正文 第4章 化學是生活的“指南針”(3 / 3)

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除病療疾的良藥

我國醫學認為:石灰性味辛、溫、有毒,入肝脾經,具有燥濕殺蟲、止血定筋的功效。《本草綱目》記載,石灰“散血定消,止水瀉血痢,白帶白淫,收脫肛陰挺,消積聚結核,貼口,黑須發”。石灰外用可治療疥癬、痔瘡、水火燒燙傷等症。熟石灰適量,炒熱後用紗巾包裹,每日2次,趁熱敷患處,可治療脫肛。陳石灰適量,去浮汙後研為細末,創麵洗淨後將石灰細末撒於創傷表麵,然後用硼酸油膏敷料外貼,治療下肢潰瘍、陳瘡、燒燙傷等,療效明顯。患有尋常疣子者,可取生石灰100克,加水適量,使成幹燥粉末,置於疣體上。一手固定疣體周圍皮膚,一手食指指尖揉摩疣體,疣體即可脫落而愈。

告別“白色汙染”

塑料的誕生可上溯到18世紀,工業用塑料到19世紀後半葉才出世,但其潛力自此一發而不可收。現代塑料已經到了無孔不入的地步,我們似乎生活在塑料合成的世界裏(圖3-10)。你看,人們食的碗筷餐具,穿的合成纖維衣物,用的雨具、人造革家具,行的汽車零部件、腳上的鞋,都離不開塑料。至於娛樂用的塑料玩具更是五光十色、千變萬化。凡此種種,都在顯示塑料對人類生活的貢獻。

雖然塑料對人類的貢獻很大,但是同時塑料造成的“白色汙染”對生態環境造成的威脅越來越嚴重。無論在城市、鄉村還是風景名勝區,被人們拋棄的塑料瓶罐袋盒隨處可見。在海灘、湖泊、河灣,漂浮的塑料垃圾與日俱增。塑料垃圾特別是塑料薄膜,在進入農田土壤裏以後,會降低土壤的透氣性和肥料的滲透性,影響農作物生長。廢棄的塑料垃圾被畜禽誤食後而造成死亡的事件日漸增多。意大利發現的一具鯨屍經解剖發現胃裏塞滿了塑料袋。大型動物尚且如此,小型動物因塑料垃圾造成死亡的就更不勝枚舉了。

隨著塑料工業的迅速發展和塑料製品的廣泛應用,解決“白色汙染”的問題已刻不容緩。起初,人們曾試圖采用回收燃燒等常規方法來處理,但遺留問題卻更難解決。因為簡單地燃燒塑料垃圾會產生各種碳氫化合物、刺鼻的臭味和嗆人的黑煙,有的還會釋放出大量氯化氫氣體,造成大氣汙染,含鉛類穩定劑的塑料製品燃燒後的微塵,還會嚴重汙染農作物,危害人畜健康。建立一座專門焚燒塑料的工廠,成本很高,而灰燼的處理也非常難。針對上述情況,美、法、意等國已禁用和淘汰傳統的塑料食品包裝,同時通過立法,強製研究和製造某些包裝用的可分解塑料。

那麼,什麼是可分解塑料呢?

分解性塑料大致可分為光分解和生物分解兩大類。光分解性塑料是指吸收自然光特別是紫外線能較快分解的一類塑料。促進光降解的物質主要有兩類:一是光敏基因,二是光敏劑。在塑料高分子主鏈中導入的光敏基因最常見的是羰基,羰基對270納米~360納米的紫外線吸收能力很強。添加光敏劑有鐵、銅、鎳、鈷等過渡金屬,可使加工成的塑料裏含有一定比例金屬配位化合物。這些金屬配位化合物能吸收紫外線能量後產生金屬離子,催化高分子鍵產生活性基因,從而引起高分子鍵的分解反應。

生物分解性塑料就是能被生物(如微生物、藻類和動物)分解吸收的塑料。現在廣泛使用的天然高分子添加劑主要是澱粉及其衍生物。塑料中添加澱粉,可被細菌和微生物釋放的酶分解,使塑料製品呈多孔狀,強度下降,表麵積增加,有利於分解。另外,由於在塑料中往往還有自動氧化劑(一般使用不飽和脂肪酸),其在土壤或水中會與金屬鹽反應生成過氧化物,可以切斷高分子長鏈,使塑料有可能最終降解為二氧化碳和水。當然,添加澱粉的塑料其價格比原來有所增加,並且隨著澱粉的增加,塑料的物理性能有可能下降,故需控製澱粉用量。

雖然可分解性塑料研製成功並投入生產,但其若要全麵推廣還尚需時日。我們目前使用的塑料絕大部分仍是難降解的塑料,加上多年積累下來的塑料垃圾,“白色汙染”仍不容忽視。我們每個公民都應從自己做起,不要亂扔塑料製品,並努力回收利用,為美化、保護我們的環境盡一份力,為子孫後代創造一個水碧天藍的世界。

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塑料血液

英國設菲爾德大學的研究人員開發出一種人造“塑料血”,外形就像濃稠的糨糊,隻要將其溶於水後就可以給病人輸血,可作為急救過程中的血液替代品。這種新型人造血由塑料分子構成,一塊人造血中有數百萬個塑料分子,這些分子的大小和形狀都與血紅蛋白分子類似,還可攜帶鐵原子,像血紅蛋白那樣把氧輸送到全身。由於製造原料是塑料,因此這種人造血輕便易帶,不需要冷藏保存,使用有效期長、工作效率比真正的人造血還高,而且造價較低。

滅火器顯神威

我們經常看到工廠或機關單位的牆角處掛著滅火器備用,一旦發生火警,隻要把滅火器倒置,並使嘴對準燃燒物,立即從滅火器的噴嘴射出液、氣、泡沫的混合物,罩住火焰使燃燒熄滅。滅火器怎麼會有滅火的能力呢?

要知道滅火器的滅火原理,得先了解一下可燃物質的燃燒條件。可燃物質燃燒要具備兩個條件:(1)溫度達到可燃物的著火點;(2)跟空氣接觸。兩個條件中缺少一個就燃燒不起來。所以要撲滅火苗,隻要設法使燃燒的物質去掉二個條件中的一個即可。而泡沫滅火器的噴出液就有大量二氧化碳泡沫,正好起著破壞燃燒條件的作用。

那麼,二氧化碳是怎樣產生的呢?

泡沫滅火器產生的二氧化碳是由硫酸鋁(鋁離子和硫酸根離子組成)和碳酸氫鈉(鈉離子和碳酸氫根離子組成)溶液起反應產生的氣體。在滅火器的鋼筒內裝有含少量泡沫穩定劑(甘草精、肥皂等)的碳酸氫鈉飽和溶液,玻璃筒內裝有硫酸鋁飽和溶液。當把滅火器倒轉過來時,鋼筒內的碳酸氫鈉就跟玻璃筒內的硫酸鋁接觸,相互促進發生水解反應。硫酸鋁水解使溶液呈酸性(即氫離子濃度大於氫氧根離子濃度),碳酸氦鈉水解使溶液呈堿性(即氫氧根離子濃度大於氫離子濃度),所以鋁離子與氫氧根離子結合生成氫氧化鋁沉澱,氫離子與碳酸氫根離子結合生成碳酸,碳酸易分解,放出二氧化碳。二氧化碳的大量生成使筒內壓強突然增大,迫使二氧化碳泡沫急速噴出。

二氧化碳不能支持燃燒,又比空氣重,如果二氧化碳覆蓋在燃燒的物體上,就能使物體跟空氣隔絕而停止燃燒。因此二氧化碳可以用來滅火。水解反應的另一產物氫氧化鋁是二氧化碳得力的“助手”,它可以覆蓋被燃物,提高滅火的功效。

值得注意的是,泡沫滅火器可用於撲滅一般物質的燃燒,卻不能用於油類、未切斷電源的電器設備以及忌水物質,如電石、金屬鈉、鉀等的滅火。這是因為泡沫液中含有大量的水,比油類重,不能覆蓋在著火的油類的表麵;同時泡沫液具有導電性,如用於電器火災,則帶電的泡沫液會造成觸電的危險;而電石、金屬鈉、鉀等能與水劇烈反應,產生可燃性氣體,這類物質引起的火災,如果用泡沫滅火等於“火上澆油”。因此,泡沫滅火器平時隻適用木材、紙張、紡織品等引起的火災。

但是,幹粉滅火器恰恰能夠撲滅泡沫滅火器不能起作用的火災。而且,它的滅火效果也比泡沫滅火器要好。幹粉滅火器滅火時噴出的幹粉滅火劑,是一種固體幹粉滅火材料,主要的藥品是普通的小蘇打(碳酸氫鈉),其他還有石英粉、滑石粉、雲母粉等。

這些幹粉能滅火的原因,一是幹粉的濃度密集,粒子極細,在火焰區能覆蓋在燃燒物表麵隔離火焰的輻射熱,抑製燃燒。二是小蘇打分解後迅速吸收熱量,降低了燃燒溫度,同時分解產生的二氧化碳氣體也具有滅火的作用。三是能阻斷燃燒的連鎖反應,大大降低火焰的能量,達到迅速滅火的效果。

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滅火器的分類

按所充裝的滅火劑類型分為:水型滅火器(包括清水滅火器、酸堿滅火器),泡沫型滅火器,幹粉滅火器,鹵代烷滅火器,二氧化碳滅火器。按驅動滅火器的壓力方式分為:貯氣瓶式滅火器,貯壓式滅火器,化學反應式滅火器,燃氣式滅火器。按滅火器移動方式分為:手提式滅火器,推車式滅火器,背負式滅火器,投擲式滅火器,懸掛式滅火器。

彩色“螢火蟲”

夏夜,朦朧的月色裏,螢火蟲在低空徘徊低舞,不時閃著燦爛的小光點。這小光點仿佛從新月中掉下來似的,非常美麗。你知道螢火蟲究竟憑什麼發光嗎?

原來這是螢火蟲裏的成光蛋白質與熒光素在變把戲。成光蛋白質在熒光素的催化作用下,與氧發生作用,變成含氧成光蛋白質發出了綠光。但細胞裏的成光蛋白質是有限的,很快就消耗掉了,可是螢火蟲卻能不停地閃光。怎麼回事呢?這是因為這種含氧成光蛋白質與水化合以後,就又還原為成光蛋白質,所以成光蛋白質是一種點不完的“燈油”。

化學能轉化為光能的同時總是伴隨著發熱,所以轉換效率總是不高。但螢火蟲幾乎把95%以上的化學能量都用來發光了,螢火蟲的體溫幾乎沒有升高。這種光,稱為冷光。發冷光的東西,遠不止繭火蟲,生活中也有發冷光的東西。例如,在演唱會上,觀眾手裏攥著一束五顏六色的熒光棒(圖3-12),它們輕巧、便宜、能發出幽靈般的光,堪稱完美的安全發光體。

盡管看上去很神奇,但熒光棒采用的技術其實非常簡單。市場上出售的普通熒光棒內裝有過氧化氫溶液以及一種包含苯基草酸酯和熒光染料的溶液。當上述兩種溶液混合時,會依次發生下列反應:過氧化氫氧化苯基草酸酯,生成苯酚和不穩定的過氧酸酯;不穩定的過氧酸酯分解生成更多的苯酚和一種環狀過氧化合物;環狀過氧化合物分解生成二氧化碳,分解過程中會向染料釋放能量。

那為何彎曲熒光棒會使其發光呢?原來熒光棒內有一個小玻璃瓶,瓶內裝有一種化學溶液,而瓶外是一個較大的塑料瓶,裏麵裝著另一種溶液。彎曲塑料棒時,玻璃瓶突然斷裂,兩種溶液流到了一起,發生化學反應,使熒光染料發光。化學溶液中使用的染料不同,所發出光的顏色也不同。

根據所使用的化合物,化學反應的時間可能是幾分鍾,也可能持續好幾個小時。如果將溶液加熱,額外的能量會加速反應,熒光棒會更亮,但發光時間會縮短。如果冷卻熒光棒,則反應會減緩,光也會變暗。所以,如果想把熒光棒保留到第二天,可將其放進冰箱,這不會中斷反應過程,但會明顯延長反應時間。

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夜光表

夜光表上的指針和數字塗上了熒光物質——硫化鋅、硫化鈣等,並摻有少量放射性物質鐳、釷等,放射線物質能不斷射出我們肉眼看不出的光線。在它的照射下,熒光物質硫化鋅等就會發光,所以我們在黑夜仍能清楚地看出是幾點鍾。

地球保溫的棉被

在百花凋謝、萬木落葉、朔風凜凜的冬天,用玻璃蓋成的暖房裏卻是另一番情景:這裏春意盎然,青枝綠葉的黃瓜、西紅柿……生氣勃勃;牡丹、芍藥……紅紅綠綠相互爭豔。為何一層玻璃之隔,竟有這麼大的區別呢?

原來太陽輻射為短波輻射,而地球向太空的輻射卻為長波輻射,溫室的玻璃能讓太陽光暢通無阻地到達地麵,卻不讓地麵反射的長波熱射線跑出去,地麵的熱量既然不易散失,室溫就會保持或升高,利用這個原理,人們可在屋子裏種植蔬菜。

其實,我們的地球就像一個大溫室,地球大氣中的二氧化碳和其他微量氣體甲烷、臭氧、水蒸氣等就好比溫室的玻璃,它們幾乎不吸收太陽光卻能大量吸收地麵的長波輻射,這些氣體被稱為溫室氣體。最主要的溫室氣體是二氧化碳,它是碳的一種存在形式。空氣中含有二氧化碳,而且在過去很長一段時期中,含量基本上保持恒定。這是由於大氣中的二氧化碳始終處於“邊增長、邊消耗”的動態平衡狀態。如果沒有溫室氣體,實際地球表麵的平均溫度將不是現在的15℃,而是-18℃。

溫室氣體就像是給地球蓋上了一條被子,使地球不會“著涼感冒”。溫室效應曾對人類和地球的發展起著積極的作用。但是近幾十年來,由於人口急劇增加,工業迅猛發展,呼吸產生的二氧化碳及煤炭、石油、天然氣燃燒產生的二氧化碳,遠遠超過了過去的水平。而另一方麵,由於對森林亂砍亂伐,大量農田建成城市和工廠,破壞了植被,減少了將二氧化碳轉化為有機物的條件。再加上地表水域逐漸縮小,降水量大大降低,減少了吸收溶解二氧化碳的條件,破壞了二氧化碳生成與轉化的動態平衡,就使大氣中的二氧化碳含量逐年增加。空氣中二氧化碳含量的增長,就使地球氣溫發生了改變。

本來,二氧化碳可以防止地表熱量輻射到太空中,具有調節地球氣溫的功能。但是,二氧化碳含量過高,就會使地球仿佛捂在一口鍋裏,溫度逐漸升高,就形成“溫室效應”。

如果二氧化碳含量比現在增加一倍,全球氣溫將升高3~5℃,兩極地區可能升高10℃,氣候將明顯變暖。氣溫升高,將導致某些地區雨量增加,某些地區出現幹旱,颶風力量增強,出現頻率也將提高,自然災害加劇。更令人擔憂的是,由於氣溫升高,將使兩極地區冰川融化,海平麵升高,許多沿海城市、島嶼或低窪地區將麵臨海水上漲的威脅,甚至被海水吞沒。

因此,我們應積極開發各種更幹淨的新能源,盡量節約供用礦石燃料,有效地控製二氧化碳含量增加,控製人口增長,加強植樹造林,綠化大地,維持地球的生態平衡,防止溫室效應給全球帶來的巨大災難。

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溫室效應的危害

20世紀60年代末,非洲的撒哈拉牧區曾發生持續6年的幹旱。由於缺少糧食和牧草,牲畜被宰殺,饑餓致死者超過150萬人,這是“溫室效應”給人類帶來災害的典型事例。全球暖化使南北極的冰層迅速融化,海平麵不斷上升。世界銀行的一份報告顯示,即使海平麵隻小幅上升1米,也足以導致5600萬發展中國家人民淪為難民。而全球第一個被海水淹沒的有人居住島嶼即將產生——位於南太平洋國家巴布亞新幾內亞的島嶼卡特瑞島,島上主要道路水深及腰,農田也全變成爛泥巴地。