化学自习室移动版

在１０９种化学元素中，碳非常特殊：除碳之外的１０８种元素，它们之间所形成的化合物只有几十万。然而，碳的化合物却有五百万之多！

正因为碳是那般与众不同，人们对碳也“另眼相待”！在化学上，把除了碳之外的１０８种元素所形成的化合物和一氧化碳、二氧化碳及碳酸盐合称为无机化合物，研究无机化合物的化学称为无机化学；而碳的化合物（不包括一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐）合称有机化合物，专门研究碳的化合物的化学叫做有机化学。

神通广大的活性炭

１９１５年，第一次世界大战期间，西方战线的德法两军正处在相持状态。德军为了打破僵局，在４月２２日，突然向英法联军使用了可怕的新武器——化学毒气氯气18万公斤。英法士兵当场死了五千，受伤的有一万五千。

有“矛”必然就会发明“盾”，有化学毒气必然就会发明防毒武器。在两个星期后，军事科学家就发明了防护氯气毒害的武器，他们给前线每个士兵发了一种特殊的口罩，这种口罩里有用硫代硫酸钠和碳酸钠溶液浸过的棉花。这两种药品都有除氯的功能，能起到防护的作用。

可是，令人为难的是敌方并不老是使用氯气，如改用第二种毒气，这种口罩就无能为力了。事实也是如此，在使用氯气后还不到一年，双方已经用过几十种不同的化学毒气。

所以，必须找到一种能使任何毒气都会失去毒性的物质才好。

这种百灵的解毒剂在１９１５年末就被科学家找到了。它就是活性炭。

大家也许知道，把木材隔绝空气加强热可以得到木炭。木炭是一种多孔性物质，多孔性物质的表面积必然很大。物质的表面积越大，它吸附其他物质的分子也就越多，吸附作用也就最强烈。如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气，除去沾附在木炭表面的油质，使内部的无数管道通畅，那么木炭的表面积必然更大。经过这样加工的木炭，叫做活性碳。显然，活性炭比木炭有更强的吸附作用。

在１９１７年，交战双方的防毒面具里都已装上了活性炭。

奇怪，活性炭的眼睛为什么那么雪亮，能抓住毒气而放过氧气、氮气呢？

原来，活性炭的吸附作用同被吸附的气体的沸点有关。沸点越高的气体（即越容易液化的气体），活性炭对它的吸附量越大。军事上使用的大多数化学毒气的沸点都比氧气、氮气高得多。

请不要以为活性炭只用在防毒面具里，它还有许多其他用途。

在自来水工厂里，如果水源有臭味，只要让水流过活性炭后就不臭了。你也许会说自来水仍然有股味。这是氯的气味，因为自来水常用氯来消毒。

在制糖厂里，工人们往红糖水里加一些活性炭，经过搅拌和过滤，可以得到无色的精液，再减压蒸发水分，红糖就变成晶莹的白糖了。

现代家庭的金鱼缸里，有不少装着电动水泵，让水循环通过滤清器。在滤清器里也用活性炭去吸附水中的臭味和杂质。

令人讨厌的宝贝——烟炱

你认识烟炱吗？

在烟囱里、灶膛内、锅底上，以及煤油灯玻璃罩壁上那些黑色粉末，就是烟炱。化学课本里也叫它炭黑。

你喜欢烟炱吗？

从烟囱里出来的烟炱，到处乱飞，它熏黑了蚊帐，弄脏了人们的衣服，污染了清新的空气。干了这么多坏事，谁还会喜欢它呢？难怪现代工厂的烟囱，大都加了除烟消尘装置。

可是你知道吗？如果没有烟炱，人类的精神文明和物质文明又会变成什么样子？

谁都知道，写字的墨汁是黑色的，印书的油墨是黑色的，汽车和飞机的轮胎也是黑色的。这种种黑色的东西，里面都有烟炱的成分。

烟炱对于橡胶工业极为重要，百分之九十左右的烟炱用于橡胶工业。制造一个汽车轮胎，需要好几公斤的烟炱。橡胶是一种大分子化合物，分子间的空隙很多，加进烟炱主要是为了填充这些空隙，增强橡胶的机械强度，使它有耐拉、耐撕、耐磨等优良性能。

如果没有烟炱，世界上就没有字迹经久不衰的书，汽车不能跑长途，飞机也难以起飞。

烟炱如此重要，怎样来生产呢？

我国的劳动人民早在一千七百多年前就懂得用烟炱来制造墨汁。当时所用的烟炱是从烟囱里收集得到的。从烟囱收集烟炱，数量终究有限，满足不了社会发展的需要。

后来，我国劳动人民发明了一种特制的窑。让松脂在窑里不完全燃烧，从而得到较大量的烟炱。

用松脂来烧取烟炱，使大片松树被砍伐，出现大量荒山，破坏了生态平衡，最后将给人类带来灾难。

幸好在北宋时，我国科学家沈括发现了用燃烧石油的方法来制取大量的烟炱。现代，人们主要是用分解天然气的方法来制取大量的烟炱。

在化学家的眼里，世界上没有无用的废物。烟炱也不例外。所以我们对烟炱的态度，应该是扬长避短，让他们更好地为人类服务。

铅笔芯是铅做的吗

铅笔芯是铅做的吗？

是的，它是用铅做的。不过这是五百多年前的事情，用铅做的笔写字看起来不太清楚。到了近代，人们就用石墨来制造铅笔了。

石墨是黑色的细鳞片状的晶体，在大自然中，有天然的石墨矿。石墨矿是由一些古代的树木，因为地壳运动埋到地下，在地下受到高压慢慢形成的。可是天然石墨矿太有限，迫使人们无法坐等大自然的恩赐，而要向大自然索取。人们发明了人造石墨的方法，把煤放在电炉里，通入强大的交流电，加热到两三千度，使煤再结晶而变成石墨。

铅笔芯有硬有软，有黑有淡。这是怎么一回事？如果你能注意铅笔杆上标的符号，就不难总结出下面的规律：

6Ｈ、5Ｈ、4Ｈ、2Ｈ、Ｈ、ＨＢ、Ｂ、2Ｂ、3Ｂ、4Ｂ、5Ｂ、6Ｂ

这里Ｈ代表英语的Hard（硬），Ｂ代表英语的Black（黑）。铅笔芯只用石黑做原料，虽然很黑，但太软了。所以必须掺些纯粘土，粘土粘得越多，硬度越大，笔迹也就越淡。

中小学生书写用的铅笔多是ＨＢ，5Ｂ、6Ｂ多用于画图画，而5Ｈ、6Ｈ多用于多层复写。

在铅笔里，工人们把石墨、粘土分别研细，然后混合，再加适当辅助材料，揉成黑面团，在机器里像挤牙膏一样把它变成黑面条。把黑面条烘干，便成了铅笔芯。

“处处留心皆学问”，可不是吗？一支小小的铅笔，可以写成一本书，这里仅是其中的一页而已。

铅笔的绝招

谁都知道，铅笔是用来写字的，但它另有绝招——能医锈锁。

生锈的锁打不开，在进钥匙的孔内加一点铅笔芯粉末，往往就能打开锈锁。

铅笔芯怎么会有这种绝招呢？原来，铅笔芯里含有石墨，而石墨有润滑性。用手摸摸铅笔芯的粉末，会有一种滑腻的感觉。所以，铅笔芯能润滑锈锁。

石墨熔点很高，达三千多度。作为润滑剂，它特别适用于在高温状态下工作的机器。在高温下，一般机油会分解，然而石墨却“安然无恙”，继续发挥润滑作用。

有一种轴承，它在成型时加进了石墨粉。这种轴承能长期工作而不必加油滑润，它自身有石墨在起润滑作用。这是多么巧妙的轴承啊。

在直升飞机机舱的门纽上，已经大量使用新型高精度的纯石墨轴承。这种轴承既耐低温又耐高温，特别令人惊叹的是，在真空条件下，它仍能保持良好的润滑性。

不怕火的石墨

俗话说，真金不怕火炼，其实石墨才是更不怕火的东西。金子受热到１３３７℃就熔化了。而石墨在３５００℃还不熔化。石墨在纯氧气里受热能燃烧，变成二氧化碳，但是在空气中，哪怕受到强热，也燃不起来。

石墨能耐高温，而且容易传热，又能经得住温度的自然升降，所以特别适宜制造坩埚。石墨坩埚常用来熔炼熔点很高的金属。一个石墨坩埚可以熔铜达６０次，熔钢１０～１５次，而普通的耐火泥坩埚，寿命只有石墨坩埚的五分之一。

石墨不怕火，你也可以亲自试一试。取铅笔芯一小段（ＨＢ铅笔芯含有５０％以上的石墨），放在火里长久加热，铅笔芯依然如故，书写起来也跟以前一样。

“石墨不怕火”，这对石墨并不过奖，它是当之无愧的。

令人向往的金刚石

远在五千年前，人类已经认识了金刚石。当然，古人发现金刚石的性质是十分偶然的，他们从沙漠里采来金刚石，在加工金刚石时，发现任何坚硬的石头或金属都不能在金刚石上刻出痕迹来，而金刚石却能毫不费力地刻划任何坚硬的石头或金属。因此，古人认识到金刚石是自然界中最硬的石头。金刚石的拉丁文名称的原意是“不可战胜的”，指的就是它的这一特性。

金刚石如此坚硬，这决定了它在工业上有很重要的用途。割玻璃用的刀，其实就是把一粒芝麻大的金刚石，嵌在刚铁做成的刀基上。在机械厂里，人们用金刚石切削一些硬质合金。采矿用的钻探机钻头上，也有许多金刚石，有了它，钻头才能无坚不摧地向地下进军。在一些精密仪器中，金刚石常用来作轴承，保证仪器长期准确无误地转动。

大自然里没有比金刚石更硬的物质。如果要琢磨金刚石，只能用金刚石做成的砂轮。金刚石折射光线的能力很强，它被琢磨以后，在光线的照射下，五光十色，十分迷人。金刚石是世界上最美丽的宝石，有宝石之王的称号。据说几十年前英国女王结婚时，有一个大富翁送给她一颗重１１.４８克的金刚石作贺礼，这颗金刚石的价格高达几十万！

“死狗洞”的秘密

在意大利有一个“死狗洞”，狗一过去就会死亡，人走过去却安然无恙。为什么会有如此奇怪的现象呢？迷信的人说：“洞里住了个专杀狗的妖怪”。

有一天，一位科学家来到这个洞，想看看里面到底有没有妖怪。他在洞里到处找，始终不见妖怪出来。只见岩洞的顶上倒悬着许多钟乳石，一敲就会响，地下丛生着石笋，湿湿的泥土里冒着气泡。科学家恍然大悟，原来这个妖怪是碳的一种叫作“二氧化碳”的氧化物。

生长钟乳石和石笋的岩洞，就是石灰岩溶洞，石灰岩的主要成分是碳酸钙，它在地下深处受热分解就会放出二氧化碳气体。含二氧化碳的地下水，会溶解石灰岩中的碳酸钙，生成溶于水的碳酸氢钙。当含有碳酸氢钙的地下水渗出地面时，由于压力降低，碳酸氢钙就分解出二氧化碳气体。二氧化碳比空气重，它从水里选出后积聚在地面附近，形成半米左右高的气层。

二氧化碳会使人和动物窒息。人站在洞里，气层只没到膝盖，虽然会有少量二氧化碳扩散开来，但它仅使人们感到不舒服，而在地上的狗完全淹没在二氧化碳气层里，所以会窒息而死。

为什么汽水喝了能使人凉快

十六世纪时，英国一些商人在某个矿泉区避暑，偶然发现这里的矿泉水稍受热会冒气泡，喝起来特别凉快。于是他们就把这种矿泉水当作饮料出售，这种饮料可以说是天然汽水。

后来，科学家揭开了天然汽水喝了能使人凉快的秘密。原来这种矿泉水含有较多的二氧化碳。人们喝了这种矿泉水，肠胃并不吸收二氧化碳，由于体内温度较高，二氧化碳就迅速从食道经口腔排出，带走人体内的热量，使人有凉爽的感觉。

后来，人们又发现这种矿泉水还能帮助消化。因为二氧化碳溶于水后，使溶液稍有酸味和辣感，对胃壁有轻微的刺激作用，能加快胃液的分泌。

天然汽水是一种好东西，然而它并不是到处都有的，不能满足人们的需要。既然这种矿泉水的主要特点就是含有较多的二氧化碳，那为什么不人工制造呢？

到了十七世纪，世界上出现了人造汽水。在汽水工厂里，工人们先在瓶子里备好汽水溶液，这种溶液是由糖、水果汁、染料跟水混合而成的，然后用高压强迫二氧化碳溶解在里面，最后加盖密封，这就制成了人造汽水。

当你打开汽水瓶盖时，由于外面的压强较小，二氧化碳气体就逸出，顿时瓶里气泡翻腾，瓶口泡沫横溢，多么有趣。

如果你能动手自制汽水，那喝起来将会甜美愉快，沁人心脾。

怎么自制汽水呢？取一只干净的汽水瓶，把冷开水注入瓶中，不要太满，加入一些砂糖和水果汁，再加入１.５克小苏打，最后投入１.５克柠檬酸，立即用塞子塞紧，并且用绳或铁丝把塞子扎紧，防止汽水冲出，大约２０分钟后，就可以饮用自制汽水了。

自制汽水十分有趣，但要注意安全，不然就会发生爆炸事故。为了安全，选用的瓶必须厚实，没有裂痕，不能用一般的薄壁瓶，另外，绝对不能随便增加柠檬酸和小苏打的用量。注意了这些，你就不用害怕，放心去制作吧。

能“呼风唤雨”的干冰

１９５８年，辽宁省久旱不雨，人民空军用飞机在天上播撒“干冰”，不消２０分钟就下了雨，而且连续下了四天。

干冰是什么东西呢？它就是固态的二氧化碳。二氧化碳气体在加压和降温的条件下，会变成无色液体，再降低温度，会变成雪花般的固体，经过压缩，就会成干冰，它在一个标准大气压下，可以在—78℃时直接变成气体。

干冰为什么会有“呼风唤雨”的本领呢？

大家知道，老天不下雨，不是水蒸气没有遇到凝结核，结不成小水点，就是已经凝结的小水点，因为气温太高，没等落到地面，已经蒸发掉了。当飞机把干冰撒在空中，它立即气化，向云层夺取大量的热，使云层冷到—４０℃。每克干冰能造成１００亿个小冰晶，周围的云雾碰到小冰晶，便以它为中心凝成大水滴，于是就下起雨来。

干冰大事做得了，小事也干得来。

当用火车运载鲜鱼时，它就守卫在鲜鱼的旁边，起制冷防腐的作用。干冰外表像冰，可作为防腐剂，它比冰优越得多。干冰熔化时不会像冰那样变成液体，它全部气化，四周干干净净。干冰冷却的温度比冰低得多，而且干冰气化后产生的二氧化碳气体，能抑制细菌的繁殖生长。

干冰有时也蹲在作物的温室里，逐渐挥发出二氧化碳气体，给作物提供光合作用的原料，促进作物开花结果，提高作物的产量。

干冰做事，往往不声不响，但有时也轰轰烈烈，惊心动魄。在采煤工业上，把干冰放在炸药仓里，当炸药爆炸时，干冰立即气化，产生大量二氧化碳气体，既助长炸药爆炸的威力，也可防止失火事故。煤层中往往有一些可燃性气体，但是靠二氧化碳这种不是支持燃烧的气体隔绝了空气，它们就燃烧不起来了。

多可爱的干冰啊，但你千万别像对待冰那样用手去摸它。因为干冰的温度太低了，会把手冻伤。冻伤像烧伤一样非常灼痛，日后皮肤还会溃烂，所以千万不要用手直接去碰干冰。

为什么灭火器能灭火

一天，消防队接到电话，说有一所房子着火了。消防队员很快赶到了那个地方，拿出灭火器，对着火焰，然后按动操纵杆，只见一股气泡不断地从灭火器里喷出来，盖在了火焰上，很快大火就被扑灭了。

灭水器为什么能灭火呢？

原来灭火器里装的是明矾水和碳酸氢钠溶液，还有一些能发生泡沫的物质。起初是分开的，消防队员拉动操纵杆时，它们混合在一起，就发生了化学反应，生成大量的二氧化碳泡沫，二氧化碳既不能燃烧也不能帮助燃烧，它盖在火焰上之后，就把可燃物质与空气隔开了。我们大家都知道，在一般情况下，没有氧气物质是不能燃烧的，所以火就被扑灭了。

起死回生的湖

据说瑞典中部的霍姆斯乔湖，受酸雨（工厂排出的废气，使雨带酸性）污染，酸度增大，鱼虾全都死去了，整个湖变成了一潭死水。

靠近湖边有一座大型蛋糕厂，每月要扔掉几吨蛋壳，可是苦于无处容纳这么多的废物。有个聪明人建议在那里开通一条水路，让蛋壳顺水流于湖中。人们照办了，结果妙极了。既解决了蛋壳的去处，又使湖水酸度下降，鱼虾重新出现，水草也繁生起来，湖中到处都是生机勃勃。

蛋壳为什么能使霍姆期乔湖起死回生呢？原来蛋壳的主要成分是碳酸钙，它会跟酸起反应，消除湖水的酸性。

其实，这个办法跟用石灰石粉消除土壤酸性的道理完全相同。建议中别出心裁地用难以处置的蛋壳去代替石灰石粉，更妙的是开通了一条水路，让蛋壳自己顺水流于湖中，省去了运输的麻烦。

救活霍姆斯乔湖的建议是令人叹服的，但对提出这个建议的人，我们可不必五体投地。其实他只不过有比较丰富的知识，并善于运用类比的思维方法而已。“创造力人皆有之”，如果你能学他的样子，同样可以有所发明和创造，试试看吧。

诗歌中的化学

杜甫是唐代的一位大诗人，他的事迹家喻户晓，各位小朋友对他一定很熟悉。他在一首诗中，记述了一件他十分迷惑不解和懊恼的事情：

客从南溟来，遣我泉客珠。

珠中有隐字，欲辨不成书。

缄之箧笥久，以俟公家须。

开视化为血，衰今征敛无。

诗的大意是说，从南方来了一位客人，他送给诗人一颗珍珠，珍珠上以乎有花纹或字迹，诗人珍藏在箱中，过了好久，他打开箱子，却发现珍珠已经不翼而飞，只剩下了一些红色的液体。

大家知道，珍珠是珍珠贝的外套膜中受到刺激后产生的分泌物质聚积而成的，它的主要成分是碳酸钙，还有少量的有机质。碳酸钙难溶于水，但在酸性条件下能转变为酸式盐而溶解：

CaCO₃+CO₂+H₂=Ca(HCO₃)₂

杜甫住的房子漏雨潮湿，竹箱没有防潮的性能，遇到水和空气中的二氧化碳气体后，珍珠就发生了化学变化，成了红色液体，杜甫当时不知道这些化学知识，所以会迷惑不解。

二氧化碳引起的死亡

在２.5亿年前，地球上只有一块单独的超级大陆，一个未被分裂的海洋覆盖了地球其他部分。那时候的气候很热，大洋表面的水由于吸收了绝大部分的阳光，温度升高，密度变小，因而根本流不到深处。与之相反，大洋深处的水几乎没有接收到阳光，因此变得十分冰冷和稠密，几乎是不流动的。

当死亡的生物从水表沉到水底，它们在腐烂的过程中会逐渐从不流动的水里吸收氧气。由于几乎没有水流到深处，所以没有途径从表层水中带进新鲜的氧气。有机物在腐烂时除吸收氧气外，还要放出二氧化碳。当大洋深处水中的氧气慢慢消失时，二氧化碳的含量却越来越多。

由于海洋中的二氧化碳越来越多，大气中的二氧化碳日趋减少，这减弱了温室效应，地球的气温开始下降。在几千万年里第一次出现了南北极的冰川，冰川附近的地表水变冷，密度增大，这引起了海水的流动，当装载着丰富二氧化碳的深层水流到浅水河区时，物种的灭绝开始了，许多海洋生物由于呼吸不到新鲜的氧气而死去了。

在二氧化碳杀死大部分海洋生物后，由于压力的减轻，它在水中的溶解度变小，大量的二氧化碳纷纷追出海面，进入大气中。随着温室效应的加强，地球上的气候重新变热。快速的气候变化使生活在陆地上的生物日子也很难过，那些适应不了气候变化的生物大批大批地灭绝了，只有大约５％适应能力很强的物种才侥幸活了下来。

这就是科学家对发生在２.５亿年前的那次生物大灭绝的原因所作的推测。

杀人湖

也许你们知道世界上有许多“死谷”，人们一进去就再也出不来了，可你们是否知道，这世界上还有一个杀人湖呢？

在１９８４年的一天清晨，在非洲足球强国喀麦隆的莫农湖畔，人们发现了三十多具尸体，他们的鼻和口中，都有许多血迹，身上还有轻度的灼伤。

是谁杀害了他们呢？

警方在调查后得知，前一天晚上，莫农湖曾发出了一声震耳欲聋的爆炸声，他们去请教科学家，科学家在研究分析了莫农湖之后，说这个湖泊是造成三十多人死亡的罪魁祸首。

这是什么原因呢？

原来莫农湖座落在火山附近，由于火山喷发，湖底充满了大量的二氧化碳。地壳运动导致了湖底出现了滑坡，水对二氧化碳的压力变小，于是大量的二氧化碳从水中“跑”了出来，这时，正好有三十多人呆在湖边，高浓度的二氧化碳使他们在瞬间之内窒息死亡。

那天早上雾很大，二氧化碳遇水形成碳酸，因而，死者身上有轻度的灼伤。法医解剖尸体后证实了科学家的断言。

神奇的碳钟

在广袤的大自然中，有形形色色的“钟表”在不停地运行，记录下时间老人的行动轨迹，碳钟就是其中的一员。

日本千户县风川地方的泥层中，发掘出了一些保存得很好的古莲子。科学家们测定这些种子已有三千岁了。这些种子经过培育，照样开花结了果实。

在八十年代，考古人员在新疆省的罗布泊发现了一具褐色的年青女尸。她的头发微卷，眼睛闭着，就像沉睡中的少女。科学家们说，这具女尸距今已有两千多年了。

科学家是怎么知道女尸和古莲子的年龄呢？

原来，自从本世纪发现放射性元素和它蜕变生成的同位素后，科学家们找到了一种大自然的“钟表”——放射性C¹⁴，这种“碳钟”不需要人上发条，也不会受外界温度、压力等影响。亿万年来，它始终准确和不停地走动着。用它可以准确地测定一些物质的年龄。

放射性C¹⁴是一种不稳定的同位素，它会不断放出射线并转化成正常的碳元素，而大气中由于天外射线的影响，又会不断地产生新的C¹⁴，使总量保持平衡。

地球上的所有生物，活着的时候总是不断地吸收大气中的二氧化碳，也吸收了混合在一起的Ｃ¹⁴，只有当动植物死亡后，它们与外界停止了物质交换，Ｃ¹⁴的供应也就停止了。从这时候起，生物体内的Ｃ¹⁴由于不断放出射线，含量逐渐减少。大约平均每过５５６８年，Ｃ¹⁴的含量会减少一半，这段时间叫做放射性同位素的“半衰期。”要知道女尸和古莲子的生长年代，只要测定一下它们中Ｃ¹⁴的含量，就可以推算出来了。

考古学家还用碳钟来确定古代文物的年代。例如，埃及古墓中出土的一个船形器皿，考古学家取下器皿上的一块木片，经碳钟测定，距今约有３６２０年。我国考古学家使用碳钟确定西安半坡村为新石器时代遗址，距今约有六千多年的历史。