晚餐時,他把這豆子浸過的水給修道士喝,結果他們晚禱時,不再打瞌睡了。從此,這種豆子就成了修道院院長的提神術,每天晚餐時,都給修道士們服用這種豆子的浸液。這豆子就是咖啡豆。
的確,咖啡有提神醒腦之功,如今它已成為風靡世界的飲料。咖啡為何具有如此神奇的提神功能呢?經過化學分析,人們發現,咖啡中主要含有咖啡因、可可堿和茶堿等生物堿,這三種生物堿都是黃嘌呤衍生物,它們的結構與環磷酸腺苷相類似,都能夠同磷酸二酯酶相結合。在人體內,有一種稱為三磷酸腺苷的物質,它是核酸的組成物質之一,也是提供能量的源泉。這種物質在腺苷酸環化酶的作用下,能轉變成環磷酸腺苷。如果腦組織內的環磷酸腺苷的含量增多,會提高大腦皮層的興奮性。然而,它也會在磷酸二酯酶的作用下,分解而失去興奮作用。當咖啡經胃腸道吸收,通過血液循環到達腦組織時,咖啡中的三種生物堿就會與磷酸二酯酶結合,抑製了磷酸二酯酶與環磷酸腺苷的結合,從而使腦組織內環磷酸腺苷的含量相應增多,這就改變了中樞神經係統突觸膜離子通道,使神經反射的潛伏期縮短,對大腦皮層起著明顯的興奮作用。所以,人們飲了咖啡後,會覺得精神興奮,思維活躍。今天,咖啡不再是修道院的神秘提神術,已經成為了許多家庭的普通飲料。
由蜘蛛織網想到的三百多年前,英國有一位年輕的科學家對“八卦飛將軍”蜘蛛發生了濃厚的興趣。從此他經常從早到晚,目不轉睛地觀察蜘蛛。他看見蜘蛛忙忙碌碌,吐絲織網。剛從蛛囊裏拉出的細絲是黏液,迎風一吹,一瞬間變成又韌又結實的蛛絲。
這位青年科學家想,要能發明一個機器蜘蛛,“吃”進化學藥品,抽出晶瑩的絲來紡線織布,那該多好啊!他一頭紮進化學實驗室,擺弄起瓶瓶罐罐,用各種化學藥品做起了試驗。他用硝酸處理棉花得到了硝酸纖維素,把它溶解在酒精裏,製成黏稠的液體,通過玻璃細管,在空氣中讓酒精揮發幹以後,便成了細絲。這是世界上第一根人造纖維,但是這種纖維容易燃燒、質量差、成本高,沒法用來紡紗織布。
後來,科學家模仿吐絲的蠶兒,將便宜、易得的木材裏的木質纖維素溶解在燒堿和二硫化碳裏,做成黏液,再在水麵下噴絲,拉出千絲萬縷。
這就是大名鼎鼎的“人造絲”黏膠纖維。它的長纖維可以織成人造絲印花綢、人造絲襪。
可是,人們並不滿意。人造絲、人造棉潮濕的時候很不結實,洗滌後容易變形,縮水嚴重。再說,人造纖維雖然擴大了原料的來源,把不能直接紡紗織布的木材、短的棉花纖維、草類利用了起來,可是,資源畢竟有限。於是,人們又把眼光從天然纖維跳到了礦物上,石頭、煤、石油能不能變纖維呢?
五十多年前,德國出現了用煤、鹽、水和空氣做原料製成的聚氯乙烯纖維(氯綸)。它的化學成分和最普通的塑料一個樣,這是最早的合成纖維。用氯綸織成的棉毛衫褲、毛線衣褲,既保暖又容易摩擦後帶靜電,穿著它,對治療關節炎還有好處呢!
比氯綸晚幾年出世的尼龍(錦綸),比蛛絲還細,但非常結實,晶瑩透明,一下子便以其巨大的魅力使人們著了魔。曾經很流行的“的確良”(滌綸),挺拔不皺,免燙舒適,是產量最大的一種合成纖維。錦綸棉絮酷似棉花,人稱“合成棉花”。後來,由丙烯聚合而成的丙綸一躍而起,成為合成纖維的新秀。丙綸是比重最輕的合成纖維,入水不沉。飛機上的毛毯、宇航員的衣服用它製作,可以減輕升空的負擔。
如今,化學纖維的年產量已經和天然纖維平起平坐了,而它在國民經濟和國防事業上的作用卻遠遠超過了天然纖維。不過,今天規模巨大的“機器蠶”在日夜運轉,還多虧了蠶兒吐絲、蜘蛛織網給人們的啟示呢!
金剛石的偶然發現1893年,法國科學院宣布了一條振奮人心的消息:法國化學家莫瓦桑研製出了人造金剛石!片刻間,這一爆炸性的特大喜訊傳遍了全法國,傳遍了全世界。
莫瓦桑發明人造金剛石是十分偶然的。
有一次,莫瓦桑準備進行一項化學實驗,需要用一種鑲有金剛石的特殊器具。這種器具非常昂貴,因此實驗室裏的助手們對它倍加愛護。
早上,莫瓦桑來到實驗室,做好實驗前的準備工作。這時,各項儀器都準備好了,卻找不到那鑲有金剛石的昂貴器具。奇怪,怎麼會突然不見了呢?
助手突然驚叫起來:“啊!門好像被撬過了!莫非有小偷光顧?”原來,小偷是看上那昂貴的金剛石了。
這樁意外使莫瓦桑萌生了一個念頭:“天然金剛石如此稀少而昂貴,如果能人工製造金剛石,該有多好!”可這談何容易!
作為化學家,莫瓦桑心裏最清楚:“點石成金”隻不過是美好的神話。
要想製造金剛石首先要弄清楚金剛石的主要成分,並了解它是怎樣形成的。翻閱了許多資料之後,莫瓦桑了解到,金剛石的主要成分是碳。至於它是如何形成的,在這方麵研究的成果很少,隻有德布雷曾提出金剛石是在高溫高壓下形成的。
緊接著莫瓦桑想到,要人工製造金剛石,得有可供加工的原材料。選什麼材料才合適呢?還從未有人做過這方麵的嚐試,看來,一切要靠自己摸索了。
有一回,有機化學家和礦物學家查理·弗裏德爾在法國科學院作了一個關於隕石研究的報告,莫瓦桑也參加了。
在報告中,查理·弗裏德爾說:“隕石實際上是大鐵塊,它裏麵含有極少量的金剛石晶體。”
聽到這兒,莫瓦桑猛地想到:石墨礦中也常混有極微量的金剛石晶體,那麼在隕石和石墨礦的形成過程中,是否可以產生金剛石晶體呢?
想到這裏,莫瓦桑頭腦中出現了製取人造金剛石的設想。他對助手們說:金剛石的主要成分是碳。隕石裏含有微量金剛石,而隕石的主要成分是鐵。我們的實驗計劃是:把程序倒過去,把鐵熔化,加進碳,使碳處在高溫高壓狀態下,看能不能生成金剛石。
曆史上第一次人工製取金剛石的實驗開始了。沒有先例,沒有經驗,更沒有別人的指點,一切都像在黑暗中探路一樣。第一次失敗了,認真總結經驗,找出問題的症結所在,第二次再來……經過無數次的反複探索,莫瓦桑的實驗室裏終於爆發出一陣激動的歡呼聲,大家緊緊地擁抱在一起:成功了!人造金剛石誕生了。
但是,人造金剛石不僅顆粒小,而且色澤深暗。那時有一顆最大的接近無色的小晶體,其直徑還不足1毫米。可是人們卻把它作為最貴重的珍寶收藏在羅浮宮裏,並命名為“攝政王”,使它跟宮裏的那顆世界上最大的金剛石———庫林南相媲美。
直到20世紀50年代中期,化學家本迪等用鎳等金屬為催化劑,使用2000℃和7萬個大氣壓下的設備,才使石墨轉化為金剛石的試製成功。美國電氣公司、瑞典通用電氣公司投入工業生產。此後,美國通用電氣公司應用晶種的觸媒法,以金剛石粉為碳源溶解於熔融金屬鐵鎳之中,借助反應室中適當的溫度梯度,把碳輸送到高壓釜反應室中溫度較低處的金剛石晶種上,並在晶種上沉積出晶層。這種方法在大約6萬大氣壓和1500℃溫度下,幾天之內就長出02克左右的寶石級優質人造金剛石。在19世紀70年代,又采用爆炸法生產金剛石。這種方法是利用TNT和黑索金等炸藥引爆後產生強烈的衝擊波和在幾微秒的瞬間產生的幾十萬大氣壓及高溫使石墨轉化為金剛石。此外還有氣相法、液向外延生長法、氣相固相外延生長法、常壓高溫生產金剛石的。由於天然金剛石不能滿足工礦業的需要,人造金剛石的世界年產量逐年都在增長。據統計,1967年為24噸,1968年為44噸,1969年已達到60噸。
北周軍隊的“秘密武器”
中國北周宣政元年,突厥人派兵攻打位於河西走廊西部的祿福縣城。
守城的北周軍隊奮力反抗,但因兵少將弱,加上傷亡過重,被迫退到城內,閉門堅守。
怎樣才能擊退突厥人的進攻呢?北周將士們想出這樣一條計謀。
一天,突厥人利用雲梯攻城。他們拿著盾牌,在一片喊殺聲中,攀著雲梯向上爬,卻不見北周軍隊有什麼動靜。第一批突厥兵接近城頭時,突然,一桶桶、一盆盆黑糊糊、黏稠稠、有一股臭味的東西從城頭潑了下來。突厥兵驚魂未定,隻見無數個火把從天而降,那黑糊糊的東西立即燃燒起來,木製雲梯燒得劈啪作響,身上沾著黑糊糊東西的突厥兵被燒得哭叫連天。突厥兵敗下陣來,急忙收兵,但他們並未就此罷休。第二天,又帶來了雲梯,還運來許多盛有水的大木桶,想以此來對付北周軍隊的“秘密武器”。當突厥兵再次攻到城下時,隻見城牆上的北周守軍又運來許多大桶、大盆,將桶內、盆裏的黑糊糊、黏稠稠、臭烘烘的東西倒下城去,隨後又紛紛扔下火把,烈焰頓時衝天而起。突厥兵急忙用桶裏的水滅火,誰知,火不但沒有被撲滅,火勢反而更猛,突厥兵被燒得抱頭鼠竄。北周守軍趁勢殺出城門,殺得突厥兵橫屍遍野。從此以後,突厥兵再也不敢進犯北周了。
北周軍隊用來打敗突厥人進攻的黑糊糊、黏稠稠、臭烘烘的東西究竟是什麼呢?原來是當時被稱做“石脂水”的石油。
除北周外,北宋也曾以“瀝青”“猛火油(石油)”作武器。當時的《武經總要》一書曾描述過這種武器的威力:“中人皆糜爛……若水戰,則可燒浮橋、戰艦。”
人類進入現代社會以後,石油與戰爭更是結下了不解之緣。第一次世界大戰期間,法國軍隊總指揮加裏寧將軍為了搶在德軍之前占領巴黎附近一個軍事要地,征用了巴黎街頭3000多輛以汽油為燃料的出租車,滿載上萬名士兵開赴前線,這是燒汽油的汽車第一次被用於陸上戰爭,這次成功的行動使法國在戰爭中由防禦轉為進攻。
1914到1916年,英國皇家海軍與德國海軍在海上打過兩次硬仗。軍事專家後來評論說,英國皇家海軍打敗德國海軍的重要原因之一是英軍艦艇用柴油作燃料,而德軍艦艇大部分仍然用煤做燃料。
在第二次世界大戰期間,對石油供應線的攻擊成了雙方軍事進攻的首要目標。日本偷襲珍珠港是為了掠取東印度的石油資源而保護其側翼;德國進攻前蘇聯的一個重要因素,就是要奪取高加索地區豐富的石油。戰爭後期,德國和日本的燃料庫都已耗盡,而美國石油方麵的優勢是保證盟國取得勝利的重要因素。
在現代戰爭中,誰控製了石油,便意味著控製了戰爭主動權。第二次世界大戰期間,德軍在北非戰場的主力———以“沙漠之狐”著稱的隆美爾所率領的“非洲鐵騎”曾一度所向披靡,但盟軍以馬耳他島為基地,封鎖了“非洲鐵騎”漫長的軍需運輸線,“非洲鐵騎”的所有坦克便因為沒有汽油而變成了一堆廢鐵。隆美爾在慘敗後曾說:“對那些既擁有勇敢的士兵,足夠的槍和子彈,又擁有現代機械化交通工具的軍隊來說,汽油燃料是取勝之關鍵。沒有了燃料,那些現代機械化交通工具就不再是取勝的工具,而是導致失敗的廢鐵。”人類社會進入20世紀90年代初,又發生了一場充滿石油味的現代高技術戰爭———海灣戰爭。
1990年8月2日淩晨2時,伊拉克兵分兩路大舉入侵科威特,有國無防的科威特不到9個小時就被伊拉克占領。因為美國和西方盟國在海灣地區有著巨大的石油利益,他們決不能容忍伊拉克控製中東的石油資源。所以,1991年1月17日,以美國為首的多國部隊發起了代號“沙漠風暴”和“沙漠軍刀”的海灣戰爭,意在從海灣強人———伊拉克總統薩達姆手中重新奪回對石油的控製權。戰爭從1991年1月18日開始至3月1日結束,進行了42天,以伊拉克軍隊失敗而告終。
石油主要含碳和氫兩種元素,主要是由各種烷烴、環烷烴和芳香烴所組成的混合物。石油的大部分是液態烴,同時在液態烴裏溶有氣態烴和固態烴。
從油田裏開采出來沒有經過加工處理的原油先經過脫水、脫鹽等處理過程,然後進行煉製。通過分餾法,經過加熱和冷凝,就可以把石油分成不同沸點範圍的蒸餾產物。
石油是一種極其重要的資源,是發展國民經濟和國防建設的重要物資,被稱為“工業的血液”。通過石油煉製,可以得到汽油、煤油、柴油等燃料和各種機器所需要的潤滑油以及許多氣態烴(稱為煉廠氣)等產品。用石油產品和石油氣(煉廠氣、油田氣、天然氣)做原料來生產化工產品的工業簡稱石油化工。利用石油產品做原料,通過化工過程,可以製造合成纖維、合成橡膠、塑料以及農藥、化肥、炸藥、醫藥、染料、油漆、合成洗滌劑等產品。石油產品已被廣泛地應用到國民經濟各個部門。
為了更多地從石油裏得到較高質量的汽油等產品,可對石油進行裂化。就是在一定條件下,把分子量大、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。
重油、石蠟等較大的烴分子,在500℃左右和一定的壓強下,被裂化而轉變為分子量較小的烴。例如:C16H34
△→C8H18+C8H16這樣就生成了分子量比較小、沸點比較低的、類似汽油的飽和烴和不飽和烴的液態混合物。
有些裂化產物還會繼續分解,生成飽和的和不飽和的氣態烴。例如:C8H18
△→C4H10+C4H8C4H10
△→C4+C3H6C4H10
△→C2H4+C2H6苯和甲苯等芳香烴過去完全是從煤的幹餾產物製得的,現在工業上已采用石油產品的催化重整方法來大量生產了。
在石油化工生產過程裏,還常對石油分餾產品(包括石油氣)進行裂解,裂解氣裏以乙烯為主的烯烴含量比較高,因此,常把乙烯的產量作為衡量石油化工發展水平的標誌,而把裂解產物進行分離,就可以得到所需的多種原料。這些原料在合成纖維工業、塑料工業、橡膠工業等方麵得到廣泛應用。
近年來,隨著石化工業的發展以及對石油的需求不斷增加,人們又將目光更多地投向海洋。現在的南沙問題可以說主要就是因石油而引起的。
南沙群島本屬中國,這是被大量史料所證實的。20世紀60年代,南沙地區發現有豐富的石油資源。此後,菲律賓、越南、馬來西亞等國相繼侵占了我南沙群島的許多島嶼。我國政府本著有理、有利、有節的原則,以強大的國防力量作後盾,一定會圓滿解決南沙群島問題,更好地開發南沙群島豐富的石油資源。
後來者居上1828年,德國青年化學家維勒用氨水和氰酸製得一種無色透明的晶體。這種晶體,四年前在法蘭克福的家庭實驗室裏,他就曾製成過,但由於當時條件的限製,他沒有分析出這種晶體到底是什麼東西。這一次,他在柏林工藝專科學校的正規實驗室裏,又一次合成出來。他經過仔細分析,斷定它就是尿素。
尿素本身並沒有什麼奇異之處,人和一切哺乳動物的尿中都含有它,但是,用人工合成的方法製出了尿素,這在當時卻是異乎尋常的奇跡。當時,許多化學家都認為,像尿素這樣的有機化合物,隻能在人和哺乳動物的體內製造。沒有“生命力”的作用,就不可能產生有機化合物,所以,維勒在確定所得晶體是尿素以後,欣喜若狂地寫信報告他的老師貝采裏烏斯:“我報告您一個好消息,不借助於人或狗的腎髒,也可以製造尿素了!”