书城童书《化学知识篇》(上)

第13章 神奇现象化学揭秘(3)

人类自从1957年10月4日(苏联成功地发射第一颗人造卫星)进入太空时代以来,现在已有190多人乘坐宇宙飞船,在太空轨道站,或在航天飞机上,共逗留了7万多个小时。其中,在天上连续生活时间最长的是苏联宇航员罗曼年科,他从1987年2月6日至12月29日,在“和平”号太空站生活了10个多月(326天)。

美国宇航员迈克尔·柯林斯等12人乘“阿波罗”飞船登上了月球并安全返回。

人们一定会问:这些巡天揽月的英雄们不需要喝水吗?他们喝的是“天上水”,还是从地面上带去的水?都不是,他们喝的是特殊的水——“化学水”。

科学家们怎么想到制造“化学水”?这与美苏两大国在50年代末进行空间竞赛有关。当时,苏联发射卫星的消息传到美国,美国舆论大哗,因为他们在“原子时代”(反应堆、原子弹和氢弹等)一直领先,可万万没有想到在开辟“空间时代”方面却落在苏联后头。美国总统肯尼迪对此也深感遗憾,于1961年5月25日在国会上断然决定制造阿波罗登月飞船,争取在10年内抢先登上月球。

这就遇到一个问题:飞船内部所用的电能从何而来?宇航员所需要的水怎样解决呢?当时有人建议带蓄电池或高效的银锌干电池;在飞船上放个水箱,从地球上带水上去。可是这样一来,飞船的重量太大了,显然这不是上策。至此,化学家们自然想起了氢氧燃料电池。

关于氢氧燃料电池的原理,早在100多年前就有人提出来了,可是,由于“生不逢时”,没有派上什么用场。如今却时来运转,有幸“补天”了。

这种航天用的氢氧燃料电池主要由燃料电极(阳极)、氧化剂电极(阴极)、电解质等组成。燃料是氢气,氧气是氧化剂。两个电极之间是浸透氢氧化钾溶液的石棉隔膜,隔膜靠阳极的一侧有一层含有金属铂的催化剂。电子从阳极上的氢中逸出流向氧;阴极上的氧得到电子后生成氢氧根,并使阴极带正电。然后,氢氧根通过电解质扩散到阳极,在催化剂的作用下与氢结合生成水,并且放出电子,使阳极带负电。当在两个电极之间接上负载时,电子从负极流向正极,从而产生电流。这样,只要对电池系统维持一定的温度、一定的电解质浓度、不断地供给燃料和氧化剂,并且不让反应产物——水在电池内部潴留,那么就可从电池中源源不断地输出电能。同时,从电池中排出来的水经过净化以后就可供宇航员饮用。

为了满足宇宙飞船的实际需要,需将几十个这样的单电池串连起来组成一个电池组。然后,再将几个电池组并联起来为飞船供电。

自从1969年美国的“阿波罗11号”飞船采用这种既可发电又可供水的新型化学电池之后,美国的“天空实验室”、“哥伦比亚号”航天飞机,苏联的“礼炮6号”轨道站等均采用这种先进技术。

雌雄剑何以锋利无比

据《吴越春秋》记载,干将奉吴王阖闾之命炼铁铸剑,他用五岭之铁矿和木炭,以300童男童女,不分昼夜,烧火鼓风。但三个月过后,铁矿石依然没有熔化,想得到的铁更是踪迹皆无。他的妻子莫邪认为,铁是神物,必须有人牺牲,方能感动上苍,炼出铸剑所需要的铁。于是,她奋不顾身,跳入炼铁炉中,顿时矿石熔化,铁水奔流而出。干将用妻子莫邪的血肉之躯炼出的铁精心打造了两把宝剑,一把名为“干将”,一把名为“莫邪”。两剑雌雄成双,锋利无比,切金开石如砍菜切瓜一般,堪称举世无双之精品。

从1974年在江苏省六合县发掘出土的春秋时期吴国古墓中的铁丸和铁条,可以推断春秋末年的南方吴国,已经能够比较熟练地掌握生铁的冶炼技术。

1992年5月,在陕西省宝鸡市益门村出土的春秋时期的金柄铁剑,数量超过20把,其数量之多,工艺之精美,在全国实属罕见。从年代上讲,这些铁剑所诞生的年代正是我国炼铁技术的初始阶段,与历史名剑“干将”和“莫邪”所诞生的年代大体相仿。对铁剑残块用电感耦合等离子发射光谱进行光谱定性分析,用偏振塞曼原子吸收分光光度法,依据定性分析结果进行定量全分析,并用扫描电镜法和电子能谱法对铁合金中起作用的元素进行定量分析,结果表明,这批剑以铁为主,不含各类合金元素。又通过金相分析,未发现镍、钴金相组织,也未出现陨铁所特有的魏氏体结构,是冶炼铁开始阶段的“块炼铁”。相比较而言,它的含碳量极低,因而对腐蚀也就比较“迟钝”,虽在地下历经数千年之久,还能够基本保持铁剑原貌,剑刃锋利依旧,显示出当时高超的冶铁铸剑工艺。

为何古罗马贵族大多命短

罗马位于意大利亚平宁半岛中部,境内土地肥沃,加之位居地中海北岸中部,海上交通便利。公元前6世纪,罗马还是一个较小的奴隶制城邦。到公元前3世纪,其奴隶制生产方式得到了较大发展,国力逐渐强盛。经过多年战争,陆续击败了意大利南部各城邦,进而统一了整个意大利半岛。公元前2世纪,罗马人继续扩张,于公元前146年征服希腊本土,统一了地中海北岸。公元前30年又击败埃及托勒密王朝,完全取代希腊,成为横跨欧、亚、非三洲的奴隶制大帝国。全盛时代的罗马帝国,其版图北面包括英国、德国、匈牙利、罗马尼亚等地,东翼伸展到两河流域一带,南面占据了整个北非,地中海则完完全全成为了罗马帝国的内湖。

古罗马人在城市建筑上表现出了卓越的才能,尤其是规模宏大的城市供水系统在当时堪称一绝,在其后1500年的历史中也是无与伦比的。古罗马人为了将城外水源引入城内供生产和生活之用,他们将罗马城外水源引入城内,经过蓄水池沉淀后,引入导水道,再分别供应用户和公共场合。首都罗马的引水道修建于公元前4世纪至公元前2世纪,共有9条之多,总长90余千米,日供水能力达130 000t。这些水道纵横交错,与现代城市供水系统非常接近。古罗马人为了使水道穿过低洼地带,用石块砌成蔚为壮观的拱卷渡槽,最高的渡槽超过60m,令人叹为观止。当时的水道监督官、工程师费朗提努曾写道:“这才是为人类卫生和健康服务的技术,比起徒劳而无益的金字塔和希腊神庙来,这才是最美好的。”这也集中体现了以公共福利为目的的古罗马工程师的善意和努力。

应该承认,古罗马人是极具创造性的,其愿望和出发点也是善良而美好的。但令人不解的是,长期生活在城内,过着奢华生活的罗马贵族却大多寿命很短。考古工作者在发掘古罗马时期的墓葬时,多次发现尸骨上有黑色斑点,经分析断定为硫化铅。原来古罗马人的城内导水管多为铅质,古罗马人饮用了流经铅管的水,长期积累而导致铅中毒死亡。

随着生活经验的积累,人们在实践中逐渐认识到,铅及其化合物都有程度不同的毒性。因为生物体内摄取的,甚至是小剂量的铅并不能排出体外,而是积累起来,部分地代换骨骼中Ca3(PO4)2的钙,因而毒性逐渐增加。铅中毒的初始征兆是牙床边缘变成灰色,以及腹部疼痛,进而会引起神经系统紊乱。在空气中,铅被允许存在的最高含量为0.000 01mg/L。

急性铅中毒会使消化系统严重损坏,出现这种情况,可用稀硫酸溶液急救解毒。

秦始皇陵揭秘

秦始皇,名嬴政,是中国历史上第一个中央集权制国家——秦王朝的最高统治者,也是中国封建社会的第一个皇帝。从公元前230年—公元前221年,前后历时十载,秦始皇用武力先后消灭了东方的齐、楚、燕、韩、赵、魏六国,结束了自夏商以来诸侯割据的分裂局面,完成了统一大业。秦始皇还遣蒙括率大军30万北击匈奴并修筑举世闻名的万里长城,统一了文字、货币、度量衡和道路,其文功武治煊赫一时并永载史册。