我们学了化学,都感到自己的知识增大了许多。化学与我们的生活密切相关,我们的生活中处处都有化学,只要你留心,你就可以用你所学到的化学知识解决许多你身边的小问题。
下面,我们就来解决几个你经常会遇到的问题。
生柿子为什么有涩味
不管是生在北方,还是南方的人都会有这样的生活经验:那就是在柿子树上已经红得象火一样的柿于却还不能吃。一尝,它还很涩口。这是柿子还没有完全成熟吗?是的,但是如果柿子完全熟了,那就不利于人们收摘,运输和贮存了。因此,人们往往是在柿子已经变成红色的时候就把它摘下来,放上一段时间,它就成了又香又甜的柿子了。
那么,为什么柿子会涩口呢?
原来,这是因为生柿子含有鞣质(又叫单宁),它是使柿子带涩味的原因。
为了把生柿子的涩味去掉,人们在不断的生活实践中想出了许多办法。人们有的用稻草或者松针叶子把柿子一层一层盖起来,或者把它和梨一起埋在叶子中,过上一段时间,柿子的涩味就没有了,有的人们就直接用热水把柿子一烫,柿子的涩味也自然除去。现在人们采用了“二氧化碳脱涩法”,实际上就是对以前人们生活经验的总结。人们把柿子密闭在一个室内,增加室内二氧化碳的浓度,降低氧气的浓度。这样一来,柿子就不能进行正常的呼吸,而是在缺乏氧气的条件下呼吸。生柿子在缺氧呼吸的条件下,内部会产生乙醛、丙酮等有机物。这些有机物能将溶解于水的鞣质变成难以溶解于水的物质,于是柿子吃起来再没有涩味了,而是又香又甜的了。
如果你也有几个生柿子想“脱涩”的话,可将它放在塑料袋内,把袋口扎紧。一般,过几天后,也可以达到脱涩的目的。
金黄色的香蕉怎样来
在遥远的北方的同学,也可以吃到南方可口的又香又甜的香蕉了。你知道这是为什么吗?
我们知道,香焦是南方的特产,它生性娇气,碰不得,搞得不好就会成批腐烂,而且生摘下来的香蕉又不会自动地成熟,这可怎么办呢?
先不着急,首先香蕉有成熟后易被弄坏腐烂的缺点,所以为了从路途遥远的南疆将香蕉运到四面八方,人们不能等香蕉熟透了再采摘,而是在香蕉未熟透的情况下采收的。这时的香蕉皮是青绿色,体内的大量淀粉还未变成葡萄糖与果糖,所以“身板”很硬朗,碰碰撞撞也不在乎。这种香蕉便于长途运输。
运到目的地的香蕉,仍是青皮硬肉,味儿既涩嘴又不甜,当然不能到市场上去卖。等它自己熟嘛,可不行。当然,人们自会找到办法。香蕉已从树上摘下,它自己已经失去了使自己成熟的能力。
于是,人们找到了一种办法。他们把气体乙烯(C2H4)通入装香蕉的仓库内,它会使香蕉体内的氧化还原酶活性增强,水溶性的鞣质凝固起来。同时,果皮中的叶绿素销声匿迹,青绿色的香蕉变得黄澄澄的惹人喜爱。果肉也变得柔软了,还散发出一种芳香气味。香蕉成熟了!
乙烯不仅能催熟香蕉和别的水果,它还能叫橡胶多产橡胶乳、烟叶提早成熟呢。它真是一种神奇的气体。
“捞糟”为什么是甜的
生活在南方的同学一定知道什么叫做“捞糟”,它还有一个名字叫甜酒。它虽然有酒的芳香,却不是酒。它是人们用懦米或籼米做成的。
我们知道,大米是我国人民的一种主要食粮。大米中除了含有7%左右的蛋白质外,它的主要营养成分是77%的淀粉。这些淀粉是供给人体热能的主要来源。
当我们把大米煮成米饭后,趁温热时和上做酒酿用的酒药(俗名叫酒曲),加上盖,保暖将近一天后,打开一看,味道变了,味道又甜又醇,十分可口。这就是南方所称的甜酒了。
为什么大米饭加上酒药后就成了甜酒呢?
我们知道,淀粉和葡萄糖等糖类物质都属于碳水化合物,它们在分子组成上有共同之处。淀粉的分子是由许许多多的葡萄糖小分子联结而成的。
在酒药中含有促使淀粉水解的淀粉酶,它能使淀粉变成有甜味的麦芽糖,淀粉酶在人的唾液中也存在,当我们将米饭在嘴中嚼得久一些,也会觉得有甜味,这就是淀粉转化为麦芽糖了。
在做酒酿时,麦芽糖又在药酒中含的麦芽糖转化酶的帮助下,转化为葡萄糖,另有一部分发酵成酒精。这样,原来淡而无味的大米饭,就变成了甘甜芳香的甜酒了。
“闻着臭,吃着香”
臭豆腐是广大人民喜爱的一种食品。“闻着臭,吃着香”是臭豆腐的特有风味。越臭的臭豆腐,吃起来越香。
没有吃过臭豆腐的同学一定不可能想象,为什么那么臭不可挡的臭豆腐却有着那么多的食客?你如果捏着鼻子,硬着头皮去勇敢地一尝,那你肯定不会问为什么了。
原来臭豆腐虽奇臭,但却鲜美异常,难怪它臭味挡不住了。
臭豆腐的制法是:先用大豆加工成含水量较少的豆腐,然后接人毛霉菌种发酵。臭豆腐都是在夏天生产的,此时发酵温度高,豆腐中的蛋白质分解比较彻底。蛋白质分解后的含硫氨基酸还进一步分解,产生了少量的硫化氢气体。硫化氢有刺鼻的臭味,因而臭豆腐闻起来有服浓烈的臭味。
又由于豆腐中的蛋白质分解得比较多,比较彻底,臭豆腐中就含有了大量的氨基酸。许多氨基酸都具有鲜美的味道,例如味精的成分就是一种氨基酸,叫麸氨酸。因此臭豆腐吃起来就无比的鲜美可口,芳香异常了。
臭豆腐还是一项中国的专利产品呢!许多著名的名吃都与臭豆腐有关,例如油炸臭豆腐就是特别有名的小吃。
醇母与发酵粉的较量
在我们的生活中,制作糕点、馒头等的面团一般都要添加酵母或发醇粉进行发酵,这样制成的糕点、面包才会疏松可口,用酵母与发酵粉进行发酵,究竟哪个好呢?
我们先来分析分析。
酵母中含有一定量的麦芽糖酶及蔗糖酶,它不能直接使面粉中的大量淀粉发生变化。面粉本身含有少量淀粉酶,它能使淀粉水解成麦芽糖:
2(C6H10O5)n+nH2O nC12H22O11
淀粉 麦芽糖
接着,酵母中的酶发挥作用,促进面粉中原含有的微量蔗糖以及新产生的麦芽糖发生水解:
C12H22O11+H2O C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
C12H22O11+H2O 2C6H12O6
麦芽糖葡萄糖
酵母利用葡萄糖与果糖氧化提供的能量,将两种糖转化成二氧化碳和水:
C6H12O6+6O2→6CO2十6H2O十热量
生成的二氧化碳气体在面筋的网络中出不去,在加热蒸烤时,二氧化碳气体受热膨胀,将糕点撑大了许多。
用酵母做成的食品松软可口,有特殊风味,易于消化。酵母本身含有丰富的蛋白质及维生素B,可以增加成品的营养价值。因此面制品大都用酵母发酵。
但是用酵母发酵对于含糖与油较多的面团往往达不到预期的效果,其原因是糖和油对酵母菌有抑制作用。另外,用酵母发酵耗费的时间长,搞得不好,要么面团发不起来,要么面团发酸,发酵过了头。因此,也有用发酵粉来代替酵母来制作糕点的。
发酵粉一般是碳酸氢钠(NaHCO3,又称小苏打)同磷酸二氢钠(NaH2PO4)的混和物,也有用碳酸氢铵(NH4HCO3)的。发酵粉调和在面团中,受热时就产生出二氧化碳气体,使面制品成为疏松、多孔的海绵状。发酵粉使用时不受发酵时间限制,随时可用,对多油多糖的面团照样起发泡疏松作用。缺点是它的碱性会破坏面团中的维生素,降低营养价值,还会产生混合不均匀而导致面制品中有的地方碱太多发黄而不能吃的情况。
由此可见,两者各有千秋,但总的说来,一般情况下,人们总是用酵母来发酵的。
不要让颜色迷惑了眼睛
我们经常会看到在塑料日记本、活页夹等用品上烫有金字或金色的图案花纹。这金字或金色的图案是用金粉烫上去的。这黄金色的金粉难道是用黄金磨成的粉吗?当然不是。金太昂贵了,人们绝不会拿它来磨粉用来装饰一般的用品,那么,金粉到底是用什么做成的呢?
原来,金粉是用铜和锌的合金——寅铜傲成的。它的颜色与黄金一模一样,在我国汉朝时人民就会制造黄铜了,这就是后人称的“伪黄金”,当时的法律就明文禁止使用。我们知道铜是紫红色的,锌是银白色的,它俩的合金——黄铜,与金子一样黄澄澄、亮闪闪的。人们将黄铜的薄片和少量润滑剂经过捣碎和抛光制成的金粉。金粉广泛用于油漆与油墨中。
同样,在油漆与油墨中使用的银粉也不是银子做的。银粉是使用价格便宜而且还和银一样有银白色光泽的铝制成的。铝粉质量轻,在空气中很稳定,对光线的遮断力大,反射光的能力强……这一系列的优点,使铝粉夺得了“银粉”的桂冠。
制铝粉有两种方法。一种方法是将纯铝薄片同少量润滑剂混和后用机械捣碎。另一种方法是将纯铝热熔融成液体(铝的熔点较低,只有660℃),然后喷雾成微细的铝粉。
名不符实的“樟脑丸”
衣服与书放在橱里,过一段时间,打开橱门一看,啊,好好的衣服与书本上面竟有一个个小洞洞!这是谁捣的鬼?
这是专靠吃衣服与书本为主的蠹鱼干的,所以人们又常叫这种蛀虫为“衣鱼”。为了赶走这些坏家伙,人们总在橱或箱里放进一些“樟脑丸”。樟脑很容易挥发,有股浓烈的气味,蠹鱼闻得了只得退避三舍,逃之夭夭。
但樟脑价格较贵,并且在医药上(用以配强心药)、化学工业上(制赛璐珞塑料)有着更为重要的用途。所以日常买来的“樟脑丸”并不是用樟脑作的,而是用萘制的。
萘的分子组成是C10H8,纯萘是无色片状结晶,与樟脑一样,可直接蒸发成气体——升华。萘的气味同样能使蠹鱼受到刺激,因此是一种良好驱虫防蛀剂。
萘是从煤焦油中提炼出来的,价格比樟脑便宜。不过使用要注意,乎时买来的卫生球不很纯。里面还含有一些煤焦油,会让衣服上沾上煤焦油的污迹。因此用时应将一个个卫生球分别用纸包起来,再放到橱里或衣箱里去,等它全部挥发完毕,残留的煤焦油杂质就会被纸吸附住了,再不会给衣服增添麻烦了。
化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。自有人类以来就开始了对化学的探索,因为有了人类就有了对化学的需求。它与我们的生活息息相关,在我们的日常生活中无处不在。我国著名滑雪前辈杨石先生说:“农、轻、重、吃、穿、用,样样都离不开化学。”没有化学创造的物质文明,就没有人类的现代生活。
人是社会的人,社会是人的社会,因此可以从人与化学的关系去探讨化学对社会发展的重要性。
化学作为一门庞大的知识体系,能用来解决人类面临的问题,满足社的需要,对人类社会做出贡献。它的成就已成为社会文明的标志,深刻的影响着人类社会的发展。社会的发展离不开人类的发展,人类的发展离不开人的生存,而人的生存离不开化学。社会的一切发展,生命是基础。一切生命的起源离不开化学变化,一切生命的延续同样离不开化学变化。恩格斯说:“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”没有化学的变化,就没有地球上的生命,也就更不会有人类。是化学创造了人类,创造了美丽的地球。
就化学对人类的日常生活的影响来说,化学在我们的日常生活中无处不在。首先,我们的衣、食、住、行无一不用到化学制品。
“民以食为天”,我们吃的粮食离不开化肥、农药这些化学制品。1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍,如果没有他发明的这个化学技术,那么世界上就有一半的人得不到温饱,那么世界上就多了一半的人的生命面临危机了。加工制造色香味俱佳的食品就更离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、味精、色素等等,多是用化学合成方法或化学分离方法制成的。
如果没有合成纤维的化学技术,那世界上大多数人就要挨冻了,因为有限的天然纤维根本就不够用。我国1995年的化学纤维产量为330万吨,其中90%是合成纤维。 何况纯棉纯毛等天然纤维也是棉花、羊毛经化学处理制成的。再有就是合成橡胶,少了合成橡胶,世界上60亿人口又有多少亿人要穿草鞋过冬啊?合成染料更使世界多了一道多彩缤纷的亮丽风景线。所谓“丰衣足食”,是生命得以延续的保证。没有了化学,就没了保证。
再看我们住的房子,石灰、水泥、钢筋,窗户上的铝合金、玻璃、塑料等材料,哪件不是化学制品?离得了铝合金的木制的窗户,也离不开化学制品油漆;就算不用玻璃吧,像一些贫穷人家用的尼龙布甚或用的报纸,不是化学制品又是什么?还有我们的日常生活用品,如牙刷、牙膏、香皂、化妆品、清洁用品等等无一不跟化学沾边,都是化学制剂。
出了门,我们踏在水泥铺成的街道上,看到的是钢筋水泥做的高楼大厦,用以代步的是各种塑料、橡胶、玻璃以及各种合金做的交通工具。这些交通工具还离不开汽油、柴油,各种汽油添加剂、防冻剂和各种润滑油。如此种种,都是化学制品。现代人类根本无法离开人造化学品,我们每天24小时都被人造化学品所包围着。
其次,我们的健康长寿也与化学息息相关。体内某些化学元素平衡失调时,就会导致某些危害人类健康的疾病。1953年,美国化学家Miller S L 实验模拟原始地球上大气的成分,用H,CH4,NH3和水蒸气等,通过加热和火花放电,合成了氨基酸。1965年和1981年,我国在世界上首次合成了牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。蛋白质和核糖的形成是无生命到有生命的转折点。自此我们人类对自身的了解有了新的突破,为我们人类对生命和健康的研究打下了基础。正是有了合成各种抗生素和大量新药物的技术,人类才能控制传染病,才能缓解心脑血管病,使人类的寿命延长25年。人类的健康成长离不开各种营养品和药品。如果没有这些化学药品,世上不知有多少人要受病魔的折磨,不知有多少人会被病魔夺去生命。
生命体中支撑着生命的是无数的有机化合物,重要的有糖类、蛋白质、氨基酸、肽键、酶、核酸等。
糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物通过光合作用形成的。它由C、H、O所组成,化学式为Cn(H2O)n,又叫碳水化合物。糖类包括单糖、多糖、淀粉、糖原、纤维素。生物界对能量的需要和利用均离不开糖类。糖类物质的主要生物功能就是通过生物氧化而提供能量,以满足生命活动的能量需要。生物界对太阳能的利用归根到底始于植物的光合作用和CO2的固定,与这两种现象密切相关的都是糖类的合成。光合作用是自然界将光能转化变为化学能的主要途径。糖类不仅是生物体的能量来源,而且在生物体内发挥其它作用,它对各类生物体的结构也起着支持和保护的作用,有时还起到解毒的作用等。总之,糖类是生命体维持生命所不可或缺的。
蛋白质亦然。1839年德国化学家Mnlder G T给它起名叫做蛋白质(Protein),意思是“头等重要”,可见其重要性。所有蛋白质都含C,N,O,H元素,大多含S或P,有的还含其它元素。蛋白质是氨基酸聚合物,水解时产生的单体叫氨基酸。蛋白质种类繁多,功能各异。它的广泛而多变的功能决定了它们在生理上的重要性。有的蛋白质起运输作用,有
日常生活当中很多事情都与化学密切相关,根据相关的化学知识,可以轻松地去解决一系列问题,使我们的生活多姿多彩。
一、每日相伴的化学品——食盐、碘化合物
我们知道食盐的主要成分就是氯化钠,这是人们生活中最常用的一种调味品。但是它的作用绝不仅仅是增加食物的味道,它是人体组织的一种基本成分,对保证人体内正常的生理、生化活动和功能起着重要作用。Na+和Cl-在人体内的作用是与K+等元素相互联系在一起的,错综复杂。其最主要的作用是控制细胞、组织液和血液内的电解质平衡,以保持人体液的正常流通和控制人体内的酸碱平衡。Na+与K+、Ca2+、Mg2+还有助于保持神经和肌肉的适当应激水平;NaCl和KCl对调节血液的适当粘度或稠度起着作用;胃里开始消化某些食物的酸和其他胃液、胰液及胆汁里的助消化的化合物,也是由血液里的钠盐和钾盐形成的。此外,适当浓度的Na+、K+和Cl-对于视网膜对光反应的生理过程也起着重要作用。此外,常用淡盐水漱口,不仅对咽喉疼痛、牙龈肿疼等口腔疾病有治疗和预防作用,还具有预防感冒的作用。
碘化钾、碘化钠、碘酸盐等含碘化合物,在实验室中是重要试剂;在食品和医疗上,它们又是重要的养分和药剂,对于维护人体健康起着重要的作用。碘是人体内的一种必需微量元素,是甲状腺激素的重要组成成分。正常人体内共含碘15mg~20mg,其中70%~80%浓集在甲状腺内。人体内的碘以化合物的形式存在,其主要生理作用通过形成甲状腺激素而发生。因此,甲状腺激素所具有的生理作用和重要机能,均与碘有着直接关系。人体缺乏碘可导致一系列生化紊乱及生理功能异常,如引起地方性甲状腺肿,导致婴、幼儿生长发育停滞、智力低下等。我国是世界上严重缺碘的地区,全国约有四亿人缺碘。政府也采取了一些措施,如提供含碘(碘的化合物)食盐和其他食品(如高碘蛋),井水加碘,食用含碘丰富的海产品等,其中以含碘食盐最为方便有效。1991年3月我国政府向国际社会做出庄严承诺:2000年在中国大陆消除碘缺乏病。
二、人生五味子之一——醋(酸)
醋的化学名字叫乙酸,分子式为CH3COOH。醋不仅是一种调味品,而且还有很多用途:
1.在烹调蔬菜时,放点醋不但味道鲜美,而且有保护蔬菜中维生素C的作用(因维生素C在酸性环境中不易被破坏)。
2.在煮排骨、鸡、鱼时,如果加一点醋,可以使骨中的钙质和磷质被大量溶解在汤中,从而大大提高了人体对钙、磷的吸收率。
3.患有低酸性胃病(胃酸分泌过少,如萎缩性胃炎)的人,如果经常用少量的醋作调味品,既可增进食欲,又可使疾病得到治疗。
4.在鱼类不新鲜的情况下,加醋烹饪不仅可以解除腥味,而且可以杀灭细菌。
5.醋可以作为预防痢疾的良药。痢疾病菌一遇上醋就一命呜呼,所以在夏季痢疾流行的季节,多吃点醋,可以增加肠胃内杀灭痢疾病菌的作用。
6.醋还可以预防流行性感冒。将室内门窗关严,将醋倒在锅里漫火煮沸至干,便可以起到消灭病菌的作用。
7.用醋浸泡暖水瓶中的水垢,可以达到除垢的目的。
8.夏天毛巾易发生霉变而出异味,用少量的醋洗毛巾就可以消除异味。
三、自愿吸食的毒药——香烟
从化学角度介绍一下香烟点燃后产生对人体有害的物质大致分为六大类:
1.醛类、氮化物、烯烃类,这些物质对呼吸道有刺激作用。
2.尼古丁类,可刺激交感神经,引起血管内膜损害。
3.胺类、氰化物和重金属,这些均属毒性物质。
4.苯丙芘、砷、镉、甲基肼、氨基酚、其他放射性物质,这些物质均有致癌作用。
5.酚类化合物和甲醛等,这些物质具有加速癌变的作用。
6.一氧化碳能减低红血球将氧输送到全身的能力。
最近有学者研究表明,烟雾中还含有迄今为止已知物质中毒性最强的化合物“二恶英”。它们会引发和恶化各种疾病,例如,癌症、肺炎、气管炎、高血压、骨质增生、各种心脑血管病、哮喘以及不育等病症。根据世界卫生组织提供的资料,全世界每年约有1000万人死于与吸烟有关的疾病。青少年正处于生长发育时期,呼吸道粘膜容易受损,吸烟的危害性更大。据调查,小于15岁开始吸烟的人,比不吸烟的人肺癌发病率高17倍。所以,我国中小学生守则规定学生不准吸烟。
四、生活中的常识
1.除去衣服上的汗渍
方法一:将有汗渍的衣服在10%的食盐水中浸泡一会,然后再用肥皂洗涤。
方法二:在适量的水中加入少量的碳胺[(NH4)2CO3]和少量的食用碱[Na2CO3或NaHCO3],搅拌溶解后,将有汗渍的衣服放在里面浸泡一会,然后反复揉搓。
2.除去衣服上的血渍
血渍因血液里含有蛋白质,蛋白质遇热则不易溶解,因此洗血渍不能用热水。
方法一:将有血渍的部位用双氧水或者漂白粉水浸泡一会,然后搓洗。
方法二:将萝卜切碎,撒上食盐搅拌均匀,十分钟之后挤出萝卜汁,将有血渍的部位用萝卜汁浸泡一会,然后搓洗。
上述生活中的例子举不胜举,总之,生活中处处有化学。今后,让我们继续为“高中的化学理论在生活中的应用”累积知识。
人类正面临有史以来最严重的环境危机,由于人口急剧的增加,资源的消耗日益扩大,人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少,人口与资源的矛盾越来越尖锐;环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业,在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时,在生产活动中不断排放出大量有毒物质,化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理,已开始从治标,即从末端治理污染转向治本,即开发清洁工业技术,消减污染源头,生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。
绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。
化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质,但是在许多场合中却既未有效地利用资源,又产生大量排放物,造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学,它的主要特点是“原子经济性”,即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子,实现“零排放”,因此既可以充分利用资源,又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝,可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起,它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。
1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料
1.1 原料选择
工业化的发展为人类提供了许多新物料,它们在不断改善人类物质生活的同时,也带来大量生活废物,使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平,又不破坏环境,我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。
以塑料为例,据统计,到1989年美国在包装上使用的塑料就超过55.43亿kg(20世纪90年代数量进一步上升),打开包装后即被抛弃,这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题:掩埋它们将永久留在土地里中;焚烧它们会放出剧毒。
我国也大量使用塑料包装,而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜,造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料,目前国际上已有一些成功的方法,例如:光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目,已取得一些进展。
1.2 溶剂的选择
大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品,而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质,分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中,有机溶剂是最常用的反应介质,这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此,在无溶剂存在下进行的有机反应,用水作反应介质,以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。
1.2.1 固相反应
固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应,有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。
1.2.2 以水为溶剂的反应
由于大多数有机化合物在水中的溶解性差,而且许多试剂在水中会分解,因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性,因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”,价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的,有时可提高反应速率和选择性,更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。 水相有机合成在有机金属类反应,水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中,开发利用以水作溶剂是大有可为的。
1.2.3 超临界流体作为有机溶剂
超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体,是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中,最活跃的研究项目是开发超临界流体(SCF),特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点(31.10℃,7 477.79KPa)以上的CO2流体。它通常具有流体的密度,因而有常规常态溶剂的溶解度;在相同条件下,它又具有气体的粘度,因而又具有很高的传质速度。而且,由于具有很大的可压缩性,流体的密度,溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
1.3 催化剂的选择
许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂,这些液体酸催化剂的共同缺点是:对设备腐蚀严重,对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境,多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手,大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟,这种催化剂选择性高,乙苯收率超过99.6%,而且催化剂寿命长。
2 化学反应的绿色化
为了节约资源和减少污染,合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面,一是选择性(化学、区域、非对映体和对映体选择性),另一个就是原子经济性,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物,理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物,不产生副产物或废弃物,实现废物的“零排放”。为此,化学化工工作者在设计合成路线时,要减少“中转”、增加“直快”、“特快”,更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子,减少中间产物的形成,少用或不用保护基或离去基,避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多,在些不作赘述。
3 生物技术的应用
生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分,生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一,它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发,它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程,其产品常常又具有特殊性能。因此,生物技术的研究和应用倍受青睐。
绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响,而且将为我国的企业与国际接轨创造条件!
化学与人类生活的方方面面息息相关,在生活中有着广泛的应用。本文从居家饮食、医疗卫生、农业生产、工业生产和环境保护几个方面介绍了化学的应用。在文章最后,提到化学带来的环境问题,需要我们共同努力,实现绿色化学。
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化学是一门与人们的生产和生活密切相关的自然科学,它的神奇之处在于将一百多种元素巧妙地结合起来,构成了一个五彩缤纷的世界。化学的重要性可以用一句话概括:化学是人类进步的关键。我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的,化学在我们的日常生活的各个方面发挥着不可估量的作用。
一、居家饮食方面
化学在居家饮食中的应用比比皆是,许多生活现象都可以用化学原理去解释。例如:做馒头的时候我们用纯碱发酵,做出的馒头松软可口;饮用酒也是粮食等原料发生一系列化学变化制得的。我们通过闻是否有硫化氢气体的气味,判断鸡蛋是否变质;用明矾等混凝剂的净化水和液氯等消毒剂对水进行消毒;烧水的壶用时间久了,里层往往有一层白色的水垢,简单的去垢方法就是滴入食醋。很多家庭用作燃料的煤气,是煤在隔绝了空气的地方受热而分解出来的一种混合气体,包含氢气、甲烷、一氧化碳、乙烯、氮以及二氧化碳等成分。人们从乳类、豆类、蛋类、蔬菜等食物中,补充钠、钙、磷、铁等营养元素,饼干、火腿肠、方便面等食品中也使用一些化学添加剂。家庭常用的去污用品——洗衣粉和肥皂、洗洁精、洗涤剂,人们日常使用的化妆品、洗发剂、染发剂、消毒液,也都与化学相关。
二、医疗卫生方面
人类从诞生之日起,就面临着疾病的严重威胁。人类生存和进化的过程,也是一个与疾病不断抗争的过程。随着科学的发展,特别是医药科学的发展,人类利用化学方法人工制得针对各种疾病的治疗药物,延长了人类的寿命,百岁老人已不是很稀奇的事。人们谈之色变的癌症、艾滋病尽管现在还难以医治,但有些国家的研究人员已经找到了行之有效的方法遏制癌细胞再生并杀死癌细胞和预防艾滋病疫苗,给癌症和艾滋病患者带来了生命的曙光。人造假肢、人造骨骼、人造牙齿等人造器官的发明,给残疾人朋友带来了福音,使他们也能像正常人一样生活。而给适龄儿童注射疫苗,增强了儿童的疾病抵抗率,新生婴儿的死亡率大大降低。
三、农业生产方面
我们国家是一个农业大国,高产增收是农民朋友提高自身生活水平的重要因素。农民朋友采用农业科研人员研制的种子、化肥,促使了农业的高丰收;使用高效低毒的农药杀死影响或危害农作物生长的杂草、昆虫和病菌,减少了农作物病虫害的发生;使用生长调节剂改善农作物的生长条件,获得粮食果蔬的高产和丰收;人工合成的类天然昆虫保幼激素可以破坏幼虫的正常生长发育,杀死幼虫;人工降雨很大程度上解决了农作物生长旺盛期水分不足的问题。各种农业机械设备的制造,也与化学密不可分。用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气,是一种清洁能源,而且沼气残渣可以用作农作物的肥料和鱼的饵料,是一种循环利用的生产方式。在普通塑料薄膜里注入玻璃纤维,可以大大提高塑料温室的强度,人们在不同的季节也可以品尝到新鲜的蔬菜和水果,“围着火炉吃西瓜”已经不是难事。
四、工业生产方面
工业生产水平是一个国家综合水平发展的标志,与化学密不可分。比如,铁、铝、镁、锌、铜等金属材料的冶炼和制备,用化学方法对金属表面进行处理;高分子合成材料、复合材料的研发和制造;煤炭资源仍然是发电主要来源。随着我国机动车数量的不断攀升,机动车用油的需求加大,对石油冶炼的高效率、高产出率提出了要求。在大力提倡清洁能源的今天,用天然气做燃料无疑是不二的选择;化石燃料是不可再生资源,积极寻找无污染的新能源是化学工作者的一项艰巨任务。在航天工程中,如何找到重量轻、能量高的燃料是一个重要的科研课题。此外,硬水的软化,海水的淡化等都与化学工业紧密相关。
五、环境保护方面
化学处理技术在消毒和灭菌方面有着较长的历史和较广泛的应用。及时回收生产和生活废弃的垃圾,将其转化为可以使用的其他物品,可减少对环境的污染;在汽车排气口加铂铑催化剂装置,减少汽车尾气中有害物质的排放;在煤炭的燃烧过程中采用固硫的措施,减少二氧化硫的排放;采用可降解的塑料,减少白色污染。广大农村地区将用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气作为燃料,解决了秸秆焚烧和粪便乱倒对环境的污染问题。水污染问题是环境保护面临的主要问题之一,利用化学原理降低污染是一种行之有效的方法,也是目前普遍使用的方法。
总之,化学学科与人类的生活息息相关,它给人类生活带来了翻天覆地的变化。没有化学的地球,将是另外一种景象。但同时我们也要看到,化学也造成许多环境问题:汽车尾气排放,食物中农药残留,酸雨的侵蚀,臭氧层空洞越来越大。环保成了一个不可推卸的责任。化学学科本身也在积极地减少对环境的污染,提出绿色化学的概念。随着科技的进步,或许不久的将来,化学的益处更多些,弊处会少一些。