化學界的“騾子”——液晶
有一種新型電子計算器,它有許多本領,既可以用來計算,又能顯示日曆和時間,若要它定時報信,它又有準時發出“嘟——嘟——”的聲音。這許多功能都在一塊小小的屏幕上映現出來。這塊屏幕,就是用嶄新的顯示材料——液晶做成的。
液晶是什麼,又是怎樣被發現的呢?
1888年,澳大利亞有位叫萊尼茨爾的科學家,合成了一種奇怪的有機化合物,它有兩個熔點。把固態晶體加熱到145℃時,便熔成液體,隻不過是渾濁的,而一切純淨物質熔化時卻是透明的。如果繼續加熱到175℃時,它似乎再次熔化,變成清澈透明的液體。後來,德國物理學家列曼把處於“中間地帶”的渾濁液體,叫做液晶。它好比是既不像馬,又不像驢的騾子,所以有人稱它為有機界的“騾子”。液晶自被發現後,人們並不知道它有什麼用途,直到1968年,人們才把它作為電子工業上的重要材料。
電子表或者計算器中的液晶為什麼會顯示出數字呢?原來,液晶在正常情況下,它的分子排列很有秩序,是清澈透明的。但是,加上直流電場以後,分子的排列被打亂了,有一部分液晶變得不透明顏色變深,因而能顯示數字和圖像。
根據液晶會變色的特點,人們便用它來指示溫度、報警毒氣等。例如,液晶能隨著溫度的變化,使顏色從紅變綠、藍。這樣可以指示出某個實驗中的溫度。液晶遇上氯化氫、氫氰酸之類的有毒氣體,也會變色。在化工廠裏,人們把液晶片掛在牆上,一旦有微量毒氣逸出,液晶變色了,就提醒人們趕緊去查漏、堵漏。
最理想的燃料
汽車、飛機等現代交通工具都用汽油作動力燃料,可是汽油在內燃機裏並不能完全燃燒,而且燃燒之後產生的有害廢氣又嚴重地汙染大氣。科學家經過長期研究,認為氫才是一種最理想的燃料。
水是氫的“倉庫”,用電解的方法,可以把水中的氫和氧分離出來。如果把氫和氧重新混合燃燒,就會產生3000℃的高溫。燃燒後生成的水對人類也不會產生汙染,所以氫是最清潔的燃料。
氫又是熱效率最高的燃料。同汽油相比,重量相等的氫在燃燒後產生的能量多,氫氣在空氣中燃燒的速度比汽油要快十倍以上。
以氫氣作為燃料的最大困難是它不易貯存。氫在零下259℃以下才能變成固體。液態氫必須保存在零下253℃低溫中,稍微提高一點溫度,就會沸騰,到零下239.9℃,液態氫極易揮發和氣化。科學家已經想出了不少貯存的辦法,但要把它變成汽車和飛機的燃料,仍有不少困難。
科學家還在考慮另一種比普通氫更好的燃料,它是氫的孿生兄弟——重氫,學名叫氘。從水中電解出來的氫有萬分之二是氘。每50噸水可電解產生5噸氫,其中有1公斤是氘,它在發生核反應時,能產生1.8億千瓦的能量,相當於10公斤鈾或2萬噸煤所產生的能量。假如人工能夠控製氘的核反應,那麼氘便是取之不盡用之不竭的永久能源。
化肥之源
氮是肥料三要素(氮、磷、鉀)中首要一員,莊稼離不開氮。空氣中雖有約五分之四的氮氣,可惜不能直接被植物當作氧料吸收。
100多年前,化學家就設想把空氣中的氮變成肥料。直到1908年,德國化學家哈柏才找到了用氮氣和氫氣直接化合生成氨的方法,也就是現在合成氨工業中的“哈柏法”。這種方法必須在高溫高壓下,才能把氮氣和氫氣經過催化而合成氨。
後來,人們從豆科植物的根瘤菌中得到啟示,試圖找到一種化合物,讓氮氣在常溫常壓的條件下,輕而易舉地變成氮肥供植物吸收。
十多年前,我國科學家盧嘉錫在研究固氮酶固氮活性中心的結構模型方麵取得成就。根據盧嘉錫教授的理論模型合成出的化合物,具有將氮氣合成氨的能力,這項成果使我國在化學模擬生物固氮的研究上,達到了世界先進水平。
為什麼豆科植物的根瘤菌能把氮氣變成氮肥呢?十多年前,科學家從固氮微生物體內分離出固氮酶,對固氮酶的兩種蛋白質——鉬鐵蛋白和鐵蛋白進行了研究,才弄清了“廬山真麵目”:隻有這兩種蛋白同時存在,固氮酶才有固氮能力。於是,科學家向固氮微生物學習,研究固氮酶的活性中心模型,以便讓“模型物”像固氮菌一樣,能夠在常溫常壓下,把氮氣源源不斷地製造成氨。