正文 第16章(2 / 3)

本世紀40年代初,科學家終於製出了第93號元素鎿。到1983年為止,45年中,先後發現了17個超鈾元素。

人們發現,前幾個超鈾元素,壽命最長的同位素半衰期可以達到千萬年,而後來製造的幾種超鈾元素,壽命越來越短了。如99、100、101號元素的“壽命”以天來計算;102號以分計;103號以後的元素要以秒乃至毫秒來計了。109號元素的發現,是由於在矽板上記錄了它的“影子”,它在實驗室裏隻逗留了五千分之一秒就“失蹤”了。在這種情況下,人們不禁要問,元素周期表是不是快到盡頭了。

通過對原子核內部結構和核穩定性規律的研究,核科學家認為,越過這些“壽命”極短、原子核極不穩定的元素,可以“J?JJ望”到在114號元素附近有“超重核穩定島”,“島”上可能有幾十個元素。現在科學家們正在用各種方法試圖在自然界尋找或人工製造超重核元素。

從人們對化學元素的認識過程來看,即使今後找到或合成全部穩定的超重核,從新發現的超重核中,又會發現各種各樣意想不到的新鮮事。所以,人類對化學元素的認識是沒有止境的,不能肯定地說元素周期表終點在哪裏。

什麼是化學化學是自然科學中的一門基礎學科。它研究的對象是物質,研究的內容主要包括:物質在組成、結構、性質、變化及其相關的現象、規律和成因,以及物質的自然界中的存在、人工合成和應用等。

化學起源於人類的生產實踐。人類會使用火是一偉大的發明,是最早的化學實踐,從火的利用到燒製陶器、冶煉金屬、以及釀酒、造紙、印染、製藥等工藝的出現,均屬於實用化學工藝時期。直到十七世紀英國化學家波意耳提出了科學的化學元素概念後,人類對物質結構與化學變化的規律有了較深刻的認識,逐步形成了科學。

按照研究物質的對象和方法不同,化學科學又分成幾個分支:無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學、放射化學等基礎學科。隨著化學在各方麵的應用,化學與其它學科結合形成了新的邊緣學科,如:生物化學、農業化學、海洋化學、環境化學等。

什麼是化學工業化學工業是利用化學反應改變物質組成、結構、形態等來生產化學產品的工業部門。

化學工業習慣上分為無機化學工業和有機化學工業,無機化學工業主要有硫酸工業、硝酸工業、氯堿工業、合成氨工業、化肥工業、無機鹽工業、稀有元素工業等。有機化學工業主要有基本有機合成、塑料工業、橡膠工業。化學纖維、溶劑、染料、合成洗滌劑、醫藥等工業。還有一些工業雖然也應用了化學反應原理生產新的物質,但不屬於化學工業,如鋼鐵工具、煉焦工業、水泥工業、有色金屬冶煉工業等。

近化化學工業開始於無機化學工業,主要為其它工業部門生產原料和輔料。例如用食鹽生產純堿供破璃工業、紡織工業和肥皂工業用。有機化學工業開始於十九世紀中葉,開始合成有機染料如苯胺類染料、茜素紅、靛藍等;與此同時,合成藥物、農藥、有機試劑,合成香料等工業也發展起來。有人把上述以芳香族化合物為主的有機化學合成工業稱為“精細有機合成”。有機化學產品還包括溶劑如酒精、乙醚、丙酮、苯等,印染助劑(一般指印染加工過程中的輔助藥劑),高分子合成材料,如合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等。隨著石油工業的發展,以原油、油田伴生氣、石油裂解氣等原料的石油化學工業迅速發展起來。

在國民經濟各生產部門中,化學工業最能充分地、綜合地利用國家的原料資源和動力資源。

例如煉焦工業,將煤幹餾後的焦炭供給煉鐵廠煉鐵,利用副產的煤焦油(以前曾做為廢物棄掉)提取苯、甲苯、萘、蒽等有機物,這些物質又是染料、醫藥、農藥的重要原料。而許多化學反應過程中會釋放出大量熱,利用這反應熱產生蒸汽,再用蒸汽推動汽輪機發電,就可降低生產成本,提高經濟效益。許多工業的副產物,甚至是廢物常常是另一種化學工業的原料,建立聯合企業,綜合利用物質資源,既可消除汙染,又為國家多創造了財富。

為什麼物質有不同的顏色太陽光由紅橙黃綠青藍紫七色光混和而呈現白色。當白光投射到不透明的物體表麵時,一部分波長的光被物體吸收,一部分波長的光則從物體的表麵按照反射定律反射出來,因而呈現出不同顏色。例如:g(a)吸收紫光和藍光,而強烈地反射橙黃色的光,所以g(a)是橙黃色的。如果有一種物質能吸收全部波長的光,則它呈黑色;如果對各種波長的光均不吸收而全部反射,則它呈現白色;如果對各種波長的光都同等程度地部分吸收,則呈現灰色。

當白色光投射到透明的物體上時,如果物體對各種波長的光都不吸收而全部透過則呈無色,如果一部分被吸收一部分透過,則此物體呈現透過部分的相應波長光的顏色。

同一種物質聚集狀態(氣、液、固)不同,固體顆粒大小不同,表麵是否光滑,均能影響光的吸收、反射、透射,從而影響物質的顏色。

從原子結構的觀點來看,物質所以能吸收光波,主要因為光是一種能,當物質中的原子中的電子,在吸收光能後,它就從能量較低的“軌道”跳躍到外層能量較高的軌道,也就是當原子吸收光能時,它的內層電子就從基態跳躍至激發態,而激發態是不穩定的,當電子從激發態跳回到基態時,電子能量降低,又以光能的形式放出。基態和激發態的能量差愈小,則吸收光的頻率越小,從而呈現的顏色越深,反之越淺。對波長來講,吸收光的波長愈短,顏色愈淺。

為什麼同一種物質卻有不同的顏色這是由於物質的聚集狀態、固體物顆粒大小不同、固體表麵是否光滑、以及固晶體表麵形狀不同,引起對光的吸收、反射、透射、折射不同,因而形成了不同的顏色。

例如:氧氣是無色的,而液態氧則是藍色的。整塊的食鹽晶體的無色的,因為光線不被吸收全部透過,而食鹽粉末,對光產生漫反射,光不能透過所以便呈白色。

在金屬晶體中金屬原子、金屬離子以最緊密堆積狀態排列,同時在金屬晶體中有自由電子,當光線投射到金屬表麵時,自由電子吸收所有頻率的光子,隨即又放射出來,因此絕大多數金屬(除金顯黃色、銅顯赤紅、銫顯淺黃、鉍顯淡紅、以及鉛為淡藍以外)多顯銀白色光澤。

但金屬的光澤,隻有在整塊且表麵平滑時才能表現出來。粉末狀的金屬除鎂、鋁外,多數呈灰色或黑色。如給暖管道塗油漆用的“銀粉”實際是鋁粉,而真的細小的銀的顆粒卻是黑的。如黑白像片上看到的黑頭發、黑衣服等黑色部分全是細小的銀顆粒。

純的天然金剛石晶體應是無色的,但經人工雕琢後形成許多棱角,當光投射後會產生折射,因而會產生美麗的彩色光。JP許多無水鹽跟它的結晶水合物顏色是不相同的,這是由於晶體結構不同,對光的作用也不同。如無水硫酸銅是白色粉末,而五水硫酸銅則是藍色晶體。

為什麼水深時顯淺藍色水分子對於可見光中各種波長不同的光線所發生的散射作用強弱不同,對於波長短的,如青藍色光的散射作用遠比波長長的光如紅、橙色的散射作用強。同時,散射作用的強弱也和水層的深淺有關。在水層較淺時,可見光中各種波長的光幾乎都能透過,散射作用不顯著,因此水是無色透明的。當水較深時,由於散射作用顯著了,所以就顯出淺藍色來。如果在水中含有許多空氣細泡時,由於它們對光的散射作用,即使是不多量的水也會顯出淺綠色來。

天空為什麼是藍色的晴朗的天空,總是蔚藍色的。空氣是無色的,但天空為什麼是藍色的?直到人們發現了散射定律以後,才找到了這個“為什麼”的正確答案。

當光穿過大氣層時並不是通行無阻的,它會遇上許許多多“攔路虎”--灰塵和小水珠,而發生散射。

光學上的散射定律是這樣說的:當光線射到任何質點上,隻要質點的直徑比光波波長還要小,就會發生散射,散射率和波長的四次方成反比。例如,有兩種光的波長比為1∶3,那麼它們的散射率之比便是34∶14=81∶1(注意:是和波長的四次方成反比)。

太陽光看上去是白色的,實際上,它是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種可見光和紅外線、紫外線等看不見光線混合組成的。在這七種可見光中,紅光、橙光的波長最長,紫光、藍光的波長最短。根據散射定律,應該是紅光、橙光散射率最小,藍光的散射率最大。

很顯然,當太陽光穿過大氣層時,一遇到空氣中的灰塵、小水珠,便會發生散射。這時紅光散射最小,其次是橙、黃、綠、青、藍,而紫光的散射最為厲害。這些散射光射入人們的眼睛,便使人看到了天空的顏色。

照這樣說來,天空應該是紫色的。然而,實際上睛朗天空是蔚藍色的,這又是為什麼呢?這是因為在七色光中,紫光最弱,況且當它穿過大氣層時,在高空,特別是在電離層,大量被吸收。這樣,藍色光便成了散射最厲害的光。我們在地麵上看到的天空,也就成了藍色的了。

乘坐探空氣球到過高空的人們證明在高空,所看到的天空的確是紫色的,如果乘宇宙飛船遨遊太空,由於太空中的灰塵極少,光很少發生散射,可以看到天空變得漆黑一團。

也許你常常有這樣的經驗:雨後的天空,格外地藍,以至呈深藍色,這便是由於雨後的大氣中,小水珠大大減少,太空透明度增加,而下雨時又把空氣中的顆粒較大的灰塵衝洗掉了,隻剩下又細又小的灰塵,散射本領大,因此,天空一片深藍,顯得格外清爽宜人。

什麼是分子?什麼是原子世界上的東西,各色各樣,品種繁多。其實,這一切都是由物質組成的,譬如水、二氧化碳、糧食、糖、鹽、酒精、銅、鐵、鋁、石灰、玻璃等等都是物質。現在已經知道的物質有幾百萬種。

這一切物質,都是由分子組成的。分子是這些物質中能夠單獨存在,並有著這一物質一切化學特性的最小“微粒”。

分子有多大?這可沒準兒,分子有大有小,大小相差得很遠。像塑料、蛋白質的分子就很大,被稱為“高分子”,是分子世界的巨人;而鐵、銅的分子卻很小,是分子世界的小不點兒。

大大小小的分子,又都是由一些更小的“微粒”--原子所組成的。原子的個兒大小就差不多了。塑料、蛋白質的分子之所以大,因為它們是由很多原子組成的;而鐵、銅分子之所以小,是由於它們隻是由1個原子組成的。

原子真是小極了。我們常常用“芝麻那麼小”來形容小。其實,芝麻與原子比起來,就好像地球與芝麻相比一樣:50萬到100萬個原子,一個緊挨著一個排起“長蛇隊”來,也隻有一根頭發直徑那麼長。分子與原子又小又輕。例如水的分子,它大約隻有000000000000000000000003克重;也就是說,在小數點後頭還得掛上22個“0”呢。

水分子既然這樣小,1滴水裏的分子個數當然就非常驚人了。如果1個人每秒鍾數1個水分子,一秒種不停地數下去,整整數1000年,也隻不過數清了普普通通的一滴水裏全部分子的五百億分之一!