落秋文学

第四章 科学技术与环境（第2页）

新元素

尽管地球上的万物形态各异，但都是由元素组成的。到目前为止，人类已经发现了112种元素，我们还会发现新的元素吗?

元素的发现史曲折而漫长。自18世纪下半叶氧元素被发现及化学家终于认识到物质的最基本成分是元素以来，寻找元素的工作就没有停止过。起初，化学家们主要是通过将已知的物质进行分解的办法来寻找元素。他们通过对各种物质进行实验，找到了包括氧、氢、氮等在内的许多种元素。但是由于受当时化学实验条件及实验技术的限制，曾使化学家们寻找新元素的工作处于一种停滞的状态。此时物理学家们为化学家们带来了物理学的新技术和新方法，并同化学家们一道开始了新元素的寻找工作。19世纪英国的化学家戴维，利用给苛性钾通电的方法发现了钾。1860年德国化学家本生，利用分光镜，采用光谱分析术，发现了铯，接着他又发现了铷。利用此法，英国科学家克鲁克斯发现了铊、德国物理学家赖赫和李希特发现了铟等。随着越来越多的新元素被发现，一些化学家开始探究这些元素之间的内在联系。1869年俄国化学家门捷列夫根据不同元素之间的一些内在的联系制作出了元素周期表。他将每一种元素都编了号。他不仅将当时所知的60种元素排在表中，而且根据元素性质的变化规律，大胆的预测了一些未知元素，并在表中给它们留出了位置。这张表为寻找新的元素带来了极大的方便。

进入20世纪以来，人们开始采用在实验室制造新元素的方法，并获得了成功。如在实验室制成了钫、砹、钜、钚、镅等。新的元素是否能够不断的被发现、被制造出来呢?自93号元素开始，所有的元素都是人造的。它们有一个特点，就是在放置的过程中会发生转化，变为别的元素。有的元素甚至只能存在一百亿分之一秒。所以新元素的发现将越来越困难。但是随着科学技术的进步，新元素的被发现仍然是可能的。

分子式

化学家已发现109种元素，这些元素的原子，以不同的方式结合就产生各种各样的分子。世上万物都是由这些分子组成的。例如，水是由水分子组成，水分子是由一个氧原子和二个氢原子组成。如果用文字来表达物质的组成，不但非常麻烦，而且各国文字不同，很难统一。自从有了化学分子式，世界上就有了统一的化学词汇，如水用H2O表示，就简单多了。

这种化学王国的统一词汇，是许多年研究的成果。现在，我们可以方便地书写物质的分子式了。单质的分子式，是在组成这种单质的元素符号右下角标上原子的个数。如氮气——N2，氧气——O2，铜——Cu。

假如是化合物，只要事先知道组成这个化合物一个分子中各原子的个数，然后依据正价原子在前，负价原子在后的原则，分别标上数字即可。如，水分子为H2O，生石灰为CaO，盐酸为HCL。

有了物质的分子式，成千上万种物质，都可以简洁明了地表示出来，而且全世界通用，学习也更方便了。

化学方程式

化学家用元素符号代表元素，用元素符号的组合——分子式代表各种各样的物质。我们把元素符号和分子式，分别比作英语中的字母和词汇。这比较清晰地表达了元素符号和分子式之间的关系。化学家正是依照这种思想，把分子式用适当的符号（如+，=）联结而成的句子来表示物质间的化学反应，这好像用词汇组成的语句一样。这样的句子，化学家称之为化学方程式。

例如，水分解成氢气和氧气的反应，可用下述的化学方程式来表达：

2H2O（液）=2H2（气）+02（气）这个化学方程式，如果用文字来表达，那就是：“2摩尔重36克的液态水分解生成2摩尔重4克的氢气和1摩尔重32克的氧气”，非常烦琐难读。因此，化学中所采用的化学方程式，与元素符号、分子式一样非常简洁明了，而且全世界通用。

世界上的物质千千万万，它们间的化学反应多种多样。如酒精的分子式为C2H6O，但这个分子式还可以表示另一种物质——甲醚。因此，只用一个化学方程式还不能完全表达清楚，化学家采用一种以结构式代替分子式表示的化学方程式。再如，水的分解是吸热反应，而氢气燃烧生成水的反应是放热反应，这样，上述的化学方程式又不能表示，于是就改用一种热化学方程式来正确表达。

空气

空气中的主要成分是氧气和氮气。氧气占空气的体积约21％，氮气约占78%，还有少量氩气、二氧化碳、氪、氖、氦、水汽、臭氧等。空气是一种弥漫在地球周围的混合气体，它与人类的生命活动有着密切关系。

例如，空气中二氧化碳增加，会使地球表面的气温升高，出现“温室效应”，造成气候反常等影响。据科学家预测，到公元2030年，如果地球气温比现在高4。5℃，这将使南极的冰层融化，引起海平面上升，最终导致全球性洪水泛滥，后果不堪设想。因此，科学家正在研究预防的办法。

科学研究已经证实，现代空气污染的主要原因是工业生产中释放的大量废气。由于煤和石油等燃料的大量消耗，空气中二氧化硫、悬浮颗粒物、氮氧化物、一氧化碳等有毒有害杂技含量增加，就会给人类带来灾难性的危害。1952年12月的伦敦烟雾事件，四天中死亡人数比常年同期约多4000人。事件发生的一星期内，支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱病患者的死亡人数分别为事件前一周同类死亡人数的9。3倍、2。4倍、5。5倍和2。8倍。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道疾病患者的死亡率都有成倍增加。

空气中的氧气是人类赖以生存的重要物质之一。人类应该使空气保持清洁、纯净、新鲜，只有在清新的气氛中才能愉快地工作、学习和生活。

二氧化碳

二氧化碳有个怪脾气，如果它在空气中的浓度超过5％，就会刺激人的呼吸中枢神经，使呼吸量增加两倍，并且有不舒服的感觉。随着现代工业的发展，从工厂排放出来的二氧化碳越来越多。有人认为，大气中二氧化碳增加，像厚厚的棉花胎覆盖着地面，使地面不断吸收太阳光，地上的热又无法散发出去，地球就会像一座大温室，可能给人类造成许多灾害。所以，二氧化碳常被人看作是“废物”，甚至当作危险的“敌人”。

现在，科学家已证实，二氧化碳也可以对人类作出大贡献。首先，二氧化碳是植物进行光合作用的原料。在光的作用下，二氧化碳加水可以转换成碳水化合物和氧气，因此，在广阔的田野上施放二氧化碳，并且设法延长光照时间，那么，二氧化碳就是理想的气体肥料，这是当代生物工程中的一个重要内容。同时，科学家正在研究人工合成叶绿体，一旦研究成功，水可以通过它制造出氢和氧，再用氢把二氧化碳还原成甲醛，最后将甲醛合成为糖类（HCHO）一此外，二氧化碳通过光合作用，还能变成羧酸、油脂、氨基酸等，这样，宇航员利用自己呼出的二氧化碳，加上一定量的水，就可以在太空生产粮食了。其次，给二氧化碳一些电子和能量，它会变得“活泼”起来，能参加许多化学反应，生产出甲醛、乙烯、甲酸、甲醇等化工产品。例如，早在1913年，就有科学家用。射线照射二氧化碳和氢的混合气，得到了甲醛。

科学家已经为二氧化碳找到了新用途，“废物”也可变成有用的东西。

乙烯

乙烯出生在石油裂化炉里，这个裂化炉好像《西游记》里太上老君的炼丹炉，乙烯就像是从炼丹炉里逃出来的孙悟空，有七十二般变化，神通广大。

生性活泼的乙烯，遇到其他化合物，很容易“摇身一变”成了新的“化身”。它与水结合，就会变成酒精；如果先同硫酸结合，再同水反应，也可以变成酒精。工厂里如果用乙烯制造酒精，能节约大量的粮食。如果许多个乙烯手拉手地连接在一起，只要有一定的压力和一些催化剂，就会聚合起来变成聚乙烯。我们日常生活中使用的食品袋，就是一种聚乙烯薄膜。用聚乙烯做的塑料管，不怕酸碱的腐蚀，又能任意弯曲，比用金属管要方便得多。

聚乙烯是个大分子，在单个聚乙烯分子里，有2000多个碳原子。这个分子像是一条又长又窄的长线。聚乙烯**经过喷丝头喷出，并且一边冷却，就成了聚乙烯纤维。乙烯和丙烯共同聚合，可以生成一种具有橡胶性质的聚合物，叫做乙丙橡胶。乙烯得到银的“帮助”，能在空气中氧化成环氧乙烷，再加水反应，变成乙二醇，它是制造“的确凉”的原料，也可制造防冻剂。

乙烯加上氯化氢，又“摇身一变”为镇痛急救药氯乙烷，如果进一步同铅作用，生成的四乙铅，是半个世纪来广泛使用的汽油抗爆添加剂，但是由于铅的毒害，无铅汽油正在逐步顶替它的位置。乙烯也能变成氯乙烯，从而制成聚氯乙烯树脂。它能做成各种塑料用品，或者做成聚氯乙烯纤维，再加工成具有保暖防病作用的内衣。

氢

汽车、飞机等现代交通工具都用汽油作动力燃料，可是汽油在内燃机里并不能完全燃烧，而且燃烧之后产生的有害废气又严重地污染大气。科学家经过长期研究，认为氢才是一种最理想的燃料。

水是氢的“仓库”，用电解的方法，可以把水中的氢和氧分离出来。如果把氢和氧重新混合燃烧，就会产生3000℃的高温。燃烧后生成的水对人类也不会产生污染，所以氢是最清洁的燃料。

氢又是热效率最高的燃料。同汽油相比，重量相等的氢在燃烧后产生的能量多，氢气在空气中燃烧的速度比汽油要大十倍以上。

以氢气作为燃料的最大困难是它不易贮存。氢在零下259℃以下才能变成固体。液态氢必须保存在零下253℃低温中，稍微提高一点温度，就会沸腾，到零下239。9℃，液态氢极易挥发和汽化。科学家已经想出了不少贮存的办法，但要把它变成汽车和飞机的燃料，仍有不少困难。

科学家还在考虑另一种比普通氢更好的燃料，它是氢的孪生兄弟——重氢，学名叫氘，从水中电解出来的氢里有万分之二是氘。每50吨水可电解产生5吨氢，其中有1公斤是氘，它在发生核反应时，能产生1。8亿千瓦的能量，相当于10公斤铀或2万吨煤所产生的能量。假如人工能够控制氘的核反应，那么氘便是取之不尽用之不竭的永久能源。

氮

氮是肥料三要素氮、磷、钾中首要一员，庄稼离不开氮。空气中虽有约五分之四的氮气，可惜不能直接被植物当作养料吸收。