书城童书《化学知识篇》(下)
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第15章 世界之最(3)

最早的塑料叫赛璐珞,它的出现也不过100多年。赛璐珞是用硝化纤维和酒精、樟脑等原料制造的,电影景是在赛璐珞胶片问世以后发展起来的。不过这种胶片很容易着火,所以那时放电影要有消防队员在放映室值班。后来用醋酸纤维代替硝化纤维制作胶片,放电影就不必担心“烧”片了。

本世纪初,酚醛树脂诞生了。这种由酚类物质和醛类物质共聚形成的塑料也叫电木,它有良好的绝缘性和耐热性,很快在电气工业上得到广泛应用。

在以后的几十年内,塑料工业迅速发展,聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等,先后出现。聚乙烯塑料袋就可以美观轻便、不透水、无毒、卫生等优点,在食品包装中独占鳌头;聚丙烯绳结实漂亮,在许多商店取代了捆扎商品的纸绳;塑料器具代替木器,节约了大批木材;塑料器皿代替陶瓷,轻便、结实而容易修补;极薄的塑料雨衣携带很方便。在农业上,塑料薄膜用来覆盖土壤,做温床,能提高温度保持水分,使四季都有新鲜蔬菜供应市场。一种吸水性很强的塑料能吸收自身重量几十倍的水分,将这种塑料颗料铺在沙质土壤层中,可以吸收雨水,供值物慢慢使用,防止干旱。

大名鼎鼎的“塑料王”是一种叫聚四氟乙烯的塑料,它质地坚硬、耐热、耐磨,而且化学性质非常稳定,强酸、强碱强氧化剂都不能腐蚀它,用作化工生产设备比不锈钢还好。聚四氟乙烯还被称为“世界上最光滑的材料”,可以制造不需要上油的轴承和输送固体粉末与液体的管道。用它制造的医疗器械和人造骨胳,质轻、坚硬、不生锈,而且对人体无害。

新型的塑料还在不断涌现。科学家已经能通过改变塑料分子的结构与排列,使它具有人们需要的各种性能。一些塑料新秀具有声、光、电、磁等特殊功能,称为功能高分子,引人注目的导电塑料,就是其中的一种。

水分子分解水泥

水泥与砂、石块加水拌和,就是现代建筑必不可少的混凝土,广泛用于各种土木建筑。

水泥的品种很多,应用最广的是硅酸盐水泥。制造硅酸盐水泥的主要原料是石灰和粘土。在水泥厂,先将石灰石破碎,与粘土按一定比例混合后,研成细粉,然后在1000多度的高温窑内煅烧,石灰石受热分解形成氧化钙,氧化钙在高温下与粘土发生化学反应,形成硅酸钙盐与铝酸酸钙盐,再把烧结成块的这些产物研成细粉,填加一些石膏粉,就是水泥。

水泥中的硅酸钙盐和铝酸钙盐能与水发生反应形成水化物,这些水化物可以粘接砖瓦、沙粒与石块,形成坚硬的固体。水泥能吸收空气中的水分与之发生反应,所以不能长期存放,即使短期存放也要注意防潮。

水泥的包装袋上印的标号,是表示水泥强度的。标号的数字越大,水泥质量越高。200号水泥质量较差,600号水泥质量较好。现在一些国家已经在生产1000号水泥。随着水泥质量的不断提高,它已经在许多方面代替金属和木材,有的国家已经用水泥制造海船,还有用水泥制造气球的。不久有彩色的水泥问世。

人类的救星——药物

制药有着悠久的历史。古埃及人就会用罂粟制取鸦片,我国古代也使用草药制备药酒与浸膏。随着化学科学的进步,人们逐渐把天然药物中的有效成分提取分离出来,如从麻黄草中得到麻黄素,从金鸡纳树皮中得到了奎宁,从鸦片中得到了吗啡。当然至今有很多药物仍然是从动植物中提取得到,如从黄连中提取黄连素,从茶叶中提取咖啡因,从槐花米中提取芦丁等。

然而,天然药物总是受自然条件限制的,有些化合物在动植物体内含量很少,提取分离工作很繁重,因而成本很高。为了得到纯净、廉价和品种多样的药物,人们开始合成药物。一种方法是从一种易得到的天然化合物开始,经过一些化学变化,制备另一种药物,这种方法叫做半合成。另一种方法是从乙炔、乙醇、苯这些简单的化合物开始,经过一系列化学反应,合成复杂的药物,叫做全合成。当人们对药物的分子结构及合成方法了解得越来越多,逐渐掌握了药物分子结构与功能的关系之后,就会合成更多自然界本来没有的新药。这些药物,将帮助人们与疾病作斗争,为患者减轻痛苦,延长寿命。

尿液中可以提取药物

从人尿中可以提取药物。因为尿中含有一些人体有生理作用的化合物,所以,中医很早就采用童尿入药。最早得到的性激素类的化合物如孕甾酮、睾丸酮等,都是从尿液中提取的。现在已有了合成的方法,不需要再费那么多力气来提取了。但有些药物合成起来有困难,如尿中有一种可以治疗血栓性疾病的药物,叫尿激酶,至今仍不能用化学方法合成,还需要从尿液中提取。在一些公共厕所排列着许多塑料桶,就是用来收集尿液供提尿激酶用的。

从尿液中提取尿激酶,一般采用吸附法,常用硅藻土作吸附剂,将硅藻土加入尿桶中,搅拌后静置,尿激酶就逐渐吸附在硅藻土上,用氨水冲洗,尿激酶就洗脱下来了,再经过一系列的纯化与结晶等化学操作,就可得到纯净的特效药尿激酶。已提取尿激酶的尿液,经过过滤,仍可用肥料。

植物的粮食——化学肥料

自20世纪初有了化学肥料以来,改变了一直依靠农家肥的传统农业,促进了农业生产的发展。化学肥料已成为现代农业必备条件之一。

化肥中用量最大、种类较多的是氮肥。常见的氮肥有硫酸铵(简称硫铵,俗称肥田粉)、碳酸氢铵(简称碳铵,俗名气肥)、尿素和氨水等。硫铵含氮量不高,经常使用会使土壤酸化、板结。碳铵容易制造,成本低。碳铵分解产生氨、二氧化碳和水,植物吸收后,不留任何残余。尿素含氮约47%,在常用氮肥中含氮量最高,且无污染,最受农民欢迎。氨水价格最便宜,易被植物吸收,肥效快。不过氨水是液体,又容易挥发,使用和保管都不太方便。

常用的磷肥是过磷酸钙和重过磷酸钙。磷元素对种子的成熟起重要作用,并能促进幼苗和根的生长。钾肥都是含钾的盐类,它能使庄稼茎秆粗壮、不易倒伏,还能增强植物的抵抗力,不易生病,不怕寒冷。

还有一些植物所必需的元素,如铁、硼、锌、铜、钼、锰和稀土金属元素,由于需要量少,土壤中一般不会缺乏。但是长期种庄稼,这些微量元素会越来越少,也需要补充。所以,还有一种包含这些元素的复合肥。

高效低毒的农药

用化学农药防治农作物病虫害,开始于30年代。最早使用的滴滴涕、六六六,曾经大量消灭害虫,开始显示化学农药的强大威力。

滴滴涕是含氯的有机化合物,它有较强的杀虫能力,但对人畜毒性不太大。几十年来,滴滴涕不仅用作农药,而且用于消灭蚊子、苍蝇、跳蚤、臭虫等害虫,在历史上曾作出了卓著的贡献。但是,由于滴滴涕的稳定性好,能在环境中长期存在,并在动植物体内不断积累,这对鱼类、鸟类的生存造成很大的威胁,也给人类健康带来危害,成为环境污染的严重问题之一。这些稳定和效力持久的农药,已经被有机磷农药所代替。

有机磷也称第二代农药。如敌敌畏、对硫磷(1605等),它们比较容易分解,在动植物体内不积累,对环境污染程度较小,而杀虫的效力较高。它们主要的缺点是对人畜的毒性比较大,使用不当,容易发生中毒事故。近年来,又出现了一批高效低毒的农药,其中氨基甲酸酯类和除虫菊酯类杀虫剂很有发展前途。

化学农药,虽能杀死害虫,但也会毒死蜜蜂等益虫,还能毒死专吃害虫的有益动物。使农药能有选择性,专门毒杀害虫,而对其他动物无伤害,这是农药研究的方向。另外,喷洒农药之后,总有一些害虫残留下来,它们迅速繁殖,成为抗药能力强的新品种。这样,使农药的效率降低。现在,人们已经找到了不产生抗药性,而且具有专一性的第三代农药,即激素类农药,如性外激素、保幼激素、脱皮激素等。

食油的新来源

在葡萄酒厂,过去当作为废物的葡萄核,现在可以用来提取食油,而且有效高的营养价值。

化学家发现,各种水果的种籽都含有较丰富的油脂。如果把它们收集起来提取油脂,可以创造许多财富。

米糠中含油量比大米中含油量高,可按照习惯,大米是人吃的,米糠却喂猪了。从米糠中提取食用油,已在一些国家实现了工业化。若能在粮食加工厂附设一个油脂车间,及时处理米糠,可以得到营养丰富的高质量食用油。

从葡萄核、沙棘籽和米糠中提油,采用传统的热榨法效果不太好,一般采用溶剂浸出法。就是用一些易挥发的有机溶剂淋洗已被粉碎的原料,使油脂溶解在溶剂中,然后把淋洗得到的溶液蒸馏,易挥发的溶剂蒸出去回收,剩下油脂。

还有一些木本油料作物和野生草本油料作物有待利用。大量开发新的油脂资源,可以节约耕地,提高人民的生活水平。

有机硅的用途

化学家把石英砂中的硅和有机大分子结合起来,创造出一种“杂交”新材料,人们叫它“有机硅”。它既有无机物的特点,又有机物的长处,能承担其他材料难以负担的“任务”。现在,有机硅产品已经有2000种以上,常用的有硅油、硅橡胶、硅树脂等1000多种。

用无色透明的油状液体——硅油,来处理丝绸、棉布和化纤等纺织物,织物就显得爽滑柔软,色泽鲜艳,而且耐磨防蛀。假如用硅渍把衣服处理一下,雨水洒在衣服上,就像落在荷叶上一样不透水,却能透气,穿上这种衣服不会感到闷热。用硅油揩擦眼镜、照相机镜头、钟表和灯泡玻璃,能增加透明度,水和脏物却难以沾上,还有防霉作用。硅油可以帮助医生诊断疾病。在胃镜检查时,只要服用5毫升硅油乳剂,胃腔内的泡沫便迅速消失,使胃镜的视野清晰,大大提高检查的准确性。

硅橡胶、硅树脂等,也像硅油一样神通广大。有的病人切除喉头,装了硅橡胶人造喉头,讲话、吃饭和呼吸,都不会有多大影响。所以,现在的人造器官,大部分都是有机硅制造的。

另外,牙膏中用有机硅作添加剂,刷牙时能在牙齿表面形成比较牢固的薄膜,并能保持10小时以上,可以防止牙垢形成和细菌的侵袭。

有机硅材料废弃后,无论烧毁或者埋入地下,都不会污染周围环境,它的前途无限广阔。

现代玻璃的用途

从公元10世纪阿拉伯人向腓尼基人学会制玻璃技术到现在,已经过去了近千年,可是玻璃还是由石英砂、纯碱、长石和石灰石等作为主要原料,加入少量硝酸钠(硝石),经过混合、熔融、澄清、匀化后,加工而成。但是,现代玻璃已不同于易碎、易传热的普通透明玻璃。

化学家发现,如果掺入着色剂,玻璃就会呈现出颜色。如果采用不同的着色剂,就有不同色彩的玻璃。现在,红、绿、紫、蓝各色玻璃都已问世,并且研制出各种性能的玻璃。

有一种隔热玻璃,用来做窗户,隔热效果与一堵40多厘米厚的砖墙相仿,还有一种防弹玻璃,不怕震荡,甚至能防枪弹。使用防火玻璃,可以在遇到火星的瞬间冒起泡沫,变成一块防火板。如果用变色玻璃做窗户,光线强时玻璃变暗,防止刺眼,光线暗时玻璃透明,室内照样明亮。

还有许多特殊玻璃,各有特别的本领。泡沫玻璃有绝热、隔热的本领;生物玻璃可以代替骨胳,移植在人体里如同真骨头一样融洽;用硼硅玻璃瓶酿制葡萄酒,酒味清香醇美;一根头发那么细的玻璃纤维,能传送一万五千多路电话。

化学家还在不断开发玻璃新产品,满足人们的各种需要。

高吸水性树脂

世界上吸水本领最大的要数海绵。但现在人们已合成出一种吸水性胜过海绵的高分子材料,称为高吸水性树脂,其吸水量可达自身重量的500—3000倍。

这是一种神奇的白色粉末,每颗高分子树脂微粒,就像一个小小的蓄水池。把它们撒到干旱少雨的沙漠地,能在夜间汲取从地下渗上来的水分。如果预先拌好肥料和水,就能在沙漠地区栽培农作物。用它做尿布,吸水好,又卫生。用来做卫生棉、清洁餐巾,更受人们欢迎。

这种高吸水性树脂没有毒性,它和药物、化妆品混在一起,药物会缓慢地释放出来,延长药效。用它做成水果的包装袋,新鲜水果就能长久保鲜。

高吸水性树脂的吸水本领,在于聚合物中有许多能吸引住水的“基因”,它像一双双能拉住水分子的“手”一样。当整个大分子上的“手”拉住了许许多多的水分子后,一颗白色的粉末,变成了一个“吃饱”水的小水球。

这种神奇的粉末,有的是用淀粉、纤维素天然高分子为骨架,通过接枝共聚的方法制造的;有的是用化学合成方法制造的;还有的是用腈纶废丝综合利用得到的。

人造血液

化学家已经成功地研制出人造血液,代替天然血液于用抢救病人,挽救了许多人的生命。由于人造血液是白色的,所以,人们称作为“白色血液”。

1966年,美国科学家克拉克发现,在含碳氟化合物的容器里有只老鼠,当他取出老鼠并排除其呼吸道中的液体时,老鼠竟然苏醒了。出于好奇心,克拉克有意在这类液体里放入老鼠,几小时后再取出,结果大出他意料之外:这些老鼠都奇迹般地复活了。经过研究发现,这种液体有很强的溶解氧气和二氧化碳的能力,并且分别是水的20倍和3倍。克拉克从中得到启发;可以用这种液体代替血液。

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,我国科学工作者也研制成功人造血液,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。

物体的“联络员”——粘合剂

从前,制造飞机要用很多铆钉将各部分连接起来;现在用粘合剂,可以像做玩具一样把飞机各部件粘合起来,同样牢固,安全可靠。

粘合剂的广泛应用,给人们带来极大的方便。皮鞋的底和鞋帮之间靠粘合剂粘着;电视机、录音机里的电路板,也是用粘合剂一层一层粘合压制出来的。在汽车、机床、玩具和家具制造中,也都要用粘合剂。