书城科普读物智慧百科(科学卷)
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第11章 化学工业(2)

直到战争结束,“内卡尔”才被证明是一种可用的肥皂替代物。但“内卡尔”作为一种清洁剂并不十分有效,而且在东西洗干净之前还需要大量揉搓。销售“内卡尔”的德国“法尔本”公司继续深入进行清洁剂的研究工作。英国“尤尼利弗”公司也同样如此。

到1929年,“法尔本”公司的化学家们想出了如何在肥皂粉内加入发荧光的化学药品。这些化学药品将光线反射为带一点蓝色,产生出一种“比白还白”的效果。在硬水中,把肥皂用作去垢剂还存在着另外一些问题,比如不产生大量的泡沫等。合成清洁剂通常产生比肥皂多得多的泡沫。

一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成,俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家。煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质,由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。

煤作为一种燃料,早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料,是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用,煤被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为7000大卡/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。

天然气

天然气系古生物遗骸长期沉积地下,经慢慢转化及变质裂解而产生之气态碳氢化合物,具可燃性,多在油田开采原油时伴随而出。

天然气蕴藏在地下约3000~4000米之多孔隙岩层中,主要成分为甲烷,比重0.65,比空气轻,具有无色、无味、无毒之特性,天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂,以资用户嗅辨。

依天然气蕴藏状态,又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、与不含液体成份的干性天然气。

高分子化合物

高分子化合物(又称高聚物)的分子比低分子有机化合物的分子大得多。一般有机化合物的相对分子质量不超过1000,而高分子化合物的相对分子质量可高达104~106。由于高分子化合物的相对分子质量很大,所以在物理、化学和力学性能上与低分子化合物有很大差异。

高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成。同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同,所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物,其相对分子质量与聚合度都是平均值。

高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态形式存在。固态高聚物按其结构形态可分为晶态和非晶态。前者分子排列规整有序;而后者分子排列无规则。同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。大多数的合成树脂都是非晶态结构。

燃料和颜料

燃料是指燃烧时能产生热能、光能的物质。按形态可以分成固体燃料(如煤、炭、木材);液体燃料(汽油、煤油);气体燃料(天然气、煤气、沼气)。颜料就是能使物体染上颜色的物质。颜料有可溶性的和不可溶性的,有无机的和有机的区别。无机颜料一般是矿物性物质,人类很早就知道使用无机颜料,利用有色的土和矿石,在岩壁上作画和涂抹身体。有机颜料一般取自植物和海洋动物,如茜蓝、藤黄和古罗马从贝类中提炼的紫色。可溶性颜料也叫染料,可以用溶液直接印染织物。不溶性颜料要磨细加入介质中,如油、水等。然後涂布到需要染色的物体表面形成覆盖层。现代有许多人工合成的化学物质做成的颜料,可以满足人类对需要详细划分色相时的应用,如绘画就需要许多不同的相差很细微的颜料。

化妆品

化妆品是除简单的清洁用品以外,被用来提升人体美丽程度的物质,但是皮肤科专家指出,大多数化妆品对人体是有害的。通常在一些肥皂和皮肤增白霜中是含有汞的,而汞是以氯化汞或碘化汞的形式存在。化妆品汞离子能取代酪氨酸分子中的铜,从而使铜失活。研究者认为,不论是有机汞或无机汞,均很容易被正常皮肤吸收。据有关试验证明:在5小时内,局部应用剂量的6%可被吸收,而炎性皮肤则更易吸收。

因此,如果每天将这类增白化妆品应用2~4次,汞的慢性积聚作用是不容低估的。医学研究表明,汞对人局部的毒性作用可使皮内重金属类积聚,有时反而引起色素过度沉着和面颈部的接触性皮炎。另外,汞对全身的潜在危害,可使体重下降、倦怠、贫血、脱发、口炎、肾损伤(如蛋白尿)和出现中枢神经系统症状(如头痛)等。

粘合剂

粘合剂是最重要的辅助材料之一,在包装作业中应用极为广泛。粘合剂是具有粘性的物质,借助其粘性能将两种分离的材料连接在一起。它包括①天然粘合剂。它取自于自然界中的物质,包括淀粉、蛋白质、糊精、动物胶、虫胶、皮胶、松香等生物粘合剂;也包括沥青等矿物粘合剂。②人工粘合剂。这是用人工制造的物质,包括水玻璃等无机粘合剂,以及合成树脂、合成橡胶等有机粘合剂。

纤维

纤维是天然或人工合成的细丝状物质.在现代生活中,纤维的应用无处不在,而且其中蕴含的高科技还不少呢。导弹需要防高温,江堤需要防垮塌,水泥需要防开裂,血管和神经需要修补,这些都离不开纤维这个小身材的“神奇小子”。

穿得舒服,御寒防晒,是我们对衣服的最初要求,如今这个要求已很容易达到。海藻碳纤维做成衣服后,穿着时能长期使人体分子磨擦产生热反应,促进身体血液循环,因此能蓄热保温,而防紫外线辐射的纤维制成的衣服便可减少我们夏日撑伞的麻烦。

不过现在人们不仅要求穿得暖和,还增加了许多新要求,纤维都能一一满足:过去的年代曾经流行过“涤盖棉”、“丙盖棉”,面料外涤里棉,是因为棉和肌肤的亲和性好,而涤与丙纶结实耐磨,方便洗涤。现在的新材料有了颠覆性的转变,可以“棉盖涤”、“棉盖丙”,新型的抗菌导湿纤维,比通常的纤维直径10~100μm还要小,织成的面料可以使汗液透过,却不附着,这样汗液便被排到外层的棉布层,衣服贴身面便可随时保持干爽,千变万化只为了使我们穿着更舒适。

纸是我们可敬的蔡伦老祖宗发明的。在上古时代,祖先主要依靠结绳纪事,以后渐渐发明了文字,开始用甲骨作为书写材料。后来又发现和利用竹片和木片以及缣帛作为书写材料。但由于缣帛太昂贵,竹片太笨重,于是便有了纸的发明。

据考证,我国西汉时已开始了纸的制作,魏晋南北朝时期纸广泛流传。普遍为人们所使用,造纸术进一步提高。造纸原料也多样化,纸的名目繁多包括竹帘纸、藤纸、鱼卵纸等等。蔡伦造纸的原料广泛,以烂渔网造的纸叫网纸,破布造的纸叫布纸。

玻璃

玻璃是一种较为透明的固体物质,主要成份是二氧化硅,其广泛应用于建筑物,用来隔风却透光。

玻璃的发明:3000多年前,一艘欧洲腓尼基人的商船,满载着晶体矿物“天然苏打”,航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮,商船搁浅了。于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅,搬来木柴,并用几块“天然苏打”作为大锅的支架,在沙滩上做起饭来。船员们吃完饭,潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时,突然有人高喊:“大家快来看啊,锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西!”

船员们把这些闪烁光芒的东西,带到船上仔细研究起来。他们发现,这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来,这些闪光的东西,是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打,在火焰的作用下,与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体,这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起,然后用一种特制的炉子熔化,制成玻璃球,使腓尼基人发了一笔大财。

半导体材料

半导体材料是指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电导率在10(U-3)~10(U-9)Ω/cm范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。

复合材料

复合材料是以一种材料为基体,另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称。50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。