书城童书《化学知识篇》(上)
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第7章 奇妙的化学物质(2)

比如你把一小块金属钾投进一杯水里,你会看到,在金属钾的周围立刻会连续不断地放出许多气泡来,好象这不是一块实心的金属,而是一个压缩空气的出气口似的。原来这是钾正在推开水中的氢离子——水分子是由一个氢离子和一个氢氧离子结合而成的,硬将自己代替氢离子而与氢氧离子“结合”,变成氢氧化钾。氢离子无可奈何,只好变成氢原子,再一对对结合起来成为氢气,从水中逃出来。由于钾和水作用时产生的热量,超过了氢气的燃点,于是氢气就被点燃了。而氢气与空气混合后,燃烧时是会爆炸的。这就是为什么钾和水作用时会闪出火光和有爆炸声的缘故。

空气中也有水——水蒸汽,为了不让这些淘气的家伙调皮捣蛋,人们只好将这些金属泡在煤油或汽油中。

你可以用手拿一块铁、一条铜线,但千万不要用手去拿锂、钾、钠。你的手上多少有点水,一旦和它们接触,就会发生剧烈的化学变化,变化过程中放出的热很多,会把你的手灼伤的!那么怎么拿呢?可用镊子去夹。

最轻的金属用处大

如果有人说,有一些金属可以用刀片轻易地切开来,你可能不相信。可是,确确实实有这样一些金属,锂就是其中的一种。

锂是金属中最轻的一种金属,具有耀眼的银白色,一碰到空气,它那美丽的表面,就会黯然失去光泽;在水里,它与水化合,放出氢气;它还能象火药那样燃烧。这金属碰不得空气,又碰不得水,有什么用呢?

从前大家都看不起它,因为它既轻又软,还容易氧化,认为它简直没有用处。可是爱迪生没有放过它,他把锂的氢氧化合物,用在电池的电解液中,使得电池的性能大大提高了。这种电池,在第一次世界大战中,成为潜水艇不可缺少的用品。

锂有几种同位素,锂6和锂7的化学性质几乎相同,可是用途却完全不同,锂6用于尖端技术,锂7却在一般的工农业部门服务。

氢弹或原子弹里的原子雷管,必须包一层厚厚的锂6,以便控制反应过程。

机器在运转时,需要经常添加润滑油,为的是一方面能够保持机器的运转灵活,另一方面减轻机件的磨损。可是一般的润滑油在高温、低温之下,或者受到水浸时,往往会受影响。

如果使用锂7合成的润滑材料,就能经受一般润滑油经受不住的外界影响,例如能够经受从-50℃到160℃这样大的温差。

我们饭碗上那层亮晶晶的釉,搪瓷器皿上的珐琅,它们的原材料里都含有锂,因为锂能降低釉和珐琅的熔点,缩短煅烧的时间,而且使器物表面光滑均匀。电视机的荧光屏中就含有锂,因为那是锂玻璃做的。

在农业上,锂能提高某些植物的抗病能力,例如小麦最容易得锈穗病,番茄最容易腐烂,如果及时用锂盐作肥料,就能防止植物发生这类毛病。

“金属溶剂”——水银

一般金属在常温下都是硬梆梆的固体,可是有一种金属,在常温下,象银子一样地发光,又象水一样地流动,这就是水银,它还有一个名字叫“汞”。

水银在摄氏零下39.3度才会凝结成淡蓝色的固体。因此它是一种低熔点的金属,它在常温下的液态应看成是熔融状态,正象铅块在摄氏328度时能熔成会流动的液体一样。

水银被称为“金属的溶剂”,是因为它容易同金属结合成合金——“汞齐”,“齐”是我国古代对合金的称号。后来,人们利用水银容易与黄金生成金汞齐的性质,解决了提取“贫金矿”的问题。因为对于一些含金量极微(低于十万分之一)的金矿,是无法用旧式的“砂里淘金”的方法来处理的。

水银的用处很多,比如水银整流器可以把交流电变成直流电。

在那长长的日光灯光管里,也充满着水银蒸气,通电的时候,水银蒸气受到电场激发而产生紫外线,再照射到管壁上的白色涂料——荧光物质上,就发出了白光。

用水银来做药品,也有长远的历史。大约在3,000年前,我国古代人民就曾用水银化合物来医治癞疾。直到现在,某些治疗皮肤病和胃病的药剂里还经常有水银的份儿。

水银虽然很有用处,但是它的蒸气有剧毒。如果不小心把日光灯打破了,应当立即打开窗户通风,等一会再去收拾玻璃碎片。偶然溅失一点水银,也必须谨慎地把它收集起来,或者用点硫磺粉撒在水银上面,因为硫磺能够和它结合成硫化汞,使得它的蒸气不会挥发到空气中去。

穿花衣的铜

铜虽然不如钢铁那样使用得广泛,但它也有许多优点,是钢铁所不及的。

纯铜的颜色是紫色的,它的导电、传热性能非常好,在金属中除了银以外,要算铜的导电本领最强了。在电气工业上,电线、电开关、电扇、电铃、电话等,都需要大量的铜。紫铜都是非常纯的,一般用电解粗制钢的方法来制得。

铜很软,普普通通的一滴纯铜,可以拉成长达2000米的细丝,还能被打压成比纸张还薄的铜箔,甚至透明,风一吹,就飞起来。

有些乐器也是用铜做的,更确切地说,是用黄铜做的。

黄铜是铜与锌的合金。我国早在汉朝的时候,就知道制造黄铜了。黄铜是因色黄而得名的,随着含锌量的不同,黄铜的颜色也不同。如含锌量为18%~20%时,呈红黄色;含锌20%~30%,呈棕黄色;含锌30%~42%,呈淡黄色;含锌42%~50%,呈金黄色;含锌50%~60%,呈黄白色。

工业上所用的黄铜,一般含锌量在45%以下。

在一些高大的建筑物前,常常矗立着庄严而黝黑的铜像,这是用青铜铸造的。青铜是铜与锡的合金,有时也含有锌。很多金属受冷要收缩,而青铜受冷后却会“变胖”——膨胀起来。因此,用青铜铸造的塑像,眉目清楚,轮廓准确。青铜也很耐磨,用青铜制造的轴承,是工业上大名鼎鼎的“耐磨轴承”。

用白钢做的器皿都是光亮闪闪的,很漂亮,而且不容易生铜绿,它实际上是在铜里加进一些镍制成的铜镍合金。我国在公元前1世纪就知道制造白钢了,到18世纪,白铜才从中国传入欧洲。那时,德国人学着中国的方法,大量进行仿造。在过去,有人把白钢称作“德银”,实在是本末倒置。

来有形,去无踪

往小碟子里倒一点水,过了一会儿,水不见了。它到哪儿去了呢?原来水由液态变成了气态的水蒸气跑掉了。水蒸气是看不见的。

冬天,在我国的北方,河里的水结成了厚厚的冰,那是水由液态变成了固态。

水、水蒸气和冰是水的三种聚集状态,它们在一定的条件下是可以互相转化的:水在一个大气压下加热到100℃沸腾时,就变成了水蒸气,水蒸气遇冷又变成水;温度下降到0℃以下时,水凝结成冰,温度升高时,冰又融化成水……这些都是常见的现象。

水是最常见和最有用处的一种物质,三种状态的水都有很大的用处。在通常的条件下,水是三种状态同时存在的唯一物质。

铁也是常见和很有用处的一种物质,但用到的总是它的固态。铁能变成液态吗?能!在炼铁厂里,从高炉里流出来的红红的铁水,就是液态的铁,它流进砂模,慢慢地凝结成固态的铁。固态铁加热到1535℃的高温,才能熔化成铁水,液态铁加热到2750℃才会沸腾变成气态铁。

大多数物质都有三种聚集状态。即使是熔点高达3410℃的金属钨,当加热到五六千度以上时,也能变成气态。反过来,在通常情况下以气态存在的物质,在冷却到一定的温度时,也会变成液态,甚至凝结成固体。

例如,我们熟悉的氧气,在冷却到零下183℃时,就变成淡蓝色的液态氧,继续冷却到零下218℃时,还会变成雪花状的淡蓝色固体。

物质的聚集状态发生变化的时候,组成物质的分子并没有改变。例如水、水蒸气和冰的分子都是H2O。

其他物质也是这样。由于分子没变,所以物质的化学性质也没有改变。但是,物理性质有变化,例如密度,在三种聚集状态下,往往是不同的,有些差别很大。

气态、液态和固态物质有哪些特点和不同的地方呢?这里简单介绍一下。

气体的基本特征是很容易扩散,在任何容器中,即使是很少量的气体,也能向四面八方扩散,均匀地充满容器。在大气中,更可以任意扩散。因此,气体的密度很小,分子之间有很大的空隙,可以压缩到比较小的体积。工厂里常用的氢气、氮气等钢瓶,里面装的就是被压缩的气体。

液体和气体一样,也没有固定的形状,容易装进容器。但是液体分子间的距离比气体小得多,密度要大得多,在一定的条件下具有一定的体积,加压时,也能被压缩,但体积变化不大。

固体不但有一定的体积,还具有一定的形状。我们通常见到的固体物质都是如此,这里就不详谈了。

预示天气的花

你会做一朵预示晴雨的花么?用一种名叫氯化钴的化学药品的水溶液将白纸浸透,晾干,然后随意做成一朵花,就成了最简单的晴雨花了。晴天时它是浅蓝色的,阴雨天时它就变成粉红色的,多有意思啊!

为什么这种花会变颜色呢?因为氯化钴在无水时是蓝色的,吸收水汽以后,就生成了含水的晶体,它是粉红色的。晴天时,空气干燥,含水的晶体自动脱水,花朵呈蓝色;阴雨天,吸水变红。

氯化钴的这种特性又被用来做变色硅胶。硅胶是一种普遍使用的干燥剂,照相机、望远镜、各种化学仪器都喜欢用它来做保护剂,因为光学镜头最怕受潮生霉。用氯化钴浸过并烘干的变色硅胶可以吸收仪器周围的水汽,使空气干燥,保护光学镜头不受潮。硅胶自己吸潮后,由蓝色变成粉红色,这时,就要更换干燥的硅胶。把受潮的硅胶放在烘箱里,用稍高于一百度的温度烘去水分,硅胶便重新变蓝,又可以重复使用了。硅胶作干燥剂的一个显著优点是:

它不会分解出有毒的、腐蚀性的气体,而且比较便宜。

现在,人们已开始利用它保持食品的干燥和松脆。

五彩缤纷的发光塑料

塑料是不会发光的,然而,如今人们制成了一种发光塑科,它能射出浅绿、淡蓝色的柔和的光。

其实,这种发光塑料并不神秘:只不过在普通的塑料中,掺进一些放射性物质与发光材料。常用的放射性物质有碳14、硫85、锶90以及铀、钍等放射性元素的化合物,放射性物质能不断地发射出射线,不过,放射性射线是不可见的光线,肉眼看不见。人们往里面加入硫化锌、硫化钙等发光粉,这些硫化物在放射性射线的照射下,能够被激发而射出可见的光——冷光。这,就是发光塑料能不断发光的缘故。

发光塑料有着许多奇妙的用途。

用发光塑料制成门上的把手,夜间,人们回家时,就能很方便地找到家门;用发光塑料制成的电灯开关、电铃按钮、火柴盒、电话拨盘,给人们在夜间带来不少方便。

在电影院、剧院里,用发光塑料制成座位的号牌,迟到的观众可以很方便地找到自己的座位。用它制成街道路牌、航标、路标、汽车驾驶室里的仪表,也非常合适。

在军事上,军用图纸、仪表、大炮瞄准器上的刻度盘,如果都用这种塑料来制造,夜间射击时就用不着照明设备了。

细菌克星——高锰酸钾

高锰酸钾是一种紫黑色的小颗粒。在水中放入几粒高锰酸钾,立即可得到一盆嫣红的溶液。这时把杯、盘、碗、碟以及不能去皮的水果放在这种溶液中,只需浸泡二三十分钟,就能达到消毒杀菌的目的。这是因为,高锰酸钾在水里会发生化学反应,放出一种叫“新生态氧”的物质。这种物质十分厉害,既不“安分守己”,又“刁钻凶狠”,遇上细菌就会缠住不放,非把它内部的结构搞得“天翻地覆”不可。

细菌遇上这样的克星,当然败下阵来。高锰酸钾能杀菌就是这个道理。

外柔内刚的棉花

棉花,是个斯斯文文的家伙,棉被里有棉花,棉袄里也有棉花,难道这些普普通通的棉花,可以变成炸药?

棉花真的可以制炸药。

按照化学成分来说,棉花几乎是纯净的纤维素。它与葡萄糖、麦芽糖、淀粉、蔗糖之类的“亲兄弟”——都是碳水化合物。

棉花容易燃烧,但是,燃烧时并不发生爆炸。可是人们把棉花(或棉籽绒)与浓硝酸和浓硫酸的混合酸作用后,就制成了炸药,俗名叫做火棉。这是因为硝酸好象是个氧的仓库,能供给大量的氧,足以使棉花剧烈地燃烧。

火棉燃烧时,要放出大量的热,生成大量的气体——氮气、一氧化碳、二氧化碳与水蒸汽。据测定,火棉在爆炸时,体积竟会突然增大47万倍!

火棉的燃烧速度也是令人吃惊的:它可以在几万分之一秒内完全燃烧。如果炮弹里的炸药全是火棉的话,那么,在发射的一刹那,炮弹不是象离弦之箭似地从炮口飞向敌人的阵地,而是在炮筒里爆炸了,会把大炮炸得粉身碎骨。因此在火棉里还要加进一些没有爆炸性的东西,来降低它的爆炸速度。

你见过液态的氧气吗?在极低的温度、很高的压力下,无色无味的氧气会凝结成浅蓝色的液态氧。把棉花浸在液态氧里,就成了液氧炸药了。一旦用雷管起爆,爆炸起来,威力可不小。

棉花是很便宜的东西,液态氧也不太贵,自然,液氧炸药的成本也比较低廉。所以,液氧炸药与火棉可算是便宜的炸药了,被大量用来开矿、挖渠、修水库、筑隧道。经过硝酸或液氧处理的棉花,能成为人们移山填海的好助手。

防腐能手——桐油

人们常常用桐油涂东西。木器穿上一层桐油“衣服”以后,浑身上下顿时变得光闪闪的,而且不易腐烂。布匹涂了桐油后,变成了“油布”,纸伞涂上桐油成了雨伞,一点也不怕水,在大雨中也淋不坏。

桐油是我国的特产。我们的祖先很早就开始种植与使用桐油了,在唐朝以后历代的古书上都有关于桐油的记载。直到十六世纪,桐油从中国传入欧洲,欧洲人才第一次与桐油交上朋友。

你知道桐油从哪儿来的吗?有一种树,叫做桐树,它结出一个个桃子样的桐果。打开桐果,里头有五六颗种子。再把种子打开,里头是白色的桐仁。桐油,就是从桐仁里榨出来的。

桐树怕冷,在北方没有它的足迹。桐树的故乡,是在那又温暖又湿润的南方。

桐油是一种又粘又稠的液体,有浅黄色的,也有棕黄色的。冷榨桐油为浅黄色,热压桐油为棕黄色。

桐油有这么一手好本领:把它涂在器具表面上,过两三天以后,就凝成一层又透明、又光洁、一点也不粘手的薄膜。这层薄膜的防腐性能非常好。

其实,这是一场化学反应,全靠氧气在帮忙。桐油的主要成分是桐油酸甘油酯。这种具有特殊结构的不饱和酯的分子善于从空气中“抓”住氧气,变成饱和的化合物。桐油涂在物体表面后,被氧气迅速地氧化或者相互间发生聚合,形成一层富有弹性的胶状物。所以,桐油可算是一种“干性油”。

经过加热处理和加添干燥剂后的熟桐油干得更快了,它能在24小时内完全干燥成坚韧的薄膜。

走近桐油桶,常常会闻到一股特殊的气味。这气味主要是桐油酸甘油酯本身的气味,但是这并不影响它的用途。

现在,桐油大量地被用于油漆、人造革和医药工业。因为桐油氧化后生成的膜不导电,又能耐酸耐碱,在电气工业、化学工业上,也常常用到它。

“不翼而飞”的樟脑

人们常常在衣柜里,放进白色的樟脑丸,以防止羊毛衣物被虫蛀。

在热带和亚热带,有一种身材魁梧的大树,叫做樟树。