落秋文学

第四章 科学技术与环境（第3页）

100多年前，化学家就设想把空气中的氮变成肥料。直到1908年，德国化学家哈柏才找到了用氮气和氢气直接化合生成氨的方法，也就是现在合成氨工业中的“哈柏法”。这种方法必须在高温高压下，才能把氮气和氢气经过催化而合成氨。

后来，人们从豆科植物的根瘤菌中得到启示，试图找到一种化合物，让氮气在常温常压的条件下，轻而易举地变成氮肥供植物吸收。

十多年前，我国科学家卢嘉锡在研究固氮酶固氮活性中心的结构模型方面取得成就。根据卢嘉锡教授的理论模型合成出的化合物，具有将氮气合成氨的能力，这项成果使我国在化学模拟生物固氨的研究上，达到了世界先进水平。

为什么豆科植物的根瘤菌能把氮气变成氮肥呢?十多年前，科学家从固氮微生物体内分离出固氮酶，对固氮酶的两种蛋白质——钼铁蛋白和铁蛋白进行了研究，才弄清了“庐山真面目”：只有这两种蛋白同时存在，固氮酶才有固氮能力。于是，科学家向固氮微生物学习，研究固氮酶的活性中心模型，以便让“模型物”像固氮菌一样，能够在常温常压下，把氮气源源不断地制造成氨。

生物固氮已成为“热门”课题。科学家们一方面要制造出一种能够在温和条件下合成氨的化合物，另一方面又想使其他植物像豆科植物那样自身具备固氮的能力。日本科学家发现了一种具有固氮能力的野生水稻，再用其他固氮遗传基因植入野生水稻，使其固氮能力一下子提高了三倍。

金刚石与石墨

1796年，英国伦敦有一位化学家，别出心裁地燃烧钻石，闪光的宝石竟变成了二氧化碳气体!这使他获得了一个真理：金刚石是碳的化身。20世纪初，科学家们又证明石墨和碳是一家。从此证明了坚硬的金刚石与软、脆的石墨、木炭是“孪生兄弟”。

人们总以为光彩夺目的金刚石最贵重，其实这是带杂质的金刚石。纯净的金刚石应该是无色透明的。金刚石比同体积的水重三倍半，又硬得出奇，可以用来刻划玻璃和制作钻机的钻头，开采石油。

石墨是松软的、不透明的灰黑色细鳞片状的晶体，它同金刚石恰恰相反，是最软的矿物之一。把石墨和粘土混合，就可以用来做铅笔芯。掺的粘土越多，铅笔芯越硬。干电池中的碳精棒，也是它的一种“化身”。

炭黑是极细的碳粉末，是比较纯粹的无定形碳。它在黑色的油墨里充当了颜料的“主角”。

金刚石、石墨和炭黑有各自不同的外貌，却都是一种元素——碳构成的。科学家把这类由同种元素构成的不同性质的物质，叫做同素异形体。

为什么由同一种碳原子组成的物质，外貌、性质却大不相同呢?科学家研究后，发现原来是由于原子的排列形式不一样引起的。金刚石结构中，每一个碳原子周围有四个碳原子，距离都是相等的，原子之间组成一个强有力的整体。而石墨内部的一个碳原子同相邻的四个原子间的距离是不相等的。离得较远的两原子之间的“拉力”较弱，容易断裂“分手”，这样，金刚石和石墨就出现了硬和软的不同“个性”。

在化学王国里，同素异形的例子很多，磷、硫等都有同素异形现象。几种不同性状的单质，虽然它们都是由同种元素构成，但其中原子的排列形式是不同的。

氧气氮气的分离

空气是覆盖在整个地球表面的大气。它是一个大家庭，有许多家庭成员。其中按体积计算，含量最多的是氮气，它占大气总体积的78％，其次是氧气，占21％，稀有气体占0。94％，二氧化碳占0。03％，其他气体占0。03％。平时这些成员和平共处，团结得很好，要想让它们分开可不是一件容易的事。

有些科学家提出这样的想法：在常温常压下不能将它们分开，如果将它们高度冷却，并加以很大的压力，使它们变为**，情况会怎么样呢?在这个想法的启发下，他们对氧气和氮气的沸点进行分析，发现二者的沸点不同，氮气的沸点比氧气的沸点低。我们知道，给两种沸点不同的**慢慢升高温度，沸点低的**先变成气体跑出。如果将液态空气的温度控制在氮气沸腾而氧气不沸腾的温度，此时液态的氦将转化为气态从液态空气中跑出，等氮气跑完了，留下来的几乎就是液氧了。

现代工业一般采用上述方法分离氮气和氧气。由于氮气和氧气呈气态时，占有的体积很大，不便于保存和运输，因此工厂通常采取给氮气或氧气加压的办法，使它们转化为液态装入特制的钢筒中保存。氧气一般充入到蓝色的钢筒中备用。我们在医院所见到的蓝色钢筒，就是液氧钢筒。当有病人急需输氧时，医生只需轻轻拧动钢筒上方的减压旋钮，液态的氧就会争先恐后地变为气体跑出来。

随着科学技术的进步，相信还会有新的分离氮气和氧气的方法问世。

一氧化碳

冬天用煤炉取暖，这是我国北方人的习惯。你可能有这样的体会：炉子刚生起来的时候，火苗特旺，燃烧一阵后，火渐渐地不及原来旺了，这时你用炉钩把炉底通几下，火苗就又旺起来，如果你把煤放得太多了，底下通风又不好，炉火会出现忽闪忽闪的蓝色火焰，这是什么原因呢?

我们都知道燃烧是需要氧气的，我们周围空气中氧气约占21％，如果炉底通风好，这些氧气是足够燃烧时用的。所以人们把炉子装上烟囱，一是为了排烟，二是利用热气上升的力量，再把空气从炉底带进炉内，如此循环往复使炉火燃烧。如果煤放多了，通风又不好，炉内氧气就会越来越少，炉内炽热的煤就会释放出一种气体叫一氧化碳，这蓝色火焰就是一氧化碳在燃烧。

一氧化碳是一种无色无味的气体，如果人吸了它，血液中的血红蛋白就会变成碳氧血红蛋白，人的中枢神经遭到破坏，这叫一氧化碳中毒，也叫煤气中毒。开始感到头晕、恶心，慢慢地就昏迷过去，如果时间长了，得不到救治，人就会死亡。不过一氧化碳也有个特点，空气一流通它就很快溜走了。所以冬天生炉子时，注意通点风，就不会煤气中毒了。

二氧化碳与温室效应

一走进植物园内的温室花园你就会感到闷热。为什么温室内的温度比外面高呢?原来，阳光透过温室的玻璃窗，照射在室内物体上时，物体吸收了阳光的能量变暖，变暖的物体散发出红外线释放热量，而玻璃能阻止红外线向外传播。这样，物体释放的能量在室内积聚，造成室内温度升高，这就是人们常说的温室效应。

大气中的二氧化碳气体也具有阻止红外线传播热量的作用，有人称其为“温室气体”。如果大气中聚集了太多的二氧化碳气体，使得太阳照射到地球表面而产生的热量无法向天外散发，地球表面温度升高，就会形成温室效应。由于温室效应会造成全球气候变暖，从而导致南北极地区冰雪溶化，使海平面上升，沿海城市或岛屿有可能被淹没。同时还会造成局部地区高温干旱或暴雨成灾，给人类的生存和生活带来影响。

要根除温室效应，最行之有效的办法是减少二氧化碳的排放量，同时大力开展植树造林，利用植物的光合作用吸收二氧化碳，保证二氧化碳和氧气的循环平衡正常进行。

最轻的金属——锂

锂是所有金属中最轻的一种。等体积的锂与水比较，锂的质量仅是水的一半。前苏联科学家利用锂轻的特点，将它与镁混合制成了一种超轻型材料——镁锂合金。这种合金比木板还轻，放在水里也不沉底，而且它强度大，塑性好。如果将它用在火箭和宇宙飞船上，可以大大降低重量。

锂身披银白色外衣，质地非常柔软，你可以用小刀像切像皮泥那样将它切割成小块。锂性格活泼，非常喜欢结交“朋友”。如果把它置于空气中，它会迅速与氧气“手拉手”燃烧起来，向外释放热量。这时你要想将火扑灭，可以用沙子遮盖，千万别用水浇。因为锂在水中性情变得更加狂躁，它会在水面上四处乱窜，并强行“赶走”水分子中的部分氢原子，氢原子两两组合成氢分子，聚集成氢气，从水中“逃出”。氢气又是一种极易燃烧的气体，它在空气中遇火就着。所以用水去救由锂燃烧产生的火，无疑是“火上浇油”。

由于锂具有广交“天下朋友”的性格，使得我们在自然界无法找到它独立存在的身影。锂具有广泛的用途，用它制成的电池不仅小巧，而且使用寿命长，锂在原子能工业、航天技术工业及有机化工等方面都发挥着重大作用。

最重的金属——锇

在金属家族中，最重的金属是锇。它的密度为22。57克立方厘米。与同体积的铝相比，它的质量比铝大10倍还多。它的“外观”也与众不同，穿着一身蓝灰色的外衣，具有很高的熔点，它的熔点仅比“高熔点之王”钨低92℃。它的质地坚硬而脆，不能承受机械处理。

人们将锇与铱混合制成了硬度很高的合金，并利用锇铱合金制造一些仪器的主要零件，如指南针等。我们使用的钢笔的笔尖，有些就是用锇铱合金材料制的。

锇在化工生产上具有重要的用途。它是生产氨（一种重要的化工原料和农用化肥）的重要帮手，利用它可以使生产氨在较低的温度和压力下完成，从而降低生产成本，提高生产效率。

粉末状的锇在空气中不稳定，可以和氧气缓慢结合，并生成具有挥发性的新物质。这种新的物质具有特殊性的气味，即使它的量很少，也可以被人闻到。该物质的蒸气没有颜色，是一种剧毒的物质，能够强烈刺激人的呼吸道，使人中毒。它也能够对人的眼睛造成伤害，使眼睛失明。

最软的金属——铯