小明的爸爸還告訴小明:“除了硫酸以外,有些物質溶於水時也放出熱量。例如苛性鈉(氫氧化鈉)和苛性鉀(氫氧化鉀)溶於水時也放出大量的熱。50克氫氧化鈉溶於水變成稀溶液時,能放出115千卡的熱量呢!”
小明爸爸接著說:“與硫酸相反,也有許多物質溶於水時吸熱,使溶液的溫度降低。例如80克硝酸銨溶於水變成稀溶液時,要吸收6千卡的熱量,使溶液的溫度大大下降。”
小明爸爸最後告訴小明:“物質溶於水放熱或吸熱,是個複雜的過程。
一方麵,溶質的分子或離子要通過擴散分散到溶劑分子裏去,形成均勻的溶液,這個過程是需要吸收熱量的;另一方麵,溶質的分子或離子有一部分要和溶劑的分子發生化合反應,生成溶劑合物。如果溶劑是水,則生成水合分子或水合離子,這個過程是要放出熱量的,因此,溶解時放熱還是吸熱,要看哪一方麵占優勢,如果生成溶液合物時放出的熱量超過溶質擴散時吸收的熱量,整個溶解過程就是放熱的,反之,溶解過程就是吸熱的。”
聽了爸爸對物質溶解吸熱或放熱的理論解釋後,小明告訴爸爸:“一定要好好學習化學,像爸爸一樣有學問。”
爸爸高興地拍了拍小明的頭。
牛奶為什麼是白色的
星期天,小明媽媽上街買了一袋奶粉,回來後衝了一杯遞給小明喝。
小明喝了幾口,突然停下來,走到正在看書的爸爸身邊,好奇地問道:“爸爸,為什麼牛奶是白色渾濁的液體?”
爸爸放下手中的書,就開始給小明講授化學知識了:“牛奶之所以是白色渾濁的液體,關鍵在於牛奶中有些成分,例如脂肪,並不溶解在水裏,而是以小液滴的形式分散在水裏,這種小液滴分散到液體裏形成的混合物叫做乳濁液。
“把植物油滴入盛水的試管裏,用力搖蕩以後,也能得到乳濁液,那是不溶於水的植物油的小液滴分散到水裏形成的。如果把泥土放進盛水的試管裏,用力振蕩以後,也得到渾濁的液體。仔細觀察,可以看到在液體裏分散著許多固體小顆粒。這種固體小顆粒懸浮於液體裏形成的小混合物叫做懸濁液。
“懸濁液和乳濁液統稱為濁液。濁液和溶液雖然都是一種物質分散到另一種物質裏形成的混合物,但卻有著本質的不同。溶液裏的溶質是分散成分子或離子的,一般分子或離子很小,直徑在10-7厘米以下,那是使用顯微鏡也看不到的,所以溶液是均勻、穩定和透明的。濁液就不同了,它分散在水裏的微粒是大量分子的集合體,直徑大於10-5厘米,而且大小不一樣,大的微粒肉眼都能看到,所以濁液看上去都是渾濁的。
“濁液是不均勻的,也是不穩定的。隻要放置一會兒,懸濁液中的泥沙小顆粒就逐漸下沉,乳濁液中的植物油小液滴也逐漸浮起來,在上麵形成油層。
“濁液雖然不如溶液應用廣泛,但在許多方麵也有重要用途。例如在農業上,常把不溶於水的固體或液體農藥,配製成懸濁液或乳濁液,用它來噴灑受病蟲害的農作物,噴灑均勻,節省農藥。又如,在防治果樹病害中常常使用的波爾多液,就是用硫酸銅溶液和石灰漿配成的一種懸濁液。”
聽完爸爸的一番話,小明不僅懂得了牛奶為什麼是白色渾濁的原理,而且還了解了什麼是懸濁液和乳濁液,他高興地對爸爸說:“爸爸,你懂得的知識太多了,我一定要向你學習,和你一樣有學問。”
說完,便又爬到書桌上看起書來。
小明的無鹽飯小明中午放學回來,看見媽媽正在做飯,便自告奮勇地要求炒菜。
媽媽說:“小明,你從來沒有炒過菜,算了吧!”
小明不依,說老師叫同學們回家多做點家務。媽媽笑了笑,便告訴小明怎樣切菜,怎樣加佐料。
小明聽完媽媽的話,便開始炒菜了,他取來一顆青菜,準備炒一盤青菜。
把青菜洗淨,再切好,小明便將青菜放進鍋裏,幾分鍾後,一盤青菜便炒好了。
吃飯時,小明夾一點青菜放進嘴裏,誰知一吃,才恍然大悟,原來,炒菜時,他忘記往菜裏加鹽了。
看著小明難為情的樣子,小明爸爸沒有埋怨他,而是借此又向他講授一些有關鹽的化學知識。他告訴小明:“對一切動物來說,食鹽是維持生命的要素之一。一個成人,每天需要3克以上的食鹽,在出汗時,汗水帶走了寶貴的鹽,如不及時補充,人就會出虛汗。直至昏迷。”
他還告訴小明:“食鹽主要來自海水,海水裏含有3%的食鹽。把海水引到曬鹽池裏,太陽把水分蒸發掉一部分以後,白花花的鹽就析出來了,曬鹽工人把它們集中起來,堆成一座座小山。在我國著名的塘沽鹽場,白色的鹽山連綿不斷,遠遠望去就像一座座平頂的金字塔,十分壯觀。我國內陸也有食鹽,我國的四川自貢,自古以來就用含鹽較多的井水製鹽。由於古時候交通不便,沿海的鹽運到內陸,價錢很貴,所以自貢的井鹽在古代西南人民的生活中是一件寶物。在貴州的一個地方,解放前隻有少數人家吃得起吊鹽,吃完飯後用舌頭舔一下;在西藏,過去還曾使用過一種特殊的貨幣———鹽巴,可見,這些地方,鹽是很貴重的。當西藏人以昂貴的代價換取生活必需的小塊鹽巴時,他們卻還不知道,就在相鄰的青海省,有著世世代代都吃不完的鹽呢!柴達木盆地有一個幹涸的鹽湖———察爾汗湖,儲藏著250億噸食鹽,可供全人類吃一千年以上。解放後,那裏得到了開發,人們在湖麵上修起了一條舉世無雙的公路,全長31公裏,路麵平滑而寬敞,遠遠勝過柏油馬路,在它上麵沒有飛揚的塵土,汽車就像奔馳在大理石上一樣。是什麼建築材料建造起這樣奇異壯觀的公路?是鹽。這是一條鹽的公路,人稱‘萬丈鹽橋’。”
小明爸爸最後告訴小明:“食鹽是重要的化工原料,電解食鹽水,可以製造火堿、氫氣、氯氣和鹽酸。食鹽又大量用於製造純堿———碳酸鈉;還可以製造金屬鈉,有了金屬鈉,許許多多有機化工產品都可以造出來。
在日常生活中,食鹽是使用最廣泛的防腐劑。我們平時製作鹹菜、鹹肉、鹹魚都要用鹽來醃製。醃製食品有特殊的風味,又好保存,可以隨吃隨取,給人們帶來了方便。但是,醫學家近年來發現,一個人每天隻需要3~5克食鹽,過多地攝入食鹽,對健康是有害的。過去,人們總以為多吃鹽長力氣,所以攝入超量的鹽,可是,吃鹽過多是高血壓病的主要發病原因之一,所以,要從小注意不要吃得太鹹。”
聽完爸爸一席關於鹽的介紹後,小明連說又長了許多化學知識。一旁的媽媽說:“下次做菜可別再忘記加鹽嘍!”
全家人哈哈大笑起來。
頑劣的硬水19世紀20年代的一天下午,一列火車正以較快的速度向維利亞小鎮駛去。突然間,火車頭發生爆炸,車廂飛出鐵軌,致使數千人死亡。當地警方組織了一個龐大的調查團,以便快速捉拿這起重大死亡案件的真凶。
一個月過去了,毫無結果,這時他們想到請化學家來幫忙。在爆炸現場,化學工作者們發現了爆炸的鍋爐碎片,且上麵有厚厚一層堅硬的固體。化驗後確認為鈣、鎂等離子的碳酸鹽。經多方分析論證,化學家們肯定這次事故是由鍋爐裏的鍋垢引起的。
在大自然中,水裏總是含有一些溶解了的二氧化碳。當水流經石灰岩上麵的時候,水中的二氧化碳和石灰石等作用變成了碳酸氫鈣,而這種物質是易溶於水的,便被水帶走了。這種含有碳酸氫鈣、碳酸氫鎂的天然水稱為暫時硬水。燒水的時候,溫度升高了,原先溶解在水中的碳酸氫鈣分解變成碳酸鈣,沉澱後留在鍋爐裏,就形成了鍋垢。這鍋垢的害處很大:鍋垢的傳熱本領極差,使大量的熱能浪費掉;鍋垢傳熱不均勻,當溫度足夠高時,就會引起爆炸。現在,工廠裏總是用各種方法來軟化這種含有碳酸氫鈣的硬水。軟化硬水的常用方法是往水裏加純堿碳酸鈉,因為碳酸鈉能與碳酸氫鈣反應,生成碳酸鈣沉澱,過濾除掉沉澱後,水中碳酸氫鈣的含量就很少了。
硬水不但在工業上有害,甚至還妨礙你洗衣服哩!你遇到過這樣的事兒嗎?本來該洗的衣服不算太髒,但是,擦肥皂一洗,水麵上卻滿是白花花的髒東西,這又是硬水幹的壞事兒:肥皂的化學成分是硬脂酸鈉,它能和硬水中的碳酸氫鈣反應,生成白花花的沉澱物———硬脂酸鈣。在家裏最便當的軟化硬水的方法,是把水煮一下,去掉碳酸氫鈣。
帝王的“妖術”
事情發生在公元9世紀的法國。當時的法國國王叫查理曼大帝,此人不僅能征善戰,而且智力過人。
有一次,有人向他報告:好鬥的拉錫德酋長親率大軍,秘密地埋伏在邊境上,等待機會殺進王宮。
查理曼聽到這個消息後,略加思索,命令部隊做好戰鬥準備,隨時準備迎敵。
第二天,又有人報告,拉錫德酋長派了幾個使臣進京,求見陛下。查理曼聽了,微微一笑,在一個心腹的耳邊低語了幾聲,命令準備豐盛的宴席。
一切準備就緒後,他不動聲色,熱情地把拉錫德的使臣迎進了王宮,親自陪他們在鋪著潔白桌布的貴賓席上就座。
席間,查理曼大帝談笑風生,不時地叫仆人為使臣們斟酒,好像什麼也沒發生似的。酒宴上山珍海味,菜肴特別豐盛,每道菜端上來都是堆成寶塔形,滿得不能再堆了,並且都有飽含油水的鹵汁。宴畢,餐桌上的桌布已油汙不堪。
這時,隻見查理曼大帝站了起來,命令仆人把滿是油汙的桌布扔進熊熊燃著的火爐裏。桌布一扔進火爐裏,隻見火焰竄起一丈多高,火光照亮了整個宴會廳。
拉錫德的使臣們見此情景,不由得大吃一驚,以為查理曼大帝識破了他們的陰謀,發出采取行動的信號,一個個左顧右盼,拔腳欲逃。
看著他們驚慌失措的樣子,查理曼大帝笑了,他笑容可掬地請他們欣賞宮女們的舞蹈。火光中,宮女們嫵媚的舞姿使使臣們的心平靜了下來。
舞樂剛停,查理曼大帝就命令仆人從火爐中把桌布取出,桌布不但沒被燒毀,而且油汙已全部清除,顯現出一片可愛的潔白。
使臣們見此情景,十分驚恐,不知查理曼大帝施了什麼妖術,竟然搞出了這等奇跡。他們想,如果跟國王作戰,說不定會被他的妖術耍弄,遭受無法顧及的損失。
想到這些,使臣們再也坐不住了,誠惶誠恐地辭別了查理曼大帝,晝夜兼程地趕回部落,添油加醋地向酋長作了稟報。
酋長聽罷,嚇得三魂失落二魂,一麵命令退兵,一麵讓使臣重拜查理曼大帝,向他求和。一場迫在眉睫的戰爭避免了,查理曼大帝的王朝也化險為夷。
說到這裏,也許你會說,查理曼大帝施的魔術真絕了。其實不然,他用的桌布之所以能入火而不燃燒,是因為桌布是用石棉織成的。石棉生長在岩石的夾層中,質地很柔軟,像一束束的蠶絲,用手就能抽出長長的纖維來。它不怕火燒,不怕酸堿的腐蝕,不傳熱,不導電。查理曼大帝利用石棉不怕火燒的特性,嚇退了愚昧的敵人,被後人傳為佳話。讓人產生幻覺的麵包1951年8月的一天,在法國聖埃斯普裏特村,有個名叫莫林的人,突然感到腹部疼痛難忍,於是走到樓梯旁,準備下樓去求醫,但發現樓梯已伸向無底深淵,他馬上緊閉雙眼,待睜開後,又看到兩條人麵巨蛇向他襲來。當他轉回臥室時,發現周圍的牆壁、家具、窗簾都改變了形狀和顏色,他頓時像瘋了一樣地驚叫起來……見到這一怪狀,鄰居們大惑不解,急忙將他送往醫院。經化驗、調查、分析和研究,醫生才確診莫林是由於食用含有“麥角”的麵包,患了幻覺症。
麥角是何物?怎能使人得幻覺症呢?其實,麥角是一種生長在稞麥上的細菌,它在一定的氣候和溫度條件下,能產生出一種強烈的、無色、無味、無臭,並能使人產生幻覺的植物酸,名叫“麥角副酸二乙酰胺”,也稱“來舒機酸二乙酰胺”,簡稱“LSD”。1938年,瑞士化學家WA斯特羅爾第一次寫出它的化學式。1943年,斯特羅爾的同事阿爾弗列德霍夫曼博士偶然吸入一點LSD,發現了它有改變人的情緒和致幻的作用。
LSD是一種強烈的致幻劑,服用後視覺和知覺明顯增強,好像有蒙在眼前的半透明膜首次被揭開的感覺。當藥力發生作用時,生理上將產生肌肉緊張、刺痛、顫抖、脈搏加速、呼吸深沉、局部疼痛等許多症狀。據服用LSD人自述,他看到“彩色鮮明而協調的鑲著寶石的宮殿……隨著覺得自己的房子的牆都分解了,自己的靈魂飛了出去,好像懸在空中看著山川景色……”美國電視界知名人物阿特·靈克萊特的女兒,就是服用LSD之後,產生幻覺,從一幢大廈上跳樓喪命的。這種致幻藥已被列入毒品的行列,禁止食用。科學家們已經發現,LSD可以抑製腦中心綜合的知覺,它的中毒症狀猶如患上神經分裂症,使人感到飄飄然,目光所觸,一片色彩繽紛,但卻沒有一貫性的完整感覺。所以,醫藥學家們正在利用幻覺症與精神分裂症之間的微妙關係,在動物身上進行試驗,先在動物身上使用LSD,使其產生一定的精神症狀,然後用藥物解救。凡能解毒者,則對治療某些相應的精神病也有一定的效果。進而找到利用致幻劑造福人類的新途徑。
溫柔的“沸石”
1756年,瑞典地質學家巴隆·克龍斯德特,在冰島進行地質考察時,發現了一個種奇特的石頭。這種石頭性格特別,看上去比其他任何石頭都溫柔。自然界中的普通石頭,多數要在1000℃以上的高溫下,才會溶化、沸騰,可是這種石頭被加熱到200℃左右就不停地冒泡,像燒開了的水一樣“沸騰”起來。因此,人們為它取名為“沸石”。但是人們沒有弄清其中的奧秘,沸石作為展品陳列在博物館裏。
100多年後,科學家發現了沸石的結構,揭開了其中的奧秘,才使它走出博物館,周遊列國,施展“魔法”。
沸石是一種含水的堿和堿土金屬的鉛矽酸鹽礦物,化學式為R1+xR2+y[Alx+2ySin-(x+2y)Q2n·mH2O],式中R1+為一價陽離子,基本上為K、Na;R2+為二價陽離子,主要為Ca、Ba。由於沸石裏含有許多水分子,所以對天然沸石加熱或灼燒時,沸石內部的水分子就會蒸發,而沸石內部的結晶構造並沒有改變。它的結晶構造很像是一座造型獨特的“晶體大樓”。在這座晶體大樓裏,排列著無數形狀和大小各不相同的“房子”,這就是沸石的“孔穴”。在房子與房子之間,有許多縱橫交錯的“走道”,這“走道”就是晶體大樓裏孔穴的孔道,它正好和某些物質的單個分子大小相當,這些眾多的孔穴和孔道占據了沸石本身體積的一半左右。經過灼燒的沸石,能有選擇地把某種比自己孔徑小的氣體或液體物質,牢牢地吸附在自己的體內。而其它種類的流體物質,卻無法進入,反過來,采用加熱、抽空、吹洗等辦法,又能把這種已經吸附了的物質“取”出來,真是一種絕妙的篩子!科學家們根據沸石的這種篩分物質的功能,授予沸石“分子篩”的光榮稱號。
沸石分天然沸石和合成沸石,前者約有40多種,後者有100多種。工業上常用沸石來淨化或者分離混合成分的物質。例如氣體的分離,石油的淨化等。利用它分離空氣,製取純氧和純氮,比傳統的空氣分離法成本大大下降。在石油、化工等生產部門,用分子篩作催化劑和催化劑載體,能夠提高催化活性、選擇性、抗毒性和熱穩定性。在國防和尖端科學方麵,分子篩也嶄露頭角。人在宇宙飛船和潛艇的密閉艙中生活,需要不斷供給氧氣和排除二氧化碳,分子篩正好能夠為人們創造這種特殊的環境。在導彈和火箭工業中,科學工作者把導彈和火箭的燃料點火劑預先吸附在沸石的內部,使用時,點火劑自動從分子篩中釋出,從而大大提高燃料的燃燒性能。如今,沸石的“足跡”已遍及石油、化工、冶金、醫藥、環保、農牧業等許多領域。