1、小木炭跳舞
亲爱的同学们,你们一定很喜欢化学吧,那么你就自行动手做一个有趣的小实验,这个实验的题目叫小木炭跳舞。取一只试管,里面装入3一4克固体硝酸钾,然后用铁夹直立地固定在铁架上,并用酒精灯加热试管。当固体的硝酸钾逐渐熔化后,取小豆粒大小木炭一块,投入试管中,并继续加热。过一会儿就会看到小木炭块在试管中的液面上突然地跳跃起来,一会儿上下跳动,一会儿自身翻转,好似跳舞一样,并且发出灼热的红光,有趣极了。请你们欣赏一下小木炭优美的舞姿吧。你能回答小木炭为什么会跳舞吗?
答案
原来在小木炭刚放入试管时,试管中硝酸钾的温度较低,还没能使木炭燃烧起来,所以小木炭还在那静止地躺着。对试管继续加热后温度上升,使小木炭达到燃点,这时与硝酸钾发生激烈的化学反应,并放出大量的热,使小木炭立刻燃烧发光。因为硝酸钾在高温下分解后放出氧来,这个氧立刻与小木炭反应生成二氧化碳气体,这个气体一下子就将小木炭顶了起来。木炭跳起之后,和下面的硝酸钾液体脱离接触,反应中断了,二氧化炭气体就不再发生,当小木炭由于受到重力的作用落回到硝酸钾上面时,又发生反应,小木炭第二次跳起来。这样的循环往复,小木炭就不停地上下跳跃起来。
2、白糖变“黑雪”
白糖,是大家经常食用的一种物质,它是白色的小颗粒或粉未状,象冬天的白雪。然而,我却能将它立刻变成“黑雪”。如果你不信,那就请看下面的实验吧。在一个200毫升的烧杯中投入5克左右的白糖,再滴入几滴经过加热的浓硫酸,顿时白糖就变成一堆蓬松的“黑雪”,在嗤嗤地发热冒气声中,“黑雪”的体积逐渐增大,甚至满出烧杯。白糖顿时变成了
‘黑雪”,真有意思,谁知道这里的奥妙在什么地方?
答案
原来白糖和浓硫酸发生了一种叫做“脱水”的化学反应。浓硫酸有个特别古怪的爱好,就是它与水结合的欲望特别强烈,它充分利用空气中的水分,就是其他物质中的水分它也不放过,只要一相遇,它就非得把水夺过来不可。白糖是一种碳水化合物(C12H22O11),当它遇到浓硫酸时,白糖分子中的水,立刻被其夺走,可怜的白糖就剩下炭了,变成了黑色。浓硫酸夺过水为己有之后,并不满足,它又施展另外一个本领一氧化,它又把白糖中剩下来的炭的一部分氧化了,生成了二氧化碳气体跑出来。
C+2H2SO4=2H2O+2SO2+CO2
由于反应后所生成的二氧化碳和二氧化硫气体的跑出,所以体积越来越大,最后变成蓬松的“黑雪”。在浓硫酸夺水的“战斗”中,是个放热过程,所以发出嗤嗤的响声,并为浓硫酸继续氧化碳的过程提供热量。
3、不用电的电灯泡
某中学的趣味化学表演大会正在热烈地进行着,其中一个节目格外引人注目,只见一根木杆上挂着一只200瓦左右的电灯泡,这个灯泡发出耀眼的白光,就亮度来说,一般的电灯比起它来是望尘莫及的。然而这个电灯泡并没有任何电线引入,因为它是一个不用电的电灯泡。请你们想一想,这个不用电的电灯泡的秘密在那里?
答案
原来,这个电灯泡中装有镁条和浓硫酸,它们在灯泡内发生激烈的化学反应,引起了放热发光。大家知道,浓硫酸具有强烈的氧化性,尤其是和一些金属相遇时更能显示出它的氧化本领。金属镁又是特别容易被氧化的物质,所以它俩是天生的“门当户对”了,只要一相遇,便立刻发生脱的化学反应:
Mg+2H2SO4(浓)=MgSO4+ SO2+2H20
在反应过程中放出大量的热量,使电灯泡内的温度急剧上升,很快地使镁条达到燃点,在浓硫酸充分供给氧的情况下,镁条燃烧得更旺,好象照明弹一样。
4、净水能手——明矾
说起明矾,人们对它是很熟悉的,也有人管它叫白矾,化学名称叫硫酸钾铝。然而明矾不只用作化工原料,它还是一个净水能手呢!有一次,我们下乡搞调查研究,在做午饭的时候,发现缸里的水太浑,不能用,正在为此而着急的时候,农技站的张技术员来了,他看见我们没有办法,立刻取出几块明矾,把它研成细未,然后撒在水缸里。不一会儿,缸里的水变得清澈透底了。这件事虽然时隔几年,但是到现在还记忆犹新,然而,我始终不明白是什么道理,请读者给我解释一下。
答案
原来,水中的泥尘被明矾“捉”住以后,一起下沉到缸底了。那么,明矾为什么能“捉”住水中的泥尘呢?这得先从水的混浊的本身谈起。水中那些特别小的泥土和灰尘,由于重量很轻,所以它们不容易沉淀下去,在水中“游荡”,使水变得混浊。另外,这些微小的粒子还有个特点,就是它很喜欢从水中把某种离子拉到自己身边来,或者自己电离出一些离子,从而使自己变成一个带有电荷的粒子,这些带电荷的粒子往往都带有负电荷。因为同性电荷排斥,异性电荷吸引,所以这些都带负电荷的粒子互相排斥而靠不到一起,它们没有机会结成较大的粒子而沉淀下来。明矾却有使这些彼此不能靠近的粒子跑到一起来的奇特本领。,明矾一遇到水,就发生水解反应,在这种反应中,硫酸钾是个配角,硫酸铝是个主角。硫酸铝和水作用后生成白色絮状的沉淀物——氢氧化铝。所生成带有正电荷的氢氧化铝,一碰到带有负电荷的泥尘颗粒,就彼此“抱”在一起。这样,很多粒子聚集在一起,粒子越来越大,终于双双沉于水底,水就变得情澈透明了。
简单的说是铝离子水解
5、石灰煮鸡蛋
南京小学的校舍需要重新维修,工人师傅往一堆的响声,好象开锅似的。慧清和艳丽两位同学站在一旁好奇地看着,一边议论。慧清说:“看这个热乎劲,准能将鸡蛋烧熟。”艳丽说:“根本不可能。”她俩为了弄个明白,就从家里拿来一个鸡蛋,埋到正在冒气的石灰堆里,不大一会儿,只听“啪”的一声,鸡蛋爆炸了。她们看到这种情形,更加纳闷了,她们想来想去也没弄清楚是怎么回事,谁能给她俩解释一下?
答案
道理很简单。生石灰化学名称叫氧化钙,加水后变成熟石灰,化学名称叫氢氧化钙,也就是平常所说的白灰。把生石灰变成熟石灰的过程叫做“消化”这是一个放热反应:
6、不安定的卫生球
说起卫生球,大家一定很熟悉,经常用它来杀死衣箱中的蛀虫。然而,当你把它放到一个含有醋酸和小苏打的水溶液里一它会怎样呢?开始时,它一直沉睡在杯底,可是,过一会儿,它就不安静了,却在水里上下跳动,好象得了癫狂症一样。谁知道这是为什么?
答案
经过这种化学反应易生成的二氧化碳气体,变成了一个个很小很小的小气泡粘附在杯底或杯壁上,卫生球的全身也都粘满这种小气泡。二氧化碳比水轻,要往水面上升,一旦卫生球粘住的这种气泡达到了一定程度,就象溺水者拉到了救生圈一样,直往上升。当卫生球升到水面时,由于所受压力的减小,附在卫生球上面的小气泡破裂了,卫生球又恢复原来的比重,失去了“救生圈”,于是又沉回杯底,到再粘足够的小气泡时,又浮了上来。这样循环往复,卫生球便奔走不停。
7、“六六六”粉名字的来历
城郊一片小麦田发生了虫灾,为了抗灾灭虫,农民喷洒一种叫作“六六六”粉的化学农药。这时,爱动脑筋的甲同学一本正经地问乙同学:“你说,这种农药为啥叫‘六六六’粉呢?”“这还不知道,因为在发明这种农药的时候,科学家们实验了六百六十六次。”乙同学胸有成竹地回答。甲同学反驳说:“你说的不对,我听别人说,这种农药是用六百六十六种药配成的,所以叫‘六六六’粉。这两位同学你一言我一语争论不休……
请读者评一评,他俩谁讲的对?为什么?
答案
这两位同学说得都不对。这种农药是用一种叫作苯的化学物质在紫外线照射下和氯气作用生成的。
C6H6十3C12=C6H6Cl6
从生成的“六六六”粉的分子式中可以看出:、它的分子是由六个碳原子、六个氢原子、六个氯原子组成的,所以叫作“六六六多,粉。
8、氯化铵的妙用——防火布
亲爱的同学,我将一块普通的棉布浸在氯化铵的饱和溶液中,片刻之后,取出晾千就成防火布了。将这块经过化学处理的布用火柴点,不但点不着,而且还冒出白色的烟雾。请你们说说,这是什么道理?
答案
原来,经过这种化学处理的棉布(防火布)的表面附满了氯化铵的晶体颗粒,氯化铵这种化学物质,它有个怪脾气,就是特别怕热,一遇热就会发生化学变化,分解出两种不能燃烧的气体,一种是氨气,另一种是氯化氢气体。
NH4Cl—>NH3(气)+HC1(气)
这两种气体把棉布与空气隔绝起来,棉布在没有氧气的条件下当然就不能燃烧了。当这两种气体保护棉布不被火烧的同时,它们又在空气中相遇,重新化合而成氯化铵小晶体,这些小晶体分布在空气中,就象白烟一样。实际上,氯化铵这种化学物质是很好的防火能手,戏院里的舞台布景、舰艇上的木料等,都经常用氯化铵处理,以求达到防火的目的。
9、一个鸡蛋的沉浮
在一个大烧杯中装入稀盐酸溶液,然后往烧杯中放一个新鲜鸡蛋,它会马上底。不一会儿,鸡蛋又上升到液面,接着又沉入杯底,过一会儿鸡蛋又重新浮到液面,这样可反复多次。请大家分析一下,这是什么道理?
答案
由于鸡蛋外壳的主要成分是碳酸钙,遇到稀盐酸时会发生化学反应而生成氯化钙和二氧化碳气体。
CaC03十2HC1=CaC12十C02(气)十H20
二氧化碳气体所形成的气泡紧紧地附在蛋壳上,产生的浮力使鸡蛋上升,当鸡蛋升到液面时气泡所受的压力小,一部分气泡破裂,二氧化碳气体向空气中扩散,从而使浮力减小,鸡蛋又开始下沉。当沉入杯底时,稀酸继续不断地和蛋壳发生化学反应,又不断地产生二氧化碳气泡,从而再次使鸡蛋上浮。这样循环往复上下运动,最后当鸡蛋外壳被盐酸作用光了之后,反应停止,鸡蛋的上下运动也就停止了。但是此时由于杯中的液体里含有大量的氯化钙和剩余的盐酸,所以最后液体的比重大于鸡蛋的比重,因而,鸡蛋最终浮在液体上部。
10、不是玻璃刀的“玻璃刀”
亲爱的同学,你想在一块玻璃上雕刻出一幅美丽的图案吗?你可以使用不是玻璃刀的“玻璃刀’多来雕刻这幅图案。方法很简单,在这块玻璃上涂一薄层熔化的石蜡,待冷凝后,用针尖在石蜡上刻出你所需要的图案。另外,拿一个铅制蒸发皿,在蒸发皿内放入氟化钙和硫酸,在蒸发皿的边缘上垫一圈橡皮,然后把涂蜡的画朝下放在蒸发皿上,微微加热,用汽油揩去表面上的石蜡,此刻,玻璃上的美丽图案就雕刻出来了。你一定会感到有意思吧,那就请你想一想,这种不是玻璃刀的“玻璃刀”是什么东西?它为什么能在玻璃上雕刻出花纹来?
答案
这种不是玻璃刀的“玻璃刀”是氢氟酸。因为氟化钙和硫酸反应生成氟化氢和硫酸钙,氟化氢气体从溶液中挥发到玻璃上,又溶解于玻璃上面的水而形成的氢氟酸,氢氟酸是不和石蜡发生反应的,可是它有个非常奇特的化学脾气,就是专门和形成玻璃的主要原料——二氧化硅反应,反应后生成水和氟化畦气体,这种能“吃”玻璃的酸,人们称之不是玻璃刀的“玻璃刀”。这样,凡是没有被石蜡遮盖保护的玻璃表面即图案部分)都被这种酸“吃”掉了一层,清除石蜡后,玻璃上的图案就显示出来了。其反应如下:
4HF十Si02=2H20十SiF4(气)
11、玻璃棒点燃了冰块
玻璃棒能点燃冰块,你一定以为这是在说笑话吧。不过,我说的完全是真事。冰块可以燃烧,这会使人惊奇,而更使人惊奇的是不用火柴和打火机,只要用玻璃棒轻轻一点,冰块就立刻地燃烧起来,而且经久不熄。你如果有兴趣,可以做个实验看看。先在一个小碟子里,倒上1一2小粒高锰酸钾,轻轻地把它研成粉未,然后滴上几滴浓硫酸,用玻璃棒搅拌均匀,蘸有这种混合物的玻璃棒,就是一只看不见的小火把,它可以点燃酒精灯,也可以点燃冰块。不过,在冰块上事先放上一小块电石,这样,只要用玻璃棒轻轻往冰块上一触,冰块马上就会燃烧起来。请读者试验后,做出答案来。
答案
道理很简单。冰块上的电石(化学名称叫碳化钙)和冰表面上少量的水发生反应,这种反应所生成的电石气(化学名称叫乙炔)是易燃气体。由于浓硫酸和高锰酸钾都是强氧化剂,它足以能把电石气氧化并且立刻达到燃点,使电石气燃烧,另外,由于水和电石反应是放热反应,加之电石气的燃烧放热,更使冰块熔化成的水越来越多,所以电石反应也越加迅速,电石气产生的也越来越多,火也就越来越旺。
12、银中鉴铜
某工厂生产过程中需要高纯度的银丝。有一天,供销员从外地购回一批银丝,有一位技术员一看银丝便说:“这银丝不纯,里面掺铜了,不能使用。”但也有人不同意他的说法,认为里面没有铜,这两种说法谁说的对呢?请读者帮助他们用化学方法鉴定一下,看看这批银丝里倒底有没有铜?
答案
首先,取少量银丝溶解在浓硝酸中。然后取此少量溶液加入过量的盐酸中,这时如有白色沉淀生成,并滤去白色沉淀物。再向滤液中加入大量的氨水,如果有深蓝色铜氨络离子生成,证明有铜存在。反之,如果没有深蓝色的铜氨络离子生成,就证明没有铜。
13、神秘的图画
在一次趣味化学表演会上,表演者表演了一幅神秘的图画。他把一张白纸挂在墙上,然后拿起喷雾器把一种无色透明的液体喷洒在这张白纸上,转眼之间,一幅美丽的画面就展现在观众的眼前。在深蓝色的波涛里行驶着一艘红褐色的巨轮。他的这一表演,使观众大吃一惊!明明是一张白纸,为什么转眼之间却喷出了一幅美丽的图画。亲爱的读者,你知道这位表演者所喷出的图画的秘密在什么地方吗?
答案
这是一种普通的化学反应。墙上挂着的那张白纸,已经由表演者事先处理好了,他在这张白纸上用一种淡黄色的亚铁氰化钾溶液先画出汹涌澎湃的大海,再用无色透明的硫氰化钾溶液在大海里画出一幅巨轮,晾干后,白纸上没有一点痕迹。原来喷雾器中装的是三氯化铁溶液,当把三氯化铁溶液喷洒在白纸上面时,在白纸上面同时发生两种化学反应。其一是三氯化铁和亚铁氰化钾反应,生成亚铁氰化铁(蓝色),其二是三氯化铁和硫氰化钾反应,生成硫氰化铁(红褐色)。这样,蓝色的大海和红褐色的巨轮就“喷”出来了。
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
化学小论文
在原子王国里漫游
缥缥缈缈的神秘云雾中,一扇七彩的大门若隐若现——远在天边,又似乎近在眼前。这迷蒙的原子王国的大门里,有多少令天下万物黯然的珍奇,有多少严密而普遍的自然规律呢?
大门紧闭,“天梯”也似乎遥不可攀,耗费一生行至门前,却又无力叩响玉扃……
自古希腊以来,一批又一批探索的勇士整装出征,想敲开这自混沌初开以来沉寂几千年的原子王国的大门窥探其奥秘。
勇敢智慧的,迈着坚实的脚步,向前行进着。
1869年,大门前走来一位年轻人,他锲而不舍地观察、实践,终于找到了敞开大门的金钥匙。“咣!”门豁然大开。这位勇士昂首阔步,第一个闯进了原子“王国”。他,就是俄国化学家——门捷列夫,原子“王国”的立法者。从此,人们可以自由自在地进。人这个王国遨游了。
啊,我怎样才能用语言来向你描述那个无边无际的原子王国呢?
……那空间是广裹无尽的。我们像浮云一样轻盈,像小鸟一样展翼。一个一个的电子从身旁箭一样穿过。——哦,箭的速度又怎能和这些“飞毛腿”们相比!它们来去匆匆,像严肃的奔赴使命的战士,却又在急促的飞奔中连着打滚儿,像群调皮的孩子。更令人惊奇的是:这么多高速运动的电子,没有一个在途中耍“孩子脾气”,和别的电子相撞。它们井然有序,就好像一辆辆火车在条条轨道上奔驰。
是的,它们跑得多快:每秒钟大约30万千米,接近光速!但是它们又总是绕着一个中心飞奔:这个中心,被科学家们称为“原子核”,俨然是“一国之君”,被电子——众臣民膜拜。然而它在一个原子的世界中所占据的空间如此之小,就像放在一座十层大楼里的一颗小小的樱桃。
且慢!更神秘而有趣的东西还没有游历到呢。
先设想一下这样一个游戏:把一个大泥娃娃敲碎,从里面挖出一个小泥娃娃来,当你惊奇地再把小泥娃娃打开,哈,里面又跳出一个更小的泥娃娃!……
原子王国的奥秘,正像这个不肯宣布自己秘密的泥娃娃:当你找不到合适的工具打开外面一层,你会多么伤脑筋!而当你成功地又取出一个滑稽可爱的小泥娃娃,你又会多么惊喜!
在惊喜的同时,我们应该记住这两个科学家的名字:汤姆逊和卢瑟福——是他们首先敲开了原子的最外层,打破了人们先前认为“原子不可分”的观念。
1897年汤姆逊在阴极射线管气体放电实验中发现了电子。1919年卢瑟福以他成功的a粒子散射实验,宣布了这样的结论:原子内有核,在距核很远的地方,有一些电子绕核旋转。
等到1932年查德威克在用a粒子轰击铍靶的时候发现了中子,人们才掌握了敲开原子核这个“小泥娃娃”的工具。
快,我们再钻进原子核内去漫游一番吧。
核内的世界比外头可就小多了。我们看到带正电的质子和不带电的中子。把它们与轻灵的电子相比,咳,那简直就像是拿大象和小蝴蝶相比,质子和中子都比调皮的电子重1836倍!
要是在你周围出现一个比正常人重十几个一百倍的家伙,谁见了不吓一跳!不过你不必为它是否需要“减肥”而担心。这些质子和中子们显然对自己的体重感到相当满意。看,它们悠闲自在的样子,还颇有些“南山樵夫”的乐天派精神呢!
从核中出来,眼前顿时就开阔了许多。电子依然忠诚地卫护、礼拜着原子核,而核内的家伙们也就安然受之了。
突然,一个外层的电子惊叫起来,霎时,它就消失了。其余的电子们立即高声地议论起来:“又有一个姐妹被夺走了,真可怜。”
“有失必有得嘛,大伙儿齐心协力,也到别的‘王国’里去抢一个回来!”要知道,在微观世界里,有多少个原子王国啊!它们组成了一个庞大的大原子王国。这个大王国通常被人们称为元素家族。
原来,在原子王国里也充满了惊涛骇浪,也有恃强欺弱的“不平”事啊!不过,这些议论倒使我好奇起来:别的原子王国在哪里?
于是,我飞出了这个原子王国,四处寻觅。果然,有不计其数的原子王国呢!
我便在一片和谐的气氛中拜访了碱金属原子、放射性原子以及惰性原子等等原子王国。各王国的特色是不同的,正如妍丽的百花,缤纷多姿。庞大众多的原子王国间有“战争”,也有“和平”;有的王国和睦相处,结为近邻,比如氢原子王国和氯原子王国就是这样;有的却战火绵延,双方为了夺取原子,互不相让。
我不禁浮想联翩——
向大自然挑战的科学工作者们历尽艰辛、磨难,经历了多少次失败,才取得一点成功。不是么?自伦琴发现X射线以来,玛丽亚•居里等人都曾在放射性原子王国的大门前披荆斩棘,向后来人献上了打开这一层“泥娃娃”外壳的钥匙。居里夫人那本实验记录,直至今天,它的扉页、内页的辐射性仍然高于周围环境2~3倍甚至10倍!更不消说居里夫人是死于致命的镭辐射了……在敲开科学大门的探索之路上,多么需要这种勇于献身的人啊!
世界是如此之大,即使在人类肉眼无法看到的原子内部,也有那样丰富而巨大的世界!
漫游在原子王国里,我不仅为自然的现象和严谨的规律而惊叹;我更多的是思考:作为有志青年,作为中国人,我们该为人类科学的发展、中华民族的腾飞,为彻底揭开这原子王国无穷的奥秘,作出怎样的努力?
这篇还好
你酌情看看咯
当今,化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种,是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”,20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。
1 化学所面临的挑战
1.1 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没
化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。
1.2 化学正被各种各样的环境污染问题所困扰
化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。
2 绿色化学是应对挑战的必然
科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。
2.1 绿色化学的概念
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
2.2绿色化学的产生及其背景
当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。
2.3 绿色化学的核心内容
原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是:
原子利用率= (预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100%
如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4 绿色化学的12项原则和5R原则
为了简述了绿色化学的主要观点,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。
Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。
Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。
Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。
Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。
Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。
Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。
Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。
Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。
Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。
Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。
Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。
Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。
为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论:
Ⅰ.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。
Ⅱ.重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
Ⅲ.回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
Ⅵ.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。
Ⅴ.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。
3 绿色化学的发展前景
3.1反应原料的绿色化 即反应原料符合5R原则。
3.2原子经济性反应 在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。
3.3高效合成法 不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。
3.4.提高反应的选择性———定向合成 如不对称合成。
3.5.环境友好催化剂 例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。
3.6.物理方法促进化学反应 如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。
3.7.酶促有机化学反应 酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。
3.8溶剂 化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。
3.9.计算机辅助绿色化学设计和模拟 在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。
3.10环境友好产品 如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。
绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。