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第13章 化学的谜团(5)

这三个怪脾气完全是它特殊的地质地理条件所造成的。你能根据你所学过的地理和化学知识,来解开黑兽口湖的这三个谜吗?

提示:

1.因湖被沙漠包围,水浅而面广,在强烈的日照条件下蒸发很快,所以要不断从里海吞水来补充。

2.湖水不断蒸发,使湖水中含盐量提高,浓度增大,使鱼类无法适应而死亡;正因为浓度大,密度高,所以人在湖中不容易下沉。

3.夏天,湖水温度较高,食盐和芒硝溶解度都大,所以不会从湖水中析出;冬天,水温下降,食盐溶解度变化极小,故食盐不能析出,而芒硝溶解度则急剧变小,从而使芒硝大量析出,献出“宝”来。

发酵粉为何会发酵

馒头所以会那样又松又软,那是酵母菌帮了我们的忙。酵母菌随身带有好些酶,这些酶会叫面团发生一连串的化学变化,首先是面粉中的淀粉酶使淀粉变成糖分,然后使糖生成二氧化碳。这些二氧化碳在蒸馒头时受热膨胀,于是馒头里留下了许多小孔,同时还产生出少量的酒精和酯类挥发酸等,因此吃起来就十分松软可口。

可是,用鲜酵母来发酵并不十分理想,因为这种发酵方法需要较长的时间,如果控制得不好,让发酵发过了头,食品就会带有酸味,或者不够松,因此食品工厂中做饼干、蛋糕时,事先并不将面粉发酵,只是往里面加入一些发酵粉,或是打入一些空气,同样能使食品中产生许多小气孔。

那么这些发酵粉究竟是些怎样的东西?为什么它们也能使食品产生小气孔呢?

有一种发酵粉的化学名字叫碳酸氢铵,它的外貌和面粉差不多,也是白色的粉末。不过,就是耐不得热,只要温度升到60℃~70℃,它就分解而放出大量二氧化碳气和氨气,所以加有少许碳酸氢铵的食品,在烘焙过程中,这些放出的气体就会“夺门”而出,使食品留下一个个气孔。

另一种发酵粉的成分是碳酸氢钠(俗称小苏打)和磷酸二氢钠的混合物。本来,碳酸氢钠和碳酸氢铵很有点相像,它受热后也会放出部分二氧化碳来,但是一来放出的二氧化碳不多,二来在这场化学变化的同时,会生成碱性很大的碳酸钠(俗称纯碱),使食品吃起来碱味太重,而且还会将许多维生素破坏掉,所以通常使用时总是把它和一个酸性物质如磷酸二氢钠并用,这样既可使所有的碳酸氢钠全部变成二氧化碳,同时作用后不会有很大的碱性,十分理想。

“恶狗酒酸”之谜

成语“恶狗酒酸”,说的是春秋时期,宋国有一位卖酒者,买卖公平,为人和蔼可亲。他酿造的酒又香又醇,“酒”字旗高高地悬挂着。但是,他的酒却卖不出去,以致时间一长,酒全都发酸变坏了。他感到很奇怪,就去询问朋友杨倩。杨倩告诉他说:“你们家里养的那条狗太凶猛了,致使人们害怕,不敢光顾,酒卖不出变酸了。”

为什么放的时间长了酒会变酸呢?原来,这里发生了化学变化。酒,主要是乙醇的水溶液,所以乙醇的俗名又叫酒精。在空气中,随着尘埃漂浮着一种醋菌,当醋菌掉在酒中并大量繁殖时,便可以帮助酒发酵,促使乙醇与空气中的氧气缓慢地发生氧化反应。乙醇先被氧化成乙醛;乙醛又继续被氧化成乙酸。乙酸的俗名叫醋酸。酒变酸的原因就是因为酒中的部分乙醇转变成醋酸的缘故。这一过程的化学反应方程式如下:1.2CH2CH2OH+O2发酵2CH3CHO+2H2O2.2CH3CHO+O2发酵2CH2COOH苹果、梨烂了后,往往有股酸味,这也是醋菌在作怪。醋菌使水果中的果糖发酵生成乙醇,又促成乙醇经一系列的氧化而变成醋酸。

“绍兴老酒,越陈越香”的原因也与醋菌有关。将绍兴老酒密封保存之后,坛子里的酒在醋菌的作用下,少量被氧化生成醋酸。这部分醋酸又能与酒精缓慢地发生酯化反应,生成具有香蕉味的乙酸乙酯香料。日子越久,生成的乙酸乙酯越多,酒也越香。化学反应方程式如下:CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O

“塑料王”之谜

聚四氟乙烯是一种新颖的塑料。在第二次世界大战期间才被发现,而正式生产还只是近几年的事。为什么聚四氟乙烯塑料被称为“塑料王”呢?

聚四氟乙烯的确不愧为“塑料之王”,因为它不具有许多塑料所具有的优良性质:聚四氟乙烯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,都可应用。聚四氟乙烯又非常耐腐蚀,不论是强酸浓碱,如硫酸、盐酸、硝酸、王水、烧碱,还是强氧化剂,如重铬酸钾、高锰酸钾,都不能动它的半根毫毛。也就是说,它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢以至金子、铂。因为玻璃、陶瓷怕碱,不锈钢、金子、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,依然如旧。聚四氟乙烯在水中不会被浸蚀,也不会膨胀。据试验,在水中浸泡了一年,重量也没有增加,至今,人们还没发现,有任何一种溶剂,能够在高温下使聚四氟乙烯塑料膨胀。此外,聚四氟乙烯的介电性能也很好,它的介电性能既与频率无关,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,使它特别受到人们的重视。在冷冻工业、化学工业、电器工业、食品工业、医药工业上得到了广泛的应用。

人们已经开始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,聚四氟乙烯更是极受欢迎,用它制造耐腐蚀的反应罐、蓄电池壳、管子、过滤板;在电器工业上,在金属裸线上包上15微米厚的聚四氟乙烯就能很好地使电线彼此绝缘。另外,也用于制造雷达、高频通讯器材、短波器材等。不过,聚四氟乙烯的成本比较高,加工比较困难,目前生产上还受到一定的限制。另外,在使用时要注意不要使聚四氟乙烯接触250℃以上的高温,因为在高温下它会分解,放出剧毒的全氟异丁烯气体。全氟异丁烯不仅本身有毒,而且遇水后,会水解放出氟化氢,它也是一种很毒的气体。

用电写字

电在生活中的广泛用途是不言而喻的。你瞧,电灯、电影、电视、电炉、电子琴……等等,哪样离得开它呢。但是听到电还可用来写字,也许你会不相信吧,可这是千真万确的事情。

在一个玻璃杯中,放入少量食盐,再加进一些水和十几滴无色的酚酞溶液,用玻璃棒搅拌使食盐溶解;然后把一张白纸浸入玻璃杯中,待纸浸透后取出,放在一块铜板或铜片上面。接着再把2~4节干电池串联起来,用导线把电池的正极接在铜板上,负极接在一支两头都削尖的铅笔的一头上,用铅笔的另一头轻轻地在纸上写字,嘿,铅笔划处,竟出现了十分醒目的红字。

这里的奥秘在于:用石墨制成的铅笔芯是能够导电的。白纸上的食盐水通电后,会被电解,分离成氯气、氢气和烧碱;而烧碱遇到无色的酚酞溶液会变成红色。于是铅笔写过字的地方就留下了红色的字迹。如果用碘化钾、淀粉溶液浸透白纸,然后再把铅笔的一头与铜板的电极互换一下,那么写出来的就是蓝紫色的字了。

“一加一不等于二”

把一杯水倒进盆里,再倒进一杯水,盆里就是两杯水。同样,把一杯盐倒进罐里,再倒进一杯盐,罐里就有两杯盐了。如果把一杯盐和一杯水倒进盆里,那么盐水是不是两杯呢?请你做完下面的实验再回答。

实验一

实验用具:①天平一架。如果没有现成的天平,可以找一根粗细均匀的竹棍、两个同样的罐头瓶盖和一些线绳,做一个简易的天平。砝码可以用硬币代替。②量筒一个。没有现成的量筒,用一个大些的药瓶来代替也行。剪一张比瓶身短一点的窄纸条,把它对折成十等分,并划出记号,然后贴在瓶子上。③一根玻璃棒或者一根筷子。

实验方法:先用量筒取3个单位盐,放在天平上称一称,记下它的质量多少,将盐倒在纸上。再用量筒取7个单位水,也用天平称一称,并记下质量多少。然后把称过的盐徐徐倒入量筒。当盐还未溶解时,看看水面在什么位置并记下来。接着,拿玻璃棒插进量筒,轻轻搅动,使盐充分溶解,再看看液面在什么位置。你一定会发现,盐充分溶解后的液面比盐没有溶解时的水面低一些。那么,盐充分溶解后的盐水的质量是不是比原来盐和水的质量小呢?你可以把它放在天平上称一称,盐水的质量正好是盐和水的质量的总和,一点也没有减少。

实验二

刚才做的实验是固体(盐)和液体(水)混合的情况。液体和液体混合的情况又如何呢?请你再做下面的实验。

实验用具:天平一架、量筒两个、玻璃棒一根。

实验方法:用一个量筒取4个单位的酒精,放在天平上称一称,记下质量多少。用另一个量筒取6个单位的水,放在天平上称一称,也记下质量多少,然后把水徐徐注入酒精量筒。在两种液体尚未混合时,看一看液面在什么位置。再用玻璃棒搅动,使两种液体混合,再看看液面的位置。接着,你再把酒精和水混合的液体放在天平上称一称。你会得到同前一个实验一样的结果。

这两个实验说明:无论是固体溶解在液体里,还是液体和液体混合成溶液,混合后液体的质量等于混合前两种物质的质量的总和,而混合后液体的体积却小于混合前两种物质的体积的总和。

我们知道各种物质都是由分子组成的。各种物质的分子都有各自的质量和体积。质量的定义告诉我们:质量是物质本身的一种属性,它不随物质的形状、温度或状态的不同而改变,也不随物质的位置不同而变化。当两种物质混合后,它们的形状、位置发生了变化,但是质量并没有发生变化,所以混合前同混合后的质量相等。而体积就不同了,因为各种物质的分子有大有小。某种物质的分子大,它的分子与分子之间的空隙也大,某种物质的分子小,它的分子与分子之间的空隙也小。当小分子的物质和大分子的物质混合成溶液时,前者的分子就会填充在后者的分子空隙里。因此,两种物质混合成溶液后的总体积一般小于两种物质原来的体积的总和。这就像把一满碗花生米和一满碗小米混合后,未必有两满碗一样。

硝石精里的“无翅鸟”

在中世纪欧洲炼金术士密传的经典里,常画有一只手。手的大拇指上画着一顶皇冠——它代表的是硝石(即硝酸钾KNO3)。

为什么要用皇冠来代表硝石呢?因为炼金家们十分推崇硝石,甚至把硝石视为“万石之王”、“火的源泉”、“磨世间一切的磨石”……难道不是吗?把硝石洒到田地里,农作物生长得又快又好;本来只能缓慢燃烧的硫和碳,一经与硝石混合,会立即爆炸……

尽管当时人们如此崇拜硝石,但也没有人知道它的组成。人们纷纷实验着、探索着,经过长期不懈的努力,终于有人发现,用浓硫酸处理硝石的时候,能得到一种新的液体,但由于当时各种条件的限制,人们还没有能力分离和认清这种液体,故此,暂时给它取名为“硝石精”。

化学家总是爱刨根问底的,这“硝石精”里又有什么呢?17世纪德国的科学家格罗伯想得很奇特,他说里面有一只“无翅鸟”。既是鸟,当然会飞,而无翅膀的鸟则是人们没有见过的。什么样的物质能像他所说的这种无形的无翅鸟呢?只有气体!可当时,人们连空气中有氧气、氮气还不知道,自然也就无法讲清楚这只“小鸟儿”是哪种气体了。

又过了大约100年,经过许多位化学家的努力,人们终于认识到空气中有氧气和氮气,而且分别约占空气的1/5和4/5。但那只无翅小鸟与这两种气体有没有什么关系呢,谁也没来得及想。

1771年,著名英国化学家普利斯特里在实验中发现,当在空气中通过电火花时,其体积会变小,生成的气体还明显地显示出酸性。但在这种气体是什么的问题上,他却犯了“主观主义”的错误,认为它是“碳酸气”(即CO2)而错过了发现真理的机会。

后来,英国科学家卡文迪许采用让电流通过气体的方法,使电火花通过一根里面装有空气的管子,很快就看到管子中出现了红棕色的气体,它具有硝石精特有的那种气味,溶到水里以后就更与“硝石精”一样了。

可见,空气中的氧和氮,特别是它们化合而形成的二氧化氮,就是格罗伯所说的那只“无翅鸟”,它们能“钻”到水中又与水生成所谓的“硝石精”(即HNO3)。原来,作为神手皇冠的硝石,只不过是它的一种钾盐(KNO2)罢了。

就这样,人们经过了几百年的努力和摸索,才把“皇冠”、“硝石精”、“无翅鸟”认识清楚,这实在比逮一只有翅的小鸟难上不知多少倍。

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