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第13章 化学与其他(9)

在电影中常常看到公安人员利用指纹破案的情节。其实,只要我们在一张白纸上面用手指按一下,然后把纸上手指按过的地方对准装有少量碘的试管口,并用酒精灯加热试管底部。等到试管中升华的紫色碘蒸气与纸接触之后,按在纸上的平常看不出来的指纹就会渐渐地显示出来,并可以得到一个十分明显的棕色指纹。如果把这张白纸收藏起来,数月之后再做上面的实验,仍能将隐藏在纸面上的指纹显示出来。

这是因为,每个人的指纹并不完全相同,而手指上总含有油脂、矿物油和汗水等。当用手指入纸上面按的时候,指纹上的油脂、矿物油和汗水就会留在纸面上,只不过是人的眼睛看不出来罢了。而纯净的碘是一种紫黑色的晶体,并有金属光泽。有趣的是,绝大多数物质在加热时,一般都有固态、液态和气态的三态变化。而碘却一反常态,在加热是能够不经过液态直接变成蒸气。像碘这类固体物质直接气化的现象,人们称之为升华。同时碘还有易溶于有机溶剂的特性。由于指纹含有油脂、汗水等有机溶剂,当碘蒸气上升遇到这些有机溶剂时,就会溶解其中,因此指纹也就显示出来了。

锂盐与精神病

精神病是一种对社会有严重危害的疾病,全世界约有数以百万计的精神病患者,既给家庭和个人带来不幸,又是社会的沉重负担。因此,寻找治疗精神病的药物具有重要的意义。

澳大利亚有一位名叫卡特的精神病学家,长期来对精神病进行了研究。他把病人的尿注射到几内亚猪的腹腔中,猪果然中毒。他猜测这种毒物的分子为尿酸,于是卡特就用尿酸代替病人的尿液继续实验。由于尿酸溶解度低,他就把尿酸锂来代替尿酸。当卡特把尿酸锂注入猪的腹腔中时,猪的中毒现象不仅没有加剧,反而大大缓解。卡特干脆用更容易溶解的碳酸锂注入猪腹腔内,原来呆板的猪竟然变得活泼了,症状也明显多了。

为什么锂盐注入猪的腹腔内,猪的精神症状会缓解呢?原来因为锂离子抵御了精神躁狂和抑郁病人中的尿酸毒性。从此,一种有效治疗精神病的药物——碳酸锂问世了。

用碳酸锂治疗精神病是一个伟大的发现,因为它产生了巨大的社会价值。自从1949年发现这种药物以来,大约有数以十万的患者从精神病的病魔中解脱出来,直至今日,他认识一种广泛使用的治疗精神病的药物。卡特的意外发现,创造了精神病治疗史上的奇迹。

沙里淘金

金的化学性质特别稳定,很难同其他元素化合,因此它以游离态存在于自然界。在地壳中,由于金的含量很少且非常分散。所以它的价格极其昂贵。在我国的一些江河的沙中常混有少量的小金粒。

要从沙粒中分离出金粒实质上是从混合物中得到纯净物。根据沙和金的比重不同,人们把含有金屑的沙粒在水中荡洗,使其一圈一圈地旋转沙子比较轻轻随水流去,金子重留在底部,这就是常说的淘金。经过淘洗大量的沙子后,可以得到很少很少的金粒。把这些小金粒熔化加工可制成金块。金条等。由此可知,沙中淘金是那么不容易,必须付出巨大的劳动。后来,人们引用“沙里淘金”来比喻从大量的材选择精华。

漫谈盐酸

一、盐酸史

“三酸“之中盐酸的发现和制备较硫酸和硝酸为晚。虽然早在炼金时代就已发现了氯化氢气体,但这种无色有强烈刺激性的气体并未引起人们的重视。直到15世纪才开始出现有“盐酸”这一名词。

1648年德国药剂师J.R.格劳伯将食盐和矾油(硫酸)放人蒸馏釜中加热制取硫酸钠,并将逸出的刺激性气体用水吸收得到一种酸性溶液(盐酸)。因为食盐来自海水,格劳伯就将盐酸称之为“海盐精”。这是实验室制备盐酸最古老的方法。因原料价廉易得,装置亦较简单,直到今天在化学教学中讲解氯化氢和盐酸时,仍在来用这种制备方法。此外采用盐卤(主要成分是氯化镁)水解制取盐酸的方法也较古老。反应方程式可表示为:1807年英国著名化学家戴维在研究电解食盐水时,除得到氢氧化钠溶液外,还得到了纯净的氢气和氯气,从而为氯碱工业的诞生打下了理论和实验基础。

自19世纪始,格劳伯盐(硫酸钠)曾经风行一时,大量用于制硫化碱(硫化钠)和纯碱,在造纸、玻璃和医药方面应用广泛,需求量很大。但制备硫酸钠熔块同时放出的氯化氢气体并未利用,直接排入大气后,造成严重的空气污染。19世纪中叶英国政府只得通过法令,禁止向大气排放高浓度的氯化氢气体,于是生产工厂采用水吸收的方法来处理,得到了大量的酸性溶液—盐酸。

19世纪末,由于大功率直流发电机研制成功,才为工业化发展氯碱工业提供了物质条件。 1890年在德国建成第一个制氯工厂,1893年在美国纽约建成第一个采用隔膜法电解食盐水制取烧碱和氯气的工厂。第一次世界大战前后,世界上氯碱工业发展迅速,才满足了纺织、印染、造纸、人造纤维和生产各类有机、无机化学品和军事化学品对烧碱和氯气的需要,以后随着石油化工的蓬勃兴起,对氯的需求量激增,再次推动了氯碱工业发展并形成规模,为了利用大量的副产品氢气,用合成法生产盐酸也就顺理成章地相应发展起来。

合成法生产盐酸原理简单。氢气在纯净的氯气中燃烧即可得到高浓度的氯化氢气体,经水吸收就生成质地纯正的盐酸。本世纪上半叶合成法逐渐成为世界各国生产盐酸的主要方法。

20世纪20年代,中国著名化学实业家吴蕴初先生在1921年试制味精成功,1922年他和张崇新合资创办上海天厨味精厂,产品畅销国内及东南亚各国,并远销美国。为解决生产味精的必需原料盐酸,吴蕴初在上海建立了我国第一家氯碱厂,这就是1929年他集资创办的天原电化厂。第二年该厂即投产,主要产品为盐酸、烧碱和漂白粉三种,盐酸用合成法生产。

二、合成法制盐酸简要流程

合成法制盐酸可分为:氯化氢气体的合成、冷却和干燥及盐酸的生成三个阶段。

干燥的氢气和氯气在合成塔中燃烧生成氯化氢气体,纯度可达到95%以上。合成塔外壳用钢质材料制成,内有耐热、耐酸衬里材料和特殊的燃烧器。从合成塔导出的高温氯化氢气体腐蚀性很强,管道常用耐热耐腐蚀的工程塑料制作。近300℃的高温氯化氢气体先经空气冷却器冷却,再经不透性石墨冷却器(由石墨和合成树脂制成,耐酸性强,传热性好)进一步冷却到20℃~30℃,然后经过二个干燥塔用浓硫酸干燥,再送人吸收塔进行吸收,塔顶自上而下喷淋净水,氯化氢气体逆流而上,塔底可获得浓度约为3l%的浓盐酸。吸收过程放热,生成的浓盐酸要经石墨冷却器冷却后送至贮槽贮存,再用泵打至高位槽进行成品包装。

我国生产的合成盐酸浓度大致为31%,其中含铁量0.01%,含砷0.0002%。一般每生产一吨31%的盐酸,消耗氯气为0.310吨,氢气9.8千克,98%的浓硫酸24.8千克。

国内亦曾报道过一种合成法生产盐酸的新工艺,合成、冷却、吸收三个工序在一个专门的设备里完成,称“三合一”盐酸合成法。其特点是:设备占地少,操作方便,产品酸浓度可高达40%以上;但设备结构、制造较复杂,维修较困难为其不足之处。

随着有机合成工业的飞速发展,综合利用有机化合物在氯化过程中大量产生的氯化氢气体,用来生产副产品盐酸成为大势所趋,其产量增长十分迅速。从20世纪50年代开始,在工业发达国家中,副产品盐酸的产量已经超过用合成法生产的盐酸。在制造滴滴涕、氯苯、氯乙烯等有机化工产品过程中就可生产副产品盐酸。既能大大减轻氯化氢气体对设备的腐蚀和环境污染,又使之得到综合利用生产了大量成本低廉的副产品盐酸。在有机合成工业发达的国家,仅副产品盐酸的产量就已超过了工业的需求量,在美国、德国、法国等国还将盐酸分解为氢气和氯气来解决盐酸过剩的矛盾。

三、盐酸的性质及用进

我国市售的商品浓盐酸含氯化氢31%左右,试剂级浓盐酸则达35%,比重约1.19。纯净浓盐酸为无色液体,工业品常因含有三价铁离子而显黄色。浓盐酸有强挥发性,强腐蚀性,通常用玻璃、陶瓷或搪瓷容器盛装。

盐酸是重要的基本化工原料,应用十分广泛。主要因于生产各种氯化物;在湿法治金中提取各种稀有金属;在有机合成、纺织漂染、石油加工、制革造纸、电镀熔焊、金属酸洗中是常用酸;在有机药物生产中,制普鲁卡因、盐酸硫胺、葡萄糖等不可缺少;在制取动物胶、各种染料时也有用武之地;在食品工业中用于制味精和化学酱油;医生还直接让胃酸不足的病人服用极稀的盐酸治疗消化不良;在科学研究、化学实验中它是最若用的化学试剂之一。

目前世界上盐酸的主要生产国有美国、德国、法国、日本,按含氯化氢100%计算,产量均都超过500万吨,而且大部分是以副产品盐酸居多,据“中国统计年鉴”材料报道,1990年我国盐酸产量按含氯化氢100%计也已达到了262.3万吨,其中合成法产盐酸119.65万吨,也已低于副产品盐酸了。

酸碱指示剂的发现

酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂,像科学上的许多其他发现一样,酸碱指示剂的发现是化学家善于观察、勤于思考。勇于探索的结果。

300多年前,英国年轻的科学家波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇特的实验现象,有一天清晨,波义耳正准备到实验室去做实验,一位花木工为他送来一篮非常鲜美的紫罗兰,喜爱鲜花的波义耳随手取下一块带进了实验室,把鲜花放在实验桌上开始了实验,当地从大瓶里倾倒出盐酸时,一股刺鼻的气体从瓶口涌出,倒出的淡黄色液体世冒白雾,还有少许酸沫飞溅到鲜花上,他想“真可惜,盐酸弄到鲜花上了”,为洗掉花上的酸沫,他把花放到水里,一会儿发现紫罗兰颜色变红了,当时波义耳既新奇又兴奋,他认为,可能是盐酸使紫罗兰颜色变红色,为进一步验证这一现象,他立即返回住所,把那篮鲜花全部拿到实验室,取了当时已知的几种酸的稀溶液,把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中,结果现象完全相同,紫罗兰都变为红色。由此他推断,不仅盐酸,而且其他各种酸都能使紫罗兰变为红色。他想,这太重要了,以后只要把紫罗兰花瓣放进溶液,看它是不是变红色,就可判别这种溶液是不是酸。偶然的发现,激发了科学家的探求欲望,后来,他又弄来其他花瓣做试验,并制成花瓣的水或酒精的浸液,用它来检验是不是酸,同时用它来检验一些碱溶液,也产生了一些变色现象。

这位追求真知,永不困倦的科学家,为了获得丰富、准确的第一手资料,他还采集了药草、牵牛花,苔藓、月季花、树皮和各种植物的根……泡出了多种颜色的不同浸液,有些浸液遇酸变色,有些浸液遇碱变色,不过有趣的是,他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液,酸能使它变红色,碱能使它变蓝色,这就是最早的石蕊试液,波义耳把它称作指示剂。为使用方便,波义耳用一些浸液把纸浸透、烘干制成纸片,使用时只要将小纸片放入被检测的溶液,纸片上就会发生颜色变化,从而显示出溶液是酸性还是碱性。今天,我们使用的石蕊、酚酞试纸、pH试纸,就是根据波义耳的发现原理研制而成的。

后来,随着科学技术的进步和发展,许多其他的指示剂也相继被另一些科学家所发现。

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