他只好站在厂房门口等待着雨停下来。天越来越黑,雨不但没有停反而越下越大,没办法,麦金杜斯只好拿起自己的工作服,往身上一穿,就冲进了雨幕往家跑。

一到家,麦金杜斯立刻把工作服脱了下来,令他惊奇的事情发生了:里面的衣服居然一点没湿,这是怎么回事呢?麦金杜斯带着疑惑拿起了那件工作服仔细查看起来。

原来麦金杜斯的这件工作服已经穿了很长时间,上面溅了很多橡胶溶液,就好像涂了一层防水胶,虽然样子难看,却不透水。好奇的麦金杜斯为了验证自己的想法,又试验了一遍,他用勺子舀点水,向涂有橡胶液的地方滴,果然,水不但没有渗进去,却顺势滚了下来。

麦金杜斯灵机一动,找了一件衣服,把它全部涂上橡胶溶液制了一件雨衣。就这样,世界上第一件雨衣问世了。

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会擦掉字迹的“流泪的树”

橡胶一词来源于印第安语cau-uchu,意为“流泪的树”。天然橡胶就是由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后而制得。

1770年,英国化学家J.普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹,当时将这种用途的材料称为rubber,此词一直沿用至今。

铅笔的笔芯是用石墨和黏土加水搅拌,又经过烧制而成,所以当我们用铅笔在纸上写字时,显出的是石墨粉的印迹。我们常用来擦字的橡皮是由橡胶制成的,橡胶对石墨粉粒有良好的吸附性,当用橡皮擦纸上留下的铅笔字时,石墨粉末与橡皮接触后,会被牢牢地黏附在像皮上,就像铁粉碰到磁铁一样,字迹很快就被擦掉了。

比孙悟空还强的“呼风唤雨”术

神话小说《西游记》中,孙悟空可谓神通广大、无所不能,尤其他那能随时呼风唤雨的本领更让人神往。实际上,在现代科技高速发展的信息社会,呼风唤雨已经不再只是个神话。

自1946年,美国科学家文森特?谢弗尔发现了人工降雨的方法后,人工降雨技术迅速在全世界推广开来。

有一年夏季,天气非常热,谢弗尔冒着酷暑在冷冻机中做试验。中午吃饭时,他敞开冷冻机的盖子就离开了。午饭过后,谢弗尔回到实验室,突然叫起来:“冷冻机箱的温度怎么上升了?”

“哦,出去时冷冻机的盖子没有盖上,受周围热空气的影响,冷冻机箱的温度就上升了。”谢弗尔自言自语地说。于是,为了实验继续进行,他向冷冻机内投入了一些干冰(这干冰并非水冻结的冰,而是二氧化碳的固体状态,很像冬天压结实的雪块),以便将温度迅速降下来。在投入干冰的同时,他正好向冷冻机内哈了一口气。然而,奇怪的现象出现了:冷冻机内他哈出的气体中,有一些细水的碎片在闪闪发亮。这样,人造雪便诞生了。

不久之后,谢弗尔让助手驾驶一架农用飞机在云层上空撒下大量的干冰。无数的雪花就像天女散花似的飘飘然然从天而降,雪花落到谢弗尔的脸上时就化成了一个个小水滴。从此,人类走进了一个“耕雨播雨”的新时代。

事实上,人工降雨是根据雨水蒸气受冷凝结的原理而来。用飞机、火箭等在天空中向云里喷洒制冷剂,让天空的水蒸气迅速凝结成水滴,从而使云层中间的小水点增多,变大,而后形成雨。由于雨来自云,有云才有可能下雨。所以,实施人工降雨必须借助一定的气候条件:需要有大范围的较厚云层,同时,水汽也要比较充足。

【化学1+1】

快速成长的雪

你简直不能相信你的眼睛,只是加点水在这个神奇的白色粉状物上,不到一会儿就有所反应了。水慢慢变成白色蓬松的东西,看上去像真雪一样,但事实上它只是一种安全无毒的聚合体而已。制作方法:

材料:

粉状的人造雪、量杯、2个塑性混合料杯、水

实验:

1.用量杯量3克的粉状人造雪,并放入空的混合杯里。

2.第二个杯子放2盎司(60ml)常温水。

3.快速地把水倒在粉状人造雪上,并盯着它产生的变化,不久雪就会长起来了。

4.继续用手摸一下,就像真雪一样,这就是影视行业用来做特别艺术效果的人造雪了。

5.当然,等到水份蒸发后,就能恢复到原来的样子,还可再次使用。

万锈丛中一点“亮”

现代家庭中,有很多用品都是不锈钢的,尤其是厨具,像刀子、锅、盘子、勺子,等等。但是它们的原料是怎么发明的呢?

一次世界大战期间,布诺莱受英国政府的委托,研制耐磨耐热的枪膛钢。

从此以后,布诺莱苦苦研究,终于研制出了几种合金,可是都很不理想,布诺莱就把它们倒进了垃圾堆里。日积月累,垃圾堆里的这些废品竟锈成了一团。

有一天,下了一场大雨,雨停之后,布诺莱便把一些废弃物准备倒进垃圾堆里,但是隔着老远望去,垃圾堆里的那金属团中,有一块一点锈迹都没有的合金。

布诺莱欣喜若狂,急忙捡起来,看来看去。“为什么一大堆合金中,偏偏就这一块不生锈呢?”带着疑问,布诺莱把它拿到实验室进行化验。结果表明,这块合金中,含有数量很多的金属铬,也就是说,含有一定比例铬的钢是不会生锈的。

为了进一步证实自己的观点,布诺莱又把这块合金放在水里、酸、碱溶液里,进行观察,都没有发现丝毫的被腐蚀现象。

此后,不锈钢便诞生了。

【化学1+1】

最怕“氯离子”的不锈钢

虽然不锈钢不容易生锈,但它最怕氯离子。不锈钢在氯离子存在下的环境中腐蚀很快,甚至超过普通的低碳钢。所以不锈钢对使用环境有要求,而且需要经常擦拭,除去灰尘,保持清洁干燥。

美国有一个例子:某企业用一橡木容器盛装某含氯离子的溶液,该容器已使用近百余年,橡木材料不够现代,上个世纪九十年代计划更换。然而,采用不锈钢更换后16天容器因腐蚀泄漏。

长寿命的充气灯泡

“少数服从多数”,“绝大多数同意原则”是我们一贯主张的原则,但有时候真理往往掌握在少数人手里。化学家米兰尔就打破常规,坚持了自己的想法而获得了成功。

用钨丝做灯泡,通电后钨丝很容易变脆,寿命也短。于是通用电器公司委托化学家米兰尔攻克这个难题。

米兰尔认为攻克它必须弄清楚钨丝变脆的原因。后来米兰尔经过研究发现这是由钨丝内的气体杂质引起的。他提出建议:在高真空的条件下,加热各种灯丝样品,测定各种情况下所产生的气体量。

实验结果表明,米兰尔的想法是正确的。没有在真空条件下长时间加热的灯泡,玻璃表面会慢慢出现出水蒸气,这些水蒸气与灯泡内的钨丝发生化学反应,产生氢气;灯泡接头的地方,一些材料也会释放出一些气体。正是因为这类气体的化学作用,才使钨丝变脆、灯泡壁变黑,从而就降低了钨丝灯的使用寿命。

这时,大家一致认为,只有进一步提高灯泡的真空度,才能最终解决问题。

但是,米兰尔的想法恰恰相反,他说:“把各种不同的气体分别充入灯泡内,看看各种气体和钨丝会有什么样的反应。”

于是,米兰尔分别把氧气、氮气、氢气、水蒸气、二氧化碳等气体分别一次一次地充入灯泡,并采用高温、低压等不同的外界条件进行测试。

“你们看,在高温下氮气并不离解,许多蒸发出的钨原子,撞击到氮分子后,又回到了钨丝上。”米兰尔兴奋地发现了氮气与钨丝之间的“秘密”,激动地说,“也就是说,氮气对钨丝有保护作用,能使钨丝寿命延长”。

经过四年的艰苦研究,米兰尔终于成功地制造了功率大、寿命长、效率高的充气灯泡。后来,他又发明了以氩气代替氮气制成的小功率充气灯泡。

【化学1+1】

延长灯泡寿命秘诀

1.不要过于频繁地开关灯的电源。

2.不要让灯泡连续发光太久。

3.不要在接线板上并联过多的电器。

4.不要在灯开着的时候插拔电源,甚至拧下灯泡。

5.不要把发热的灯泡马上拿到冷环境,反之亦然。

因梦而获得的苯分子

现在,我们知道苯分子的结构式是C6H6,但以前这可是道化学难题,它的结构式让大化学家费尽周折却徒劳无功。令人奇怪的是,一个梦竟然解决了这个难题。

长期以来,德国化学家凯库勒一直想把苯分子的结构式表达出来,可是,他苦思冥想,也没有想出什么结果,这道化学上的难题始终困扰着他。

一天夜里,凯库勒躺在床上,两眼望着天花板,思索着这个难题,想着想着就进入了梦乡……

猛然间,在迷迷糊糊中,他恍惚看到了苯分子……那些调皮的原子在他眼前碰撞着,跳跃着,它们排列成像蛇一样的形状,时而伸直,时而弯曲,模糊不清地在眼前旋转……突然,这条蛇用嘴咬住自己的尾巴,形成了一个圆圈,那圆圈又在不停地旋转,越转越快,宛如一条金黄色的蛇,在灯光下狂欢乱舞……

凯库勒一下子从梦中惊醒过来,但梦中的情景还在他的眼前浮现……

“用一个六角形的环状结构来表示苯分子不是很好吗?”凯库勒头脑里一下子萌生了这个想法。

从此以后,苯分子便有了一种固定的权威的表述方法。

苯的分子,是一种具有特殊芳香气味的无色液体,能与醇、醚、丙酮和四氯化碳互溶,微溶于水,沸点为80.1℃。甲苯、二甲苯属于苯的同系物,都是煤焦油分馏或石油的裂解产物。目前室内装饰中多用甲苯、二甲苯代替纯苯作各种胶、油漆、涂料和防水材料的溶剂或稀释剂。

【化学1+1】

凯库勒的事迹

凯库勒是德国有机化学家。1847年考入吉森大学建筑系,1858年任比利时根特大学教授,1875年被选为英国皇家学会会员,并获开普勒奖,还被推选为法国科学院院士和国际化学会会员。

凯库勒在有机化学中的主要贡献有:提出近代有机化学结构理论,从而结束了有机化学界理论方面的混乱局面。其理论要点是:

1.碳在形成化合物时总是四价的。

2.碳原子间彼此可以相互连接成链状的碳—碳键,它可以是单键、双键或三键。

3.了解有机化合物不但要知道它的分子式,同时必须知道它的结构式,这才能判定有机化合物的性质。凯库勒提出苯是由单双键交替而成的平面六角形环状结构。这一结构较圆满地解释了苯的特殊性质——芳香烃,从而打开了芳香族研究的大门。

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