书城童书我的第一本化学探索发现全纪录
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第29章 化学猜想(3)

我们喝豆浆,有时也会重复这个豆腐制作过程。有人爱喝咸浆,在豆浆里倒些酱油或者加点盐,不多会儿,碗里就出现了白花花的豆腐脑。酱油里有盐,盐和盐卤性质相近,也能破坏豆浆的胶体状态,使蛋白质凝聚。这不正和做豆腐的情形一样吗?

豆浆点卤,出现豆腐脑。豆腐脑滤去水,变成豆腐。将豆腐压紧,再榨干去些水,就成了豆腐干。原来,豆浆、豆腐脑、豆腐、豆腐干,都是豆类蛋白质,只不过含的水有多有少罢了。

或许,你哪一天在吃豆腐或喝豆浆时会想起富有营养的豆腐们是这样来的。

豆腐是我们日常生活中必不可少的一道美味佳肴,它含有丰富的蛋白质,为人们提供多种营养。可是,豆腐是怎么制作出来的?这里面存在什么样的化学反应?本文为您揭开了这个谜团。

金属有记忆能力吗

在茫茫无际的太空,一架美国载人宇宙飞船,徐徐降落在静悄悄的月球上。安装在飞船上的一小团天线,在阳光的照射下迅速展开,伸张成半球状,开始了自己的工作。是宇航员发出的指令,还是什么自动化仪器使它展开的呢?都不是。因为这种天线的材料,本身就具有奇妙的“记忆能力”,在一定温度下,又恢复了原来的形状。

多年来,人们总认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。可是,美国科学家在20世纪50年代初期偶然发现,某些金属及其合金也具有一种所谓“形状记忆”的能力。这种新发现,立即引起许多国家科学家们的重视。他们研制出一些形状记忆合金,广泛应用于航天、机械、电子仪表和医疗器械上。

为什么有些合金不“忘记”自己的“原形”呢?原来,这些合金都有一个转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,而在转变温度之下,它又具有另一种组织结构。结构不同性能不同,上面提及美国登月宇宙飞船上的自展天线, 就是用镍钛型合金做成的,它具有形状记忆的能力。这种合金在转变温度之上时,坚硬结实,强度很大;而低于转变温度时,它却十分柔软,易于冷加工。科学家们先把这种合金做 成所需的大半球形展开天线,然后冷却到一定温度下,使它变软,再施加压力,把它弯曲成一个小球,使之在飞船上只占很小的空间。登上月球后,利用阳光照射的温度,使天线重新展开,恢复到大半球的形状。

一般人总是认为,只有人类和动物才会有记忆,冷冰冰的金属是不会有记忆的。其实,金属并不像我们想象中的那么无知,它们偶尔也会有令人惊喜之处,例如“形状记忆”的能力。

人造金刚石的诞生

金刚石作为一种稀有的贵重物品,自古以来就是财富的重要象征。金刚石具有独一无二的特性:它是自然界中最硬的一种矿石,从而使它具有广泛的社会用途。可是,金刚石的矿藏量却极少,远远满足不了社会对它的巨大需求。1893年,法国科学院宣布了一条振奋人心的消息:法国化学家莫瓦桑研制出了人造金刚石! 片刻间,这一爆炸性的特大喜讯传遍全法国,传遍全世界。

莫瓦桑发明人造金刚石是十分偶然的。

有一次,莫瓦桑准备进行一项化学实验,需要用一种镶有金刚石的特殊器具。这种器具非常昂贵,因此实验室里的助手们倍加爱护。

早上,莫瓦桑来到实验室,做好实验前的准备工作。这时,各项仪器都准备好了,却找不到那镶有金刚石的昂贵器具。奇怪,怎么会突然不见了呢?

助手突然惊叫起来:“啊?门好像被撬过了!莫非有小偷光顾?”原来,小偷是看上那昂贵的金刚石了。

这桩意外使莫瓦桑萌生了一个念头:“天然金刚石如此稀少而昂贵,如果能人工制造金刚石,该有多好!”可这谈何容易!

作为化学家,莫瓦桑心里最清楚:“点石成金”这不过是美好的神话。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。

翻阅了许多资料这后,莫瓦桑了解到,金刚石的主要成分是碳。至于它是如何形成的,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?还从未有人做过这方面的尝试,看来,一切要靠自己摸索了。

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·弗里德尔说:“陨石实际上是大铁块,它里面含有极少量的金刚石晶体。”

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。陨石里含有微量金刚石,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。

历史上第一次人工制取金刚石的实验开始了。没有先例,没有经验,更没有别人的指点,一切都像在黑暗中探路一样。第一次失败了,认真总结经验,找出问题的症结所在,第二次再来……经过无数次的反复探索,莫瓦桑的实验室里终于爆发出一阵激动的欢呼声,大家紧紧地拥抱在一起:成功了!人造金刚石诞生了。

但是,人造金刚石不仅颗粒小,而且色泽深暗。那时有一颗最大的接近无色的小晶体,其直径还不足1毫米。可是人们却把它作为最贵重的珍宝收藏在罗浮宫里,并命名为“摄政王”,使它跟宫里的那颗世界上最大的金刚石——库林南相媲美。

直到20世纪50年代中期,化学家本迪等用镍等金属为催化剂,使用2000℃和7万个大气压下的设备,才使石墨转化为金刚石的试制成功。美国电气公司、瑞典通用电气公司投入工业生产。此后,美国通用电气公司应用晶种的触媒法,以金刚石粉为碳源溶解于熔融金属铁镍之中,借助反应室中适当的温度梯度,把碳输送到高压釜反应室中温度较低处的金刚石晶种上,并在晶种上沉积出晶层。这种方法在大约6万大气压和1500℃温度下,几天之内就长出0.2克左右的宝石级优质人造金刚石。在19世纪70年代,有采用爆炸法生产金刚石。这种方法是利用TNT和黑索金等炸药引爆后产生强烈的冲击波和在几微秒的瞬间产生的几十万大气压及高温使石墨转化为金刚石。此外还有气相法、液向外延生长法、气相固相外延生长法、常压高温生产金刚石的。由于天然金刚石不能满足工矿业的需要,人造金刚石的世界年产量逐年都在增长。据统计,1967年为2.4吨,1968年为4.4吨,1969年已达到6.0吨。

人类的智慧总是无穷无尽的,它往往带给我们很多惊喜和收获,人造金刚石的产生就是人类智慧的惊喜之作。它的出现再一次证明了人类智慧的力量。

肉桂酸结构式的故事

1995年,奥地利发行了一张邮票,中间是一帧画像,画像上方写着:纪念约瑟夫·劳施密特逝世100周年,这说明画中人是劳施密特;邮票的左下角画着一个用试管夹夹持的装有深色溶液的试管,这表明,这位劳施密特是位化学家;令人感兴趣的是邮票的右下角画着许多连环套似的大大小小的圆圈。这些连环套是什么?

原来,这是劳施密特画的肉桂酸的结构式。肉桂酸,是樟属肉桂的树皮里的一种芳香物质——肉桂的衍生物,肉桂是人们很早就用于烹调的香料。用现代的结构式来翻译劳施密特的结构式,肉桂酸就是如上左图。这正是人们现在知道的肉桂酸的结构式!这个结构式里有一个大圈,这就是苯环。如果你知道这个结构式是在凯库勒发现苯的结构之前给出的,你就不得不为之惊叹!原来,在伟大的凯库勒发现苯环结构之前,他,约瑟夫·劳施密特,一个不知名的奥地利中学教师早在十八世纪六十年代初就已经得知苯环的结构了。后来人们在劳施密特写的《化学研究第一卷》里看到,劳施密特用这样的结构式画了许许多多有机物的正确的结构式,其中不乏含苯环的,肉桂酸只是其中之一。

劳施密特不仅对有机化学的发展做出了杰出的贡献,还应当提到的是,正是他,第一个测定了阿佛伽德罗常数。因此,没有哪一位欧洲的中学生不把阿佛伽德罗常数叫做劳施密特常数的,而且这个物理量的符号,在欧洲多是用劳施密特的第一个字母L表示的。

在化学史上,有许多作出过卓越贡献的化学家,人们用各种各样的方式方法来纪念化学家,发行邮票就是一种别出心裁的纪念方法。青少年如果认真努力,说不准哪天也会成为邮票上的人物。

造纸术的历史

纸是人们日常生活和社会发展不能缺少的东西。它既是物质生活和文化生活中积累经验的载体,也是物质生活和文化生活向前发展的工具。无论工业、农业、交通、国防各个部门都离不了它,交流思想、传播经验、发展智慧也都离不了它。

造纸术是我国古代科学技术四大发明之一,也是中国人对世界科学文化发展作出的卓越贡献。

在纸未发明以前,记载事物都是用龟甲和兽骨作载体,也有极少用金属的。由于刻字困难,只能做简要的记载。到了春秋时,用竹简和木简作载体的较多。竹简是竹片,木简是木片,可以在上面写字,当然比用甲骨就方便得多,这是很大的进步。但是竹简和木简也是比较笨重的,一片上写字很少,只好把许多简编起来成为简册。竹简或木简使用和携带都极不方便。

后来有了丝织品,才逐渐用缣帛代替简,作为书写的载体。缣帛是蚕丝的织品,它虽然好使用、也轻便,但价格昂贵,不易普及。随着社会经济文化的发展,迫切需要寻找廉价的新型书写材料。人们经过长期探索和实践,终于创造出以植物纤维作原料的造纸术,但是制作出的纸并不实用,不能大范围推广。

到了东汉年间,蔡伦便动脑筋想办法,用树皮、麻头、破布、渔网等材料制造纸张,生产出适于书写的植物纤维纸。

蔡伦改进的纸的制造过程,根据科学工作者的模拟实验,大体是将麻头、破布等原料先用水浸湿,使之润涨,再用斧头剁碎,放在水中洗去污泥、杂质。然后用草木灰水浸透并蒸煮,这是后世碱法制浆的基础。碱液蒸煮可以进一步除去原料中的木素、果胶、色素、油脂等杂质,然后用清水洗涤送去舂捣。捣碎后的细纤维用水配成悬浮的浆液,再用漏水的模捞取纸浆,经脱水,干燥就成纸张。

公元105年,蔡伦将自造的纸呈给和帝,皇帝很重视。从此,世人都使用这种纸,称之为“蔡侯纸”。

后来,造纸术不断革新,在原料方面,除原有的麻、楮外,还利用了桑皮、藤皮、稻麦杆,进而发展到了竹子作原料。在设备方面,出现了活动的帘床纸模,用以放在框架上,可以反复捞出成千上万张湿纸,大大提高了工效。在加工技术上,加强了碱液蒸煮和舂捣,改进了纸的质量,出现了色纸、涂布纸、填料纸等。在唐、宋之际,用竹造纸得到了较大的发展。到了南宋则成为通用的纸。这个时期的名贵纸中,有唐代的硬黄纸、五代的澄心堂纸、宋代的黄白蜡笺和金粟山藏经纸等 ,还有暗纹纸 、水纹纸及各种艺术加工纸,都有传世佳品。10世纪以后,造纸术广泛采用楮皮、桑皮、竹子等为原料造纸,并能生产10~15米长的巨幅纸,有名贵的金栗笺、罗纹纸和宣纸等。除了书写、绘画用的纸外,还有装饰用的壁纸、剪纸等,也很美观,还行销于国内外。有关造纸的书也不断出现,如宋代苏易简的《纸谱》、明代王宗沐的《楮书》。尤其是明代宋应星的《天工开物·杀青篇》,对中国古代造竹纸及皮纸的技术做了系统的总结,文图并茂,是当时世界上关于造纸最详细的记载。

后来,造纸术在3世纪由我国传到朝鲜,七世纪由朝鲜传到日本,八世纪中叶经中亚传到阿拉伯,由阿拉伯传入欧洲。就这样,造纸术传遍了全世界,为人类文明的发展作出了杰出的贡献。

造纸术是中国四大发明之一。中国的造纸术为世界文明的传播和发展提供了必要的技术条件,作出了重要贡献,在世界文明的发展史上留下了光辉的一笔。

未来的化学技术——生物化学技术

生物化学是现代科学的一大主题。它实际是一门结合了生物学与化学的前沿尖端科学。它研究生物有机体化学组成和性质,以及有机体内所进行的化学变化的科学。