趣味化学(化工类)

趣味化学(化工类)原子分子操纵我们知道，物质是由原子分子组成的。如果能够捕捉到这些原子分子并能让它们重新排列，及重新组合，那么，就可以设计制造出具有全新结构的新物质，甚至是新的生命。例如，把组成水的氢和氧分开，然后再由两个氢原子组合成氢分子，那么它就是可以燃烧的新能源。小的原子，只有足球体积的几亿分之一，未来，科学家可以在较大范围内成熟的应用扫描探针显微技术，操纵单个原子和单个分子，然后再按科学的方式把它们重新组合。这种手段应用于材料加工，会出现什么样的结果呢？一个机器人，应用了多种材料，有金属的、非金属的、有机的、无机的。不管它们是什么材料，当分子及原子结构发生理想变化，或者是说按科学方式重新组成，那么，它发挥同样的作用，而体积会大大减少。随着原子尺度加工技术不断完善和提高，会出现多种分子器件和新型功能材料，未来把它们用来制造机器人，其中最小型的，机器人就可以爬进人的血管，进行各种各样的手术。人的心脏某一区域，出现了问题，小小的机器人，到这里进行观察，或者按医务人员的指令，去修复它。同样改变了原子、分子组合结构的材料，用来制造卫星，完成同样的任务，卫星的体积会小很多，假如需要，将来人类可以一次发射成千上万颗用于各方面的卫星。而到目前为止，全球在以往的几十年间，一共才把几千颗卫星送上天。通过原子分子操纵加工的材料，不仅体积会减小，而且具有更高的强度，更好的耐热和耐高温性能，在空间领域，把它们用来做太空船的外壳，引擎或其它部件，太空船会变得更轻、更快、能够承受更为恶劣的环境，新的太空船会带着人类走得更远。改变了原子结构的新型的分子材料，应用于信息领域，象一块手表大小的空间，就等于现代成千上万张光盘的容量，这样，一座大型图书馆的全部书籍的文字，就能容进其中，你拥有了这样一个记忆体，就如同拥有了一座图书馆。在生物领域，操纵分子原子，会出现更令人兴奋的结果。地球上原有的生命体，包括动物、植物及微生物，它们之所以存在形式不同，是由其内部的分子原子的结构及性质有别所决定的。无数的水分子再加上一些碳、氮和别的众多元素，按科学规范结合在一起，就出现了我们所看到的生命。如果人类改变生命体内的一些分子原子组合，甚至设计出新的结构会怎么样？科学家做出乐观的预测，认为这样有可能创造出具有生命力的新物质，或者是说会出现新的生命形式。当然，生命科学，是一个庞大的系统工程，从原子分子操纵入手进行研究，只是其中的一方面，创造生命是十分艰难的，大自然是经历了亿万年的造化，人类在二十一世纪，随着科技手段不断有新的突破，科学家或许会在这方面有较大的作为。不过，以后对生物分子进行捕捉及雕刻加工是较为普遍的，这样就能够修复人体内某些有缺陷和导致疾病的遗传基因，从而尽可能的抑制及克服困扰人类的种种顽症。同样还可以用具有活力的细胞，代替老化的细胞，从而延长人的寿命。21世纪，人类进入微观世界，在原子分子尺度上，对物质材料及生物体进行研究，从而改变它们的结构形式，会对社会及我们的生活，产生较大影响，并势必要引起更加广泛的重视。使钢变硬的“营养品”钢在工业建设中起着骨干作用，一切工业交通运输和国防等都离不开钢铁。不过钢本身不是没有弱点的。身体虚弱的人常用维生素补养，使身体由弱变强，钢也可以用其他金属来“营养”自己，弥补自身的缺陷，使它更加适合工业建设和国防的需要。古代的工匠早已会制造坚硬而锋利的刀剑了。究竟为什么那么坚硬，最初没有人知道，以后才发现原来是炼钢的矿石里含有钨。在第一次世界大战时，英国人的坦克车装甲钢板非常厚，但是经常很轻松地被德军的炮弹击毁。英国人很恼火，经过反复化验才知道德军炮弹壳里含有少量的金属钨。于是英国人研究在钢里加入少量的铬、锰、镍和钼后，做出的合金钢板仅有原来钢板厚度的1／3，可是德军的炮弹再也打不透了。钨钢硬度高，强度大，至今在合金钢中有着特别重要的地位。可以让光走弯路的有机玻璃提起有机玻璃大家都听说过，乍看起来它与普通玻璃似乎没什么不同，实际上它们完全不一样。普通玻璃的“父母”是硅酸盐，有机玻璃的“父母”却是丙酮、甲醇和氰化氢。有机玻璃的学名叫做聚甲基丙烯酸甲脂。这个名字念起来非常别扭，由于它是人工合成的一种高分子聚合物，所以人们笼统地把它叫做有机玻璃。有机玻璃有一个令人惊奇的性能，一条弯曲的有机玻璃棒，只要弯度不超过48度，光线就能沿着它，像水通过水管一样投射过来。光线能走弯路，多么有趣！利用这个绝技，它就成了制造外科传光玻璃仪器的珍品。医生在手术室动手术时，就不必担心看不清楚了。透明的世界——玻璃我们的生活，好比一幅宏大美丽的画卷，五彩缤纷、瑰丽多姿。我们就生活在这幅美丽的画卷中，心情舒畅，同时又不无自豪，因为，这个世界是我们人类自己的杰作。在生活中，我们常常看见各种布置精巧的橱窗，这不，前面便又是一个。不过，这可不是一般的橱窗。你瞧，一个透明的台柜，上面铺着蓝色的天鹅绒，几件形象奇特的、透明的艺术品，巧妙地陈列在一盏台灯的周围。台灯是一体七色的，七种柔和的光，从灯罩里挥洒而出，映着这些透明的珍奇，更是显得晶莹摧灿，光彩夺目。台柜旁边是一架精巧的透明的茶几，上面陈列着几套各式各样的透明的杯盏。一只形状奇特的高脚杯，盛放着一杯鸡尾酒似的彩色液体放在一旁，那界限分明的色彩，盈盈欲滴，好像要飞泻而出似的。毫无疑问，这是一个玻璃制品的橱窗了。不过，它将各种奇异形状的玻璃器具与各种色彩如此巧妙地布置在一起，不由得令我们对这个透明的世界刮目相看。在我们日常生活中，玻璃可以说是司空见惯的。我们一睁眼，首先映入眼帘的便是从窗户上倾泻进来的明亮的光线；我们一想喝点什么，无意中拿的便是一只透明的杯子；书桌上有几件小巧的玻璃工艺品，还有透出柔和的光线的台灯；当我们到实验室里后，各式各样的玻璃仪器便开始垂首候命。还有，我们鼻子上的玻璃眼镜，科学家们用的显微镜，天文学家们将遥远的星球拉到我们的视野里的望远镜，它们关键的部分——镜片便也是由玻璃制成。玻璃，以它良好的透明的性能，一定的机械强度，方便的加工工艺，美观的各式造型，以及低廉的工业成本，越来越深入到我们的生活画卷之中，为我们美好的生活增添了神奇的透明的美景。其实，在古代的埃及就已经有了玻璃制品，玻璃珠一直是埃及当时的高贵装饰品。考古学家在埃及的古墓中发掘出的一颗最早的玻璃珠它的年龄有五千五百岁，它就是埃及玻璃的见证。在我国的考古文献中，也曾介绍西周（距今三千多年）的白色穿孔玻璃珠，以及战国时期的彩色料珠等。它们是在河南、湖南、山西等地古墓发掘中得到的珍品。考古学家找到了古代的玻璃制品，但玻璃是怎样发明的，谁也没有找到答案。可是我们谁都会从心里敬佩那些无名的匠师，因为玻璃的发明，为人类文明的发展做出了极其伟大的贡献。公元一世纪初，古罗马把原料放在窑里熔炼，温度大大提高了，熔制的玻璃液已从不透明变成透明的。他们用吹管把玻璃液吹制成各种形状的玻璃制品，如美丽精巧的药瓶，风格别致的酒杯和宝石般的装饰品。玻璃技术的发展，记录了罗马的文明。到了中世纪时期，意大利的威尼斯成了玻璃业的中心。威尼斯玻璃制品样式新颖、别具一格，因而畅销全欧乃至世界各地。威尼斯玻璃业有八百多年的历史。十五世纪到十七世纪为鼎盛时期。当时，威尼斯玻璃艺术品跃为世界之冠。但威尼斯玻璃工匠的秘密，很快传到法国、德国、英国，到十七世纪，玻璃厂已经遍及世界许多地区。由于威尼斯追求玻璃制品的华丽外表，造成其制品过于笨重，渐渐失去了原来的简易、轻便、朴素、雅致的风格，到十八世纪末，威尼斯玻璃业走向了反面，从顶峰上跌落了下来，玻璃制品的皇冠被捷克夺去。此外，俄国的艺术玻璃制品从十七世纪以来，也闻名于世。但是，无论是威尼斯还是捷克，当时都没有采用机器生产，各种各样的玻璃制品，都是在能工巧匠的双手中诞生的。而简单的手工劳动已经无法满足人们的需要。随着工业革命的兴起和发展，到十九世纪时出现了把玻璃拉成空心圆筒的机器。筒子拉成后，节成小段，再剪成薄板。后来，比利时的发明家弗克设计出一种拉板机，经几十年的改进，发展成引上机，平板玻璃才开始大量生产。目前，玻璃工业已逐步实现了机械化、自动化生产线，如平板玻璃、玻璃容器、灯壳、电子管、显象管等均已采用了自动化。现代化玻璃生产，单凭眼力是无法控制的。电子计算机的推广，为玻璃工业自动化开辟了广阔的前程。现在，玻璃工人坐在自动控制室即可对生产过程了如指掌，而不必再像以前那样，奔走在炉旁车间，忍受高温的袭击。今天世界上的玻璃制品种类繁多，从实验室的试管、烧杯、烧瓶，到化工厂的管道、塔柱设备；从体温计、注射器，到X射线管、荧光屏、红外灯、紫外灯；从揭开星空之谜的天文望远镜，到识破微生物行踪的显微镜；从耐热玻璃到防弹、防辐射玻璃；从玻璃纤维到光导纤维；还有许多许多特种玻璃、电光玻璃、声光玻璃、变色玻璃、微孔玻璃等等，可以说，离开了玻璃，现代科学技术的发展是不能设想的。步入工业化时代，人们十分重视居住地和办公楼的隔音、绝热、避震、耐光及防盗。现代化高楼大厦的正面均安装着巨大的反光玻璃。这种玻璃虽然很薄，但由于材料纯净且具有经过精确计算的内预应力，故能经受住特大风压、厚重积雪及其他外力，其表面上的防风雨涂层则能防止热辐射。多层充气玻璃可降低热传导，因此多层充气玻璃可将机场噪声降低到偏僻住所夜间的安静程度。由不同厚度层与层之间充以坚硬塑料薄膜的特种玻璃及其他安全玻璃，既经得起重锤猛敲，亦不怕手枪射击。涂有透明软稠物质的3层玻璃具有防火性质，火焰喷在其上，软稠物质便泛起泡沫，使这种玻璃成为不易燃烧的材料。通过实验证明，在硼硅玻璃大容器里发酵葡萄酒远优于使用传统木桶酿制的葡萄酒，因为玻璃容器内发酵后的葡萄酒不再氧化，故味道更为醇香可口。内科医生通过光导纤维可观察病人胃部。外科大夫则多采用玻璃陶瓷制品取代因事故或疾病而损坏的骨头、关节、牙齿或中耳听骨等。这种材料不但不影响活的人体组织，而且还能与这些组织长在一起。科学家们从基本粒子运动轨迹的形状及彼此碰撞后和相互作用过程认识到：有些粒子虽然不带电且极微小，但富有能量，可无阻挡地击穿厚层材料，然而它们却无法穿越厚实的富铅玻璃。用富铅玻璃可以制作“原子放大镜”。还可以应用于其他科研领域，如防辐射玻璃，用于观察核反应堆的“热槽”或在原子炉内布接电线。上述玻璃是无源的，即只能防止原子微粒击穿及阻遏放射性辐射。60年代以来，科学家们开始对自身可以产生连锁反应的激活玻璃进行试验。这种以激光玻璃闻名的玻璃含有的微量钕、磷酸氟或其他物质，可产生能量极大的光，在几千亿分之一秒内可以将一个结冰的重氢小球的密度增大一万倍，同时使其温度上升到1亿摄氏度，研究人员进行这种实验，旨在寻求新的能源。随着科技的发展，各种新型玻璃将不断出现，它将渗透到一切领域中去，帮助我们攻克前进道路上的一个个障碍，攀登科学的峰巅。玻璃，是一种透明的无定形体，质硬但“碰”不得，一碰即碎。不过，玻璃家族是一个庞大的集体，玻璃纤维就是一种与玻璃有着紧密关系的新材料。有这样一家纺织厂，它的原料是石灰石、纯碱与砂子，织出的布，像绸缎一样柔软光亮，不怕虫咬，也不怕酸碱的腐蚀，即使放在火中也烧不起来，这就是用制玻璃的原料纺出来的玻璃纤维，织出来的正是玻璃布。用一根手指粗细的玻璃纤维编织的绳子，可以将一辆满载的解放牌卡车吊起来，玻璃纤维的抗拉强度比普通钢丝还要大一倍。玻璃布耐酸碱腐蚀，在化工厂里特别受欢迎。用玻璃布做的吸尘袋比棉布耐用二十多倍。原先过滤腐蚀液的过滤布是用毛料做的，现今都已改用玻璃布，用玻璃布还可制成防火衣。穿上这种衣服，可以在几百度的高温下工作，它比石棉衣服更轻巧。由于玻璃布耐热、轻巧，连宇宙航行员的服装也是用涂有聚四氟乙烯的玻璃布制成的。大家都知道，水泥块耐压，钢材耐拉。用钢材作筋骨，水泥砂石作肌肉，让它们凝成一体，互相取长补短，变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。同样，用玻璃纤维作筋骨，用合成树脂作肌肉，让它们凝成一体，制成的材料，其抗强度可与钢材相媲美——因此得名叫玻璃钢。玻璃钢是近三十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维产量的70％都是用来制玻璃钢。玻璃钢坚韧，比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻飞机重量。登上月球