凱比力努·阿巴斯

摘要：化學(xué)作為當(dāng)代工業(yè)頂梁柱之一，起著極為重要的作用。本文以舉例方式，解釋氫鍵，氫鍵的作用和影響水密度的因素;以通俗易懂的語(yǔ)言解釋碳14測(cè)年法;以簡(jiǎn)單又有趣故事，表述磷元素的發(fā)現(xiàn)等等。本文的目的是讓人們重新感覺(jué)到周?chē)摹盎瘜W(xué)”。

關(guān)鍵詞：化學(xué);氫鍵;碳14;衰變;化學(xué)史

在古代，化學(xué)具有非常神秘的色彩，如，在西方，化學(xué)的鼻祖可能是煉金術(shù);在我國(guó)，化學(xué)的鼻祖可能是煉丹術(shù)。無(wú)論如何，從古到今，化學(xué)一直影響著人類(lèi)的生活，從開(kāi)始用火的古代，到使用各種人造物質(zhì)的當(dāng)代，化學(xué)的貢獻(xiàn)在其中起了很重要的作用。

一、飛機(jī)在萬(wàn)米高空運(yùn)行，可飛機(jī)上沒(méi)有氧氣瓶。

人飛機(jī)上竟然沒(méi)有氧氣瓶，因?yàn)轱w機(jī)上的設(shè)備里是氧氣嗎？飛行開(kāi)始前的安全演示將你把脫落的氧氣面罩往下拉才開(kāi)始供氧，是因?yàn)樵谀阕紊戏綋醢鍍?nèi)有個(gè)圓柱形的應(yīng)急氧氣發(fā)生器，里面裝著氯酸鈉和鐵粉混合物，當(dāng)你往下拉濾罩時(shí)，拉動(dòng)檔桿釋放針尖使其打到蓋子上點(diǎn)燃炸藥，并開(kāi)始化學(xué)反應(yīng)，生成可供呼吸的氧氣。所以以上的你是使用不同物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)生成物來(lái)為乘客們提供氧氣。

二、冰浮在水面，其實(shí)是一個(gè)反常現(xiàn)象。

冰浮在水面，這是一個(gè)在正常不過(guò)的現(xiàn)象?？赡闶欠裣脒^(guò)一個(gè)問(wèn)題：同一種物質(zhì)的固體密度大于液體密度，為什么水如此與眾不同？

固態(tài)的水密度小于液態(tài)水，所以并能浮在水上，這其實(shí)是一個(gè)很反常的現(xiàn)象。正常情況下，同一種物質(zhì)的固體密度比液體大，將固體投入到液體中會(huì)沉下去。為什么固態(tài)的水能浮在液態(tài)水上面？原因在于氫鍵水分子內(nèi)部的電荷是不平衡的水分子中的氫原子略帶正電，會(huì)與其他水分子中帶負(fù)電的氧原子相互吸引這種結(jié)合方式。叫做氫鍵，冰就是水分子通過(guò)氫鍵結(jié)合在一起形成的結(jié)晶。在這種構(gòu)造中，空間利用效率是很低的。為了是微觀結(jié)構(gòu)整齊有序，水分子之間的距離反而變大了，就像是一群做廣播體操的學(xué)生，每個(gè)人都有自己固定的站位，但像無(wú)間隔的挺遠(yuǎn)，當(dāng)固態(tài)水融化為液態(tài)水，一些氫堿斷裂，這種鏤空的結(jié)晶構(gòu)造會(huì)被破壞，大的締合水分子減少小。小的底和水分子和單個(gè)的水分子增多，單個(gè)的水分子可以隨意移動(dòng)，還可以鉆進(jìn)大的底和水分子中間，所以水分子相互間隔縮小。這就像是一群學(xué)生做完操自由走動(dòng)，雖然都在動(dòng)，但因?yàn)榫墼谝黄鹜妻螋[，相互間的距離反而更近，所以水的密度才會(huì)大于冰的密度。

有兩種作用在影響著水的密度，一種作用是氫鍵斷裂，導(dǎo)致單個(gè)水分子的比例越來(lái)越高，水分子越來(lái)越密集，因而水的密度越來(lái)越大。第二種作用是水分子的運(yùn)動(dòng)速度，隨著溫度提高而加快，使得分子間的平均距離加大，密度減小，在零攝氏度到四攝氏度時(shí)，第一種作用更明顯，所以水會(huì)出現(xiàn)反常膨脹，粗略說(shuō)就是熱縮冷脹。而到四攝氏度以后，第二種作用更明顯，水的密度隨溫度升高而減小，也就是熱脹冷縮。

三、淺談碳14測(cè)年法

直到距今幾千年，幾萬(wàn)年，還是幾十億年的，都能查出來(lái)。最具代表性的碳14測(cè)年法，在地球大氣外層的氮14，會(huì)被宇宙射線(xiàn)輻射成有放射性的碳14，有放射性的原子都會(huì)衰變。碳14的半衰期是5730年。什么意思呢？就是一堆兒碳14，每5730年就剩為原來(lái)的一半，釋放電子的衰變，因?yàn)榱硗獾陌攵炎兓氐?4了。問(wèn)，等我們發(fā)現(xiàn)，原本一堆的碳14，現(xiàn)在只剩下原來(lái)的1/4堆了，那么距離原來(lái)的一堆兒碳14過(guò)了多久呢？1/2乘以1/2等于1/4，是11460年。由于宇宙射線(xiàn)與碳14自身的衰變基本保持平衡。所以地球上的碳14的豐富程度基本保持不變?，F(xiàn)在每個(gè)活著的生命身上的碳14比例也是如此。但當(dāng)生命一旦結(jié)束了，就沒(méi)有了新陳代謝或者光合作用維持體內(nèi)碳14的能力了。因此碳14含量也會(huì)逐年減少，通過(guò)半衰期就可以知道這個(gè)生命死了多久。不過(guò)碳14測(cè)年法也有局限，只對(duì)5萬(wàn)年以?xún)?nèi)的測(cè)量具有一定的準(zhǔn)確性，因?yàn)槭畟€(gè)半衰期之后，碳14就太少了。

四、磷元素的發(fā)現(xiàn)

尿液是廢物，但它含有一種非常珍貴的成分，其中最受歡迎的就是尿素。尿素是一種無(wú)色無(wú)味的高氮化合物，尿素分解后會(huì)形成。氨水是一種有刺激性氣味的天然漂白劑，就是古羅馬人為什么會(huì)收集尿液來(lái)漂白他們的長(zhǎng)袍，甚至他的牙齒。收集人類(lèi)的動(dòng)物尿液的做法至今仍在。墨西哥的一個(gè)小鎮(zhèn)，盡在過(guò)年期間就收出了4500升尿液，并通過(guò)出售他們獲得了一筆可觀的利潤(rùn)。時(shí)至今日，尿素廣泛用于化妝品，洗潔精甚至。然上色，它還是植物的天然養(yǎng)料，但尿液沒(méi)有危險(xiǎn)的一面。17世紀(jì)的煉金術(shù)士漢尼·布蘭德，本來(lái)想從自己尿液中提取黃金，結(jié)果意外發(fā)現(xiàn)了零，他發(fā)現(xiàn)磷燃燒是不發(fā)熱也不引燃其他物質(zhì)，是一種冷光，它就以冷光的英文開(kāi)頭命名這個(gè)新物質(zhì)為P，結(jié)果這物質(zhì)被用在了火柴上，雖然沒(méi)有拿到黃金，但是造福了當(dāng)時(shí)的人們。

五、探究燃燒現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)氧氣

氧氣的發(fā)現(xiàn)在化學(xué)史上具有里程碑的意義，氧氣的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)，為近代自然科學(xué)具有重大意義。再正常不過(guò)的燃燒現(xiàn)象中，一個(gè)藥劑師發(fā)現(xiàn)了氧氣，當(dāng)時(shí)，他把新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)氣體命名為活空氣。

1775年，一個(gè)瑞典藥劑師對(duì)物質(zhì)的燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚的興趣。有一天，他在空玻璃瓶中放入了一塊兒毅然的林，塞上瓶塞，然后從皮外加熱，使磷燃燒在燒瓶鋼梁，立刻把瓶子倒扣進(jìn)水中，并拔出深色。這時(shí)，怪事發(fā)生了，水充滿(mǎn)燒瓶體積的1/5以后，水面不再上升。藥劑師對(duì)這件事迷惑不解。既然燃燒中用到了1/5的空氣，那么剩下的4/5的空氣為什么不消失？難道瓶里剩下的空氣跟那些在燃燒中消失的空氣不一樣嘛？為了證實(shí)自己的判斷，他又做了一連串實(shí)驗(yàn)。在雙剩下的空氣中放些蠟燭，結(jié)果是蠟燭立即熄滅，很快變黑，然后他要把幾只老鼠和蒼蠅，蚊子里面蒼蠅和老鼠也很快死了。如此，他覺(jué)得空氣是由4/5的死空氣，1/5的活空氣組成的，它稱(chēng)為火焰空氣?；羁諝馄鋵?shí)就是現(xiàn)代說(shuō)的氧氣。它是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)氧氣的人，叫舍勒。

當(dāng)然，本文目的是吹捧化學(xué)對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)或吹捧科學(xué)家，而是讓人們感受到人類(lèi)周?chē)幕瘜W(xué)與化學(xué)知識(shí)?？茖W(xué)史告訴我們，簡(jiǎn)單而不起眼的現(xiàn)象中往往隱藏著巨大的智慧與發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

徐建中，馬海云等著《化學(xué)簡(jiǎn)史》.科學(xué)出版社.2019，05.