1、碘與指紋破案
同學們在電影中常常看到公安人員利用指紋破案的情節。其實,只要我們在一張白紙上用手按一下,然后把紙上手指按過的地方對準裝有少量碘的試管口,并用酒精燈加熱試管底部。等到試管中升華的紫色碘蒸汽與紙接觸之后,按在紙上的平常看不到的指紋就漸漸顯露出來,并可以得到一個十分明顯得棕色指紋。如果把這張白紙收藏起來,數月之后再做上述實驗,仍能將隱藏在紙上的指紋顯示出來。
這是因為,每個人的指紋并不完全相同,而手指上總含有油脂、礦物油和汗水等。當用手指往紙往上按的時候,指紋上的油脂、礦物油和汗水就會留在紙上,只不過是人的眼睛看不出來罷了。而純凈的碘是一種紫黑色的晶體,并有金屬光澤。有趣的是,絕大多數物資加熱時,一般都有固態、液態和氣態的三態變化。而碘卻一反常態,在加熱時能夠不經液態直接變成蒸汽。像這類固態物質直接氣化的現象,人們稱之為升華。同時碘還有易溶于有機溶劑,當碘蒸汽上升遇到這些有機溶劑時,就會溶解其中,因此指紋也就顯示出來了。
2、誰是兇手
沐浴在晨光中的山村,從睡夢中醒來了。舉目望去,成群的牛羊之綠茵茵的山坡上奔跑、嬉戲。按著映入眼簾的便是咯咯覓食的雞群,呱呱追逐的鴨子……忽然,陣陣歡聲笑語傳來,循聲望去,原來說姑娘子湖邊梳洗打扮,碧綠的湖水,山色掩映,還蕩漾著村童嬉水玩耍的身影……然而今天,山村的生機蕩滌殆盡,就連晨光也好像失去光澤,展現在人們眼前的竟是滿目的死尸、斃命的牛羊。生靈在此已不復存在,真是慘絕人寰,令人震驚。這便是中央電視臺播放的尼斯湖慘案一組鏡頭的寫實。禍不單行,同在喀麥隆,更大不幸由在瑪瑙湖畔發生了,對此人們不禁要問,作惡多端的兇手是睡?
法網難逃,兇手終于“捉拿歸案了”。但出于意料的是,兇手竟是人們熟知的二氧化碳氣體。然而更令人不解的是,二氧化碳何以如此猖狂?又何以致人畜于死地?
經科學家研究發現,微妙的化學平衡使尼奧斯湖、瑪瑙湖的水分成了奇特的若干層,而且最深層的水又含有極其豐富的碳酸鹽。然而這樣的化學平衡并不是穩定的,在外界環境的影響下,特別在地殼活動頻繁之際,分層的湖水便會受到擾亂,富有碳酸鹽的深層水就會上升,在壓力和溫度驟然變化下迅速分解,整個湖泊也就成了一個被猛然開啟的巨大汽水瓶。雖然二氧化碳本身并沒有毒,但空氣中含有超過0.2%便會對人體有害,超過1%以上即會使人畜窒息而亡。因而二氧化碳大量釋放下沉,災難也就不可避免了。
然而湖水中的這種化學平衡并非絕無僅有,科學家還發現前蘇聯凱而頓湖的水竟以五層分布,而且底層被更令人擔憂的硫氫化物所滲透。那么存在其中的化學平衡是否也會被打破?硫氫化物是否會轉化為毒性甚大的硫化氫并進而興風作浪?更重要的是如何防患于未然,阻止慘案的再度重演?如今,科學家們正面臨著環境化學新課題的挑戰。
3、屠狗洞的秘密
在意大利某地有個奇怪的山洞,人走進這個山洞安然無恙,而狗走進洞里就一命嗚呼,因此,當地居民就稱之為“屠狗洞”,迷信的人還說洞里有一種叫做“屠狗”的妖怪。
為了揭開“屠狗洞”的秘密,一位名叫波爾曼的科學家來到這個山洞里進行實地考察。他在山洞里四處尋找,始終沒有找到什么“屠狗妖”,,只見巖洞的倒懸許多的鐘乳石,地上叢生著石筍,并且有很多從潮濕的地上冒出來。波爾曼透過這些現象經過科學的推理終于揭開了其中的奧秘。
原來,這個由大量鐘乳石和石筍構成的巖洞,石灰巖巖洞。這里,長年累月地進行著一系列的化學反應:石灰巖的主要成分是碳酸鈣,它在地下深處受熱分解二產生二氧化碳氣體:
CaCO3 高 溫 CaCO3 CO2↑
產生出來的二氧化碳又和地下水、石灰巖的碳酸鈣反應,生成可溶性的碳酸氫鈣:
CaCO3 CO2 H2O Ca(HCO3)2
當含有碳酸氫鈣的地下水滲出地層時,由于壓力降低,碳酸氫鈣分解又釋放出二氧化碳,并從水中逸出:
Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓ CO2 ↑ H2O
因為二氧化碳比空氣重,于是就聚集在地面附近,形成一定高度的二氧化碳層。
當人進入洞里,二氧化碳層只能淹沒到膝蓋,有少量的二氧化碳擴散,人只有輕微的不適感覺,然而處在低處的狗,卻完全淹沒在二氧化碳層中,因缺乏氧氣而窒息死亡,這就是屠狗洞屠狗而不傷人的道理。
4、氟的自述
我的名字叫氟,最外層有7個電子,除我之外還有氯、溴、碘、砹跟我相似。他們都是我家族的成員,人們把我們的大家族叫鹵族。在我們的大家族內,我是老弟。
化學家們在19世紀初就發現了我,把我確認為是一個元素。但我的單質狀態一直到18世紀80年代才被分離出來。最早把我分離成化合態的是1764年的德國化學家馬格拉夫,游離態是法國化學家莫瓦桑提制的。前者是讓螢石和硫酸反應,這比較容易。但游離態就不容易制取了。后來莫瓦桑吸收前人的經驗,他把我化合物氟氫華鉀(KHF2)溶解在無水氫氟酸中,作為電解質進行電解。連續工作了二年,終于在1886年6月26日之我成功的誕生在這個世界上。
我在常溫下淡黃綠色的氣體。我很調皮,到處惹禍,所以哥哥、姐姐們不讓我單獨存在,總是讓另外一個來管住我,我的個性特別強,動不動就和別人打架。我最喜歡的氫一起玩,一見面就形成了形影不離的朋友。我和氫老弟在空氣中形成白霧,溶于水叫做氫氟酸。可是我倆在一起也到處惹事,把人們種的各種變得枯黃,動物都死了。就連主人也毫不留情。所以在人們把我和氫的化合物從其它物質中提取出來時,就發生了一些悲痛的事情。例如:1836年的愛爾蘭科學家諾克斯兩兄弟,被我殺死一個,另一個也被迫停止工作。但我很佩服他們那種不怕死的精神,為后人打下了基礎,他們是人類在認識化學元素歷史過程中英勇犧牲的烈士,值得后人懷念。
在元素周期表中,我的大家族位于周期表的右邊,是第七主族,屬于非金屬類,在我的的家族里,我最活潑,所以我能夠把哥哥、姐姐們從他們的化合物里置換出來。
最早利用我的是1671年的德國一位藝術家斯萬哈德,他發現我的化合物——螢石(CaF2)跟硫酸反應制得的溶液能刻畫玻璃。
我在自然界中是廣泛分布的元素之一,在鹵族中,僅次于氯,自從人們認識我的真面目后,廣泛的利用我。
把我的天然化合物——元素作溶劑,把它添加在熔煉的礦石中,可以降低熔點。我和氫的化合物可以用來制造塑料、橡膠、藥品,用于制造氟化鈉等氟化物,而氟化鈉又是一種用來殺滅地下害蟲的農藥,還可以提煉鈾。隨著科學的發展,人類的進步,人們對我的認識也進一步加深。我希望同學們于我交個朋友,把我的壞處化為益處,進一步為人類服務。
5、石灰“家族”
石灰是人們生活中常見的物質。石灰家族里有名叫生石灰、熟石灰、石灰水、石灰乳、堿石灰等的兄弟姐妹,啊還有他們的媽媽,媽媽叫石灰石。剛學化學的同學,可能丟于他們各自的面貌還弄不清楚,我來介紹一下:
石灰石,生在深山里,是一種青色的石頭。石灰石的山,一般風景較優美,入桂林多石灰石,那里青山綠水,有許多大溶洞,形成了許多石筍、石鐘乳。石灰石比較堅硬,鐵路的路基常用石灰石了建筑。石灰石的主要化學成分是碳酸鈣(CaCO3),她又是水泥和其它工業的原料。于石灰石成分相同的是她的妹妹,名叫大理石,她張得潔白、晶亮,漂亮極了,她是高級建筑物的裝飾材料。石灰石通過鍛燒變成生石灰。
生石灰的成分是氧化鈣(CaO),白色塊狀物,他的吸水性很強,常用作干燥劑,它于水反應變成熟石灰。
熟石灰的成分是氫氧化鈣〔Ca(OH)2〕,白色粉末,具有強烈的腐蝕性,因此又名苛性鈣,主要用作建筑材料,室內墻壁、砌磚的料漿缺她不行。化工方面用她制漂白粉。因為她是生石灰加水消化而成的,因此又名消石灰。
石灰乳是混濁的石灰水,又稱氫氧化鈣混濁液,它是固體和液體的混合物。常用了涂刷舊墻壁、配制波爾多(與硫酸銅配合)和石硫合劑(于硫磺配合)用作農藥殺蟲。
石灰水是氫氧化鈣的溶液。石灰乳澄清(通過靜置)后的上層清液是飽和的石灰水,堿性很強,家庭里用它來做米豆腐。
堿石灰,是氧化鈣與氫氧化鈉的混合物。
6、化學藥品湖
世界上有無數大大小小的護,有的是咸水湖,有的是淡水湖,形形色色,各種各樣。其中有的湖泊貯藏著豐富特殊的化學藥品,形成了化學藥品湖。
水銀湖前蘇聯的興頓山里有一個湖泊,人離它四五百米時,便會感到惡心、頭暈、呼吸困難,如不及時離開就會窒息而死。用來湖里貯藏著大量的水銀,散發出大量的汞蒸汽,如人和動物接觸久了,就會中毒死亡。
酸湖意大利西西里島有一個湖,湖底有兩口泉眼噴出了強酸,因而整個湖的湖水變成了腐蝕性極強的“酸水”,算的濃度很大。這種酸的濃度很大的湖水,可以殺死一切生命,有人又叫它死湖。
堿湖前蘇聯烏拉爾有一個湖 ,湖水含有咸味。原來這里的水含有堿和氯化鈉。若干洗衣服,只要將衣服浸在水里揉搓,不必用洗滌劑便能洗得很干凈。
鹽湖亞洲西部的死海是含鹽最多的湖,這里的湖水每升含鹽272克。由于湖水含鹽多,密度很大,能將人托起。
硼沙湖智利的亞特斯柯教湖,湖面似一片白茫茫的浮冰覆蓋在湖上,湖水內含有大量的很有用的硼沙〔Na2B4O5(OH)4·8H2O〕。
熒光湖在拉丁美洲西部印度群島的巴哈馬島上有個“火湖”,湖水閃閃發光,就像燃燒時冒出的“火焰”一樣。這個湖的水里含有大量的熒光素,如果你要信手撥動湖水,便會“火化”四濺,這是由于熒光素所引起的。
7、魔火與化學
673年,阿拉伯艦隊入侵到了君士坦丁堡,而希臘人只有為數不多的幾只戰船,雙方的實力相差太懸殊了,在那種險境里,有誰會料到,來挽救希臘人的,不是友軍的軍團或艦隊,而是自己的化學兵團,是一種年出奇制勝的奇怪的火!
不知是哪位喜歡研究煉金術的希臘建筑師,無意中發現了一種能在水面上著火的燃燒劑。正是這種燃燒劑,把阿拉伯艦隊周圍的水面變成一片火海,燒得敵人毫無還手之力。
僥幸逃命的阿拉伯的士兵說,希臘人叫“閃電”了燃燒艦船,有說希臘人掌握了“魔火”,連海都著火了。
從這以后,拜占廷的艦隊憑借著“魔火”在海上稱霸了幾個世紀,他們總打勝仗,神氣極了,歐洲人把這種燃燒劑叫做“希臘火”。
多少年過去了,這種“希臘火”的秘密才被化學家揭開,原來它不過是有普通的兩種物質――石灰和石油組成。君不見建筑工地上能煮熟雞蛋的石灰池嗎?使用這種燃燒劑時,生石灰遇水放出熱量,足以將石油蒸汽點著,燃燒劑就在水面上發火延燒開來。
當希臘人利用他們的“魔火”在地中海耀武揚威的時候,我們中國人早以在其100多年前發明了有硝石、硫璜和木炭組成的燃燒劑,利用它來作焰火、黑火藥和火箭。
如今,黑火藥早已經不用于現代戰爭上了。可是你是否知道,棉花,它細長柔軟的纖維,也蘊藏著一種極其危險的性質,在高三化學實驗室里,用濃硝酸和濃硫酸的混合溶液處理棉花后,只要用熱玻璃棒一接觸,他就會馬上一燒而光,鼎鼎大名的無煙火焰就是用它制成的。工業上把含氮量高的硝酸纖維叫做火棉,用壓緊的火棉填充的炮彈,爆炸時生成的氣體體積會增大12000倍。
幾千年的人類文明史,幾乎每一頁都閃爍著化學的光輝!
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