談常見現(xiàn)象中的化學知識

凱比力努·阿巴斯

摘要：化學作為當代工業(yè)頂梁柱之一，起著極為重要的作用。本文以舉例方式，解釋氫鍵，氫鍵的作用和影響水密度的因素;以通俗易懂的語言解釋碳14測年法;以簡單又有趣故事，表述磷元素的發(fā)現(xiàn)等等。本文的目的是讓人們重新感覺到周圍的“化學”。

關鍵詞：化學;氫鍵;碳14;衰變;化學史

在古代，化學具有非常神秘的色彩，如，在西方，化學的鼻祖可能是煉金術;在我國，化學的鼻祖可能是煉丹術。無論如何，從古到今，化學一直影響著人類的生活，從開始用火的古代，到使用各種人造物質(zhì)的當代，化學的貢獻在其中起了很重要的作用。

一、飛機在萬米高空運行，可飛機上沒有氧氣瓶。

人飛機上竟然沒有氧氣瓶，因為飛機上的設備里是氧氣嗎？飛行開始前的安全演示將你把脫落的氧氣面罩往下拉才開始供氧，是因為在你座椅上方擋板內(nèi)有個圓柱形的應急氧氣發(fā)生器，里面裝著氯酸鈉和鐵粉混合物，當你往下拉濾罩時，拉動檔桿釋放針尖使其打到蓋子上點燃炸藥，并開始化學反應，生成可供呼吸的氧氣。所以以上的你是使用不同物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生了化學反應生成物來為乘客們提供氧氣。

二、冰浮在水面，其實是一個反常現(xiàn)象。

冰浮在水面，這是一個在正常不過的現(xiàn)象。可你是否想過一個問題：同一種物質(zhì)的固體密度大于液體密度，為什么水如此與眾不同？

固態(tài)的水密度小于液態(tài)水，所以并能浮在水上，這其實是一個很反常的現(xiàn)象。正常情況下，同一種物質(zhì)的固體密度比液體大，將固體投入到液體中會沉下去。為什么固態(tài)的水能浮在液態(tài)水上面？原因在于氫鍵水分子內(nèi)部的電荷是不平衡的水分子中的氫原子略帶正電，會與其他水分子中帶負電的氧原子相互吸引這種結合方式。叫做氫鍵，冰就是水分子通過氫鍵結合在一起形成的結晶。在這種構造中，空間利用效率是很低的。為了是微觀結構整齊有序，水分子之間的距離反而變大了，就像是一群做廣播體操的學生，每個人都有自己固定的站位，但像無間隔的挺遠，當固態(tài)水融化為液態(tài)水，一些氫堿斷裂，這種鏤空的結晶構造會被破壞，大的締合水分子減少小。小的底和水分子和單個的水分子增多，單個的水分子可以隨意移動，還可以鉆進大的底和水分子中間，所以水分子相互間隔縮小。這就像是一群學生做完操自由走動，雖然都在動，但因為聚在一起推搡打鬧，相互間的距離反而更近，所以水的密度才會大于冰的密度。

有兩種作用在影響著水的密度，一種作用是氫鍵斷裂，導致單個水分子的比例越來越高，水分子越來越密集，因而水的密度越來越大。第二種作用是水分子的運動速度，隨著溫度提高而加快，使得分子間的平均距離加大，密度減小，在零攝氏度到四攝氏度時，第一種作用更明顯，所以水會出現(xiàn)反常膨脹，粗略說就是熱縮冷脹。而到四攝氏度以后，第二種作用更明顯，水的密度隨溫度升高而減小，也就是熱脹冷縮。

三、淺談碳14測年法

直到距今幾千年，幾萬年，還是幾十億年的，都能查出來。最具代表性的碳14測年法，在地球大氣外層的氮14，會被宇宙射線輻射成有放射性的碳14，有放射性的原子都會衰變。碳14的半衰期是5730年。什么意思呢？就是一堆兒碳14，每5730年就剩為原來的一半，釋放電子的衰變，因為另外的半堆變回氮14了。問，等我們發(fā)現(xiàn)，原本一堆的碳14，現(xiàn)在只剩下原來的1/4堆了，那么距離原來的一堆兒碳14過了多久呢？1/2乘以1/2等于1/4，是11460年。由于宇宙射線與碳14自身的衰變基本保持平衡。所以地球上的碳14的豐富程度基本保持不變?，F(xiàn)在每個活著的生命身上的碳14比例也是如此。但當生命一旦結束了，就沒有了新陳代謝或者光合作用維持體內(nèi)碳14的能力了。因此碳14含量也會逐年減少，通過半衰期就可以知道這個生命死了多久。不過碳14測年法也有局限，只對5萬年以內(nèi)的測量具有一定的準確性，因為十個半衰期之后，碳14就太少了。

四、磷元素的發(fā)現(xiàn)

尿液是廢物，但它含有一種非常珍貴的成分，其中最受歡迎的就是尿素。尿素是一種無色無味的高氮化合物，尿素分解后會形成。氨水是一種有刺激性氣味的天然漂白劑，就是古羅馬人為什么會收集尿液來漂白他們的長袍，甚至他的牙齒。收集人類的動物尿液的做法至今仍在。墨西哥的一個小鎮(zhèn)，盡在過年期間就收出了4500升尿液，并通過出售他們獲得了一筆可觀的利潤。時至今日，尿素廣泛用于化妝品，洗潔精甚至。然上色，它還是植物的天然養(yǎng)料，但尿液沒有危險的一面。17世紀的煉金術士漢尼·布蘭德，本來想從自己尿液中提取黃金，結果意外發(fā)現(xiàn)了零，他發(fā)現(xiàn)磷燃燒是不發(fā)熱也不引燃其他物質(zhì)，是一種冷光，它就以冷光的英文開頭命名這個新物質(zhì)為P，結果這物質(zhì)被用在了火柴上，雖然沒有拿到黃金，但是造福了當時的人們。

五、探究燃燒現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)氧氣

氧氣的發(fā)現(xiàn)在化學史上具有里程碑的意義，氧氣的發(fā)現(xiàn)為化學，為近代自然科學具有重大意義。再正常不過的燃燒現(xiàn)象中，一個藥劑師發(fā)現(xiàn)了氧氣，當時，他把新發(fā)現(xiàn)的這個氣體命名為活空氣。

1775年，一個瑞典藥劑師對物質(zhì)的燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚的興趣。有一天，他在空玻璃瓶中放入了一塊兒毅然的林，塞上瓶塞，然后從皮外加熱，使磷燃燒在燒瓶鋼梁，立刻把瓶子倒扣進水中，并拔出深色。這時，怪事發(fā)生了，水充滿燒瓶體積的1/5以后，水面不再上升。藥劑師對這件事迷惑不解。既然燃燒中用到了1/5的空氣，那么剩下的4/5的空氣為什么不消失？難道瓶里剩下的空氣跟那些在燃燒中消失的空氣不一樣嘛？為了證實自己的判斷，他又做了一連串實驗。在雙剩下的空氣中放些蠟燭，結果是蠟燭立即熄滅，很快變黑，然后他要把幾只老鼠和蒼蠅，蚊子里面蒼蠅和老鼠也很快死了。如此，他覺得空氣是由4/5的死空氣，1/5的活空氣組成的，它稱為火焰空氣?；羁諝馄鋵嵕褪乾F(xiàn)代說的氧氣。它是世界上第一個發(fā)現(xiàn)氧氣的人，叫舍勒。

當然，本文目的是吹捧化學對人類的貢獻或吹捧科學家，而是讓人們感受到人類周圍的化學與化學知識?？茖W史告訴我們，簡單而不起眼的現(xiàn)象中往往隱藏著巨大的智慧與發(fā)現(xiàn)。

參考文獻：

徐建中，馬海云等著《化學簡史》.科學出版社.2019，05.