书城教材教辅课本上读不到的化学故事
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第8章 潜伏在生活中的“魔幻”之手:生活的故事

从猪身上割下来的“肥皂”

生在农村的同学可能知道“胰子”。从前每到过年杀猪时,人们把猪胰捣了又捣,制成“胰子”洗手洗脸用。这里所谓的“胰子”就是我们现在所说的肥皂。

古埃及有个庄园主,他请了一个厨师。由于吃饭的人多,做饭的人少,小厨师天天忙得不可开交,脸都没时间仔细洗,黑糊糊的。小厨师为了早上多睡会,每天忙到半夜把第二天的材料给准备出来。

有一天,小厨师实在太困了,一觉睡到了8点,小厨师急急忙忙起来做饭。但一不小

心,把灶下一盆炼好的羊油踢翻了,全部浇在了炭灰里。

小厨师怕被主人责骂,连忙用手将混有羊油的炭灰一把一把地捧了出去,以免被人发现。他捧完炭灰洗手时,忽然发现手上竟然出现了一些白乎乎的东西,而且手洗得特别干净,甚至连以前很难洗掉的污垢都不见了。

小厨师没有多想就赶紧去做饭了。当他做完饭后又用那种白乎乎的东西把手洗了一遍,变得更白了,接着他又洗了洗脸,脸也变白了。那种白乎乎的东西的确能使脏了的皮肤变白。

小厨师把他的发现告诉了庄园主,庄园主半信半疑地试了试。“嗯,不错,的确能让脸又白又光。”庄园主惊讶地说道。

不久,小厨师的这种“小团团”被更多的人知道了,一传十,十传百,全国上下都开始使用了。

原来,小厨师的“小团团”就是“胰子”,也就是我们说的肥皂。

肥皂是由易溶于油的亲油基(也叫流水基)和易溶于水的亲水基所组成。这两个基团分别溶于油和水中,降低了油水的界面张力,从而把油水这两种本不能互溶的物质连接起来不使其分离,被肥皂乳化后的油以微小的粒子分散于水中而不分层。肥皂的这种性质,能显著降低界面张力,这种化合物统称为表面活性剂。由于肥皂和其他表面活性剂具有这种性质,因此这类表面活性剂能产生润湿、渗透、乳化、分散、起泡和去污等作用。

肥皂的化学成分是硬脂酸钠,它能和硬水中的碳酸氢钙反应,生成白色的沉淀物——硬脂酸钙。用硬水洗衣服会浪费肥皂,而自然水如:海水、河水、湖水、井水,总是和石灰石打交道,大多数都是硬水。在家里最好的软化硬水的方法,就是把水煮一下,去掉碳酸氢钙。

【化学1+1】

为何肥皂会起泡泡

为什么肥皂会起泡?肥皂的种类有很多,也有许多不同的效用。有的杀菌好,有的香味好。但是为什么肥皂会起泡?你知道原因么?

这是因为肥皂里含有大量的表面活性剂。这种表面活性剂,一端具有亲水的性质(亲水基),另一端则不容于水,具有与水相斥的性质(疏水基)。表面活性剂是一种具有两种互相矛盾的物质统一在一起的物质。

当表面活性剂和水混合时,亲水性的一端会溶于水中,疏水基的一端则会脱离水,聚集在水面。在水面的表面活性剂,疏水基会离开水面,进入空气中,亲水基溶于水,并排在水面上。当你在搅动水时,会将空气进入水中,此时疏水基会包住空气,这样便形成了泡泡。

煎药煎得好,选锅最重要

倩倩的妈妈生病了,医生给开了很多草药,医生再三叮嘱妈妈,熬药时不要用金属锅,要用瓦罐。

因家里没有瓦罐,农村有种风俗:药罐子是不能借的,去买吧,一时又难以买到。于是,妈妈就用铁锅熬了,觉得这也没什么区别。

可当妈妈掀开锅盖的时候傻眼了:草药变成了黑糊糊的渣子,水也熬干了。

原来铁和草药发生了化学反应,所以草药变黑了。其次,铁锅传热快,水很快就会沸腾,所以不久水就变成水汽“逃”走了。

事实上,草药中一般含有鞣酸。鞣酸遇金属时发生化学反应,生成不溶于水的鞣酸盐。由于中药中的鞣酸受到破坏,从而会影响药效。这也是人们在煎中药时一般都不用钢、铁、铝等金属器皿,而是用沙锅或瓷锅的原因。

【化学1+1】

选锅煎药“三不要”

我们在选煎药的锅时,最好不要使用铝锅和铁锅。这是因为铝和铁属于活泼元素,容易与中药里的成分发生反应,从而降低药效。

如使用铁锅,会与中药中普遍存在的鞣质反应生成鞣酸铁,与黄酮类成分反应生成难溶性化合物,与有机酸反应生成盐类物质等,从而影响中药汤剂的质量和疗效。

又如铝锅,特别是新的铝锅,表面还没有形成化学性质较稳定的氧化铝层,用这种铝锅熬中药时,铝原子易进入到药液中去,人体长期过多地吸入铝,有可能导致老年性痴呆。

另外,少数人家可能备有铜锅,但是铜锅也不宜煎药。古人历来不主张用铜制器具来煎药,因为铜会导致人体中毒。

灰烬里的“明珠”

一支商船载着大量的黄金航行时,突然遇到了暴风雨。这场暴风雨来势凶猛,以至于商船无法继续航行,所以,这支商船就驶进一个港湾避风,准备等到暴风雨停了再起航。

然而一直到了傍晚时分,暴风雨还没有停止,于是船上的人准备上岸过夜,并且他们想在海滩上举行野餐。

可是,问题来了,这四周连一块架锅的石头都没有,怎么进行夜餐呢!顿时间,他们感到非常的沮丧。正在不知如何是好时,突然听到船员出了个主意,大家一致认为这个主意很不错。

只见大家七手八脚地从船上搬来了几块大的苏打块当做架锅的石头,他们把锅架好后,便找来一些柴火烧起来,准备举行野餐。

野餐结束后,人们收拾餐具准备上船时,那个出主意的年轻船员忽然大叫起来:“大家快来看看,这是什么东西呀?!”

听到了大喊声,船员们赶紧地围上来,只见锅下的炉灰中有一种闪闪发光的东西,晶莹剔透像明珠一样,非常的漂亮。

“这有什么好奇怪的,带亮光的石头而已”大家都讥笑他。

但其中一位商人觉得这肯定不一般,于是便悄悄地拿了几块带了回去。

经过研究摸索,商人制成了各种各样的珠子。出乎意料的是,这很受人们的喜爱。

后来,人们知道了其中的奥秘——做饭的支架苏打块在火焰的作用下,与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生晶体,这晶体就是最早的玻璃。后来人们便用这种方法制成了玻璃。

【化学1+1】

玻璃的“天敌”

有一学校组织参观玻璃厂,由于第一次来,同学们都觉得好玩,向厂里的工人问东问西。这时,一位同学看见一堆玻璃,上面有美丽的花纹和图案,这位同学随口问道:“这是用玻璃刀刻的吗?”

带他们参观的工人笑着说:“当然不是,玻璃刀在玻璃上一划就能把玻璃划烂,根本无法刻出图案。这是用一种叫氢氟酸的物质刻的。”

原来,氢氟酸的腐蚀性较强,能轻而易举地“啃”掉玻璃,是玻璃的“天敌”。

于是,人们利用氢氟酸这一些特性,在玻璃上刻花纹图案。氢氟酸涂得多,玻璃就被“啃”得深,涂得少,就被“啃”得浅。这样,玻璃器皿上就出现人们想要的花纹和图案了。

肚子里装着灯的“萤火虫”

“银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星。”读着杜牧《秋夕》的千古佳句,我们不禁想起在乡间纳凉时,那些池边、稻田、草丛里的“飞灯”——萤火虫。

夏天的夜晚,生在农村的人会看见棉花地里一闪一闪的,那便是萤火虫发出的光。那

萤火虫为什么会发出光亮,而且是一闪一闪地发光呢?

古时候,有个书生家里穷,没有钱点灯,于是他就抓了好多萤火虫,把它们放在一起,借着微弱的灯光看书。

原来萤火虫体内含有一种很不寻常的化合物,被称为“荧光素”。在通常情况下,它独立存在着;不过,在萤火虫体内还存在着一种被称作“荧光素酶”的物质,使得荧光素很容易与三磷酸腺苷(ATP)的一个分子产生作用。ATP这种物质存在于所有生命细胞中,从细菌细胞到人类细胞无一例外。

事实上,ATP是一种“高能”化合物,它在细胞中的功能是给需要能量的地方传输能量。当ATP给荧光素分子传输一些能量后,这一分子就变为一个略有不同的分子,叫“氧化荧光素”。以这种方式接收了能量的氧化荧光素是很不稳定的,它有极强的倾向要释放额外的能量,然后几乎会立刻复原为更为稳定的、能量更低的荧光素。

【化学1+1】

神奇的“光细胞”

很久以来科学家就知道在萤火虫的腹部装着一个灯笼,它是由一种特殊的细胞——光细胞组成。光细胞里面充满了一种叫做荧光素的蛋白,当这种蛋白被一种叫荧光素酶的物质激活以后,荧光素就会和氧反应而发光。一种叫章鱼胺的神经信号控制了闪光形式,它使每个种类之间的发光互相有所区别。

但是信号是怎样传导的?科学家一直还未研究清楚。因为神经末梢并不直接接触光细胞,科学家认为可能氧化氮参与了这一过程,因为他们已经通过研究知道氧化氮在许多信号过程中发挥着作用。

为了证明这一假设,科学家进行了实验:把萤火虫放入一个空盒子里,在盒子里注入氧气和一氧化氮。当科学家增加空盒子里的一氧化氮的时候,他们发现,萤火虫的腹部开始闪烁并持续发亮;当停止一氧化氮供应的时候,萤火虫的“灯笼”会灭掉。而萤火虫用于制造一氧化氮的酵素就位于在会发光的光细胞旁。

怎么摔也摔不碎的玻璃瓶

在坐长途汽车时,年轻人都喜欢坐在靠车窗的座位上,而一些老人却总担心的说:“坐在窗子边有什么好,假如玻璃破了,不把脸划几条口子才怪呢!”

“不会破的,即使破了也不会伤人。”年轻人解释说。

“什么?玻璃破了不会伤人?一次我孙子不小心打破了玻璃,划得手鲜血直流。”

“汽车上的玻璃不同,是打不破的防震玻璃。”

“怎么,还有打不破的防震玻璃?”

是的,有这种打不破的防震玻璃。

1904年夏天的一个夜晚,法国化学家贝奈第特斯像往常一样,做完一个实验后,就开始整理药品架,谁知一不小心,只听“啪”的一声,一只药瓶掉在了地上。他连忙俯下身子去捡,奇怪的是,药瓶一点也没有破,只是上面有一些裂纹。这引起了贝奈第特斯的关注:“那只瓶子难道是什么特殊的材料做成的?为什么没有摔碎?用它来做车窗玻璃该多好啊!”

于是,贝奈第特斯像看什么“古董”似的拿着那个小瓶子在灯光下颠来倒去地观察,可还是没有看出什么名堂来。

他百思不解,又找来其他的小瓶子进行比较、观察和试验,终于找到了原因。

原来,这只小瓶子里曾经盛过硝化纤维的乙醚溶液,时间一久,乙醚蒸发后,留下的硝化纤维形成一层胶膜,这层薄膜像一层皮一样,牢牢地黏合在小瓶子的内壁上,所以,药瓶玻璃碎片被这层皮拉住了。

这个发现给贝奈第特斯带来启示:一块玻璃有这么坚固的力量,那么两块合在一起呢?于是,他将两块玻璃中间涂上一层硝化纤维薄膜。后来经过无数次的研究,终于研制出世界上第一块高效能的防震玻璃。

【化学1+1】

玻璃原来不是固体

玻璃已经成为人们生活中必备的东西,它表面看上去是固体,实际上它却不是固体。

科学家们研究后发现,玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。一些材料在冷却时会形成结晶,其原子会以高度规则的模式进行排列,称为“晶格”。然而玻璃在冷却时,原子拥堵在一起,几乎随机排列,妨碍了规则晶格的形成。

在实验中,为了观察微观原子的真实运动情况,研究人员利用较大的胶体微粒模拟原子,并用高倍显微镜进行观察。结果发现,这些粒子形成的凝胶因为构成了二十面体结构而无法形成结晶。这种结构就解释了为什么玻璃是“玻璃”而不是其他液体或固体。

“魔鬼垃圾”,你敢捡吗

平时,我们脖子上戴的项链,大家一定不会陌生,知道它是一种装饰品,但现在有一条链子却能吃人,如果不信,请看下面的故事:

东北某省一个化工厂的工人,由于爱人孩子都回老家了,家中只剩他一个人,所以每天下班后他就推着自行车不疾不徐地溜达回去。

有一天下午下班后,这个工人像往常一样推着车子往家里走,突然他看见路边的垃圾堆里有一条链子。工人觉得项链还不错,于是就拣起来揣在裤兜里。回到家后不久,他觉得腿不能动,于是赶紧拨打了急救电话。最后把腿截掉才算保住了性命。

后来,人们都传开了,说这个工人拣了一条吃人的链子。

其实,这条链子是报废的铱放射源。这类垃圾一般都有毒,被称为“魔鬼”垃圾。

“魔鬼”垃圾,是各种危险性极大的垃圾的总称,对人类和环境的危害很大。这些垃圾一般是一些矿山、工厂和医院等排出的垃圾。它们可使人慢性中毒或引发癌症,造成急性或慢性死亡。

医院里废弃的针头、器械、血液、解剖的动物肢体及其他不洁物品,常含有大量的病菌。人们如果直接接触或间接接触它们,极易受到感染,甚至会染上艾滋病。

有些垃圾有腐蚀性,如硫酸和硝酸等废弃物,处理不当也可致人损伤或伤残。

【化学1+1】

你相信这是用垃圾制造的房子吗

香港《大公报》报道,这间外表看来与其他房屋无异的“循环再造梦想屋”,原来是用人们丢弃的垃圾建造的。

此屋由建筑师基特?华纳设计和建造,坐落在美国马萨诸塞州的一个小镇,是真正利用垃圾站的垃圾和废料建成的。它是垃圾循环再造的一件杰作。

这是所三房一厅两浴室的房屋,浴室铺的地砖是用压碎的旧车挡风玻璃窗加混凝土做成的;睡房地毯用循环再造汽水胶樽制造;建筑材料大部分用烧煤发电厂的废料加工制成;屋内墙壁利用人们抛弃的颜料粉饰;门窗则用香水制造厂废弃的雪松木制成。

基特希望通过循环再造屋呼吁人们加强环保意识,珍惜资源,善用循环再造产品。

葡萄酒成了灭火战士

某县城最近组建了一支消防队,队长由刚从部队转业的阿来担任。

县城不比城市,发生火灾的情况较少,所以,消防队在没有火灾险情的时候都要学习消防知识。阿来见识多,知道的东西也比较多,同事不懂的问题都向他请教,而阿来也总能解答上来,所以大家给阿来起了一个外号叫“一休”。

有一天,消防队突然接到电话,县郊区的一家葡萄酒厂起火了。接到命令的消防队员迅速赶到现场,投入紧张的扑火工作中。正当他们奋勇作战,即将控制大火的时候,突然发现贮水槽里的水快没有了。

这下完了,队员们都绝望了。这时阿来突然命令队员把正在发酵的葡萄酒泼向熊熊大火。

我们大家都知道,酒精易燃烧,但神奇的是,火竟然被那葡萄酒被扑灭了。

事实上,正在发酵的葡萄酒里含有大量的二氧化碳,而二氧化碳不助燃,是最好的灭火剂。

一般情况下,在面对大火时,我们通常想到的是灭火器。其实,灭火器喷出来的也是二氧化碳,那么灭火器里为什么有那么多二氧化碳呢?

原来,钢筒里贮藏着两种化学物质,即碳酸氢钠和硫酸。平时,这两种物质用玻璃瓶隔开分住两处,各不相扰。当人们将灭火器的头倒过来时,碳酸氢钠和硫酸混到一块儿,发生化学反应,产生大量二氧化碳。把硫酸换成硫酸铝,再配上点发泡剂,就成为泡沫式灭火器,它同样也能够产生二氧化碳气流,同时带有大量泡沫,可以漂在表面上帮助灭火。

喇叭口的灭火器里面不装化学药品,直接装二氧化碳,那是人们利用强大的压力把二氧化碳压进钢瓶,使它变成液体。二氧化碳由气体变成液体以后,体积会缩小很多。这样,一个不大的钢瓶内的液体二氧化碳再变成气体时,能够充满好几个房间。像液化石油气罐一样,灭火器平时紧闭阀门。救火时一旦拧开阀门,强大的二氧化碳气流就通过连接着的喇叭口向火焰喷去。

【化学1+1】

灭火器的发展史

古时的灭火器具很简单,无非是钩、斧、锹、桶之类。第一个真正的专用灭火器是由英国船长、诺福克郡人曼比于1816年发明的,它仅是2个装1升多水并充有压缩空气的圆桶。

到19世纪中叶,法国医生加利埃发明了手提式化学灭火器。将碳酸氢钠和水混合放在筒内,另用一玻璃瓶盛着硫酸装在桶口内。使用时,由撞针击破瓶子,使化学物质混合,产生二氧化碳,把水压出桶外。

1909年,纽约的戴维森取得一项专利,利用二氧化碳从灭火器内压出四氯化碳,这种液体会立即变成不可燃的较重气体以闷熄火焰。此后又出现了干粉灭火器,液态二氧化碳灭火器等多种小型式灭火器。

破洞的小船竟然成了救星

很久以前,在印度洋海域发生了一次海难,五个幸存者登上了一只“小船”,他们等待被人发现。

傍晚时分,他们发现“小船”已经坏了好几个洞,小船里渗满了海水,有人担心一个大浪打来会把“小船”打沉,或者时间越长,“小船”里水灌得越多,他们会沉到海底。救援人员还没有赶到,他们在惊恐不安中度过了一夜。

可是,直到天亮的时候救援舰艇赶来,那只“小船”在海面上被海浪冲得晃来荡去,还是没有沉下去。

原来,这只小船是用特殊材料做的,这就是泡沫塑料。

泡沫塑料上有小洞洞,这是利用小苏打受热分解生成CO2气体而制成的。最初,人们只是用泡沫塑料来制作洗澡用具和机器上的缓冲垫片。由于它具有很好的弹性,隔音绝热性能很好,人们用它制造各种坐垫、枕头;用它来制作电话间、浴室墙壁、飞机座舱。

事实上,塑料是一种以合成树脂为基本原料,在一定温度和压力下,塑制成一定形状的新型合成材料,具有可塑性。所谓合成树脂即是以煤、石油、天然气、电石以及农副产品为原料,通过化学变化,合成的一种高分子聚合物。

这种聚合物的结构有线型和体型两种。其中线型结构主要是高分子中的原子彼此以一种力——共价键相互联结成弯曲或蜷曲而又柔的一个长链分子,如果在长链上还带有长短不同的支链也属线型结构,也叫枝型结构。还有一种叫体型结构,主要是高分子化合物中分子链之间,通过一种力彼此交联所形成的。根据塑料分子的结构,它具有各种各样的优异特性,它可以制成像金属般坚牢、棉花般轻盈、玻璃般透明、钢一般的韧性,也可以制成如同橡皮般的弹性、贵金属般的化学稳定性、海绵般的多孔性、云母般的绝缘性。

【化学1+1】

可变色的塑料薄膜

英国南安普照敦大学和德国达姆施塔特塑料研究所共同开发出一种可变色塑料薄膜。这种薄膜把天然光学效果和人造光学效果结合在一起,实际上是让物体精确改变颜色的一种新途径。

这种可变色塑料薄膜为塑料蛋白石薄膜,是由在三维空间叠起来的塑料小球组成的。在塑料小球中间还包含微小的碳纳米粒子,因而光不只是在塑料小球和周围物质之间的边缘区反射,而且也在填在这些塑料小球之间的碳纳米粒子表面反射。这就大大加深了薄膜的颜色。只要控制塑料小球的体积,就能产生只散射某些光谱频率的光物质。

染料——为生活增色添彩

大自然需要花朵,因为五颜六色的花朵能把大自然打扮得春意盎然。人类同样需要颜色。颜色是人类社会中不可缺少的组成部分。把生活打扮得五彩缤纷就需要染料。那么染料究竟是怎么来的呢?

帕金读大学的时候,教授霍夫曼让他研究一种治疗疟疾的药——金鸡内霜。

这天他像往常一样做实验,将重铬酸钾加进从煤焦油里提炼出来的苯胺里,无意中发现试管底部有些黑色的沉淀物。唉,又失败了。

他叹了一口气,刚想把沉淀物从试管里倒进垃圾箱,可转而一想,觉得这种物质很奇怪,便萌生了探究一下的念头。于是,帕金把这黑色的沉淀物放入酒精中,摇了摇,惊奇地发现它又变成美丽的紫色。帕金不禁惊奇地大叫一声。帕金顺手将身边的一块绸子,放在这种溶液里浸泡:“嘿!绸子居然也成紫色的了。”

第二天,帕金又将这块染色的绸子用肥皂清洗,然后放在太阳光下曝晒。令帕金惊奇的是,紫色不但丝毫不褪,色调还鲜艳如初。

无心插柳柳成荫,这个意外让帕金发明了染料。

染料是能溶于水、醇、油或其他溶剂等流体中的有色物质。染料溶液能渗入木材,与木材的组成物质(纤维素、木质素与半纤维素)发生复杂的物理、化学反应,能使能使木材染成鲜明而坚牢的颜色又不致模糊木材的纹理,

【化学1+1】

颜料与染料的不同

颜料和染料是不同的物质。颜料是一种微细粉末状的有色物质,一般不溶于水、油和溶剂,但能均匀的分散在其中。颜料是色漆的次要成膜物质,在木材装饰过程中调制底漆、泥子以及木材着色,也经常使用到颜料。不透明的色漆由于放入颜料,其涂膜具有某些色彩和遮盖力。同时颜料还能增强涂膜的耐久性、耐候性、耐磨性等。

世上还有不吃羊的狼

中国民间故事及古希腊伊索寓言中有不少狼吃小羊的故事。在我们的眼里,狼是一种凶残的动物,它被归为豺狼虎豹一类,它吃羊羔的本性是不会改变的。然而这个世界上有一群狼却不吃羊。

动物学家在美洲大陆上驯出了一种北美狼,它不吃羊羔,即使把小羊羔放在它的嘴巴底下,它也会远远地回避。

原来,科学家们给北美狼开了一张羊肉加氯化锂的处方,就是在羊肉中掺进了一种叫氯化锂的化学药品。北美狼吃了这种含有氯化锂的羊肉,在短时期内就会有消化不良及肚子胀痛等疾病。事实上,从一开始时,它们就明显地不喜欢这些肉的特殊的味道,到后来,如果在肉食方面给它们有其它选择的可能时,它们就绝不会吃含有氯化锂的羊肉。

就这样,科学家们经过多次的驯化,这些北美狼就不再掠食羊羔了。

更有趣的是,母狼吃什么样的食物,它的奶就会有什么样的味道。如果母狼不吃羊羔,那么也会传给它的幼仔,并且,母狼不允许它的幼仔吃自己已经回避的食物,因此,幼狼就不会去吃羊羔了。

【化学1+1】

求生时用的好东西

锂的化合物“氢化锂”遇水会发生剧烈的化学反应,产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后,可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。

第二次世界大战期间,美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时,只要一碰到水,氢化锂就立即与水发生反应,释放出大量的氢气,使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。