书城童书中学生科普故事大全集(超值金版)
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第24章 化学发明(3)

原来他的这件工作服已经穿了好长时间,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,好奇的麦金杜斯又试验一遍,连忙用勺子舀点水,往涂有橡胶液的地方滴,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。

橡胶主要分为天然橡胶和合成橡胶,合成橡胶的主要成分除树脂外,还加入一定量的增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等。天然橡胶是由胶乳制造的,胶乳中所含的非橡胶成分有一部分就留在固体的天然橡胶中。一般天然橡胶中含橡胶烃92%~95%,而非橡胶烃占5%~8%。

塑料与橡胶同属于高分子材料,主要由碳和氢两种原子组成,另有一些含少量氧、氮、氯、硅、氟、硫等原子,其性能特殊,用途也特别。

在常温下,塑料是固态,很硬,不能拉伸变形。橡胶硬度不高,有弹性,可拉伸变长,停止拉伸又可恢复原状。这是由于它们的分子结构不同造成的。另一不同是塑料可以多次回收重复使用,而橡胶则不能直接回收使用,只能经过加工制成再生胶,然后才可用。塑料在100℃~200℃时的形态与橡胶在60℃~100℃时的形态相似。塑料不包括橡胶。

12.哥伦布的礼物

智慧思索

哥伦布发现了新大陆,并从那里带回了黄金、棉花、动物和一个奇怪的小黑球,后来这个小黑球被送到博物馆,陈列在展柜里,作为哥伦布带回的新奇物品供人们观赏,那么这个小球是什么东西呢?

哥伦布是西班牙著名的航海家,也是地圆说的信奉者。

1492年,哥伦布受西班牙国王派遣,率领三艘百十来吨的帆船,从西班牙巴罗斯港扬帆出大西洋,直向正西航去。经70个昼夜的艰苦航行,终于发现了新大陆。

1493年,哥伦布重游新大陆时,来到了加勒比海附近的海地岛,上岛后,哥伦布看见一群小孩子在玩游戏,只见他们把一个黑色的小圆球扔来扔去,圆球落地后还会弹得很高,这让他觉得非常有趣,于是他也玩了玩,的确,这种小球球很富有弹性。回西班牙时,哥伦布顺便也把它带回来了。

当时人们不知道是什么东西,只知道是哥伦布带回来的新奇物品。

直到后来人们才知道那是一种天然的橡胶。

天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的乳汁,经凝固、加工而制得,其主要成分为聚异戊二烯,含量在90%以上,此外还含有少量的蛋白质、脂酸、糖分及灰分。天然橡胶按制造工艺和外形的不同,分为烟片胶、颗粒胶、绉片胶和乳胶等。

天然橡胶是重要的工业生产原料和战略物资,它是橡胶树上采集的树胶经过过滤、凝固制成,天然橡胶被广泛应用于轮胎胶带、输送带、医疗用品及仪器工业。

全世界有24个国家生产天然橡胶,按产量多少排列依次是泰国、印尼、马来西亚、印度、中国、菲律宾、越南、尼日利亚、斯里兰卡。主要出口国为泰国、马来西亚、印尼。我国天然橡胶产地主要分布在海南、云南、广西、广东,其中海南胶占60%左右,且基本为标准胶。天然橡胶主要消费国为美国、日本、中国、印度、韩国、马来西亚、德国、法国、泰国、巴西、英国等。主要进口国为美国、日本、中国和西欧各国。

古德伊尔出生在美国康涅狄格州的纽黑文市,古德伊尔30岁前曾帮助父亲经营五金业,后来破产,于是他改行制作和改良橡胶产品。

一次,古德伊尔用橡胶和青铜制品配在一起制作装饰品时,青铜制品发生裂口。为了除去橡胶中的青铜渣,他将橡胶整块放在硝酸中热煮,以便使青铜溶出,但意外的是此时橡胶的黏性没有了。

这次偶然事件中的发现,开拓了用硝酸改进橡胶质量的方法。

1839年2月,他将橡胶和硫黄与松节油混溶在一起,将其倒入带把的锅内,边拿着锅边和朋友交谈,突然锅从手中脱落,锅中的混合物即掉在烧得通红的炉子上,这一块橡胶本应受热后溶化,但并未溶化,却保持原态而烧焦。他认为:这种烧焦的过程,如果在适当的时候能予以制止的话,那一定会形成不粘的橡胶混合物。

后来进行了多次试验,他确立了橡胶加硫的新方法。

13.化学家不洗手的后果

智慧思索

一杯香甜的葡萄酒,到了化学家的手里就变得酸溜溜的,是化学家在玩魔术,还是别人在搞恶作剧?

今天是柏齐利阿斯的生日,一大早,妻子就告诉他早点回家,准备庆祝一下。做完实验,柏齐利阿斯就急忙赶回家。

一进门,朋友们便纷纷围上来,举杯庆贺。他没有洗手,就接过酒杯,一饮而尽。

当他用手抹了一下嘴角时,突然对妻子惊叫一声:“你怎么把醋当成葡萄酒给我喝了?”

听到他的喊声,朋友们一下子愣住了,“这怎么可能呢?这杯子里是葡萄酒呀!”大家你望望我,我望望你,一时都不知所措。

“没有啊,你是不是味觉出错了?”妻子委屈地说。

接着,大家又斟了一杯品尝品尝,确实是又香又甜的红葡萄酒呀!

柏齐利阿斯又随手倒了一杯,喝了一口还是酸溜溜的。他让妻子尝试一下,妻子喝了一口:“上帝,好酸啊!”

“甜甜的酒,怎么变成酸的了呢?”大家觉得很奇怪。

柏齐利阿斯也觉得很奇怪,自己看了看杯子,才发现自己双手沾满了铂黑粉末。“肯定是因为自己没有洗手,手上的粉末掉进了酒里。”这样想着,柏齐利阿斯便对朋友和妻子撒了个小谎,又回到了实验室,迫不及待地研究起来。

原来,把红的葡萄酒变成醋酸,是铂黑粉末作的“怪”。它能使乙醇(酒精)与空气中的氧气发生化学反应,生成醋酸。粉末起了催化作用,就这样,“催化剂”被发明了。

催化剂分正负两种,能使化学反应速度加快的催化剂,叫正催化剂。相反,能使化学反应速度减慢的催化剂,叫负催化剂。

古代时,人们就已利用酶酿酒、制醋;中世纪时,炼金术士用硝石作催化剂以硫黄为原料制造硫酸。

1835年,贝采里乌斯首先采用了“催化”这一名词,并提出催化剂是一种具有“催化力”的外加物质,在这种作用力影响下的反应叫催化反应。这是最早的关于催化反应的理论。

1812年,基尔霍夫发现,如果有酸类存在,蔗糖的水解作用会进行得很快,反之则很缓慢。在整个水解过程中,酸类并无什么变化,它好像并不参加反应,只是加速了反应过程。同时,基尔霍夫还观测到,淀粉在稀硫酸溶液中可以变化为葡萄糖。

1838年,贝采里乌斯提出,在生物体中存在的那些由普通物质、植物汁液或者血而生成无数种化合物,可能都是由此种类似的有机体组成。后来,将这些有机催化剂称为“酶”。

1850年,威廉米通过研究酸在蔗糖水解中的作用规律,第一次成功地分析了化学反应速度的问题,从此开始了对化学动力学的定量研究。

1862年,圣·吉尔和贝特罗发现无机酸作为一种催化剂可以促进两个反应向任一方向进行的反应速度。

14.世界上第一根火柴

智慧思索

原始社会,人类过的是茹毛饮血的生活,偶然的一场自然大火,让人类认识了火的益处,于是开始保存火种,用石头相互摩擦生热点火,但这些做起来都非常困难。那么,怎样才能更容易呢?火柴便应运而生。那么火柴是怎样发明的呢?

约翰·沃尔克喜欢打猎,有一次为了试制猎枪上的发火药,他费了好大工夫找了一根小木棍,然后他把金属锑和钾混在一起,用小棍子进行搅拌。拌好后,他想把小棍子上沾的东西弄干净,以便以后可以再用。于是,他就把小棍子在地上不停地蹭来蹭去,突然“啪”的一声,冒出一股火苗,木棍也跟着燃烧起来。

约翰·沃尔克被这突如其来的情况吓了一跳,但随后,他头脑里立即闪出这样一个念头:“要是能用这种办法来制成火柴保存起来。需要时,拿来轻轻一划,就有火了,那该多好啊!”

于是他开始了认真的研究,后来终于制造出了火柴——那种摩擦火柴,也是世界上第一根火柴。

火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰、硫黄和玻璃粉等。火柴杆上涂有少量的石蜡。火柴盒侧面由红磷、三硫化二锑、黏合剂组成。火柴着火的主要过程是:(l)火柴头在火柴盒上划动时,产生的热量使磷燃烧;(2)磷燃烧放出的热量使氯酸钾分解;(3)氯酸钾分解放出的氧气与硫反应;(4)硫与氧气反应放出的热量引燃石蜡,最终使火柴杆着火。

火柴的品种非常多:

一是抗风火柴。这种火柴经过特殊工艺处理后,即使在十级大风里点燃也不会被吹熄,非常适合在野外探险、考察中使用。

二是芳香火柴。这种火柴的梗是用香精、玫瑰油、檀香油等浸泡或熏蒸过,点燃时不会产生有害气体二氧化硫,却会散发出令人愉快的香味。

三是高温火柴。火柴头用四氧化三铁、铝粉和镁粉等混合剂作为药头,点燃时能产生1200摄氏度的高温,在停电时还能焊接电线、水壶、搪瓷盆等。

四是多次使用火柴。普通的火柴燃烧后便丢弃,不仅浪费资源,而且影响环境,现在人们发明一种能多次使用的火柴,分内外两层,可以多次划燃使用。奥地利工程师裴迪南·尼赫发明一种新型的多次使用火柴,一根火柴竟然能用600次,节省了大量木材。可惜,作为商业机密,配制方法至今外人不知,瑞士、芬兰等国家的“火柴大王”用了各种计谋也没有破译出“秘方”。

15.人造血液

智慧思索

1978年2月,日本医学教授内藤良一发明了人造血液,这种血液在医学界被认可,并在救死扶伤中发挥了巨大作用。但是,他是受到谁的启示才制得人造血液的呢?

利兰·克拉克是一位美国科学家,有一次他专心致志做实验的时候,一只老鼠掉进了氟化碳溶液的大瓶子里。这一切,专心的克拉克竟然没有察觉,等他发现时,已经是半小时以后的事了。克拉克赶紧去捞。小老鼠居然还活着,这让克拉克非常震惊。

为了弄清楚老鼠在溶液里淹不死的奥秘,克拉克又捉来一些小老鼠,把它们浸入溶液的深处。

午饭后,才把这些小老鼠从溶液里捞上来,结果发现,这些浸泡在溶液里三个小时的小东西,不但没死,还忽闪着小眼睛,盯着克拉克。

如果把这个结果应用到医学上,一定有很大的价值。于是,克拉克把小老鼠的遭遇和自己的想法在报纸上发表了。这引起日本一位医学教授的关注,后来这位教授经过大量的试验发明了人造血液。

“人造血”是一种人造的氟碳化合物溶液,其中包含的成分也非常复杂。除了氟碳化合物为主要溶质外,还有甘油、卵酸酯、氯化钠、氯化钾、氯化钙、碳酸钠、葡萄糖等一系列物质。把它注射到失血人的体内,能代替一部分血液维持生命活动。“人造血”没有血型,什么血型的人都可以输,还可以像生产针剂那样进行大批工业化生产,能保存3年,输氧能力比真血高2倍。

人造血液代替天然血液用于抢救病人,挽救了许多人的生命。由于人造血液是白色的,所以人们称它为“白色血液”。

1979年,一种新型的氟碳化合物乳剂作为人造血液,首次在日本应用于人体单肾脏移植手术,并取得成功。时隔不久,美国也报道了人造血液给一位信仰宗教、拒绝输血的老人治疗血液病获得成功。

1980年8月,我国科学工作者也成功研制了人造血液,它是氟碳化合物在水中的超细乳状液。这种奇妙的白色血液注入人体后,同人体正常血中的红细胞一样,具有良好的载氧能力和排出二氧化碳的能力,可以说,它是一种红细胞的代用品。氟碳化合物像螃蟹的螯那样,能够把氧抓住,在人体里再把氧气放出来,进行人体里的特种氧化还原反应。它的生物化学性质十分稳定,不管哪种血型的人,都能使用人造血液。

人造血液与人体内的血液相比,还有许多缺点,它不能输送养分,也没有凝固血液的本领,更没有对外界感染至关重要的免疫能力,因此要研究出像人的血液那样的代用品,还要经过很大的努力。