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第8章 日常生活与化学(1)

灯泡的学问

晚上,我们只要拧开书桌上的台灯,就可以温习功课,既温馨又明亮。可是你知道给人们带来光明的小小灯泡为什么可以发光吗?

灯泡所以能够发光,是因为电流经过钨(W)的金属丝(又称钨丝)时产生高热所引致的。我们所以选用钨丝,是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422℃),在摄氏1000多度的环境下仍旧保持不变,而其他金属在这环境下早已熔掉了。

钨和很多金属一样,在高温时很快便会被氧化和烧断,所以灯泡里不能有氧气。但如果抽出所有空气令灯泡真空,高温的灯泡里不能存有氧气。但如果抽出所有空气灯泡真空,高温的钨又很容易蒸发成为气体,缩减了灯泡的寿命。

为了延长灯泡的寿命,灯泡里会载满氩(Ar)这种惰性气体,并且加了点压力,以减低蒸发的机会。此外,灯泡里还加点碘(I2),同样是为了减慢钨蒸发的速度。这是因为钨和碘在约1000℃的环境下会变成碘化钨(WI3),但当碘化钨再接触高热的钨丝时,又再变回钨和碘。这样,便可以使灯泡的寿命延长一点了。

酒后不驾车

酒精可以麻醉人的神经,所以酒后驾车是非常危险的。现在有了一种专门测试人是否喝过酒的仪器,警察利用这种仪器可以准确测出驾驶者是否喝过酒,从而避免了一些交通事故的发生。

在酒精测试中,接受测试的司机需要把呼出的空气吹进一支管里。如果司机呼出的空气含酒精成分,管中橙红色的部分便会呈现绿色。

其实这些呼气测试,是利用重铬酸钾(K2Cr2O7)容易被还原的特性。当呼出的空气内含有酒精,那么酒精内的乙醇(CH3CH2OH)便会被重酸钾氧化为乙醛(CH3CHO)和乙酸(CH3COOH),而橙红色的重铬酸钾便会变成绿色的铬(Ⅲ)离子(Cr3+)。呼出空气中的酒精含量愈高,便愈多重铬酸钾被还原为绿色的铬(Ⅲ)离子。当测试管里的重铬酸钾变成绿色,并且过了法便规定的警界线时,警察便知道司机呼出的空气里酒精含量超出标准。

酒精+重铬酸钾(橙红色)铬(Ⅲ)离子(绿色)+乙醛和乙酸零污染的汽车

为了减少汽车排出的有害物质对环境的污染,目前大部分私家车已经改用了无铅汽油作为燃料,而出租车的燃料也逐渐由现行的柴油改为石油气。除此之外,是否还有更环保的燃料可供选择呢?

其实,氢气和氧气也可以作为汽车的燃料。不过,它们不是靠氢气和氧气在内燃机里燃烧后产生动力,而是用作原电池的燃料,产生电力来推动汽车的。

原电池的原理是把氢气和氧气分别经过由多孔镍制造的阳极和阴极,及以浓氢氧化钾溶液作为电解质,通过电解产生动力。

阳极:2H2(g)+4OH-(aq)4e-+4H2O(l)

阴极:O2(g)+2H2O(l)+4e-4OH-(aq)

完整方程式:H2(g)+12O2(g)H2O(l)

由于排出的生成物只有水,故此汽车使用氢气和氧气作为燃料可以说是“零污染”。但是氢气和氧气的价格比一般的石化燃料昂贵。目前,只有宇宙飞船才会使用,至于氢气汽车仍在实验和测试阶段。

汽车的安全卫士

行驶中的汽车速度很大,如不甚受到撞击,则人员将受到很大的伤害。为了减少这种伤害,人们做了很多的安全措施。如:“不碎玻璃”、“安全带”“安全气袋”等等。

汽车的玻璃窗一般都采用“不碎玻璃”,其作用在于发生意外时,防止破裂的玻璃割伤车内的乘客。所谓“不碎玻璃”,其实是指玻璃受到撞击后只会裂开,而不会粉碎。

既然是“不碎”,当然就有与普通玻璃的不同之处。它是用两块普通玻璃夹着一块透明的聚醋酸乙烯酯的胶片所制成的。当玻璃受到撞击而损坏时,中间的胶片便可黏着外层的玻璃,不然它的碎片便四处飞散。

发生意外交通事故时,安全带是保护人们的一个有效工具。除此之外,安全气袋也同样发挥着重要的功能。它可以在撞车的一瞬间立即充气,迅速地膨胀以保护前坐乘客的生命安全。

安全气袋的运作原理是在汽车内装置一个感应器和微处理器,当撞车时会产生电流,并通过一条载有叠氮化钠、硝酸钾和二氧化硅的小管,引发一连串的化学作用,使气袋充气。

2NaN32Na+3N2(300℃)

10Na+2KNO3K2O+5Na2O+N2

K2O+Na2O+SiO2碱性硅酸盐

150克的叠氮化钠便可以制造出70升的气体,令气袋膨胀,但缺点是它的毒性很强,所以在更换时必须小心处理。

火的知识

提起“火”大家最熟悉不过了,火的发明大约在公元前50万年。在北京周口店中国猿人生活过的山洞里,曾经发现有很厚的灰烬和一些经火烧过的动物骨骼化石与灰土,这证明他们已经学会了用火。

火的利用可以说是人类在化学史上的第一个发明。人类由于使用了火,不仅有了防御野兽侵害的有力武器,而且从吃生食改变为吃熟食,缩短了消化过程,从而促进了人类机体的生理变化和发展。火的利用对于人类物质文明的发展也具有重要意义,陶器的制造以及金属的冶炼都是由于使用了火的结果。

关于火的问题,在17世纪末到18世纪初,由于欧洲冶金工业的迅速发展,要求化学家们对金属的冶炼和煅烧等现象作出解释。大约在1700年左右,德国化学家斯塔尔等人提出了一个燃素学说的理论,认为在一切可燃性物体中都含有燃素,不能燃烧的物质是因为缺乏燃素。这种错误的学说统治了化学界近一百年,阻碍了人们对火的本质的探讨,一直到1777年,拉瓦锡发现了氧,才把燃素学说彻底推翻,揭开了燃烧之谜。拉瓦锡向巴黎科学院递交了《燃烧概论》的科学报告,他指出:燃烧能够放出光和热,物质燃烧是可燃物跟空气里的氧气所发生的化学变化。

在当今社会里,燃烧广泛地应用于生产和生活中。人们利用燃烧放出的热量,熔炼金属;在家庭生活中,烧水、做饭、取暖;利用柴油、汽油的燃烧,开动火车、汽车、飞机、拖拉机;利用火药急速燃烧而引起的爆炸,劈山开矿,挖掘隧道;在军事上,制造炸弹、炮弹、凝固汽油弹、火焰喷射器,打击来犯的敌人;而高能燃料液态氢的燃烧,能产生强大的推力,把巨大的宇宙火箭送入太空。

燃烧既能造福于人类,也能给人类带来灾害。众所周知,燃烧能引起火灾。1987年,我国大兴安岭的一场特大森林大火,燃烧了28天,火灾面积达101万公顷,使国家和人民的生命财产遭受了巨大损失。

在煤矿里,瓦斯或煤尘的急速燃烧,能造成严重的爆炸事故,生产面粉的车间,飞扬于空气中的细小面粉颗粒,在空气中达到一定含量时,遇明火也能急速燃烧而引起爆炸。

在工业集中、人口众多的大城市,煤、石油产品、天然气等燃料的燃烧,会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及颗粒粉尘等空气污染物,危害人类健康。

在日常生活中,人们每天都要同“火”打交道,烧水、做饭,样样离不开它。然而,用火必须注意防火,忽视安全,思想麻痹或缺乏防火知识,就可能导致火灾,给人们带来痛苦和灾难。

任何一场火灾的发生,都要具备三个条件,即可燃物(如纸张、木材、棉花、油类等),助燃物(如空气)和着火源(如烟头、灰火等)。如果把这三个条件分别控制起来或隔离开,火灾就不可能发生;如果去掉其中的某一个条件,火灾也同样不会发生。

每一种可燃物都有自己的燃点和自燃点。例如木材的燃点一般在250℃~350℃,自燃点一般在350℃左右;棉花的燃点为150℃左右,自燃点约为400℃;汽油的燃点在-58℃~10℃,自燃点在255℃~530℃之间,食用油的燃点在140℃~300℃之间,自燃点在350℃~570℃之间。如果温度达到了这些可燃物的燃点时,遇到明火就会着火,当然,燃点越低,越易着火;若温度达到了可燃物的自燃点,即使不遇明火也会起火。因此,预防火灾最重要的措施是对可燃物进行妥善保存,特别的是要避免与火种接触。

水有良好的灭火性能,是最常见、最经济、最方便的灭火剂。水有很大的热容量,1升水升高1℃,能吸收1千卡的热量。因此,把水浇在柴草、木材等一般燃烧物上,能使燃烧物的表面温度迅速降到燃点以下;同时,1升水受热汽化后能产生1700多升的水蒸气,水蒸气可以稀释燃烧区的可燃气体和助燃气体的浓度,并能阻止空气进入燃烧区,从而使火熄灭。

但是,并不是所有的火灾都能用水作灭火剂。例如,油类失火、电器失火等。由于油类的比重比水小,且与水互不相溶,水浇洒在燃烧的油上,会发生冷水遇高热的喷溅现象,油浮于水面,继续燃烧,并随水流溢,使燃烧面积扩大。水有一定的导电性能,用直流水柱扑救电器设备火灾,会电伤人。

一种简便,容易操作的灭火器叫泡沫灭火器,它是一个带有喷嘴、提手和顶盖的圆柱形红色钢瓶,钢瓶内盛有碳酸氢钠溶液发泡液和一瓶硫酸铝溶液,挂在墙上待用。一旦发生火灾,迅速从墙上取下,提至失火处,将灭火器倒转过来,喷嘴对准火源,马上便有大量泡沫喷出,进行灭火。因为,泡沫灭火器倒转过来以后,本来分开盛放的碳酸氢钠溶液和硫酸铝就可以混和在一起,发生下列化学反应:6NaHCO3+Al2(SO4)33Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑泡沫灭火器内药液反应后能产生胶状氢氧化铝,它与所添加的发泡剂在反应产生的二氧化碳的作用下,能形成大量泡沫,这些泡沫被喷洒到可燃物上以后,在其表面形成一层较厚的泡沫覆盖层,把可燃物与空气隔绝开,因此泡沫灭火器灭火效果很好,特别对扑灭油类失火,更有独到之处。

值得注意的是,使用泡沫灭火器之前,必须留心检查喷嘴是否畅通,如果喷嘴堵塞,倒转后泡沫不能喷出,瓶内压强增大,钢瓶有发生爆炸的危险。

灭火器的种类很多,常用的还有干粉灭火器(其中的干粉灭火剂可用碳酸氢钠、磷酸铵或氯化物等)、二氯化碳灭火器(里面装的是固态二氧化碳)、四氧化碳灭火器(里面装的是四氯化碳液体)等。不同的灭火剂有不同的灭火性能,因此,在扑救不同性质的火灾时,必须选择相应的消防器材。

一谈到火,人们很自然地就会联想到火柴。小巧玲珑的火柴,一擦就着,它是人们取火最简便的方法。在火柴没有发明之前,人类只能用钻木或用坚硬的燧石(主要成分是二氧化硅SiO2)与钢质小刀猛烈相击的方法获取火种,不难想象,这该是多么不容易。

世界上第一根火柴是200多年前在意大利诞生的,那可以说是一根巨型火柴,因为它是用一根1米多长的木棒制成的,在棒的一端粘上一个用氯酸钾、糖和阿拉伯树胶调合起来做成的一个大疙瘩,使用的时候,把这个大疙瘩浸到浓硫酸中,它就会发火燃烧起来。这是因为氯酸钾接触到浓硫酸以后,发生化学反应,产生了一种性质十分活泼的二氧化氯,二氧化氯跟糖反应,引起燃烧。这种火柴又大又重,携带很不方便,还要同时带着危险的硫酸,而且价格昂贵,所以未能推广。

到了19世纪初,瑞典人发现了摩擦火柴。摩擦火柴小巧灵便,很快在各国流行开来。这种火柴头上涂有硫磺,再覆以白磷、铅丹或二氧化锰及树胶的混合物。白磷的着火点仅有40℃,所以只要在墙上、桌面上或鞋底上一擦,就能着火。白磷点着以后,在强氧化三铅或二氧化锰的帮助下,使易燃的硫也燃烧起来,接着又引燃小木棒。

摩擦火柴虽然使用方便,但很不安全,因为一旦温度超过了40℃,白磷就会自己燃烧起来,而且白磷是一种剧毒物,误食0.1克就会中毒死亡。

1855年,瑞典人伦塔斯托鲁姆用红磷代替白磷,设计制造了世界上第一盒安全火柴。红磷无毒,其着火点比白磷高许多,为240℃,这就弥补了摩擦火柴的不足。他把引火剂分为两部分:氯酸钾和三硫化二锑沾在火柴头上,红磷、玻璃粉、胶液涂在火柴盒侧面。擦火柴时,红磷着火,引着火柴头上的易燃物。火柴杆是用木质松软的松木或白杨木做的,前端还用石蜡和松香充分浸透,使火柴杆易被引燃。这种火柴只有在火柴盒上摩擦时才会点着,既没有毒,又不易引起火灾,故称之“安全火柴”。这种火柴很快取代了摩擦火柴并行销全世界,一直到现在。

火柴诞生已经200多年了。在这200多年中,经过人们不断改进,制造了许多具有特殊性能的火柴,使火柴家族日益兴旺发达。如防风火柴、焊接火柴、多次火柴等等。

家里煮饭、取暖,工厂里烧锅炉,都少不了火。人离了火是不行的。但是,如果用火时不小心,就会造成火灾。因此,我们必须注意防火,在发生火灾时,要会使用灭火机,及时把火扑灭。

在日常生活中,人们每天都要同火打交道,然而,用火必须防火。忽视安全、思想大意或缺乏防火知识就可能导致火灾,给人们带来痛苦和灾难。

头发的护理

正所谓:“三千烦恼丝”。如果头发开叉、干燥、枯黄,一定会使你给人的印象大打折扣的。其实,令我们烦恼的还不仅是发质,头发的清洁和健康也是不容忽视的。为了照顾这“三千烦恼丝”,你会选择适当的洗发水和护发素吗?

若要使自己的头发的靓丽、健康,首先,我们必须要清楚自己的头发属于哪一种性质,然后才选择适当的洗头水。油性头发的油脂比较多,洗头水中清洁剂的浓度应较强;干性头发由于需要油脂补充,所以洗头水应含有油性护发成分,而清洁的浓度也应较低;至于中性头发,选择的洗发水则应介于两者之间。

一般来说,洗头水略带碱性的特性可使油脂容易被清洗出来。可是,头发是一些蛋白质被氢键和交联所连起的。在碱性的液体中氢键和交联会打开,头发的磷状外皮也会像鼓起的羽毛,向外张开,令头发散乱,失去光泽。所以,要护理头发,最好是在洗头后再用护发素,因为护发素略带酸性,可以中和洗头水的碱性,使头发上的磷状外皮不易分叉。

此外,头皮悄也是“三千烦恼”之一,除了增加洗头次数以外,有些洗发水加入了水杨酸、万事亨酸化硒或煤焦油酊剂,这些药物也可以有效控制头皮屑的数量。

牙膏漫谈

19世纪末,人们发明了一种刷牙的清洁剂——牙粉。它是用碳酸钙粉末掺进香料和薄荷配制而成的,能够除垢洁齿,使人感到清凉爽口。不久,维也纳人萨格制成了世界上第一支管装牙膏,并很快在世界各国流传开来。与牙粉相比,牙膏质地细腻,润滑爽口,使用方便,泡沫多,去污能力更强了。

20世纪初,我国已经生产了“无敌牌”牙粉,并风靡一时。到了20年代,我国开始生产牙膏,当年上海出产的“三星牌”牙膏,算得上是我国牙膏的“元老”了。

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