第27章 化学(1)

　　水壶里为什么会长出一层水垢

　　水壶用久了，内壁和壶底上常常会长一层灰白色的东西，这就是水垢。水垢可不是个好东西。水壶中的水垢积多了，在水垢与壶壁之间会出现一个有空气的夹层，这样，热量的传递放慢了，煮开水就要浪费不少热量。更可怕的是，要是工厂里的大锅炉也长出水垢的话，那么锅炉加热时，由于传热不均匀，还会引起爆炸呢。

　　自来水看上去很清澈，似乎没有杂质，但水中还是溶解有微量的碳酸氢钙和碳酸氢镁等物质。自来水烧开后，其中的碳酸氢钙和酸氢镁等会发生分解反应，生成碳酸钙、碳酸镁和二氧化碳，二氧化碳随着水蒸气一起逸出，而碳酸钙和碳酸镁却留在了水中。由于它们在水中几乎不会溶解，就沉淀下来，形成水垢。

　　工业上将含有碳酸氢钙，碳酸氢镁等杂质的水称为“硬水”，由于硬水容易长水垢，造成危害，因此需要把硬水软化，变成不含这些杂质的“软水”。常用的办法就是将水烧开，使碳酸氢钙、碳酸氢镁等发生分解，析出碳酸钙、碳酸镁等沉淀物。

　　知识点：碳酸氢钙、碳酸氢镁、溶解、沉淀

　　为什么染发剂能使白发染黑

　　人的头发含有大量的蛋白质纤维。当染发剂与白发接触后，染发剂中的染料渗入纤维内部，改变了原来蛋白质纤维的组成，这样，白发就变成了黑发。

　　现在市场上出售的染发剂，大多是氧化型染料。这种染料在染发前本身并无颜色，当它与另一种氧化剂相互混合并迅速涂抹在头发上时，就会发生一系列化学变化，渗入头发纤维内部，与头发中的蛋白质纤维结合，生成一种黑色物质。这种染发过程所需时间较短，仅十几分钟，而且效果明显，不会损伤皮肤。另外还有一种新型染发剂，它只是一种药液，能与空气中的氧气发生氧化反应，涂抹在头发上后，同样能渗入头发纤维的内部，将白发染成黑发。

　　染发剂虽能使白发变黑，但新生长出来的头发依旧是白的，而且已经染过色的头发还会随时间而慢慢褪色，所以要保持一头乌发，应该经常染发。由于染发剂中的某些成分进入人体是有害的，因此头皮有破损时不宜进行染发。

　　知识点：蛋白纤维、氧气、头皮

　　为什么铁会生锈

　　铁是一种容易生锈的金属。博物馆里陈列的古代铁器，几乎没有一个不是铁锈斑斑的；切菜刀几个月不用，就会满身是锈。每年世界上有几千万吨的钢铁变成了铁锈。

　　铁容易生锈，除了由于它的化学性质活泼以外，同时与外界条件也极有关系。水分是使铁生锈的条件之一。化学家们证明：铁放在绝对无水的空气中，几年也不生锈。然而，光有水也不会使铁生锈。如果把一块铁放在煮沸的、密闭的蒸馏水瓶里，铁也不会生锈。原来，只有当氧气与水同时作用时，才会使铁生锈。除此之外，空气中的二氧化碳溶在水里，也能使铁生锈。铁锈的成分很复杂，主要是氧化铁、氢氧化铁与碱式碳酸铁等。

　　铁锈又松又软，像块海绵，一块铁完全生锈后，体积可胀大8倍。海绵状的铁锈特别容易吸收水分，这样就使铁烂得更快了。

　　还有不少因素也使铁容易生锈，如水中有盐，铁制品表面不干净、粗糙，铁中含有碳等杂质。

　　人们想出各种各样的办法，来保护钢铁。最普通的防锈办法，是给铁穿“衣服”——在铁的表面涂上油漆或者镀上别的不容易生锈的金属。例如，小轿车排气管上涂着铝漆；做罐头用的马口铁镀了一层锡；白铁皮表面镀了一层锌。

　　更彻底的办法，是给铁注射“强心针”——加入其他金属，制成不锈合金。大名鼎鼎的不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铬后制成的合金。

　　知识点：铁、铁锈、金属、氧气、二氧化碳

　　为什么珍珠会闪闪发光

　　珍珠是水生的贝类动物孕育出来的一种天然珍宝。当水下的砂粒或寄生虫等异物进入贝类的身体，就会被贝类分泌的壳角蛋白和碳酸钙层层包裹起来。天长日久，就会形成光彩夺目的珍珠。珍珠一向被认为是无价之宝，就是因为它有耀眼的光泽。珍珠为什么会闪闪发光呢?

　　原来，珍珠的表面包着一层光滑的胶质，那就是宝贵的珍珠层。珍珠层中所含的各种成分称为珍珠质，珍珠质中含有百分之九十以上的碳酸钙，另外还含少量的有机质、一些金属元素和细微的水滴。这些固体和液体的微粒，使得光滑的珍珠层具有良好的折光性能，珍珠有了它，在光线照射下才能发出熠熠闪动的珠光，显得晶莹可爱。

　　由于珍珠质不是非常稳定，因此，珍珠是有寿命的。一颗珍珠一般只能“活”100多岁，时间久了，珍珠层里所含的水分，就会慢慢跑掉，使珍珠显得黯淡无光，最后就衰老变色，甚至干枯粉化。所以，古代的珍珠一般无法流传到今天。

　　珍珠的色彩多种多样，大致可分为白色、黄色、淡蓝色和粉红色4种，其中以粉红色珍珠最为名贵。据研究，珍珠层中含有一种由蛋白色素卟啉和金属元素结合而成的卟啉体，卟啉体中所结合的金属元素不同，显示出的珍珠颜色也就各不相同。例如，粉红色珍珠中含钠、锌较多，黄色珍珠中则含铜和银较多。此外，如果珍珠层中卟啉体的含量不一，珍珠色彩还会显得有深有浅。

　　珍珠除了作为装饰品以外，也是一种名贵的中药，具有镇心安神、解毒生肌、清热坠疾和去翳明目等功效，因而是珍珠丸、六神丸、安宫牛黄丸、八宝眼药等中成药的主要成分。

　　知识点：珍珠、珍珠质、珍珠层、碳酸钙

　　为什么防弹玻璃能防弹

　　防弹玻璃，顾名思义，当然足以抵挡住飞射过来的子弹!可是防弹玻璃为什么能防弹呢？

　　原来，防弹玻璃实际上不完全是玻璃，它是由玻璃(或有机玻璃)和优质塑料，经特殊加工得到的一种复合材料。

　　我们知道，玻璃的特点是光洁、透明，而且，它的硬度也是许多金属望尘莫及的，通常只有用金刚钻才能把玻璃划开。但是，玻璃的强度及韧性却很差，经不起一般的冲击和摔打。与玻璃相比，有不少具有透明度的塑料却恰恰相反，它们质地柔软，却有较强的韧性。能不能将这两种物理和化学性能差异很大的材料糅合成一体，制成一种相互取长补短的复合材料呢?

　　20世纪初，英国一家玻璃制造公司研制出一种夹层玻璃。制成的夹层玻璃仍呈透明状，经过测试，它的防震、耐冲击的性能竟远远超过普通玻璃。于是，第一代防弹玻璃和第一家安全玻璃公司就这样诞生了。

　　由于夹层玻璃具有较优异的性能，它的诞生无异给人们很大的鼓舞和启迪，人们便进一步想到用很薄的钢化玻璃和优质的塑料膜把它们一层夹一层地粘叠起来，制成一种全新的夹层玻璃。其中，钢化玻璃的化学成分和普通玻璃相似，但经过特殊淬火处理后，它的耐冲击和防震性能大大提高，将它们多层叠加后制得的夹层玻璃就格外地坚固，连枪弹也穿不过去，所以称为防弹玻璃。

　　除了普通玻璃之外，还可用有机玻璃等高分子材料来制作防弹玻璃，当然这种防弹玻璃已完全没有普通玻璃的成分了。近年来，科学家还用氧化铝等原料制成了一种透明状的现代陶瓷。这种陶瓷耐高温、耐冲击，已用作超音速飞机的挡风窗板和轿车的防弹窗。目前，各种防弹玻璃作为一种安全玻璃，已日益广泛地应用于军事、航天等各个领域。

　　知识点：防弹玻璃、复合材料、耐冲力

　　为什么有些塑料制品冬天会变硬

　　塑料制品有个“怪脾气”：冬天它会变成硬邦邦的，天暖以后，它又柔软如初。这是为什么呢?

　　塑料是一种高分子的聚合物。例如，聚乙烯是由很多乙烯分子手拉手连结起来的产物，聚氯乙烯则是由很多氯乙烯的分子连接在一起组成的。像这样由很多较小分子彼此结合成大分子的反应，在化学上称作“聚合”。氯乙烯分子聚合起来后，就形成一个链状的聚氯乙烯大分子，很多这样的大分子集合起来，就成了白色粉末状的聚氯乙烯树脂。

　　聚氯乙烯是一种能刚能柔的物质。它之所以很硬，是由于分子与分子间连接的“关节”结合得很紧。如果在这个“关节”上加一些“润滑油”，“关节”活动了，它就变成柔软的物质了。这种“润滑油”，就是塑料工业上所说的增塑剂。

　　冬天，天气很冷，有的增塑剂不耐寒，它的“润滑”本领降低了，塑料中的“关节”转动不灵，所以就变硬。

　　有的增塑剂具有挥发性。塑料制品使用久了，使分子间的活动“关节”不灵，还有长链分子受到风雨、太阳光照等自然力的作用后，会断裂成短链分子，塑料也就变硬了。在塑料工艺学上，把这种现象称为“老化”。

　　有没有不会变硬的塑料制品呢?现在，人们已找到了一些不易挥发、也不怕冷的增塑剂，用这些增塑剂制造的塑料制品，无论春夏秋冬，都不会改变柔软的性格。

　　人们还找到一种奇妙的方法，就是在制造聚氯乙烯的时候，用适量的醋酸乙烯分子，镶嵌到聚氯乙烯的“大分子”中去。这种塑料，不必另添增塑剂，即使到了寒冷的冬天，它也不会变硬。

　　知识点：增塑剂、塑料老化、聚合物、挥发性

　　为什么牛皮纸十分结实

　　在建筑工地上，你一定见到过一袋袋的水泥吧!这沉甸的水泥，用的包装材料竟是一种纸——牛皮纸，可见，牛皮纸十分结实的材料。牛皮纸的价格并不贵，但它为什么会十分结实?它是用什么材做的呢?

　　在很早很早以前，“牛皮纸”当真是用小牛的皮做的。后来，人们学会了造纸技术，用针叶树的木材纤维，经过化学法制浆，再放入打浆机中进行打浆，并加入胶料、染料等，最后在造纸机中制成纸张。由于这种纸的颜色为黄褐色，纸质韧，很像牛皮，所以人们把它叫做牛皮纸。

　　其实，牛皮纸与普通纸的制造方法并没有多大的不同。但是制造牛皮纸所用的木材纤维比较长，而且在蒸煮木材时，是用烧碱和硫化碱等化学药品来处理的，其木浆一般不作强烈的漂白处理，其中的化学作用比较缓和，木材纤维原有的强度得以较好的保留，因此用这种纸浆做出来的纸，纤维与纤维之间是紧紧相依的。另外，制牛皮纸时还添加了能增加强度的胶料，而不再加其他填料，所以牛皮纸都非常结实。

　　正因为牛皮纸的质地格外结实，又不容易吸水，所以被广泛地应用于各种物品的包装上。

　　知识点：牛皮纸、造纸、纤维、漂白、胶料

　　为什么汽油、酒精能烧个精光，

　　而木材、煤块燃烧后却留有灰烬

　　汽油、酒精、木材、煤块都是常见的燃料，可奇怪的是，汽油、酒精燃烧时，总是烧个精光，什么也不留下，而木材、煤块燃烧以后却会留下许多灰烬。这是什么道理呢?

　　原来，汽油和酒精比起木材和煤块来，它们的组成要单纯得多。酒精是纯粹的有机物，大多数有机物都是能够燃烧的，因此只要一点火，酒精就能烧个精光——它们会完全变成二氧化碳和水蒸气，挥发到空气中去了。汽油虽然是由几种碳氢化合物组成的混合物，但这几种碳氢化合物也都是极易燃烧的，因此虽然混在一起，照样能烧得一点不留。

　　可是木材和煤块的情况就不同了，它们的组成要复杂得多。木材中的纤维素、半纤维素、木质素、树脂等有机化合物，是可以燃“尽”的成分。可是，树木在生活中还需要矿物质，木材中也因此含有一些矿物质。这些矿物质都是不能燃烧的，当木材中的有机物烧掉以后，这些矿物质就成为灰烬残留下来了。

　　煤是由古代的树木埋在地下而生成的，煤的成分除碳和一些复杂的有机物以外，也有一些矿物质和不少硅酸盐，因此煤块烧剩的灰烬要比木材多。

　　除此之外，茅草、稻草等草本植物燃烧后留下的灰烬，通常也比木材多。这是因为草本植物里所含的硅酸盐和其他一些矿物质较多，所以烧后留下的灰烬也就特别多。植物生长时所吸收的钾元素，在植物燃烧后仍存在于草木灰中，所以草木灰是一种很好的钾肥。

　　知识点：燃烧、灰烬、矿物质、混合物、化合物、有机物

　　为什么雷雨后空气格外新鲜

　　夏天的傍晚，往往有乌云、大雨、电闪、雷鸣相互交错，一起降临。潮润的晚风，赶走了闷热，清风习习，给人们带来了一阵凉意。

　　雨后，漫步在街头或田野，会感到空气格外新鲜。这有两个原因：一是倾盆大雨给空气洗了个“淋浴”，把大部分空气中“流浪汉”——灰尘都冲掉了；另一个原因是在闪电时，发生一场化学变化——空气中的氧气变成了臭氧。

　　臭氧也是由氧元素组成的，而且还是氧气的“亲姐妹”哩：1个氧气分子中，含有2个氧原子，而臭氧却含有3个氧原子。那么，臭氧是从哪儿来的呢?

　　诞生臭氧的摇篮是高压电火花，电动机、复印机及电视机等电子设备都会产生高压火花，这些电器周围的氧气受到激发，就变成了臭氧。

　　雷雨时的臭氧，也是这样产生的。雷，实际上就是一块带正电的云，与一块带负电的云遇在一起，发生放电。云所带的电荷很多，电位差常常高达几亿到几十亿伏特，所以常常产生巨大的电火花，把氧气激发成臭氧。

　　浓的臭氧是淡蓝色的，很臭，具有很强的氧化能力。臭氧具有漂白与杀菌作用。有些地方的自来水里，常常有一股刺鼻的气味，那是因为自来水用氯气消毒、杀菌，残余的氯气有股怪味。现在纯水厂生产的饮用水已选用臭氧消毒，这可以消除用氯气消毒的怪味，改进水质。

　　稀薄的臭氧一点也不臭，反而会给人以清新的感觉。雷雨后，空气中就弥漫着少量的臭氧，它能净化空气，使空气变得清新。

　　另外，松林里有许多松树脂，很容易被氧化放出臭氧。因此，有的疗养院就设在松林里，那里被称为“天然氧吧”。

　　知识点：臭氧、氧气、高压电火花

　　为什么火柴一擦就着火

　　火柴全身是容易着火的东西：火柴头的主要成分是三硫化二锑和氯酸钾，它的身子——火柴杆——是用木质松软的白杨木或者松木做的，它的前端还用石蜡和松香充分浸透；火柴盒的一侧，则涂着红磷和玻璃粉。

　　当你拿火柴在火柴盒边上一擦的时候，火柴头就沾上了一些红磷，红磷一经摩擦受热就着火了，火柴头上的氯酸钾因受热而放出氧气，它们很快地引燃了三硫化二锑。于是，火柴就“嗤”的一声，爆出火苗儿来了。

　　火柴头燃烧的过程进行得很快，但它已足能引起火柴杆的燃烧。火柴杆燃烧的时间要长一些，所以你有足够的时间用它去引燃其他物质。

　　人们有了火柴，拿它去引火是非常方便的，只要一擦就行。可是在几百年前，人们还不知道火柴是什么东西哩!那时候，人们要取火可麻烦了。例如在中世纪，士兵们打仗必须随身带着打火石。要射击了，连忙用打火石“嚓、嚓”地点燃导火索，花了一两分钟，才能发射一发子弹或炮弹。这样的点火枪别说是打仗了，即使用它打猎，那“嚓、嚓”的声响，早就使野兽和鸟儿逃得无影无踪了。