书城教材教辅中学化学课程资源丛书-化学海洋
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第7章 化学与日用品(1)

在每天的生活中,我们都要接触大量的日常生活用品。早上起来洗脸刷牙要用香皂牙膏;午饭过后收拾餐具要用洗涤剂;照相留影要用胶卷;学习上课要用墨水纸笔……

那这与化学有什么联系?这其中的联系大着呢。只要生活中留心,就会发现日用品中有好多化学知识,化学就在我们身边。

(第一节)樟脑球不翼而飞

毛料服装,非常容易遭虫蛀。它的主要成分是羊毛,含有较高的油脂和蛋白质,很合蛀虫和蠹虫的口味。同样,天然纤维麻棉等也易虫蛀,化学纤维相对好一些,蛀虫、蠹虫只有在饥不择食时才会光顾它。所以每当阳春三月,天气转暖,我们将洗净晒干的棉袄、纯毛衣裤收起来时,总不忘放一些樟脑球来驱虫防蛀。

原来樟脑球会散发出一种特殊的气味,人闻着挺清香,蠹虫等闻了就受不了,只能“闻味而逃”。樟脑是怎么来的呢?

在热带和亚热带,有一种身材魁梧的大树,叫做樟树。樟木箱就是用樟树的树干做成的。樟木的木头很香,人们把樟木锯碎,用热的水蒸气进行蒸馏,制得了芳香的樟油。樟油再经提纯,就得到了白色的樟脑。纯净的樟脑,是白色或无色的棱形晶体,很香。用樟木做成的箱子,因为樟木中含有很多的樟脑,同样起到有效的驱虫作用。

我国的台湾就盛产樟树。江西、湖南和浙江也有许多樟树。不过,樟树不能在北方生产,天然樟脑的产量很有限。另外,樟脑又是重要的化工原料,在医药、塑料、香料等工业上有更大的用处。天然樟脑由于供不应求,合成樟脑应运而生了。

第一次世界大战期间,人们发明了合成樟脑。合成樟脑用松节油做原料,经多步化学反应制成,由于合成樟脑的性质、气味和天然樟脑相似,同样具有驱虫作用,人们就用它来代替天然樟脑。

有一段时间曾用从煤焦油里提炼出的萘来作樟脑的代用品,因为萘具有近似于樟脑的气味,能驱蠹虫,人们常称它为“卫生球”:“卫生球”很便宜,但美中不足的是萘往往提炼不纯,会在衣服上留下黄斑,且萘有毒,所以已逐渐被淘汰了。

天然樟脑、合成樟脑、萘的驱虫作用,在很大程度上得益于它们的易挥发性,使蠹虫老远就闻到气味,不敢趋近。冬天打开衣箱取出棉衣时,你会发现原来放进去的樟脑球“香未消,玉已散损”,踪迹全无,但清香犹在。这是由于樟脑极易挥发,以至会直接变成气体跑掉。这种固体不经过液态就直接变成蒸汽的现象,在化学上叫做“升华”。

涂抹在皮肤上的碘酒(碘的酒精溶液),在酒精干了之后,皮肤上的黄色也很快褪去。这是黄色的碘,变成气体,升华了。樟脑无时无刻不在升华。在100℃时,一颗樟脑丸,一会儿就“不翼而飞”了。在室温下,挥发得慢一些,不过,日子久了,樟脑球就渐渐地变成蒸汽全飞到空气中去了。

(第二节)讨厌的水垢

上一节说到肥皂在井水、泉水、海水里容易生成“豆腐渣”,开水壶用久了,内壁将长出一层厚厚的水垢。

雨降到地面,涓涓细流汇成江河,驰骋于山脉,流淌过平原冲刷着土壤与矿石,溶解了不少矿物质。井水、泉水等地下水含有更多的矿物质。

钙盐和镁盐是最主要最常见的矿物质,于是河水、湖水、井水镁含量越多,我们就说硬度越大。自然界中江河湖海及地下水都是硬水,刚下的雨雪,不含矿物质是软水。通常,自来水是经过河水、湖水、地下水沉降,除去泥沙,消毒杀菌得到的,也具有一定的硬度。

用硬水洗衣服的时候,水中的钙镁离子与肥皂反应生成脂肪酸钙和脂肪酸镁絮状不溶物,即“豆腐渣”,自然也不利于泡沫生成了。如果我们在一块干净的玻璃片上滴上一滴水,等到水滴干后,玻璃片上留下水痕,这就是水里溶解了矿物质。

水烧开后,一部分水蒸发了,本来不好溶解的硫酸钙沉淀下来,原来溶解的碳酸氢钙和碳酸氢镁,在沸腾的水里分解,放出二氧化碳,变成难溶解的碳酸钙和碳酸镁(它们是石灰石、白云石的主要成分)也沉淀下来,这就是水垢的来历。

用硬水洗衣服的时候,水里的钙镁离子和肥皂结合,生成了脂肪酸钙和脂肪酸镁的絮状沉淀,这就是“豆腐渣”的来历。

在硬水里洗衣服,浪费肥皂。水壶里长了水垢,不容易传热,浪费燃料。这些对于一个家庭来说,浪费还不算严重,对于工厂来说,问题就大啦。工厂供暖供汽用的大锅炉,有的每小时要送出好几吨蒸汽,相当于烧干几吨水。

据试验,一吨河水里大约有1.6公斤矿物质;而一吨井水里的矿物质高达30公斤左右。一天输送几十吨蒸汽,硬水在锅炉内壁沉积出的水垢数量,又该多么惊人!大锅炉里结了水垢,好比锅炉壁的钢板和水之间筑起一座隔热的石墙。锅炉钢板挨不着水,炉膛的火一个劲地把钢板烧得通红。这时候,如果水垢出现裂缝,水立即渗漏到高温的钢板上,急剧蒸发,造成锅炉内压力猛增,就要发生爆炸。锅炉爆炸的威力,不亚于一颗重磅炸弹!可见水垢的危害,决不能等闲视之!

因此,在工厂里,往往在水里加入适量的碳酸钠,使水中的钙镁盐类变成沉淀除去,水就变成了软水。使硬水通过离子交换树脂,也能除去其中的矿物质,得到软水。

家里的水壶、暖水瓶里长了水垢,怎么清除干净呢?

小心地将水壶烧到刚刚要干,立即浸到凉水里。这一热一冷,由于铝和水垢热胀冷缩的程度不同,水垢就会碎裂,从壶壁上脱落下来。水垢的主要成分是碳酸钙、碳酸镁,它们可以和酸起化学变化。根据这个道理,在水壶里倒些食醋,在火上温热一下,只见水垢上放出密密麻麻的小气泡,水垢便粉碎了。用稀盐酸也能除水垢。稀盐酸“消化”碳酸钙的能力比食醋强,不过,操作起来要十分小心,别让盐酸把手也腐蚀坏了。要知道,盐酸和铝很容易起反应。如果是搪瓷水壶,搪瓷又未脱落,用稀盐酸除水垢当然好。暖水瓶里的水垢这样除去,更没问题了。

(第三节)浅谈化妆品

一、防晒霜为什么能防晒

假如向皮肤科医生请教怎样保护自己的皮肤,他们的回答肯定是避免太阳的暴晒。长时间在海洋上作业的渔民、海员,脸色苍老油黑,皮肤粗糙多皱,皮肤的衰老程度往往超过实际的年龄。这全是由于太阳光中紫外线过度照射的结果。

紫外线虽有杀菌的能力,但也能伤害人体皮肤上的角质细胞,轻的能使皮肤出现红斑、灼痛,严重的出现水肿,甚至导致褐斑、雀斑恶化,诱发皮肤癌。防晒霜可以减缓紫外线对皮肤的伤害,为露天作业的人们带来了福音。

在防晒霜中,除含有一般膏霜制品中都有的油分和水分外,还加入一种能反射或吸收紫外线的防晒剂。最早的防晒霜中使用的防晒剂是一些固体粉末,如氧化锌、二氧化钛、滑石粉、高岭土等。它们都能反射紫外线,所以有防晒的功效。同样道理,目前一般的粉制雪花膏、香粉等搽敷后也有一定的防晒作用。

以后发展的防晒剂则添加了能吸收紫外线的防晒剂。它们大多是复杂的有机物,具有很强的吸收紫外线的能力,像有一种叫氨基苯甲酸丁酯的物质,它能吸收99%到达皮肤上的紫外线,因此具有十分理想的防晒效果。

奇妙的是,人们发现,从某些植物的茎、叶和果实中提取的物质或浸出液也具有吸收紫外线的能力。例如,从黄瓜中提取的黄瓜油和芦荟(一种热带和亚热带的厚叶类植物)茎叶的汁液等,把它们混在化妆品中,就能制成防晒霜、防晒油或防晒水。目前市场上备受青睐的化妆品,就是用芦荟浸出液做添加物的。

二、搽冷霜为什么有凉感

冷霜是一种油性的护肤化妆品,这一类化妆品有一个共同的特点,就是搽敷后,皮肤会产生一种微微阴凉的感觉,故有“冷”霜的名称。而同样是护肤的雪花膏,却不会有这种冷感。这是怎么回事呢?

大家都有这样的经验,从游泳池中出来,全身湿淋淋的,遇风一吹,就有冷飕飕的感觉;炎热的夏天,身上撒一些水,就觉得很凉快。这是由于水分蒸发,吸收了皮肤上热量的缘故。

同样的道理,由于冷霜中含有水分,搽上皮肤以后,通过水分的蒸发,这样就使皮肤产生了凉感。

也许有人会问,雪花膏中也有水分,为什么不会产生冷感呢?原来雪花膏中还含有甘油成分。甘油有很强的吸水能力,化学上把它叫做吸水剂或保湿剂。在雪花膏里掺和进甘油以后,它就能吸收空气中的湿气和防止皮肤上水分的蒸发。所以雪花膏搽在皮肤上,其水分不会很快蒸发,也就不会有阴凉感了。

在冬天,有的人还在脸部和手脚处直接搽一些掺和水的甘油,就是利用甘油的这个特性,来达到保护皮肤、滋润皮肤的目的。

而冷霜呢,因为它不含有甘油等保湿性物质,所以它的水分会较快地蒸发,使人的皮肤产生冷感。

三、定型摩丝为什么能固定发型

理发师为了固定发型,常常在烫发后往头发上喷一些好像泡沫—样的东西,人们称之为“定型摩丝”。可也真奇怪,喷上定型摩丝后,发型就被固定,不会再随风飘动,而且可以保持较长的时间而不变形。因此它很受人们的欢迎。那么,什么是定型摩丝?它为什么能固定发型呢?

定型摩丝是一种用石油、煤等为原料,经过化学加工合成的高分子化合物,它们的分子量高达几十万甚至上百万,分子中的碳原子数成千上万。人们熟悉的塑料、合成橡胶和合成纤维就是合成高分子化合物中最重要的三个大类。

合成高分子化合物的结构可以是线状的几千个碳原子彼此拉起手来,连成一根长链,链上连接着氢、氧、氮等其他原子。这种长链分子彼此靠近,互相缠绕卷曲,就形成了有一定强度的材料。如果长链与长链之间通过某些原子或基团再彼此连接起来,那就会形成一种网状的高分子材料,这种材料即使加热也不会再软化、变形。

定型摩丝就是这样一种高分子化合物,把这种物质溶解在一种非常容易挥发的溶剂中配制成药液,再加入少量增塑剂、防水剂,香精等就成了定型摩丝。

使用时,当把药液喷在头发上时,药液中成雾状的溶剂就会迅速挥发,高分子化合物就从溶液中析出,附着在头发上。这些线状的长链化合物会使头发的刚性大大增加,继而使它们变硬,不易弯曲,这样就能将理发师做好的发型固定下来。

四、染发剂为什么会使头发变黑

随着生活水平的提高,美容美发已成为人们生活中的时尚,各种各样的染发剂也就应运而生。

染发剂是怎样的一种物质,为什么能使白发变黑呢?

头发和羊毛一样,都是一种蛋白质纤维。白发的染黑和羊毛的染色,其原理是相同的。染的方式也差不多,就是使染料掺入纤维内部,或吸附在表面,或跟纤维形成某种化学结合,从而使白发染黑(也可以染上其他颜色)。其差别是,羊毛放在染缸中,可以使用作用较剧烈的化学物质;而染发则不能这样,所以要求染发剂具有性质温和、无毒性、无腐蚀性等特性,并且不能损伤头皮和头发。

人们最初是采用植物染料来染发的。我国公元前的古籍上就有用藏红花、茜草等植物的汁液,并混入硝石、石灰等矿物进行染发的记载。这些植物染料在空气中氧气的作用下,逐渐变成深色物质而达到染发目的。

但是,这种染发剂容易被洗去,时间不耐久。后来,便采用金属盐类染发剂,主要是含铅、银的物质,在辅一些碱性物质,将头发染黑。例如,一种硫黄和醋酸铅的染发剂,在染发时,它们相互作用生成黑色的硫化铅,这种染发比较耐久。

然而,此类染发剂因铅、银等金属元素对人体有潜在的毒性,故已逐渐被淘汰。目前采用的染发剂都是安全无毒、耐久方便的新型氧化型染发剂,这类染发剂采用的是氧化性染料。

所谓氧化性染料,就是在染发前没有颜色,只有在染发时经氧化后(如空气中的氧气的氧化)才显出颜色。因此,这种染发剂有两种药液,一种是染料(实际是染料的前身),另一种是名叫过氧化氢的氧化剂。

染发时,把这两种药液混合,并迅速搽在白发上,染料在过氧化氢的作用下,发生了一系列的化学变化,并渗入头发内部,与头发中的蛋白质结合,最后生成锁闭在头发蛋白质上的黑色物质。整个过程大约需要15分钟。经这样一两次染发后,白发就可以逐渐变黑,酷似自然的黑发。

自19世纪50年代开始,人们又研制了一种自动氧化染发剂。就是利用空气中氧气的氧化作用,使染料变黑。这样,染发剂便不需要用两种药液混合使用了,只要一种药液就可以染发了。

目前,市场上出售的适合于家庭自染的染发剂,大多还含有其他成分。如增稠剂、头发整理剂等,使染后的头发更富有光泽。有的还混入洗涤剂、洗发香波等成分,使洗发和染发一次完成,从而更加受到消费者的青睐。

五、越陈越香的花露水

夏天,被蚊子叮了以后,我们往往涂点花露水,就可以消肿止痒,而且会弥漫一阵阵香气。

花露水,并不是花上的露水。按化学成分来说,它是香精、酒精和水的混合溶液。花露水含的香精是由多种香料混合而成,所以香气醇厚持久,且不单调。这些香料大部分不溶于水,而溶于酒精,香精随着酒精不断挥发,使香气迅速扩散到空气中,花露水所用的酒精浓度大约70%,有最大的杀菌效果,所以,蚊虫叮咬后涂花露水可以杀菌止痒。

人们常说,花露水越陈越香。这是什么道理呢?

原来,香精在和酒精作用过程中,粗糙的气味渐渐变得和顺。时间越久,越香越醇。另外,酒精极易挥发,自然越来越香。看来,花露水越陈越香是有一定科学道理的。

(第四节)笔墨与化学

一、形形色色的笔

北宋著名的书画家苏东坡的“信手拈来世已惊,三江滚滚笔头倾”,展现出笔锋纵横、笔触万机的气势。我国古代,在文房四宝中“笔”占首位,突出了笔的重要性。在现今社会中笔更具有重要的现实意义。

1.铅笔

常见的铅笔有两种,一是用木材固定铅笔芯的铅笔;一是把铅笔芯装入细长塑料管并可移动的活动铅笔。不管是怎样的铅笔,其核心部分就是用铅笔芯。

铅笔芯是由石墨掺合一定比例的黏土制成的,当掺入黏土较多时铅笔芯硬度增大,笔上标有Hard的首写字母H;反之则石墨的比例增大,硬度减小,黑色增强,笔上标有Black的首写字母B;HB铅笔则软硬适中,浓淡合适。儿童学习、写字适用软硬适中的HB标号铅笔,绘图常用6H铅笔,而2B、6B铅笔常用于画画。

2.钢笔

笔头用各含5%~10%的Cr、Ni合金组成的特种钢制成的笔。铬镍钢抗腐蚀性强,不易氧化,是一种不锈钢,在钢笔中,一种是由笔头蘸墨水使用的叫蘸水钢笔;另一种是现在通用具有贮存墨水装置,写字时流到笔尖的自来水钢笔。

钢笔的笔头是合金钢,钢笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。该种笔的抗腐蚀性能好,但耐磨性能欠佳。

3.圆珠笔

是用油墨配不同的颜料书写的一种笔。笔尖是个小钢珠,把小钢珠嵌入一个小圆柱体型铜制的碗内,后连接装有油墨的塑料管,油墨随钢珠转动由四周流下。