擒获致命的“死亡元素”
氟在被发现前被认为是一种“死亡元素”,是碰不得的。
氟的化合物氢氟酸是氟化氢气体的水溶液,它具有很强的腐蚀性,玻璃、铜、铁等常见的物质都会被它“吃”掉,即使很不活泼的银容器,也不能安全地盛放它。此外,氢氟酸还能挥发出大量的氟化氢气体,这种气体有剧毒,即使吸入少量,也会令人感到非常的痛苦。
许多化学家试图从氢氟酸中剃出单质氟来,但都因在实验中吸入过量氟化氢气体而死,于是被迫放弃了实验。然而,有一个化学家就成功的擒获了这个“死亡元素”。下面就让我们来看一下他是怎么做到的。
1872年,法国化学家莫瓦桑应弗雷米教授的邀请,来到了实验室和他共同研究化学。
那时,教授正在研究氟化物,莫瓦桑当上他的学生后,就接过了这一化学界的难题。从此,莫瓦桑对氟的提取以及过去曾经发生的曲折,有了深刻的认识。莫瓦桑对老师这种大无畏的精神非常敬佩。
“为了感谢恩师的知遇之恩,一定要捕捉死亡元素。”莫瓦桑对自己说。
于是,莫瓦桑开始查阅各种学术著作、科学文献,把与氟有关的著作通通读了一遍。经过大量的研究试验,莫瓦桑得出一个结论:实验失败的原因可能是进行实验时的温度太高。
莫瓦桑认为,反应应该在室温或冷却的条件下进行。因此,电解成了唯一可行的方法。
于是,他设计了一整套抑制氟剧烈反应的办法。他在铂制的曲颈瓶中,制得氟化氢的无水试剂,再在其中加入氟化钾增强它的导电性能。
然后,他以铂铱的合金为电极,用氯仿作冷却剂,并设计了一个实验流程,让无水氟化氢、氯仿以及萤石塞子作主要部分,把实验放在零下23摄氏度的状况下电解,终于在1886年制得了单质氟,擒获了“死亡元素”。
【化学1+1】
怪事!牙齿也长斑
虽然,氟被认为是一种“死亡元素,但它也是人们体内必需的微量元素。
在1916年时,美国科罗拉多州一个地区的居民都得了一种怪病,无论男女老幼,牙齿上都有许多斑点,当时人们把这种病叫做“斑状釉齿病”,现在人们一般都把它称作“龋齿”。
原来,这里的水源中缺氟,而氟是人体必需的微量元素,它能使人体形成强硬的骨骼并预防龋齿。当地的居民由于长期饮用这种缺氟的水,因而对龋齿的抵抗力下降,全都患了病。
这是因为:我们每天吃的食物,都属于多糖类。吃完饭后如果不刷牙,就会有一些食物残留在牙缝中。在酶的作用下,它们会转化成酸,这些酸会跟牙齿表面的珐琅质发生反应,形成可溶性盐,使牙齿不断受到腐蚀,从而形成龋齿。
如果我们每天吸收适量的氟,那么氟就会以氟化钙的形式存在于骨骼和牙齿中。氟化钙很稳定,口腔里形成的酸液腐蚀不了它,因而可以预防龋齿。
是谁灭了恐龙霸主
恐龙,从中生代的三叠纪到白垩纪,在地球上称霸了1.6亿年,但后来却绝种了。关于恐龙的灭绝,科学界和学者们观点不一,有的认为是小行星撞击导致,有的则认为是恐龙性功能衰退导致的灭亡,还有人认为是海底火山爆发导致,等等。那么恐龙究竟是如何灭绝的呢?
生物课上,老师讲完人的进化之后,开始讲恐龙的进化。同学们对这些还不是很了解,所以听起来很认真。老师见同学们这么认真,继续说:“侏罗纪时期,恐龙家族曾称霸世界,但到了白垩纪,这些‘霸主’们都神秘地灭绝了。最近有科学家认为,恐龙的灭绝和臭氧层空洞有关,那么有哪位同学知道这是怎么回事?”
同学们一听更加精神了,到底是怎么回事呢?就在同学们思索的时候,班里的“小博士”站起来说:“在白垩纪时期曾有一次大规模的海底火山爆发。这次爆发曾使大气中出现超大面积的臭氧层空洞。由于臭氧层对地球生物有保护作用,它可以吸收紫外线,避免生物受到伤害,臭氧层被破坏了,太阳中的紫外线就可以肆无忌惮地穿过大气层射到地球上。恐龙霸主们被强烈的紫外线照射后,渐渐发生病变,最后导致灭绝。”
“嗯,回答得很好。”老师微笑着点点头。
【化学1+1】
臭氧:地球的保护伞
大气中臭氧层对地球生物的保护作用现已广为人知——它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线,使动植物免遭这种射线的危害。
为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞,人们想尽一切办法,比如推广使用无氟制冷剂,以减少氟利昂等物质对臭氧的破坏。世界上还为此专门设立国际保护臭氧层日。
由此给人的印象似乎是臭氧应该越多越好。其实不是这样,如果大气中的臭氧,尤其是地面附近的大气中的臭氧聚集过多,对人类来说臭氧浓度过高反而是个祸害。 臭氧也是一种温室气体,能够导致更严重的温室效应。
第一个享用氧气的老鼠
我们知道,如果没有氧气的话,人类就不能生存,一直以来,科学家人对氧气的研究也是层出不穷,化学家约瑟夫就做过这样一个有趣的实验。
有一次,约瑟夫把老鼠放在‘脱燃烧素’的空气里,他发现这些老鼠过得非常地舒服,这让约瑟夫非常的好奇,正是这种好奇心的驱使,他又加以实验,这次他用自己做实验,他用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取,当时他的肺部所得到的感觉,和平时吸入普通空气一样;但自从吸过这种气体以后,经过好多时候,身心一直觉得十分轻快舒畅。
“有谁能说这种气体将来不会变成时髦的奢侈品呢?不过现在只有我和两只老鼠,才有享受呼吸这种气体的权利啊!”约瑟夫幽默的说。
之后,约瑟夫把这个实验过程记录到他的一本书中,这本书叫《几种气体的实验与观察》,成为了众多讨论氧气学的著作中最有权威的一个。这本书于1766年出版。在这部书中,他向科学界首次详细叙述了氧气的各种性质,他当时把氧气称作为“脱燃烧素”。
由于在制取出氧气之前,他就制得了氨、二氧化硫、二氧化氮等,和同时代的其他化学家相比,他还采用了许多新的实验技术,因此,他被称之为“气体化学之父”。
1783年,拉瓦锡的“氧化说”已普遍被人们接受。虽然约瑟夫只相信“燃素学”,但是他所发现的氧气,却是使后来化学蓬勃发展的一个重要因素。
【化学1+1】
氧气名称的由来
氧气(Oxygen)希腊文的意思是“酸素”,该名称是由法国化学家拉瓦锡所起,原因是拉瓦锡错误地认为,所有的酸都含有这种新气体。
氧气的中文名称是清朝徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气,所以就命名为“养气”即“养气之质”,后来为了统一就用“氧”代替了“养”字,便叫了“氧气”之名。
为什么不可以呼吸氯气
有一个化工厂用汽车从外地运送液氯,中途在一家旅社里住宿,由于液氯罐阀门长期没有检修,所以逐渐初腐蚀了,并且有些漏气,这时被值班的人员发现了并马上叫醒了跟车人员处理漏气阀门。
但是由于天太黑,氯气喷出量又很大,阀门不但没有修好,反而漏的氯气越来越多,同时氯气的毒性很大,跟车人员根本无法再修理下去了,因此,他们便想放弃。
然而,可怕的事情来了,值班人员还没有跑出院子就昏倒死亡了。跟车人员也跑出百米后昏倒了,很快也死亡了。此时的液氯罐还在漏气。
院子里了生了事故后,有的旅客便出来围观,有的旅客甚至开窗户观望,很快的,氯气遍布了各个房间,旅客们纷纷躲避,同时也出现了不同程度的氯气中毒现象。
事实上,氯气是一种有毒气体,它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸和盐酸,对上呼吸道黏膜造成有害的影响:次氯酸使组织受到强烈的氧化;盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀,使呼吸道黏膜浮肿,大量分泌黏液,造成呼吸困难,所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。
症状重时,会发生肺水肿,使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空气中最多可允许含氯气0.001mg,超过这个量就会引起人体中毒。
【化学1+1】
能消毒的氯气
人们不禁要问,如此剧毒物质,有什么用呢?事实上,我们可以用氯气对饮用水进行氯化消毒。
现在的自来水常用氯气消毒,1L水里约通入0.002g氯气,消毒原理是其与水反应生成了次氯酸,它的强氧化性能杀死水里的病菌。之所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒,是因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大,如果用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡,浓度适宜,水中残余毒性较少。。
搬家搬出了祸
“新新,听说你搬了新房子啊!真是羡慕你啊!你是班里最早搬新房的同学。”
“哎,别提了,爸爸因此还心烦呢!”新新皱着眉头摇了摇头。
“怎么回事?换了房子应该高兴才对啊!怎么看起来你一点也不兴奋啊!”
“爸爸说房子里的新家具有有害物质,会影响人的身体健康。”
新新的爸爸是一外企经理,前不久买了房子,装修后经检验合格便搬了进去。
一个月后,新新的妈妈看中了一套家具,便买了回来。那天晚上家具入室,可睡至早上5点钟时,新新一家三口便头昏目眩、头痛,呕吐不止。实在坚持不下去了,拨打了120,医生说可能是中毒了,便立即为其输液,输至下午2时才恢复正常。于是新新一家人再也不敢住进自己的房子。但他们不明白的是买回的家具为何成了“无形杀手”呢?
新新的爸爸便请来了专家来家检测,检测结果发现这个放新家具的室内甲醛浓度为 1.84毫克/立方米,而国家标准规定甲醛最高容量允许浓度为0.08毫克位方米,甲醛浓度超标23倍多。检测同样装修而安放旧家具的屋子,测试结果仅为0.4毫克/立方米。一套新家具差点要了他们的命。
那为何甲醛会出现在家具里呢?
在家具制作过程中,各种人造板材中使用的粘合剂,里面就含有甲醛。新式家具的制作,墙面、地面的装饰铺设,都要使用粘合剂,凡是大量使用粘合剂的地方,总会有甲醛释放。此外,某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。
【化学1+1】
甲醛——居室的头号杀手
甲醛对人体健康的影响非常大,它能够导致人患上几十种疾病。而且世界卫生组织更是明确指出:甲醛能致癌。
现在,甲醛已经成为居室的头号杀手。如果人们长期吸入过量的甲醛,会使人患上慢呼吸道疾病、过敏,鼻咽癌、尿毒症等癌症,造成不孕不育,以及孕妇的流产、胎儿畸形等。此外,甲醛对于新生儿和青少年的危害更是巨大,更能严重影响他们的健康成长。
让你情不自禁发笑的气体
每个人的生活中都充满着笑,这种笑是受感情支配的。但是你绝对想不到一种气体,只要你一闻到它,就会情不自禁地大笑起来。
晚会上,表演者小马走向台前,对观众说:“我今天能使在座的来宾大笑。”随后便做了几个滑稽动作,引起了观众的一阵笑声。他接着问:“大家都笑了吗?有谁没有笑?”台下有一位观众举起了手,说他没有笑。小马把那位观众请到台上,问他:“你一定不笑?”那位观众很自信地点了点头。于是小马便使出嘴皮功夫,说了许多俏皮话,那观众仍旧无动于衷,小马似乎没有办法了,摇了摇头。
少顷,他从口袋中拿出一个玻璃瓶,对那位观众说:“你闻一闻这瓶里是什么气味。”那观众看到瓶里似乎没有什么东西,便大胆地打开瓶塞,将瓶口对着鼻子吸了几下。嗬!奇迹出现了,那位观众开始情不自禁地哈哈大笑起来,引得台下的观众也好奇地跟着他笑了起来。等大家笑完以后,小马才向大家透露了其中的奥秘。
原来小马事先在瓶里收集了一种气体,因为这种气能使人发笑,因而人们常称它为“氧化亚氮”。
无独有偶,有一个人利用氧化亚氮做了一个广告:“明日上午九时在市政府大厅进行一场吸入氧化亚氮的公开表演,本人为公众准备了一些氧化亚氮,可以供20名志愿者使用,同时派8名大汉维持秩序,以防发生意外,望公众踊跃观看,在笑声中获得新奇感,得到精神上的满足。”
这幅别致的广告迎合了无数猎奇者的心理,人们争先恐后买票来看这场令人捧腹大笑的表演,当场就有20名志愿者上台。当他们吸入了氧化亚氮后,个个都哈哈大笑,有的还做出各种稀奇古怪的动作。他们为何情不自禁的大笑呢?
氧化亚氮在室温下稳定,能致人发笑,并能溶于水、乙醇、乙醚及浓硫酸。另外,由于具有轻微的麻醉作用,氧化亚还是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。
【化学1+1】
令人愉快的甜味
1772年,英国化学家普利斯特利发现了一种气体。这种气体稍带“令人愉快”的甜味,同无臭无味的氧气不同,它能溶于水,比氧气的溶解度也大得多。它是什么,成了一个待解的“谜”?
1798年,化学家戴维吸了几口这种气体后,奇怪的现象发生了:他不由自主地大声发笑,还在实验室里大跳其舞,过了好久才安静下来。后来,这种气体被称为“氧化亚氮”。
会呼吸的石头,居然能着火
日常生活中,取暖做饭经常用到煤气,对于煤气,我们并不陌生,但对于它的发现过程,却有着一段有趣的故事。
英国大发明家威廉?梅尔道克,小时候和一些小朋友在自己家后的一座小山上挖页岩玩——这种石头一片片的,像一页页书,能用火点着。梅尔道克觉得这种石头很怪,居然能着火,要是放在水壶里烧一烧,又会成什么样子呢?于是威廉?梅尔道克决定带些石头回家烧烧看。
回到家,梅尔道克把采来的页岩小心翼翼地放进了水壶里,然后把水壶放在火上烤。他想,加热了,这种奇怪的石头还能变成什么呢?
过了一会儿,水壶嘴里冒出了一股股气体,小梅尔道克又惊又喜,呀,这石头还真神奇,居然还呼吸,石头能燃烧,那它呼出来的气体也可能会燃烧,他一边想,一边用火柴点燃它,想不到火柴刚一碰到那种气体,就听“啪”的一声,那气体就燃烧起来了,把小梅尔道克吓了一跳,差点儿让火烧着他了。
自此梅尔道克迷恋上了科学,长大后,他开始研究煤,他把一块煤块像小时候玩页岩一样,放进了小水壶里,然后,在水壶底加热,并仔细地观察着水壶里的变化。一会儿,水壶嘴里也冒出了一股股气,用火柴一点,也着了起来。梅尔道克把这种气体称为“煤气”。
煤气是以煤为原料加工制得的含有多种可燃成分组成的一种的气体。煤气的种类繁多,成分也很复杂, 一般可分为天然煤气和人工煤气两大类。
在生活中,如果煤气泄漏、燃料燃烧不充分或者排烟不顺畅,就会使人煤气中毒,甚至使人丧命。这是为什么呢?
我们知道,人每天都要不停地呼吸,吸入空气中的氧气,呼出体内的二氧化碳。而氧气在体内的运输,必须依靠血液中的红细胞。氧气与红细胞中的血红蛋白结合,然后红细胞像卡车一样,把氧气运送到全身的每一个地方,再将氧气“放给细胞”,这样细胞就可以进行各种生命活动。
煤、天然气和液化气在燃烧不充分或泄漏时,会释放出一氧化碳。一氧化碳会“抢走”红细胞中的血红蛋白。它和血红蛋白的结合能力比氧气大得多,当人体吸入了一氧化碳时,血红蛋白就会被一氧化碳占据,无法再运输氧气了。时间一长,人就会头昏、恶心、昏睡、四肢无力,出现缺氧的症状,严重的甚至使人窒息死亡。
【化学1+1】
可怕的“樱桃红色”
最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国的生理学家Claude Bernard。在1846年,他让狗吸入这种气体,发现狗的血液“变得比任何动脉中的血都要鲜红”。现在我们知道血液变成“樱桃红色”是一氧化碳中毒的特有的临床症状。
由于一氧化碳可以使血液变得非常鲜红的特点,所以一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉,可以使生肉不被氧化变色,甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉,当然,这引起了非议,人们认为这样会对身体不利。
氦——太阳的元素
1868年8月18日,法国天文学家让桑赴印度观察日全食,利用先进的设备,从黑色月盘背面如出的红色火焰,看见了有彩色的彩条,他认为,这是太阳喷射出来的光谱。这时他发现一条黄色谱线。
日蚀后,他同样在太阳光谱中观察到这条黄线。无独有偶,1868年10月20日,英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。
经过进一步的研究,人们认识到这是一条不属于任何已知元素的新线,是因一种新的元素产生的,人们并把这个新元素命名为 helium,来自希腊文helios,是太阳的意思,元素符号定为He。这是第一个在地球以外,在宇宙中发现的元素。
20多年后,拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱,发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线。
但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置,他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了,这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。
氦,这个奇妙的物质,一直在引起科学家们的注意。科学家们继续研究氦,通过科学实验,不断地为氦写下一页又一页新的历史。
【化学1+1】
氦的超导现象
有一个有趣的实验,各种物质放在液态氦里,情况非常奇妙。
在液氦的温度下,一个铅环,环上有一个铅球。铅球好像失去了重量,会飘浮在环上,与环保持一定距离。
在液氦的温度下,一个金属盘子,把细链子系着磁铁,慢慢放到盘子里去。当磁铁快要碰到盘子的时候,链子松了,磁铁浮在盘子上,怎样也不肯落下去。
我们会感到很神奇。当然,这一切,只能在液态氦的温度下发生。温度一升高,这些现象就没有了,铅球落在铅环上,磁铁也落在金属盘子里了。
这是低温下的超导现象。
原来,有些金属在液态氦的温度下电阻会消失;在金属环和金属盘中,电流会不停地流动而产生磁场。这时候,磁场的斥力托住了铅球和磁铁,使它们浮在半空中。
探究雄黄的发源地
雄黄酒对人类来说是再普通不过的酒,可在虫类的眼里,那无异于“死神”降临。还记得《新白娘子传奇》中,白素贞一喝完许仙送上的雄黄酒,就立刻美女变蛇形,把许仙吓得半死吗?当然了,这虽然是文学艺术加工的情节,但也说明了蛇是怕雄黄的。
蛇本身对雄黄就非常敏感,如果再加入酒精的话,雄黄的驱虫威力就会爆发,其原因是酒精具有一定的挥发性,会把雄黄的味道带到空气中,所以,蛇就像老鼠见到猫一样,躲得远远的!
其实端午节那天,人们喝一点或抹一点雄黄酒,一方面是庆贺节日,另一方面是有解毒驱蛇的作用。端午节时,气候温和,正是各种昆虫和蛇类繁殖、活动猖撅的时候,而小孩子又喜欢漫山遍野地瞎跑,如果在他们身上抹点雄黄,蛇虫一闻到雄黄的气味就会躲得远远的,这样就避免了被蛇虫咬伤的危险。
雄黄是一种含硫和砷的矿石,你们可别小看了这个“砷”,如果它渗入你的身体里,那是很危险的。
砷是很容易接触的,在过去,就有小朋友误食含砷的杀虫剂,或是在经过砷化铜处理的木头家具附近玩耍时,因皮肤接触或食入导致砷中毒。较长期密切接触砷化物,可经消化道、皮肤、呼吸道等不同途径吸收,轻者会出现皮炎、皮肤过度角化、皮肤色素沉着等症状,重者会有血压下降、四肢厥冷、昏迷、尿失禁等症状。
所以说,这“砷”是不是一点也不“绅”士。
【化学1+1】
死亡池塘,饮水变毒水
在离我们不远的孟加拉国,那里有很多人在饱受砷中毒的危害。新闻报道说,已经有两百万人集体砷中毒,而且还有很多人因此而丧命,未来将会有更多的人因此而失去生命。
这到底是怎么回事呢?
说来话长,在20世纪80年代,因为孟加拉国的河流和池塘受细菌污染,在国际援助机构的协助下,孟加拉国开凿了数万个人工池塘,以供当地的民众饮用。谁知,这竟然是好心办了坏事——在孟加拉国的土壤和地下沉淀物中有大量的砷元素。那些砷慢慢地进入了人工池塘,而人们却大量饮用人工池塘里的水。就这样,饮用水变成了毒水,砷神不知鬼不觉地潜入了人体,从而影响人的身体健康。
溴:海藻中的新元素
法国著名化学家巴拉尔做了这样一个实验:把烧成灰的海藻浸入热水中,再往里面通氯气,就能得到一种紫黑色的固体——碘晶体,可是,在提取碘之后,碘液底部总是沉淀着一层深褐色的液体,这种液体,还散发出一种刺鼻的臭味。
巴拉尔心想,这可能是一种新元素。于是他开始做深入的研究,结果发现这种元素的水溶液在常温下是暗红色的,易挥发而呈红色蒸气,能严重侵蚀皮肤,可以用来制作药品、染料等。
巴拉尔在取得必要的证据后,宣布自己发现了一种新元素,他将它命名为“溴”。1842年,巴拉尔发表了一篇题目为《海藻中的新元素》的学术报告。
德国化学家李比希看到了巴拉尔的学术报告后,不禁大惊失色,说:“我曾经做过这样的实验啊!”
原来,在发现溴的前几年,李比希曾接受了一家制盐工厂的请求,考察母液中所含的物质时,在分析的过程中,发现淀粉碘化物过夜以后会变成黄色。他再将母液通入氯气进行蒸馏,得到一种黄色的液体,没有分析研究就判断是氯化碘,并把装液体的瓶子贴上“氯化碘”的标签……
李比希后悔不已,为了让自己吸取教训,他就在床头挂了一张写有“氯化碘”的标签。
【化学1+1】
溴的化合物——摄影界的顶梁柱
溴的最重要的化合物,就算是溴化银了。溴化银有一个奇妙的特性——对光很敏感,稍微受到光的刺激,它就会分解。因此,人们把它和阿拉伯树胶制成乳剂涂在胶片上,就制成了“溴胶于片”。人们平常用的照相胶卷、照像底片、印相纸,几乎都涂有一层溴化银。
现在,摄影行业消耗着大量的溴化银,它可是摄影界的顶梁柱了。在1962年,全世界溴的化合物的产量已近十万吨,其中有将近九万吨用于摄影。