书城童书我的第一本化学探索发现全纪录
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第28章 化学猜想(2)

在门捷列夫整理出化学元素周期表之后,人们就发现了一个现象,即化学元素周期表不是完整的,它有许多空白等待填满。于是,化学家们开始了寻找元素的旅程。我们相信,有一天会出现一张完整的元素周期表。

未来能出现“植物化学”吗

绿色植物,维系着生态平衡,使万物充满生机。从化学角度上看,它还微妙而准确地反映着我们周围环境的特征和变化,供给人类许多有用的信息和物质,人们正在试图研究它们的化学变化,从中总结出规律。

绿色植物是庞大的“吸碳制氧厂”。植物的绿叶吸取空气中的二氧化碳,在日光和叶绿素的作用下,与植物吸收的水分发生反应,形成葡萄糖,同时放出氧气。葡萄糖随着植物液汁散布到整个植物体内,成为用以合成各种植物生长所必需的物质的原料。一部分植物被动物摄取后,在体内水解并进一步氧化,同时又将有机物中的碳转化为二氧化碳(CO2),排入大气或海洋中。

在“环境污染日益严重”的惊呼声中,绿色植物起着“报警器”的作用。在低浓度、很微量污染的情况下,人是感觉不出来的,而一些植物则会出现受害症状。人们据此来观测与掌握环境污染的程度、范围及污染的类别和毒性强度,进而采取相应的措施和对策,及时提出治理方案,防止污染对人体健康的危害。

如当你发现在潮湿的气候条件下,苔藓枯死;雪松呈暗褐色伤斑;棉花叶片发白;各种植物出现“烟斑病”。请注意,这是二氧化硫污染的迹象。菖蒲等植物出现浅褐色或红色的明显条斑,是氮氧化物中毒的不祥之兆。假如丁香、垂柳萎靡不振,出现“白斑病”,说明空气中有臭氧污染。

绿色植物是空气天然的“净化器”,它可以吸收大气中的二氧化碳、二氧化硫、氯气及汞蒸气等。据统计,全世界一年排放的大气污染物有6亿多吨,其中约有80%降到低空,除部分被雨水淋洗外,大约有60%是依靠植物表面吸收掉,如1公顷柳杉可吸收60千克SO2。

绿色植物是一个大“化工厂”,不但制造养分储藏在土壤中,而且它本身全是宝。木材经过机械和化学加工,可以产生胶合板、刨花板、纤维板,制成纸浆、人造丝、人造毛,还可以制成多种糖类和甲醇、乙醇、糖醛、活性炭、醋酸等。树木的枝、梢、叶可作饲料、肥料、燃料。有些树木的皮、根、树液还可提炼松香、橡胶、栲胶、松节油等工业原料。

可见,自然界的绿色世界是多么神秘和魔幻,多么神奇和瑰丽。

绿色世界中的化学变化是异常复杂多变的,人们对其的认识大部还处在“知其然,不知其所以然”的状态,有待于进一步去研究。或许有一天,植物会成为我们化学研究的一个分支,诞生一门植物化学。

奇妙的矿物质元素

许久以前,有个蒙族奴隶,受王爷之命去狩猎。随着弓弦响声,一头梅花鹿应声中箭。受了伤的梅花鹿,奋力跃进一处泉水里,挣扎着游上彼岸,竟像没事似的,一溜烟逃得不见踪影。凶残的王爷,硬说奴隶故意放走了梅花鹿,就打断了他的双腿,这个奴隶拖着断腿在草原上爬行,他找到了那处泉水,头无力地垂下,浸在水里,本能地吮吸着甘甜的泉水。奇迹出现了,他觉得伤口不那么痛了,一会儿便坐了起来,他用泉水洗涤伤口,几天后,断腿居然接好。这是在内蒙古大草原上广泛流传的阿尔山宝泉的故事。

这虽然是一种神奇的传说,但现代化学家们发现矿泉水中溶解了大量的矿物质元素,对多种疾病是有特殊疗效的。现代医学研究表明,生理上不可缺少的矿物质化学元素,有十五种之多。钙能强筋壮骨,调适心跳频率、血凝速度和神经传导等功能;还可消除紧张,防止失眠。缺钙的人,骨骼易折。

人体血液中,起输氧作用的血红素,就是一种含铁的物质。缺铁会引起贫血,使人气短、晕眩、倦怠,精力无法集中,影响工作和学习。芹菜等蔬菜、鸡蛋以及动物的肝脏里,都含有大量的铁,但这还远远不够,还必须口服一些维生素E,作为补充。

锌还能防止动脉硬化、皮肤疾病。缺锌可引起侏儒症、皮肤病等;癌症的成因,也与缺锌有关。应多吃一些富锌的食品,如海味、豆类、动物肝脏等。每天还可吃15至30毫克的硫酸锌或葡萄糖锌,以补偿人体发育之不足。

钠、钾的作用,早为人们所熟知;氟可促进血红蛋白的形成,可使钙在骨骼和牙齿中积聚;碘可防治甲状腺肿;镁能使肌肉富有弹性;铬、硒等稀有元素,可使人长寿……

人们为什么能生命不息?是矿物质化学元素的功劳。有人称颂矿物质化学元素是生命的源泉,一点也不过分。

提起矿物质,可以说是无人不知、无人不晓,它对我们人类至关重要。它们是我们人类进行各种活动的动力,是人类生命的源泉。

讨厌的硬水

19世纪20年代的一天下午、一列火车正以较快的速度向维利亚小镇驶去,突然间,火车头发生爆炸,车厢飞出铁轨,致使数千人死亡。当地警方组织了一个庞大的调查团,以便快速捉拿这起重大死亡案件的真凶。一个月过去了,毫无结果, 这时他们想到请化学家来帮忙。在爆炸现场,化学工作者们发现了爆炸的锅炉碎片,且上面有厚厚一层坚硬的固体。化验后确认为钙、镁等离子的碳酸盐。经多方分析论证,化学家们肯定这次事故是由锅炉里的锅垢引起的。

在大自然中,水里总是含有一些溶解了的二氧化碳。当水流经石灰岩上面的时候,水中的二氧化碳和石灰石等作用变成了碳酸氢钙,而这种物质是易溶于水的,便被水带走了。这种含有碳酸氢钙、碳酸氢镁的天然水称为暂时硬水。烧水的时候,温度升高了,原先溶解在水中的碳酸氢钙分解变成碳酸钙,沉淀后留在锅炉里,就形成了锅垢。这锅垢的害处很大:锅垢的传热本领极差,使大量的热能浪费掉;锅垢传热不均匀,当温度足够高时,就会引起爆炸。

现在,工厂里总是用各种方法来软化这种含有碳酸氢钙的硬水。软化硬水的常用方法是往水里加纯碱碳酸钠,因为碳酸钠能与碳酸氢钙反应,生成碳酸钙沉淀,过滤除掉沉淀后,水中碳酸氢钙的含量就很少了。

硬水不但在工业上有害,甚至还妨碍你洗衣服哩。你遇到过这样的事儿吗?本来该洗的衣服不算太脏,但是,擦肥皂一洗,水面上却满是白花花的脏东西,这又是硬水干的坏事儿:肥皂的化学成分是硬脂酸钠,它能和硬水中的碳酸氢钙反应,生成白花花的沉淀物——硬脂酸钙。在家里最便当的软化硬水的方法,是把水煮一下,去掉碳酸氢钙。

在我们的生活中,经常要用到许多化学知识。热水工具用久了,在底部就会产生白垢。其实,这就是化学反应产生的硬水——碳酸钙。可见,在生活中掌握基本的化学知识是必要的。

罪魁祸首的锡

一百多年以前,俄国彼得堡(现名列宁格勒)的军装仓库,发生了一件奇怪的案件:军服上的锡纽扣,几天间忽然像得了什么传染病似的,全部都布满了黑斑。这黑斑不断扩大,没多久,一个个纽扣全变成灰色的粉末。“这是谁在捣蛋?”沙皇知道了这件事后大发雷霆,勒令一定要把“罪魁”找出来。不久,“罪魁”被化学家们找到了。原来这是寒冷天气搞的鬼。

锡非常怕冷。在通常温度下,白锡的晶体是稳定的,白锡是由一些四方晶系的锡晶体组成的。如果温度降得很低,锡晶体中的原子就会重新排列,从四方晶系向立方晶系转化,这时它的体积变大,整块的白锡就变成了粉末状的灰锡。人们常称锡的这种变化为“锡疫”。“锡疫”的速度与温度关系很大,即使在零度以下的冬天,你家的锡壶照样可以使用,这是因为从白锡到灰锡的转化很慢,以导于我们观察不到,但当温度降到零下四十度以下时,白锡到灰锡的转化很快,一块白锡一会就变成一堆灰粉。另外这种“锡疫”是会“传染”的,如果你把患有“锡疫”的锡器与“健康”的锡器相接触,“健康”的锡器也会很快染上“锡疫”。因为少量灰锡的存在,可以大大加快白锡到灰锡的转变过程。

锡也非常怕热。当温度升高到160度以上时,白锡又会转变为斜方晶系的菱形锡,菱形锡很脆,所以又称脆锡。

尽管锡这种金属有许多怪特性,但它在日常生活和工业、农业生产中很有用。例如锡被人们称为“制造罐头”的金属。现在世界上每年生产的锡,将近一半用来制造马口铁片,而马口铁片最大的用途是制造罐头。铁皮又容易生锈,最后出现了用马口铁做的罐头。

化学的许多知识与我们的生活都密切相关,这则锡的故事就说明了这个道理。因此,掌握基本的化学知识是必要的,它有利于我们更好地生活。

镜子与水银

说起镜子,也有它的历史。在三千多年前,我们的祖先就开始使用青铜镜子。历史上杰出的政治家唐太宗李世民有句名言:“人以铜为镜,可以正衣冠;以古为镜,可以见兴替;以人为镜,可以知得失。”这里所说的以铜为镜便指的是青铜镜。在描写花木兰替父从军的《木兰辞》里,有一句是:“当窗理云鬓,对镜贴花黄。”这镜也是指青铜镜。从青铜镜到玻璃镜,经历了一段漫长而又有趣的历史。

在三百多年前,威尼斯是世界玻璃工业的中心。最初威尼斯人用水银制造玻璃镜,这种镜子是在玻璃上紧紧粘一层锡汞剂。威尼斯的镜子轰动了欧洲,成为—种非常时髦的东西。那时候有个法国的皇后结婚,威尼斯献给她一面玻璃镜子作为礼物。虽然这面镜子非常小,也不算精致,在当时却是一种很贵重的贺礼,价值15万法郎。

当时会制造玻璃镜的国家,只有威尼斯,而且制造方法也是保密的。按照他们的法律,不论是谁,如果把制造玻璃镜的秘密泄露出去,就处以死刑。政府还下了命令,把所有的镜子工厂,都搬到木兰诺孤岛上。孤岛处于严密的封锁中,不让人接近。然而,制造水银镜子毕竟太费事了,要整整花一个月工夫,才能做出一面。而且,水银又有毒,镜面又不太亮。后来德国化学家李比希发明了镀银的玻璃镜,它一直沿用至今。一提到镀银,也许你会以为玻璃镜上的这层银是靠电镀镀上去的。实际上根本用不着电,人们利用一种特别有趣的化学反应——银镜反应镀上去的。银镜反应非常有趣:在洗净的试管里倒进一些硝酸银溶液,再加些氨水和氢氧化钠,最后倒进点葡萄糖溶液。这时候你会看到一种奇怪的现象:原来清澈透明的玻璃试管,忽然变得银光闪闪了。因此,这个反应称为银镜反应。原来葡萄糖是一种具有还原本领的物质,它能把硝酸银里的银离子还原变成金属银,沉淀在玻璃壁上。除了葡萄糖外,工厂里还常用甲醛、氯化亚铁等作为还原剂。为了使镜子耐用,通常在镀银之后,还在后面刷上一层红色的保护漆。这样银层就不易剥落了。原来,镜子背面发亮的东西不是水银,是银。

现在,商店里已有不少镜子是背面镀铝的。铝是银白色亮闪闪的金属,比贵重的银便宜得多。制造铝镜,是在真空中使铝蒸发,铝蒸气凝结在玻璃面上,成为一层薄薄的铝膜,光彩照人。这种铝镜价廉物美,很有前途,说不定在将来的某一天,我们每个人都会用铝镜来映照自己。

真是出乎我们的意料,小小的一面镜子,也有丰富复杂的历史,也在不断地发展变化着!化学真是一件非常奇妙的事情。

可以分解的塑料

现在,塑料成为我们日常生活中必不可少的东西,小到上街拎东西,大到高科技产品的制作,都离不开它。形形色色的塑料制品极大地丰富了人们的生活,但废弃的塑料在自然界里的分解速度很慢,要完全分解得几十年甚至上百年的时间。因而,塑料在改善了人们生活质量的同时也给人类带来了一个恼人的问题——垃圾问题。仅我国,每年就要抛弃几十万吨的废旧塑料。

为了妥善地解决塑料垃圾的难题,化学家们正在改变着塑料本身的结构,以便废弃的塑料在不太长的时间里完全分解。目前,可分解的塑料有两种类型:一类是光分解类型,这一类塑料在制造过程中,其高分子链上每隔一定的距离就被添加了光敏基团。这样的塑料在人工光线的照射下是安全的、稳定的,但是在太阳光(含有紫外线)的照射下,光敏基团就能吸收足够的能量而使高分子链在此断裂,从而使塑料得以分解。另一类是生物可分解塑料,这一类可分解的塑料是在高分子链上引入一些基团,以便空气、土壤中的微生物能使高分子长链断裂为碎片,进而将其完全分解。目前,这类塑料主要是淀粉基生物可分解塑料。现在,有些化学家正在研制非淀粉基生物可分解塑料。例如,已制成了乳酸基生物可分解塑料、多糖基的天然塑料。乳酸基塑料是以土豆等副食品废料为原料的,这些废料中多糖的含量很高,经过处理后,多糖先转换为葡萄糖,最后变成乳酸,乳酸再经聚合便可制得乳酸基塑料。这种塑料不但成本低而且很容易处理,如可以烧掉(不产生有毒气体)或加以回收再利用(不会对循环制品造成任何污染),当然,若废弃,也很容易被微生物分解。多糖基天然塑料是从一种类似淀粉的化合物中提炼加工而成的,这种化合物就存在于一些天然物质,如玉米、蟹壳中。这种天然塑料可在一个月内分解。

化学家们还制出了生化聚合塑料,这种塑料是天然细菌的末端产品。它们能被土壤里的微生物在短期内分解。

看来,在不久的将来,白色污染将成为迎刃而解的问题。

人类发明的塑料一定会造福人类,为人类作出更大的贡献。青少年要努力学习,将来为人类作出贡献。

卤水点豆腐的秘密

豆腐,人人爱吃。早点喝的豆浆、豆腐脑,菜品里的砂锅豆腐、麻婆豆腐,豆制品里的豆腐丝、豆腐干……单是豆腐做的菜,一个盛大的宴席还摆不开呢!

豆腐的原料是大豆。大豆起源于中国,古称“菽”。培育大豆在我国已经有四五千年的历史了。大豆类含有丰富的蛋白质,每100克黄豆含蛋白质36克多,在各种食物里遥遥领先。但是,炒黄豆和油炸黄豆不容易消化,能够被身体吸收的养分连一半都不到。煮黄豆好一些,吸收率也只有65.5%。豆浆和豆腐就比较好消化,其中85%~95%的蛋白质能被身体吸收。

喜爱豆类食品现在已不仅仅是中国人的专利,日本和美国也出现了“豆浆热”。男女老幼喜爱喝豆浆,商店里出售各种各样的豆浆制品:橘子豆浆、咖啡豆浆……各种豆腐菜、豆腐罐头一跃成为畅销的新颖食品。

豆腐是怎样做成的呢?把黄豆浸在水里,泡涨变软后,在石磨盘里磨成豆浆,再滤去豆渣,煮开。这时候,黄豆里的蛋白质团粒被水簇拥着不停地运动,仿佛在豆浆桶里跳起了集体舞,聚不到一块儿,便形成了“胶体”溶液。

要使胶体溶液变成豆腐,必须点卤。点卤用盐卤或石膏,盐卤主要含氯化镁,石膏是硫酸钙,它们能使分散的蛋白质团粒很快地聚集到一块儿,成了白花花的豆腐脑。再挤出水分,豆腐脑就变成了豆腐。豆腐、豆腐脑就是凝聚的豆类蛋白质。想不到这是一次化学反应的过程。