书城童书化学家的困惑学生(最想知道的未解之谜)
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第11章 八仙过海,各显神通(3)

如果我们能够把这个秘密研究清楚,在海带、牡蛎这一类生物那儿,学到从海水中提取微量元素的方法,或许就能够找到从海水中提取稀有金属的窍门。

我们依靠生物学家的帮忙,也许真的会培育出几种能够吸收海水中稀有金属的动植物品种,那时候就可能出现一批冶金部门和水产部门合办的“养殖场”,同时也是一个稀有金属“矿”。也许还会有“生物冶金”这门新学科呢!

我们还可能发明各式各样神奇的冶金方法。譬如利用摄氏几万度的高温去提炼稀有金属。和这种高温比起来,今天通常是一千多摄氏度的所谓“高温”,简直可以看成是“冷冻”的温度。在摄氏几万度的高温下,一切稀有金属都变成了气体,一切化学反应都另有一番景象,那时候或许就能够发现许多新的化学现象和化合物。

几百年来,我们的化学家主要是研究常温和1000℃以下的化学现象。1000℃以上的化学现象,到现在为止,还有许多空白点等待着我们去开发。

至于温度更高的化学现象,现在差不多还是一无所知,这里大有英雄用武之地。

有选择性的离子交换膜。近几年来,冶金新技术的发展真是“百花齐放,万紫千红”。譬如,已经发明了一种“离子交换膜”可以从较稀薄的稀有金属化合物溶液中,回收稀有金属。

这种膜有很强的“选择性”,它只允许溶液中指定的金属离子穿过。离子交换膜已经引起广大科学家的注意,可以这样说,现在对它的研究还只是刚开始呢!

也许将创造出更多的奇迹!现在有一种很有趣的现象:许多稀有金属今天虽然还没有什么用处,大批科学家却在津津有味地进行着研究。

你如果问:这是为什么?回答很简单:说不定明天会派大用场。再说,假使不研究清楚,又怎么能够知道它有什么用处呢!的确,过去几十年来这方面的教训已经够多的了。

当然,科学家设想许多稀有金属有着远大的前程,是有一定根据的。下面就来举一个例子:目前,人类已经进入了星际航行时代。我们能够制造十几千米/秒速度的火箭,已经能使我们登上月球,远征木星,但是要飞出太阳系,还有困难。

离我们最近的恒星叫泼洛克西玛,在半人马座a星附近,它距离地球大约是4.27光年。光年就是光在一年中所走的距离,大约等于94605亿千米。4.27光年的距离大约是402963亿千米,如果用10千米/秒的火箭,差不多要12万年的时间才能够到达。假使我们的曾祖父坐上飞船,到了我们的玄孙的玄孙一代,还没有走完这段路程的1%呢!

这真是一个叫人不耐烦的长途旅行啊!

为了到宇宙深处去旅行,我们必须有一种比现在速度快得多的火箭。怎样实现这一点呢?科学家提出了不少大胆的设想,其中有一种叫做“离子火箭”。这种方案是用稀有金属铯制成离子,用电场来加速,造成喷气,这种喷气速度有可能接近光速。当然,要实现这种理想,还要克服不少困难。科学家还设想利用离子火箭开动“宇宙货船”,在地球和月亮之间运货。

我们可以满怀信心地说,在未来的年代里,稀有金属将会创造出更多的奇迹来。

在手掌里能熔化的金属

一块银白色的金属放在你的手心里,当你刚想仔细端详一下的时候,它就熔化了,像水银一样流动起来,你只得像托住一颗大水珠似地小心托住它。它就是金属镓。

1875年法国化学家布瓦博德朗发现它时,为了纪念自己的祖国,以法国古时候的名字——家里亚命名它,简称镓。镓的熔点只有29.8℃,低于人的体温,所以在手心里会熔化;然而镓的沸点却高达2403℃,这一特点被人们用来制作高温温度计。因为汞的沸点是357℃,水银温度计一般做到350℃,当然也有400℃以上的,但很容易因热产生气泡,影响准确度,而用石英管做的镓温度计,可以测量1500℃的高温,称得上是直接读数温度计的冠军。

由于镓的熔点低,可做易熔合金,用在消火栓上做堵头,一旦起火,温度升高,堵头熔化,水能自动喷出灭火,消防人员可以很快找到它,消火栓口也受到水的降温保护,不会被烧毁。

比镓晚发现15年的铯,其熔点比镓还低,只有28.5℃;但是谁也不敢把它放在手心里,因为它太活泼了,在空气中会自燃,在水中能爆炸,要是搁在手心里,还不把肉皮烧焦了!人们只能将它放在煤油里。

煤油那么爱着火,不危险么?不,因为煤油隔绝了空气和水,铯就不会燃烧,更不会爆炸了。

由于铯能与水激烈反应,所以已被用来做电子管里的干燥剂。极少量的铯在真空管里吸干净微量的水蒸气,能大大提高真空度,延长电子管的寿命。光线照到金属铯上,它就能释放出一束电子,科学家利用铯的这个特性,做成了光电管。光电管是这样一种器件,当受光照射时,它就有电流通过,这个电信号可用于自动控制。当你走近北京饭店的大门时,门自动开了,你进去之后,门又自动关了,这就是光电管在指挥着自动门的开闭。

近年来,铯又担负了新的重任,做时间的计量标准,叫做“铯原子束时间频率基准器”。这是当前世界上最准确而又最稳定的时间频率计量基准,准确到十万亿分之1,30万年都差不了1秒钟。这对于天文测量、航天飞行都是不可缺少的,因为在这些领域里,时间常常是以微秒(百万分之1秒)为单位的呀!

碘的妙用

你一定用过碘酒,碘酒就是碘在酒精里的溶液,它比纯酒精的杀菌能力大得多,所以,大夫在给你打预防针时,常常给你先擦上一点碘酒,这样,皮肤表面就彻底消毒了。在空气中,碘酒里的酒精先挥发,留下一片黄印,这就是碘;然而,早上的黄印到了下午往往就不翼而飞了,这是为什么呢?因为碘是个与众不同的非金属元素,它能直接变成气体跑掉,这种固体物质不经过液态而直接变成气态的现象叫做“升华”。凡是能升华的物质,也会由气体直接凝结成固体。利用碘的这个特性,我们可以提炼出很纯净的碘。

碘酒

现在,请你看这样一个实验:把不太纯净的粗碘放在一个圆底烧瓶里加热,瓶口套进一支盛着冷水的玻璃试管,试管和瓶口之间有缝,可以剪块硬纸板盖住。用酒精灯加热烧瓶,不一会儿,试管下方就开始出现紫色的有金属光泽的碘晶体。它们长得像麦芒似的有棱有角,这就是经过升华提纯了的碘,黝黑紫亮,透着精神。

纯碘的蒸气是深蓝色的,不过这有一个条件,只有不混杂空气时才是深蓝的。平时,我们不太可能见到真空中的碘,我们见到的都是跟空气在一起的碘,它是紫色的,碘的希腊文原意就是紫色。碘在酒精里是棕黄色的,这是因为溶解它的酒精和它结合成这种颜色的溶液,汽油之类的溶剂与碘之间就没有这种结合,所以碘分散在汽油中时发出紫色的光亮。

碘不但是美丽的,而且很有用。

在农业上,常用的除草剂和农药中,碘是不可缺少的元素之一,用含有碘化物的饲料,可以提高营养价值。用它喂奶牛,产奶量就会增加;用它喂绵羊,羊毛又密又长;用它喂鸡,可以多生鸡蛋;用它喂猪,可以催肥……碘也是人体中不可缺少的元素,它能调节人的生长发育和能量供应,在人体中,它集中在一个叫“甲状腺”的部位。碘对人身体的作用是通过甲状腺来实现的,一旦人缺少碘,就会得大脖子病——甲状腺肿。于是,大夫就会给这样的病人吃一些含碘的药,并嘱咐他多吃海带、紫菜、葱头、大葱和海鱼等等,因为这些食物里含丰富的碘。

趣谈二氧化碳

二氧化碳时刻从你的口腔里呼出,它微溶于水,所以你仔细一咂嘴时,总会感到有点酸味。制造汽水、啤酒和汽酒的时候,把很多二氧化碳加压溶解在里面,为的是喝下去以后,释放出二氧化碳,使人顿感凉爽舒适。

钢瓶里的二氧化碳,是在高压下灌进去的,一旦喷出,由于体积膨胀而吸热,能把周围的温度一下子降到-78.5℃以下,这时候,奇妙的现象发生了:原来看不见的二氧化碳气体凝结成了白雪般的固体,如果你用一个布袋罩在钢瓶口上,布袋里就充满了雪一样的二氧化碳固体,人们把二氧化碳固体叫做“干冰”。干冰的用处可大啦,它可以用来灭火,因为它能降低燃烧物的温度,而且自身转化为气态二氧化碳,能够隔绝空气。干冰又是蔬菜、水果的卫士,把它充进菜窖里,细菌就难以生长繁殖了,这就延长了蔬菜水果的保鲜期。当你在电影或电视里看见神话故事里的主人公脚踏祥云瑞雾向你走来时,你可想到,正是因为在他们脚下铺洒了干冰,干冰吸收了周围的热量,使温度降低,空气中的水蒸气凝成水雾飘散,才造成了云雾缭绕的景象。

二氧化碳还是地球的雕塑者,它溶在水里成为碳酸,含碳酸的水长年累月冲刷石灰岩层,就会使它的主要成分碳酸钙变成碳酸氢钙而溶解,当水蒸发后,碳酸氢钙又会分解变成碳酸钙,这样的过程千百万年一直在进行着,于是,地球上就出现了天然奇景——如桂林山水和路南石林那样的奇峰异洞,装扮着美好的山河。更有数不清的溶洞、钟乳石、石笋……有的峻峭绮丽,有的晶莹剔透,令人叹为观止,它们都记载着二氧化碳的活动史和这位自然雕塑师的功绩。

溶洞

有多少种化合物

在已知的107种化学元素中,有90余种是自然界里存在的天然元素,而在这90余种中又只有十几种是组成化合物的常见元素。那么,化合物究竟有多少种呢?

26个英文字母组成的单词有多少呢?袖珍英汉词典告诉我们,它那里有17000个,而新英汉词典里则有80000个……元素组成化合物时,与字母组成单词有点相似,而且,一种元素在化合物中还会重复地出现。所以,虽然组成化合物的常见元素只有十几种,它们的化合物却相当多。

到目前为止,世界上已发现和制造出来的化合物有几百万种,其中大部分是以碳元素为主体构成的化合物,叫有机化合物。因为这些含碳化合物起初都是从动植物或动植物的残骸中得到的,是起源于有生命的物质的。所以,过去就叫这一类化合物为有机化合物,这个名称一直沿用下来了。不含碳的化合物称无机化合物,共有5万多种,比起有机化合物来,品种少得多。然而在化学工业和化学研究上,它们是同等重要的。