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第4节 第三章

2Na+O2

点燃Na2O2(淡黄色)由于钠的“欢脾气”,它除了能跟氯气直接化合外,还能跟很多其他非金属直接化合,如跟硫化合时甚至发生爆炸,生成硫化钠。

2Na+S

Na2S其他的物质在常温下一般不跟水发生反应,但钠就不同了,它在常温下就能跟水发生剧烈反应,生成氢氧化钠和氢气。

2Na+2H2O

2NaOH+H2↑钠通常保存在煤油里,使它跟空气和水隔绝,为的就是避免钠跟空气里的氧气或水起反应。

钠的这种特性使其在军事领域里有了新的用武之地。据报道,一种新型的高爆鱼雷在中国人民解放军海军某研究所研制成功。这种鱼雷弹头内含有钠,当它接近目标时,战斗部自动解体,释放出无数金属钠颗粒。金属钠与海水反应,可以在瞬时产生大量氢气和高热。几十米的范围内温度将顿时升至2000℃以上,足以使目标表面产生剧烈燃烧和变形,破坏以至摧毁其战斗力。

由于钠的性质很活泼,因此在自然界里只能以化合态存在。钠的化合物在自然界里分布很广,其中以氯化钠为主,除此之外还有硫酸钠、碳酸钠和硝酸钠等。

钠是一种很强的还原剂,可以把一些稀有金属从它们的卤化物里还原出来。

钠的氧化物有氧化钠和过氧化钠等。氧化钠是白色的固体,过氧化钠是淡黄色的固体,它们都能跟水起剧烈反应。反应的化学方程式分别如下:

Na2O+H2O

2NaOH2Na2O2+2H2O

4NaOH+O2↑过氧化钠还能跟二氧化碳起反应,生成碳酸钠和氧气。

2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2钠的重要化合物还有氢氧化钠、碳酸钠、硫酸钠等。生活中常用的小苏打即碳酸氢钠(NaHCO3),是一种细小的白色晶体。碳酸钠很稳定,但碳酸氢钠不太稳定,受热容易分解。

碳酸氢钠受热分解化学方程式如下:

2NaHCO3

Na2CO3+H2O+CO2↑碳酸氢钠容易溶解于水,遇到盐酸能放出二氧化碳。

NaHCO3+HCl

NaCl+H2O+CO2↑在第一次世界大战中,1915年4月22日德国对协约国军队大规模使用氯气后,4月23日英国医疗队便给部队提供了碳酸氢钠水溶液,用手帕或布块浸透后制成简陋的防毒口罩,这就是应用了氯气遇水生成盐酸,然后盐酸和口罩上的碳酸氢钠进行化学反应的原理。

移花接木易铜锚在第一次世界大战期间,德国曾向荷兰、瑞典及丹麦等国大量订购各种类型的船只。德国船主们对造船厂的唯一而奇怪的要求是,船上必须配制特大的铜锚。

与此同时,德国内河船舶也纷纷驶向中立国,当离开国境时,各条船上的普通船锚都突然“丢失”。船主们便向荷兰等国订购新锚,也是要铜制的大锚。

此外,德国当局还规定,凡是驶向中立国的德国船只返回时都必须拆除破旧烟囱,换铜制烟囱,然而,当这些换上新锚、装上新烟囱的船只一驶回德国,第一件事情就是取下铜锚,拆除铜烟囱,然后换上铁制的。这是怎么回事呢?

原来,由于战争消耗巨大,当时的德国已严重缺少战备物资———铜,而当时世界各产铜国都对德国实行经济封锁。经过精心策划,德国人用这种欺骗手段从中立国获取了大量的铜。

古时在战场厮杀格斗,最早使用的兵器就是以铜为主制造的。铜是人类最早发现和利用的金属,铜掺上铅、锡等金属便成为青铜。青铜器一问世,旋即运用于兵器的制造。由于青铜制兵器坚固、锋利,提高了杀伤力,也就提高了军队的战斗力,因此,谁拥有数量较多的青铜兵器谁就执掌着战争胜负的主动权。

铜兵器使用较早的,一类是戟、钺、刀、剑、矛、弓箭等进攻性武器,另一类是用于防御的甲、胄、盔、护心镜等。传说黄帝大战蚩尤于涿鹿之野,蚩尤“铜头铁额”,大约便是戴着铜制的头盔。

我国周朝时期以车战为主,军队的基本编制为“伍”,由五名士兵组成,作战兵器是由弓、殳、矛、戈、戟五种为一组配合使用的。这五种兵器均为青铜铸造。春秋战国时战事纷起,对武器的要求越来越高,因此当时先进的铸铜工艺技术均被运用到兵器的制造上,兵器越发精良,种类也不断增多,产生了莫邪、干将等铸剑名家,产生了吴王夫差戈、越王勾践剑等不朽作品,也为后代十八般兵器的定型奠定了基础。秦始皇统一六国之后,曾下令收缴天下兵器,集中于首都咸阳加以销毁,铸造了12个各重千石的大铜人,置于宫廷之中。秦代一石约折合现今375公斤,以此推算,12个大铜人就重达45万公斤。秦始皇为什么要铸造12个如此巨大的铜人?后人认为,秦始皇这一举措,目的有两个:一是为了夸耀武功、粉饰太平;二是为了防止人民反抗。

秦统一后,曾采取不少措施防止人民反抗,而收缴天下兵器的做法,也是有先例的。《左传·襄公十九年》载,春秋时鲁国的季武子曾经“以所得于齐之兵,作林钟,而铭鲁功焉”。意思是说用缴获的齐国兵器,铸成大钟,用于记载鲁国的战功。秦始皇只是做得更为彻底,把民间的兵器也收缴了,对此,贾谊的《过秦论》也说:“收天下兵器,聚之咸阳,以为金人十二,以弱天下之兵。”

铜在自然界中分布极广,在地壳中的含量居第22位。铜以三种形式存在于自然界:第一种是游离铜(极少);第二种是硫化物,如辉铜矿(Cu2S)、铜蓝(CuS)、黄铜矿(CuFeS2);第三种是含氧化物,如赤铜矿(Cu2O)、黑铜矿(CuO)、孔雀石(Cu2[CO3](OH)2)、胆矾(CuSO4·5H2O)、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)等。

铜的冶炼方法一般随矿石的性质而有所不同。如氧化物矿可直接用碳热还原,硫化物矿则常用所谓的冰铜熔炼法。氧化物矿还可用湿法冶金,如用稀硫酸或其他络合剂浸出,然后进行电解。

举一个例子,比如黄铜矿(CuFeS2)是用冰铜熔炼法(火法)冶炼。

由于铜矿品位低,首先要进行富集,经泡沫浮选获得精矿,以提高品位。

浮选所得的精矿经沉降、过滤、烘干后,进入沸腾炉,在270~800℃的温度条件下通空气进行氧化焙烧,使部分脱硫成SO2,同时还可除去带有挥发性的杂质,并进一步富集铜,得到焙砂。主要反应如下:

2CuFeS2+O2

Cu2S+2FeS+SO2其中部分的FeS进一步被氧化成FeO:2FeS+3O2

2FeO+2SO2焙砂中的主要成分为Cu2S和FeS,其质量比大约相等,还有FeO及原有的SiO2、Al2O3、CaO等造渣氧化物。焙砂送入反射炉进行高温(1500~1550℃)熔炼,目的是制成冰铜(Cu2S·FeS)。由反射炉底放出的熔融态冰铜,立即送入转炉,于高温下吹入空气将FeS氧化为FeO,与加入的SiO2形成炉渣而被除去,并使Cu2S转化成粗铜。其中主要反应为:

2Cu2S+3O2

2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S

6Cu+SO2↑所得的粗铜,又送入特种炉熔化,控制氧化或还原条件,加入少量造渣物以除去一些金属杂质,最后得到含铜994%~995%的精铜,浇铸成准备电解精炼的一定形状的阳极铜板。

铜的精炼常用电解法。将阳极铜板在以硫酸铜的酸性溶液作电解液的电解池中进行精炼,于纯铜阴极上得到高纯铜(9995%)。

我们知道,在人类历史上,由于铁的出现,才使武器从传统的青铜铸造中摆脱出来,但同时也为铜的应用开辟了一个更新的领域。铜仍是现代战争中不可或缺的重要战略物资。

有记忆的地神之子1958年,美国海军实验室制成了一种镍钛合金,他们首先将一根镍钛缆绳按要求弯曲成某种形状,加温后冷却,把它拉成直线,再次加热,这根缆绳又自行恢复成原先预热时的形状。科学家抓住这个实验现象不放,进行深入研究,终于发现原来镍钛合金具有能“记忆”自己形状的神奇特性。从此,具有记忆功能的镍钛合金不断地被开发出来,并被广泛地应用到各个领域。1969年,镍钛记忆合金首次应用到工业上。20世纪70年代,美空军用镍钛合金做成F-14战斗机上液压管道的接头,结果近10万接头,无一发生渗漏。

飞船在太空中通过无线电同地球联络,这时,天线是不可缺少的。在美国,人们用记忆合金做成飞船天线,平时它的外形像半个篮球,可折叠起来。当飞船进入太空,在阳光照射下,天线受热就会自动展开,成为原来的半球形。

科学家还利用镍钛合金的“记忆功能”,将它制成机器人的四肢和手上的“肌肉”。神奇的是,当外界温度改变时,机器人的“手足”便会根据记忆而改变形状,从而手舞足蹈起来。医生经过试验,将镍钛合金制成比血管略小的螺旋“弹簧”,先让它在体温条件下,“记住”自己原来的形状,然后把它拉直,通过手术,慢慢送进心脏病患者的动脉。在人体正常体温下,有“记忆”功能的金属慢慢又恢复成原来的螺旋弹簧形状,在患者血管内壁形成了一层衬套,可防止心脏病患者由于动脉内壁过薄导致破裂而带来的生命危险。

金属钛(Ti)是一种新兴的结构材料,它的密度为454g/cm3,比钢轻(钢的密度为79g/cm3)。可是,钛的机械强度同钢相似。铝的密度虽小(27g/cm3),但机械强度较差。钛恰好兼有钢和铝的优点。钛是热和电的良导体,高纯度的钛具有良好的可塑性,越纯可塑性越大。液体钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。

钛的表面容易形成致密的、钝性的氧化物保护膜,因而具有优良的抗腐蚀性,特别是对海水的抗腐蚀性很强。由于金属钛具有这样一些良好的性能,自20世纪40年代以来,它的生产量激增,在国防和高技术产业中,占有重要的地位,目前在航海和航空制造业上得到了广泛应用。

虽然在通常温度下钛不活泼,但在高温时,钛能直接同许多非金属如氢、卤素、氧、氮、碳、硼、硅、硫等生成很稳定、很硬并且难熔的化合物,如TiN,TiC,TiB,TiB2。在室温下,钛不与无机酸反应,但能溶于热盐酸和热硝酸中。

用金属钠或镁还原四氯化钛可以制取金属钛。

TiCl4+4Na

Ti+4NaClTiCl4

+2MgTi+2MgCl2钛的重要化合物有二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)。钛白是经过化学处理制造出来的纯净的二氧化钛,它是重要的化工原料。

四氯化钛(TiCl4)是钛的一种重要卤化物,以它为原料,可以制备一系列钛化合物和金属钛。四氯化钛在常温下是一种无色液体,熔点为-23℃,沸点为136℃,具有刺激性的气味。TiCl4在水中或潮湿空气中都极易水解,将它暴露在空气中会产生烟:

TiCl4+2H2O

TiO2+4HCl↑利用TiCl4的水解性,可以制作烟幕弹。TiCl4也是有机聚合反应的催化剂。

海底任遨游的法宝2000年8月13日,发生了一起震惊世界的海难———俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇沉入100多米深的巴仑支海海底。随后俄罗斯展开了紧急救援行动,但救援行动持续了近一周时间,最终回天无术,艇上118名官兵全部遇难,没有一名船员幸存。

历史上曾经发生过多起潜艇沉没事件,其中在实施救援时,争取时间对于救援成功的可能性至关重要。而要争取时间,一方面要求救援行动迅速高效,另一方面还要看沉没潜艇内的官兵能够坚持多长时间,而后者就要看潜艇里的氧气能够维持多久了。当对“库尔斯克”号的救援行动还在进行之中时,海军专家介绍:潜艇在水下活动,必须有足够的氧气保障。氧气含量过少,人员容易疲劳虚弱,甚至会二氧化碳中毒。潜艇的氧气主要从三个途径获得:一是定期浮起换气,从大气中获得。一般潜艇每隔3~4小时就要浮出水面换气。二是靠制氧机制造。核潜艇一般使用制氧机。

但潜艇沉没后核反应堆被关闭,制氧机也因失去动力而无法工作。三是使用化学再生药板。再生药板能与二氧化碳发生化学反应,产生氧气。一般常规潜艇都装有一定数量的再生药板,以保证潜艇1~2个月的水下航行。

由于核潜艇使用制氧机,再生药板储量不会太多,但是一般情况下应能保证使用10昼夜以上。然而,“库尔斯克”号核潜艇的悲剧还是无可避免地发生了。

毋庸置疑,人为了维持自己的生命,氧气是不可或缺的,而在无所不用其极的战场上,交战的一方可以通过特殊的武器使敌人得不到氧气而发生窒息,从而达到杀伤的目的。比如在剿灭车臣匪徒的战争中,俄军动用了燃料空气弹等先进武器。燃料空气弹是一种特殊的“面杀伤武器”,人们还给它起了许多形象的叫法:窒息弹、油气弹、气浪弹和云爆弹等。它的内部填满了挥发性极强的碳氢化合物,当投掷到目标上方后,弹内的液体燃料连同延时引爆装置一起被撒到地面,与空气中的氧气充分混合,很快变为雾状的气溶胶,经过预定时间后即会第二次引爆。燃料空气弹爆炸时会产生2500℃左右的高温火球,并形成强大的冲击波和热气浪,炸点附近的冲击波传播速度可达每秒2200米,足以直接摧毁目标。另外,燃料空气弹与普通炸药不同,普通炸药爆炸时不需要外界的氧气,而燃料空气弹的燃料必须与氧气充分混合,爆炸时会把目标周围的氧气消耗殆尽,处于爆炸区内的人员即使不被当场炸死或烧死,也会由于严重缺氧而窒息死亡。

化学武器是大规模杀伤性武器,防毒面具能对其起到有效的防护作用。面具分过滤式和隔绝式两种。在隔绝式防毒面具中,有一种为化学生氧式防毒面具。它主要由面罩、生氧罐、呼吸气管等组成。使用时,人员呼出的气体经呼气管进入生氧罐,其中的水汽被吸收,二氧化碳则与罐中的过氧化钾和过氧化钠反应,释放出的氧气沿吸气管进入面罩。

我们每一个人每时每刻都离不开空气,确切地说是离不开氧气。在通常情况下,氧气是一种无色无味的气体,但在压强为101千帕时,氧气在约-183℃时变为液体,呈美丽的淡蓝色;在约-218℃时则会变成颜色美丽、外形漂亮的固体———呈淡蓝色的雪花状。氧气的密度比空气略大,不易溶于水。

氧气也是一个“乐天派”,它的化学性质非常活泼,可以跟许多种非金属和金属发生化学反应。

平常我们见到的木炭在空气中燃烧,就是氧气和碳发生化学反应,生成二氧化碳:

C+O2

点燃CO2硫在空气里燃烧发出微弱的淡蓝色火焰,而一到氧气里则旺旺地燃烧,发出蓝紫色火焰。硫跟氧气发生化学反应,生成了二氧化硫这种刺鼻的气体,并放出热量:

S+O2

点燃SO2磷在空气中燃烧,生成的是固体五氧化二磷:

2P+5O2

点燃P2O5细铁丝在空气中不易燃烧,但在氧气里则能够剧烈燃烧,火星四射,生成四氧化三铁这种黑色固体。反应过程中放出大量的热:

3Fe+2O2

点燃Fe3O4除了铁以外,铜、铝等在空气中十分“矜持”,这些不易燃烧的物质都可以在氧气中燃烧。

氧气的个性也是够活泼的吧!它在氧化反应中提供氧,具有氧化性,它是一种常用的氧化剂。在实验室里制取氧气,通常采用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法。加热氯酸钾制取氧气需要使用催化剂二氧化锰,化学方程式如下:

2KClO3

O2△2KCl+3O2↑但上述制氧法对于满足生产和医疗的应用可谓是杯水车薪。那么怎样大量地制取氧气呢?空气中不是有大量的氧吗?它在空气中的含量可是约21%呀!可以从空气中制取!如果你能想到这个不错的主意,确实是动了脑筋了。没错,工业上用的大量氧气,主要是根据液态氮的沸点比液态氧的沸点低的原理,先使空气液化,再分离液态空气而制得的。

“破坏大王”碳纤维在举世闻名的海湾战争中,一些新式武器纷纷登场亮相。碳纤维弹是美国新研制成功的秘密武器,它以电厂和变电站设备为目标,有效地破坏其输变电功能,使其断电,从而达到破坏军事指挥、通信和以电能为能源的武器和装备的目的。美军为了以最快速度使伊拉克军事机器瘫痪,决定使用这种武器。

碳纤维弹由美国战斧巡航导弹运载,弹头内装有大量碳纤维。这些碳纤维制成卷状或团状,丝丝相连。当装有大量碳纤维的弹体在特定目标如发电厂上空爆炸后,大量碳纤维丝团在空中飘散,最后落到发电厂上空的输电线上,破坏其正常送电功能,而使军事指挥机关断电、通信失灵和由电源提供侦察、瞄准乃至射击的武器装备不能操作,从而直接影响作战。

美军得到使用碳纤维弹命令后,便向伊拉克首都巴格达发射了以碳纤维弹为主的战斧导弹。导弹在巴格达电厂上空爆炸后,大量纤维丝团缠绕在高压输电线上,造成电厂输电障碍或短路。碳纤维弹的袭击不但破坏了巴格达的正常供电,影响了军事领导机关、作战部门的指挥和作战,而且若要恢复供电,必须动员军民冒着空袭的危险,去将这些扯不断理还乱的纤维丝团除去。碳纤维弹的使用,果然加快了海湾战争的进程,其对发电厂、变电站的破坏性,引起了世界的关注。

在以美国为首的北约对南联盟的轰炸中,美国也使用了碳纤维弹,同样实现了预期的战争目的。

“二战”中,德国为研制原子弹建造了4座核反应堆。当反应堆建立起来后,德国人却在如何使中子裂变速度变慢的问题上遇到了麻烦。原来,为搞清大量原子裂变的规律,必须在反应堆内装填一种可使天然铀链式反应速度减慢的物质。德国科学家布雷格博士经过计算,认为石墨是理想的减速剂,于是他设计了一个用厚壁耐压材料做外壳、以二氧化铀为燃料、以石墨为减速剂、用净化过的普通水为冷却剂的压水反应堆。

其他材料都已具备,只是石墨需要现加工,这一任务交给了德国著名的西门子公司。西门子公司则指示其位于拉齐布日的普拉尼亚工厂生产布雷格需要的石墨。

普拉尼亚工厂的总工艺师埃尔温·施密特是一个坚定的反纳粹战士。

他看到布雷格要求的订货单后,对要求在很短的时间内生产长3米、宽06米,100块之多的石墨片感到十分奇怪,他想不通什么地方需要这么多这种规格的石墨,而且要求的时间又这么急。施密特预感到这批订单一定是要用到军事目的上。虽然他猜不出这批石墨到底是用于什么军事目的,但他还是决心破坏这次供货。当然,不生产是不行的,施密特采取了非常巧妙的办法,就是设法使生产出来的石墨含有硫、二氧化硫和钙等杂质。

施密特的计划取得了巨大的成功,德军既未发现产品中含有杂质,布雷格也没有想到石墨中会含有杂质。结果,布雷格在使用含有杂质的石墨进行实验时,屡试屡败,以至于他认为自己的计算有误,只好另寻新的减速剂。这使德国原定的生产原子弹的计划大大推迟了。

1915年正值第一次世界大战,西方战线的德法两军正处在相持状态。德军为了打破僵局,在4月22日,突然向英法联军使用了可怕的化学武器———18万公斤氯气,造成英、法士兵伤亡15万人。此后不到一年的时间里,双方用过几十种不同的化学毒气。所以,必须找到一种能使任何毒气都会失去毒性的物质才好。

这种有效的解毒剂在1915年末就被科学家找到了,它就是活性炭。

什么是活性炭呢?把木材隔绝空气加热可以得到木炭。木炭是一种多孔性物质,这种物质的表面积很大。而物质的表面积越大,它吸附其他物质的分子也就越多,吸附作用也就越强烈。如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气,除去黏附在木炭表面的油质,使内部的无数管道通畅,那么木炭的表面积必然更大。经过这样加工的木炭,就叫做活性炭。显然,活性炭比木炭有更强的吸附作用。到1917年,交战双方的防毒面具里都已装上了活性炭。

木炭和活性炭的成分都是碳。碳和碳的化合物是一个极其庞大的家族,其种类不胜枚举。它们在国民经济建设和我们的日常生活中占有十分重要的地位。

金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质。还有一种碳叫做无定形碳,通常称为无定形碳的有木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。

我国古代用墨书写或绘制的字画,虽年深日久但仍不变色,这说明在常温下,碳的化学性质是不活泼的。碳受日光照射或跟空气、水分接触,都不容易起变化。但是,随着温度的升高,碳的活动性大大增强。在高温下,碳能够跟许多物质起反应。

木炭可以跟氧气发生氧化反应。

当碳在氧气或空气里充分燃烧时,生成二氧化碳,同时放出大量的热。当碳燃烧不充分的时候,生成一氧化碳,同时也放出热。

单质的碳具有还原性,在较高温度下它能夺取某些含氧化合物里的氧,使其他元素还原。比如在加热的时候,木炭能从氧化铜里还原出铜。2CuO+C

高温2Cu+CO2↑单质碳的还原性可用于冶金工业。炼铁厂之所以用焦炭冶炼生铁,是因为焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。碳这种司空见惯的元素,对人类的贡献可是绝对不容小觑的!

化干戈为玉帛的陶瓷12世纪后期,埃及王国与大马色国一度失和,两国边境形势严峻。大马色国陈兵数万,虎视眈眈,眼看一场战争不可避免。埃及国王萨拉定立即召来谋士,商谈如何化解这场战争,其中一位谋士献出了一条锦囊妙计,获得埃及国王的赞许。国王立即派人带上一个神秘的箱子出使大马色国。大马色国王奴尔爱定看到埃及国王送的礼物极为高兴。面对埃及王国的和平诚意,奴尔爱定决定撤兵回城,一场战争就此平息了。读者可能会问,究竟是什么礼物使大马色国偃旗息鼓,收兵回国的呢?原来,埃及国王萨拉定送上的是一箱中国陶瓷工艺品。一箱陶瓷使两国化干戈为玉帛,可见中国陶瓷的身价之高,乃至被视为无价之宝。所以,欧洲人把瓷器叫做“China”,久而久之,“China”成了中国的英文名称。

陶瓷是最古老的硅酸盐材料。精致的中国陶瓷制品,至今仍然吸引着世界各地的客商。随着科学技术的发展,具有特殊优异性能的现代陶瓷材料也飞速地发展起来,并且具有非常广泛的应用,被人们誉为永不凋谢的材料之花。当然,在军事领域陶瓷也不甘落后。

有一天,美国新材料研究中心来了一个神秘的客人,他是美国核试验基地的空军驾驶员。他带来了一个新的研究课题。原来,在核战争或核试验中,一颗爆炸能量跟2万吨TNT炸药相当的原子弹,爆炸时所产生的70亿大卡的辐射光能在3秒钟里全部释放出来,即使离爆炸中心比较远的人,眼睛也会被核闪光灼伤。空军驾驶员等到发现核闪光再戴防护眼镜就来不及了。如何解决这个问题呢?以前科研人员为他们设计了一种防核护目头盔,但控制护目镜的是一台高压电源,飞行员得背上几十公斤重的用硅钢片做成的变压器,既笨重又麻烦。因此,他们向新材料研究中心提出了研究新的护目镜材料的要求。研究中心接到这一课题后,立即组织力量进行攻关。他们选择了许多材料进行实验,最终选择的理想材料是陶瓷,不过它不是普通的日用陶瓷,而是一种经过特殊的“极化”处理的陶瓷。这种陶瓷能把机械力、光能转变成电能,在电场作用下,又能把电能转变为机械能。这种特殊的功能叫做“压电效应”,具有这种压电效应的陶瓷叫压电陶瓷。

核试验员带上用透明压电陶瓷做成的特殊护目镜,极为方便。原子弹爆炸后,当核闪光强度达到危险程度时,由于光的作用护目镜的控制装置马上就把它转变成瞬时高电压,防护镜便自动地迅速变暗,在千分之一秒里,能把光强度减弱到只有原来的万分之一。险情过后,它还能自动复原,不影响驾驶员的视力。这种压电陶瓷护目镜结构简单,重不过几十克,只有火柴盒那么大,安装在防核护目头盔上当然十分方便。

压电陶瓷在军事上的应用十分广泛。第一次世界大战中,英军发明了坦克,自此以后坦克曾经在多次战争中大显身手。然而,到了20世纪六七十年代,由于反坦克武器的发明,坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的炮弹一接触坦克,就会马上爆炸。因为这种炮弹头上装有一种引爆装置,它就是用压电陶瓷制成的。只要引爆装置跟坦克相碰撞,它马上能把因此产生的强大的机械力转变成瞬间高电压,爆发火花,引爆雷管使炮弹发生爆炸。

我们留心一下就会发现,很多领域都利用压电陶瓷的这种优良性质做成各式各样的用品。比如日常生活用品和玩具上常见的蜂鸣器,就是用压电陶瓷做成的。新型陶瓷的种类有很多。如具有气敏、热、电、磁、声、光等功能互相转换特性的各种“功能陶瓷”,用于人或动物肌体、具有特殊生理功能的“生物陶瓷”等。下面再介绍一种十分有趣的陶瓷———“啤酒陶瓷”。

说起“啤酒陶瓷”的出世,还有一个非常有趣的故事。

美国的化学家哈纳·克劳斯在研究一种用于宇航容器的材料配方时,无意中错把身旁的一杯啤酒当做蒸馏水倒入了一个盛有石膏粉、黏土以及几种其他化学药品的烧杯中,结果出现了意想不到的奇特现象,烧杯中的那些混合物立即产生了很多泡沫,体积突然膨胀了约2倍,不到30秒就变成了硬块,这使克劳斯大吃一惊。他在回忆当时的情况时说:“这一过程如此之快,以致我都想不起来我到底做了些什么。”这种后来被人称做“啤酒石”的陶瓷具有釉光、重量轻、无毒、防火性能好等特点。

“可疑金”不再可疑1782年的一天,奥地利矿物学家牟勒正在萨拉特纳采矿,突然在一个矿穴里看到一种色泽美丽的矿石:乍看是银白色,细看略显黄色,并带有浅蓝色,奇特无比。当地人都称它为“可疑金”、“奇异金”。他觉得新奇,便采了一些标本拿回实验室。次日,他从矿石中提取出一粒银灰色金属,外貌酷似金属锑,但其性质又与锑差别很大。牟勒心想,它可能是一种新金属,但他又没有什么科学依据,于是将这点唯一的标本寄给了化学家贝格曼,请求帮助鉴定。由于标本太小,贝格曼也无能为力,只能断定它的确不是锑,未能进一步加以研究。

本来这时牟勒已经发现并制得了元素碲,可是,由于他为人做事过于审慎,没有公布这一发现。因此,这一发现竟沉默了16年。1797年,德国化学家克拉普罗特又重新提取和研究这种物质,结果有了重大发现。克拉普罗特把这种“可疑金”矿石研成粉末,用王水溶解(生成可溶性TeCl4),滤出残渣后,往滤液中慢慢加入冰水稀释,随后又加入苛性钠,使滤液变成弱酸性,于是有白色沉淀析出(含水TeO2)。克拉普罗特又加入过量的苛性钠溶液,则白色沉淀溶解(生成Na2TeO4),仅留少许棉絮状的棕色氢氧化铁沉淀。他把沉淀洗净烘干,用油调成糊状,装在硬质玻璃瓶中徐徐加热干馏,一直烧到红热。结果在冷凝器和玻璃瓶壁上凝结出一些银白色的金属颗粒。经过仔细研究后,他确定这种金属是一种尚未见到的新金属,于是他为其取名为“碲”,其拉丁文原意是“地球”的意思。1798年,克拉普罗特在柏林科学院宣布了“可疑金”矿的组成,从此,“地球”元素碲才名声远扬。

虽然克拉普罗特在碲元素的发现上立下了汗马功劳,可是他并不贪图虚名,更无掠美之意,在报告中他一再强调牟勒早在1782年就发现了碲。

牟勒闻讯倍受感动,同时也深感内疚,从此,他在科学探索的征途上,也变得勇敢起来。克拉普罗特谦虚谨慎的科学态度一直被当成佳话广为流传。

催化大王100多年前的一天,正值一位化学家的生日,可是他仍在忙着做实验,当人们把他从实验室里拉出来参加宴会时,化学家匆忙接过一杯蜜桃酒一饮而尽,酒醇香甜美。可是当他喝自斟的第二杯酒时,忽然皱起眉头把酒吐了出来———酒竟变得像醋那样酸!这是怎么回事呢?化学家仔细观察,这才注意到匆忙中自己没有洗手,手指上沾满了黑色粉末,也许就是这粉末施的魔法吧!经过研究,终于证实了这个猜想。

这黑色粉末就是金属铂。纯净的铂块闪耀着银白色的光泽。极细的铂粉因吸收光线而呈现黑色,又叫“铂黑”。甜酒之所以变酸就是由于铂黑使酒中的乙醇氧化成了醋酸,而铂却“无动于衷”,这就是大家熟知的“催化作用”。

1823年,德国化学家德贝莱纳发现:把氢气流源源不断地通到铂粉上,铂粉温度会逐渐升高至红热,最后使氢气不点自燃。这也是铂的催化奇迹,它使常温下难于化合的氢气和氧气变得容易化合了。根据这个原理,世界上出现了第一只打火机———用酸产生的氢气通到铂绒上而发火。

铂的催化本领从20世纪初开始大显神威。以前,人们曾经想利用空气中丰富的氮气来制造氮肥。但是偏偏氮气性情懒惰,很难与氢结合变成氨。与活泼的氧气反应,也要电弧下,强迫它们结合。怎么办呢?还是铂施展催化神通,才使氢气和氮气结合,工业上用空气中游离氮制造氮肥得以实现,从此开创了人造氮肥的新纪元。目前许多化学反应,如加氢、脱氢、异构化、环化、脱水、氧化、化合等都离不了金属铂。据估计每年世界上有30余万种新物质出现,其中3/4的产品要靠催化剂帮忙才能制得。

而在催化剂队伍中,催化历史之悠久,催化活性之强,适应范围之广,均以铂最引人注目,难怪人们亲切地称它为“催化大王”。

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