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第8章 奇妙的化学物质(3)

樟木箱,就是用樟树的树干做的。我国的台湾盛产樟树。江西、湖南和浙江也有许多樟树。樟树的木头挺香。人们把樟木锯碎,用热的水蒸气进行蒸馏,制得芳香的樟油。樟油再经提纯,就制得白色的樟脑。纯净的樟脑,是白色或无色透明的棱形晶体,很香。

你看见过碘的晶体吗?它是灰黑色的结晶。在晶体四周,总是罩着一层紫色的“云”——碘的蒸气。原来,碘虽然是固体,但与酒精、水等一样,很易挥发,变成蒸气。所不同的只是:碘可以不经液态直接变成蒸气,这在化学上叫做“升华”。

樟脑与碘一样,也很易升华。在樟脑丸周围,常有一团云——樟脑蒸气。只不过樟脑蒸气是无色的,眼睛看不见罢了。然而,它具有特殊的香味,鼻子倒可以“侦察”到它的存在。

樟脑,无时无刻不在升华。在摄氏100度时,一颗樟脑丸,一会儿就“不翼而飞”了。在室温下,要挥发得慢一些。不过,日子久了,樟脑丸渐渐地变成蒸气飞到空气中去,最后也就“不翼而飞”了。

在衣柜、衣箱里,常常暗藏着敌人——蠹鱼,它专爱吃羊毛衣物,一件好端端的羊毛衣,收藏得不好,往往会被它咬成许多小洞洞。人闻了樟脑蒸气感到很香,蠹鱼闻到了就受不了。因为樟脑是很强烈的驱虫剂。这样,在衣橱、衣箱里放了樟脑丸,蠹鱼就不敢来了。

同样的,用樟木做成的樟木箱,因为樟木中含有许多樟脑,即使不放樟脑丸,蠹鱼也不敢爬进去。

不过,樟树不能在北方生长;即使在南方,樟树的生长也较缓慢,提炼天然樟脑的樟树,树龄要在几十年到一百年以上,因此,天然樟脑的产量是很有限的。而樟脑又是重要的化工原料,在制造赛璐珞塑料时,就要用它作增塑剂。聚氯乙烯塑料里用了它,透明度就大大提高。医药工业上,它又是强心剂、兴奋剂。在军事工业中,它还有重要用途。这样,随着现代工业的发展,天然樟脑显然就供不应求了。

第一次世界大战期间,人们发明了合成樟脑。合成樟脑是用松节油作原料,经异构、酯化、皂化、脱氢等很多步化学反应制成的。由于合成樟脑的性质、气味与天然樟脑相近,同样具有驱虫作用,人们就用它来代替天然樟脑。现在,市场上卖的“樟脑精”或“精制樟脑”,大多是合成樟脑做的。

最近几年,人们又从煤焦油里提炼出萘来作樟脑的代用品。因为萘具有近似于樟脑的气味,易挥发,能驱蠹鱼,也能防蛀虫。大约从一吨煤里,可提取3~4公斤萘。通常,往往还在萘中加入二氯化苯,加强驱虫能力,这种“樟脑丸”,人们常称它为“卫生球”,略带黄色。萘很便宜,而且驱虫能力强。美中不足的是由于一些萘球提炼不纯,常常会在衣服上留下油迹;还有的含有一些苯酚、甲酚等,会使衣服沾上棕色斑点,因此,在使用时,萘球应用纸包好(最好用小布袋),夹在衣服中。

樟脑与萘,可用它们不用的熔点来判别:天然樟脑与合成樟脑的熔点都在摄氏170度以上,而萘的熔点仅为摄氏80度左右。此外,萘的气味不如樟脑那样清香。天然樟脑与合成樟脑又怎么区别呢?两者在物理、化学性质方面几乎都相同,仅有一点不同:天然樟脑是有旋光性的,而合成樟脑则无旋光性。

皮肤“卫兵”——甘油

冬天,人们为了抵御干燥,往往给皮肤擦上一点甘油。

甘油,谁都认得它:无色、无臭、有甜味的粘稠油状的液体。

甘油具有甜味,这与它的分子结构很有关系:在化学上,由一个氢原子与一个氧原子手拉着手结成的基因——OH,叫做羟基。一般来说,单糖(如葡萄糖和果糖等)和双糖(如蔗糖和麦芽糖等)里所含的羟基越多,它就越甜。

甘油跟单糖分子相象,在它的分子中含有三个羟基,所以也带有甜味。

甘油是皮肤的“卫兵”,因为它能吸收水分,不仅能保持皮肤,不让北方来的客人——寒流夺走水分,防止燥裂,而且还能从寒流那里夺来水分呢。

不过,你也别以为抹甘油是一件小事情。首先你得摸透甘油的脾气:浓的甘油,吸水性很强,它一面从空气中吸收水分,一面毫不客气地把你皮肤里的水分夺走,这样,擦了倒不如不擦好;要是甘油太稀了,那就同涂了水一样。

甘油除了能滋润皮肤,还常用于医药工业上,如用它制成栓剂(甘油栓),可以做通便药。

最牢固的天然高分子化合物——珠丝

在大自然中,棉、麻、丝、竹、毛、橡胶等物质都是由天然高分子化合物所构成的,它们的分子都很大、很长。从性能上看,高分子物质通常不溶于水,有较好的机械强度,还有很好的绝缘性和耐腐蚀性等。此外,大部分高分子是呈链状的结构,分子的长度与其直径之比大于1000倍以上,所以,高分子化合物又有较好的可塑性和高弹性。自古以来,人类学会了利用大自然中的这些高分子化合物,来织布、编网、造纸、产胶……这大大丰富了人类的物质生活。

在大自然中,高分子化合物的品种繁多。那么,哪种高分子化合物最为牢固呢?对此,生物学家们曾做过多次试验。大量测试的结果表明,蜘蛛吐出的丝是强度最大的天然高分子化合物,其强度为相同粗细的钢丝的5倍。蜘蛛丝是由氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物。用蜘蛛丝编的网可以粘住比蜘蛛本身还要大好几倍的昆虫,所以它不仅十分牢固,而且还有十分优异的粘附能力。正是由于蜘蛛丝具有超乎寻常的性质,因而引起了科学家的关注。1988年11月3日,英国的《金融时报》发表了一篇研究蜘蛛的文章,指出蜘蛛丝是自然界存在的最为牢固的天然生物高分子化合物,对其深入研究,将会得到构成这种新材料的有意义的信息;日本有一个“东亚蜘蛛协会”,正在研究蜘蛛丝的特异性能和其微观结构;英国剑桥大学一些专家也正在利用遗传工程,通过发酵工艺来仿造蛛丝,可望将其制成防弹背心,或者组合成牢固的复合材料,用于宇航和汽车工业。

透光本领最强的水晶

在阳光下,沙子在向你顽皮地眨着眼睛——沙子里有不少无色透明的小颗粒,它那光溜溜的表面像一面面小镜子,强烈地反射着阳光。

那小颗粒叫做石英,化学成分是二氧化硅。沙子里的石英通常很小,大块的石英晶体则非常漂亮,呈六方柱状结晶,被人们称为“水晶”。纯净的水晶是无色透明的,闪闪发亮。如果夹有杂质,就带有颜色,如著名的烟晶、紫晶、墨晶等。

天然的大水晶并不多见,最大的天然水晶有一个人那么高。如四川娥眉山上的一个寺院,就是用两块将近2米高的巨大水晶来当庙门的。现在,人们已学会用石英制造“人造水晶”:从沙子里选出洁净、无色的石英,加热到将近2000℃,使石英结成透明如水的单晶体——“人造水晶”。

如果把石英熔融,就得到半透明或不透明的非晶体,通常称为“石英玻璃”。

你知道吗,最早的眼镜片就是用天然水晶做的。现在很多光学仪器的镜头,有的是用天然水晶做的,也有的是用人造水晶做的。做一副水晶眼镜可不容易:水晶十分坚硬,但又不能用硬东西去把它磨成镜片,否则会在镜片上留下许多磨痕,像块磨砂玻璃,戴上去怎能看得清楚呢?眼镜工厂里是用水浸润的金刚砂,从粗到细,慢条斯理地磨呀,磨呀,才磨成所需要的形状,最后用呢布和氧化铁红粉研磨光亮,使镜片依然晶莹明净、毫无瑕疵。

“水晶眼镜”比普通玻璃眼镜好,因为水晶的透光本领“冠盖群雄”。戴了“水晶眼镜”,看东西比普通眼镜更为清晰。由于水晶具有耐高温、热膨胀系数极小、耐磨、不易擦毛、不易受酸碱腐蚀等性能,所以它又是制造精密仪器的好材料。

削铁如泥的陶瓷刀

我们日常生活中接触的陶瓷,大多是一些碗、瓶或工艺品,它们常常和“易碎物品,小心轻放”的概念连在一起。

陶瓷难道可以用来做刀具吗?能!更令人称奇的是,用陶瓷刀来切削一些坚硬的钢铁零件时,简直可以形容它为“削铁如泥”呢!

原来,在陶瓷家属中,有不少成员具有高硬度、高强度和耐高温的特性,能制成切削金属的刀具,而且品种还真不少呢!有氧化铝陶瓷、热压氮化硅陶瓷等多个品种。

氧化铝陶瓷可以耐受高达2000℃的高温,而一般金属到了1500℃早就熔融“瘫软”了,哪里还有什么硬度可言。

其次,氧化铝陶瓷的硬度要超过任何金属,用它制造的刀具不仅可以切削坚硬的铸铁,还可以切削高硬度的高速钢,而且进刀量大、切削速度也快。在高速切削时,它不需要换刀、磨刀,其工作效率可数倍于一般硬质合金刀具。另外,它的使用寿命也要比硬质合金刀具高出3~6倍。

热压氮化硅陶瓷,具有超强的抗弯强度,达到每平方厘米80000~100000牛,而且该强度可一直维持到1200℃的高温而不会下降;如果在其中再添加些氧化钇和氧化铝,则该陶瓷在室温下的抗弯强度可达到每平方厘米150000牛,相当于优质合金钢的强度。由于热压氮化硅陶瓷还具有耐高温和高硬度的优异特性,所以用它制作的刀具在切削钢材时,其切削速度、光洁度及自身受磨损程度,都比合金钢刀具优越得多,难怪它被誉为“切削宝刀”。

陶瓷材料还常用于制造耐磨、耐高温的轴承、气轮机的叶片和转子等等。在许多场合,这些陶瓷材料都起到了金属材料无法相比的作用。

“塑料之王”——聚四氟乙烯

聚四氟乙烯是塑料世界中的“晚辈”,它只是在30多年前才开始正式生产,但很快就登上了“塑料王”的宝座。这是为什么呢?

聚四氟乙烯具有许多其他塑料所不具有优良性质:它在液态空气中不会变脆,在沸水中不会变软,从-269.3℃的低温(离绝对零度只差4℃)到250℃的高温,都不会变态。

聚四氟乙烯又非常耐腐蚀,不论是强酸浓碱,还是强氧化剂,都不能动它半根毫毛。它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢以至金和铂,因为玻璃、陶瓷怕碱,不锈钢、金、铂在王水中也会被溶解,然而,聚四氟乙烯在沸腾的王水中煮几十小时,仍依然如旧。聚四氟乙烯在水中不会被浸湿,也不会膨胀。此外,聚四氟乙烯的介电性能也很好,既不受电磁频率的影响,也不随温度而改变。

正因为聚四氟乙烯同时具有这么许多难能可贵的特性,因而受到人们的重视。它在冷冻工业、化学工业、电器工业、食品工业、医药工业等方面,都得到了广泛的应用。

人们用聚四氟乙烯来制造低温设备,用来生产、贮藏液态空气;在化工厂里,聚四氟乙烯被用来制造耐腐蚀的反应罐、蓄电池壳和管子、过滤板;在电器工业上,在金属裸线外包上15微米厚的聚四氟乙烯,就能很好地使电线彼此绝缘;在医药工业上,人们用聚四氟乙烯制造人工骨骼、软骨与外科器械,因为它对人体无害,而且可以用酒精、高压锅加热等方法消毒。另外,聚四氟乙烯还被用来制造雷达、高频通信器材、短波器材等。

聚四氟乙烯是一种灰白色、半透明的结晶聚合物,是用四氟乙烯聚合而成的,其基本原料为三氯甲烷与氟化氢。普通的塑料都是由碳原子与氢原子及其他原子构成的,而聚四氟乙烯塑料并不含氢原子,而只含有碳原子与氟原子。正是由于在它的分子中以氟代氢,氟原子能与碳原子紧密结合,加强了聚合物的基本碳链,从而使它具有一系列宝贵的性能。

我国自1964年起,开始工业化生产聚四氟乙烯塑料。

现在,这种塑料之王,已经广泛应用在我国的航空、无线电、原子能、化学、医疗器械等各部门。

“万能胶”——环氧树脂

胶水对我们来说并不陌生。胶水又称胶粘剂,通常为一些高分子物质的胶液。人们最早使用的天然胶粘剂有动物性的鱼胶、骨胶,植物性的淀粉浆糊等。随着科技的发展,以合成树脂、橡胶为主的胶粘剂纷纷涌现,胶粘剂的种类和用途都得到了广泛的开拓,并在生产上扮演了越来越重要的角色。例如用废弃的碎木屑加入合成胶粘剂后,即可压制成牢固的“刨花板”,用同样方法也可将玻璃纤维制成美观而耐用的“玻璃钢”。在飞机、车辆等制造业中,许多零件的连接也常用到胶粘剂,像人造卫星表面的太阳能电池、一些导弹弹头的装配等等,都要用胶粘剂来连接。

不同的胶粘剂具有不同的特性和使用范围。例如家庭装潢时常用的白胶,主要是用于木材、纸张、泡沫塑料、人造革等的粘接。白胶的主要成分是聚醋酸乙烯酯,因为呈乳白色而得名为白胶。白胶在室温下可固化,有较好的粘接强度,但它不宜用于胶粘橡胶、金属、玻璃等物品。如要粘接橡胶制品,则应选用酚醛-氯丁橡胶胶水,这种胶水初粘力强,使用方便,还适合粘接多种金属材料和非金属材料。所以它又有“强力胶”和“百得胶”的美称。

当你要粘补一件玻璃品或瓷器时,普通的胶水就不能胜任了。这时可选用环氧树脂胶。环氧树脂胶是双组分的胶粘剂,适合家庭用的胶剂通常分别装于两支软管中,临使用时才混合。它的甲液是环氧树脂和苯二甲二丁酯(增塑剂)的混合胶液,乙液是乙二胺(固化剂)胶液。使用时按一定体积比混合均匀,涂于物件需粘接的部位表面,并略微施加压力,2个小时后即可固化。

环氧树脂胶的最大特点是粘合强度很高。由于它的分子中含有很活泼的环氧基,能与多种物质表面的一些原子反应,从而形成很强的结合力,所以环氧树脂不仅可以用来胶粘各种金属、塑料及混凝土等,还可用来粘接玻璃、瓷器、陶器等物件。为此,人们给它起了个“万能胶”的美名。万能胶不仅在生活中颇受人们的青睐,而且在生产上也有着广泛的应用,常被用来粘接金属的结构件,所以又称为结构胶。

使用万能胶要注意保持被粘接物体表面的清洁,如有油腻、尘土、锈斑等,都必须预先清除干净。如单独使用万能胶的甲液或乙液,都不会有理想的粘接效果,其中的环氧树脂呈液态,不加入固化剂,它就不会干燥。但是一旦将甲、乙两液混合了,就应立即用掉,因为这种混合胶体很快就会变硬而失去粘接作用。

“面不改色”的硫化汞

在一些古代字画中,尽管由于时间太久或者保管不善,使得画的颜色起了变化,或纸张发黄变脆,但是留在字画上的作者的印鉴,总还是那般鲜艳红润。有趣的是,质量较好的红色的印泥无论是薄薄的印在字画上,或者藏在印色盒里,即使经过几十年甚至几百年,仍旧是“面不改色”,红艳可爱。

红印泥不褪色的秘密在哪里呢?

你先看看红印泥是怎么做出来的。它是用红色的朱砂和植物油拌匀,加入某些纤维性填料做“筋骨”就成了朱红的印泥。

朱砂就是硫化汞,它是一种鲜红色的矿物。红印泥所以那样鲜艳完全是朱砂的功劳。

画上的颜色容易褪色,主要是颜料的分子和空气中的氧“结”了“亲”,变成了氧化物的缘故。硫化汞却不喜欢和氧打交道,始终保持它原来的面貌,所以红印泥“脸”色也经久不变。

不湿的水

如果有人说,除了湿淋淋的水之外,世界上还有一种干巴巴的水,你一定会觉得奇怪,水怎么能是干的呢?就算水冻成了冰,用手一摸也仍然是湿的。然而“干”的水却真的存在,它在化学上叫做“结晶水”。

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