第三章學生化學發明啟迪1
1解法製鋁的發明
.現代煉鋼技術的發明
直到19世紀中期，歐洲煉鋼仍然采用攪拌法，即是把生鐵加熱到熔化或半熔後，放進熔池中進行攪拌。它借助攪拌時空氣中的氧氣將生鐵中的碳氧化掉，這正是1600多年前我國漢朝時代出現的炒鋼法。1860年在英國大約有3400多座攪拌煉鋼池，每12小時一般攪煉一池，每池250千克。
在攪拌池中煉鋼很難控製鋼中碳的含量，而且要耗費很大的人力。到1856年，英國人貝塞麥(H.Bessemer，1813～1898)創造了一種轉爐煉鋼法，解決了這個難題。
貝塞麥是一位法國大革命時逃亡到英國的機械工程師的兒子，少年在離開鄉村學校後當上鉛字澆鑄工，17歲開始經營生產金屬合金和青銅粉，在參加英、法與俄羅斯對抗的克裏米亞(Crimea)戰爭(1853～1856)中，親眼目睹用生鐵或熟鐵製造的炮身經受不住火藥的爆炸力，常常產生爆裂，遂促使他尋找一種生產鋼的方便方法。
貝塞麥曾經注意到一些固態的鑄鐵塊在熔化前由於暴露在空氣中而脫碳了，當然這種氧化作用就是攪拌法煉鋼的原理，他沒有學過化學，不了解這個原理，但卻使他考慮到把空氣鼓入鐵水中煉鋼。於是在1856年的一天，他在倫敦聖潘克拉斯(St.Pancras)建成一座煉鋼爐。
這是一座固定式容器。可盛放350千克鑄鐵，把空氣加壓鼓入容器中後，反應的猛烈程度使貝塞麥大吃一驚，因為他沒有估計到鑄鐵中碳與空氣中氧氣的反應以及其他雜質與氧氣的反應會放熱。幸好，10分鍾後，當雜質已除去後，火焰平息了，可以走近容器，切斷加壓的空氣流。金屬被注入錠模中，經測定是低碳鋼。1856年8月11日，貝塞麥在切爾特南(Cheltenham)不列顛協會的會議上公布了這一創造發明。很快，貝塞麥製成一種可轉動的可傾倒式轉爐，每爐可容納5噸生鐵，熔煉時間為1小時，包括補爐和鑄錠的時間在內，大大縮短了攪拌煉鋼的時間，更減少了攪拌熔煉操作所費的力氣。於是，國內外煉鋼廠紛紛購買此法的生產許可證。
貝塞麥在宣布他的創造發明後受到各界人士的熱情讚揚，但是很快就遭受到批評和嘲諷，原因是用他創造的轉爐煉出的鋼錠由於氧化過度，生成的氧化鐵存在鋼中，同時生鐵中的磷未能除去，使鋼的質量很差，不是疏鬆，就是硬脆，在鍛打時發生斷裂。
關於鋼中存在過量氧化鐵的問題，後來由英國一位富有煉鋼實踐經驗的馬希特(R.F.Mushet)解決了，他在熔化了的金屬中添加稱為鏡鐵的鐵、錳和碳的合金，因為錳能將生成的氧化鐵還原。
除去鐵礦石中的磷是煉鋼中長期未解決的問題。貝塞麥和其他所有煉鋼爐的建造者一樣，用含矽的材料作為爐的襯裏。這種爐襯不會和磷被氧化生成的氧化物結合，不能把這種穩定的化合物從鋼中除去。貝塞麥隻能選用含磷低於005%(質量分數)的礦石煉成鐵後再煉鋼。
除磷的問題後來卻由英國一位法院的書記員托馬斯(SG.Thomas，1850~1885)經試驗後解決了，在1878年獲得成功。
托馬斯雖然是一位法庭書記員，卻熱愛化學。他利用業餘時間進倫敦大學伯克培克(Birkbeck)學院進修化學課程，並通過英國皇家礦業學院冶金學和化學的考試。他在得知貝塞麥煉鋼中需要解決除磷的問題後，用各種化學物質，包括氧化鎂和石灰等進行試驗，在他的表弟吉爾克裏斯特(P.C.Gilchrist)協助下，在布萊納封(Blaenavon)的煉鋼廠用一個轉爐進行試驗，他的表弟正是這個煉鋼廠的化學師。他們兩人在1877～1878年進行了9個月的試驗，證明經焙燒過的白雲石用石灰黏結作為轉爐襯裏能滿意地除去磷，而且還同時生產出寶貴的磷肥，後人為紀念他，至今把這種磷肥稱為托馬斯磷肥。
白雲石是含有碳酸鎂、碳酸鈣的岩石，焙燒後生成氧化鎂、氧化鈣等，能與磷的氧化物化合生成鎂和鈣的磷酸鹽，是很好的磷肥。
1883年托馬斯獲得貝塞麥獎章，可惜因患肺結核病，35歲即逝世。貝塞麥發明創造的轉爐煉鋼法在得到托馬斯等人的改進後一直沿用至今。現今使用的轉爐可以繞水平軸旋轉，便於加料和卸料。爐底有氣孔，從氣孔鼓入空氣。用它煉一爐鋼約需十幾分鍾，容量從一噸到數十噸不等。
隨著工業的發展，在生產建設和日常生活中出現了大量的廢鋼、廢鐵。這些廢料在轉爐中不能利用，於是在出現轉爐煉鋼的同時，出現了平爐煉鋼。
在轉爐煉鋼中，使金屬保持液態所需的熱量是由化學反應所產生的熱提供的，但在平爐煉鋼中，化學反應產生的熱量不足以使金屬保持熔融狀態，所以必須由外部熱源供應熱量。
1856年，德國人西門子·弗雷德裏克(FrederickSiemens)利用熱再生原理創建一種交流換熱爐。這是在燃燒爐兩側各建一蓄熱格子磚室，從燃燒爐中出來的熾熱的燃燒廢氣通過一邊的格子磚室，將熱量傳給格子磚，隨後將燃燒用的空氣通過被加熱的磚室，提高溫度後進入燃燒室燃燒，從而提高了爐溫。每隔一定時間，交換空氣和廢氣的流動方向，使兩邊的蓄熱室交替使用。這種爐子最初被用來燒製玻璃，後來被用來煉鋼，這就是平爐。
最初，在平爐中燃燒固體燃料。1861年西門子·弗雷德裏克的兄弟西門子·威廉(WilliamSiemens，1823～1883)創造一種煤氣發生爐，生產發生爐煤氣。這是將定量的空氣和少量水蒸氣通過燃燒的煤或赤熱的焦炭，使之生成的二氧化碳盡可能轉變成可燃的一氧化碳。水蒸氣與碳反應後生成可燃的一氧化碳和氫氣。
西門子·威廉是一位工程師，在德國接受正規的技術教育後來到英國；西門子·弗雷德裏克在德國得累斯頓(Dresden)經營電氣公司，也曾到英國。他們兄弟二人認為英國鼓勵工程技術人員和發明創造者，在英國申請專利比較方便。他們於1866年在英國伯明翰(Birmingham)共同建立西門子鋼廠，利用平爐進行煉鋼。
西門子兄弟共四人，都是出色的發明家。威廉是老二，弗雷德裏克是老三。老大西門子·維勒(WernerSiemens，1816～1892)是一位電化學家，發明發電機原理，創建德國西門子公司。最小的弟弟西門子·卡爾(CarlSiemens)在俄羅斯創辦企業。這樣，維勒被稱為“柏林的西門子”；威廉被稱為“倫敦的西門子”；弗裏德裏克被稱為“德累斯頓的西門子”；卡爾被稱為“俄羅斯的西門子”。
差不多在同一個時期，法國冶金學家馬丁(P.Martin，1824～1915)和他的兄弟(B.Martin)同樣利用熱再生原理，建立平爐，在法國錫雷(Sireuil)建廠生產。他們生產的鋼在1867年巴黎博覽會上展出獲金質獎章。馬丁在1915年獲英國鋼鐵學會授予的貝塞麥獎章。
2.農藥的發明
人們從遠古時代開始進行農業生產後，就出現跟病、蟲、鼠、雜草爭奪收獲的鬥爭了。隨著近年來世界人口的迅速增加，這種鬥爭就更加劇烈。施用農藥是一種切實可行的鬥爭手段。
農藥的使用和醫藥一樣，最先是采用天然物質，然後是提取有效成分，再後是化學製取。
莽草、附子等都是我國古書中出現的驅蟲農藥。莽草是一種常綠灌木，產於我國長江中下遊各地，果實劇毒。附子是烏頭塊根的側根，有毒。烏頭是一種多年生草本，有塊根，內含植物堿——烏頭堿，毒性很大。我國古代獵人用它的汁液塗敷在箭頭上狩獵動物，也用於戰爭中。我國農村至今還廣泛使用艾蒿薰蚊。
煙草、除蟲菊、魚藤等有毒植物是世界各地廣泛應用的農藥。除蟲菊酯、魚藤酮就是從除蟲菊、魚藤中提取的物質。
砒霜(As2O3)、雄黃(AsS)、雌黃(As2S3)這些含硫和砷的天然礦物和天然硫磺是世界各地普遍使用的驅蟲藥、農藥和滅鼠藥。
1858年，歐洲首先把二硫化碳(CS2)作為一種化學製取的物質用來防治葡萄蚜蟲。接著在美國，馬鈴薯甲蟲猖獗，1860年開始使用巴黎綠防治。巴黎綠的化學名稱是醋酸亞砷銅［(CH3COO)2Cu·3Cu(AsO２)2］，是一種深綠色粉末，除防治馬鈴薯甲蟲外，能防治果樹和蔬菜的多種害蟲。
1882年，硫酸銅被用於殺菌，事出偶然，卻揭開了殺菌劑史上光輝的一頁，這就是波爾多液。波爾多(Bordeaux)是法國大西洋沿岸的一個小城，它本是默默無聞的，隻是由於一件偶然事件使它聞名於世。這個地方的一位葡萄園主用硫酸銅和石灰水的混合液噴灑在路邊的葡萄上，以防止過路人隨手采摘。1878年葡萄霜黴病大發生，園主發現噴灑過這種混合液的地方沒有受到霜黴病的侵害，葡萄得以豐收，經過法國植物生理學家的研究，證明這種混合液對多種植物的病害具有防治效果，很快就風行全世界，被稱為波爾多液。
有機合成農藥到20世紀20年代出現，從此農藥開始了大規模生產，成為化學工業的一個生產部門。最早使用的是有機氯殺蟲劑，其中被普遍使用的是滴滴涕和六六六。
1874年德國一位化學博士研究生蔡德勒(O.Zeidler)在他的論文中敘述了合成二氯二苯三氯乙烷這種化合物，沒有談到它的殺蟲作用。後來這種化合物又簡稱二二三。因為在英文中二是di，三是tri，因此它又稱DDT。我們從音譯成滴滴涕，也有點用它噴灑時的形象。過了60多年後，1925年瑞士巴塞爾(Basel)城嘉基(J.R.Geigy)公司化學家米勒(P.H.Müller，1899～1965)再次製得它，並發現它的殺蟲效能。1942年公司開始大量生產。1944年意大利那不勒斯(Naples)城發生大規模斑疹傷寒，在普遍噴灑滴滴涕後幾天，斑疹傷寒就被控製了。1945年在南太平洋上用飛機噴霧滅蚊，控製住了當地發生的瘧疾。據聯合國糧農組織統計，1948～1970年間，由於使用了滴滴涕滅蚊，挽救了5000萬人免遭瘧疾病死。滴滴涕被廣泛用於消滅卷葉蟲、紅鈴蟲、蚊、蠅、臭蟲、蟑螂等。米勒因此獲得1948年諾貝爾生理學和醫學獎。