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第15章 化学与生活关于水水是什么?(1)

按常理说,水就是水,分子式是H2O,一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。可是,在日常生活中,很难找到纯粹的水。黄河的黄水中混有泥沙,糖水里溶解了糖,汽水里溶解了二氧化碳气。

纯粹的水,应该没有泥沙,也没有尘埃,没有溶解在水里的二氧化碳气和一切气体,也不含冰粒,静静地放置在那儿,温度冷到0℃时不结冰,继续降温,冷却到零下70℃,也不会结冰。这是水的过冷状态。不过,只要加入很少的微小尘埃,轻轻地一撞击,类似苍蝇撞到容器,破坏了静止状态,水温马上从-70℃上升到0℃,顷刻之间,水结成了冰。

生活经验告诉我们,气体是可以压缩的,只要加大压力,体积就会缩小,而水是不可压缩的。可是,在大洋深处,压力非常大,水也会被压缩,体积缩小了。如果水是不可压缩的,大洋的水体积就比现在的大,大洋的水面将会上升30米!

这两条水的趣闻,尽管知道的人很少,却是真实的。关于水,也还有一些暂时没有明确结论的疑问。

在我们面前放一杯纯水,这杯水里的水分子多得说不清,那么这些水分子之间有没有什么关联?现在已经知道,在这些水分子之间并不是像一堆散沙似的互不相关,是有关联的。它们之间存在着结合的关系,说不定是十个八个分子结合在一起,或者是一百两百个分子结合在一起,形成缔合分子。一个缔合分子含有多少个水分子,回答是一个“x”。“x”,一个未知数,也就是一个疑问。

很早以前,人们就知道,用融化后的冰雪水去浇蔬菜,种子的出苗率高,成熟期提前,产量增加。为什么会有这种神奇的功效呢?有人认为,水原先含有溶解了的气体,冻结以后,气体被排挤了出去,成为了活水。

这就启发科学家去做实验,用烧开水的办法把溶解在水中的气体驱赶出去,等热开水成为凉开水,冷却到20℃的时候,切几片叶子扔到水里,叶片就会吸水,吸水量很大,是自来水的5倍到6倍,冰雪水的两三倍,显示出奇特的变化。

长期研究以后发现,这种水对植物有生理活性,可以促进叶子合成叶绿素和胡萝卜素,提高光合作用的效果,于是就把这种水叫做“活水”。用“活水”去浇灌蔬菜、浸泡种子固然能够增产,只是成本太高,活水的作用主要是能帮助我们去认识水。

原来,排除了气体的活水和生物体内的细胞水极其相似。说到这里,就涉及到了“水就是水”和“水与水不同”的问题,涉及了水分子的排列。

按常理,水分子的排列应该是很有秩序、很有规则的,当水中有了被溶解的气体时,这些气体分子就会打乱这种秩序和规则。秩序混乱的水进入生物体内,生物利用水的时候需要排除水中的气体,要耗费额外的能量。而活水已排除了水中的气体,水分子排列有序,也就能很快地转化为细胞水。

如果说大家对冰雪水的作用还比较陌生的话,那么,对磁化水应该说是熟朋友了。把开水倒进磁化杯,过一会儿倒出来,就成了磁化水。简单地说,普通的水进入强磁场,切割一定的磁力线以后,就成为了磁化水。

磁化水最显著的特点是可以消除水垢。工业锅炉不断地烧水,水垢就会积结在锅炉壁上,越积越厚,耗费的能量越来越多。水垢结在封闭的锅炉内,很难清除。好了,输入锅炉内的水只要改用磁化水,就可以消除原来的水垢,而且不会再结新的水垢。

在农村,用磁化水去浸泡甜菜种子,种出来的甜菜糖分增加。用磁化水去灌溉,大豆、萝卜、黄瓜和小麦都得到了丰收,产量可以提高10%~45%。用磁化水去喂家禽家畜,体重可增长20%~30%。

而我们熟悉的磁化水,大多是家用的磁化水,肾结石患者每天饮用从磁化杯和磁化热水瓶中倒出来的磁化水,肾结石就会逐渐溶化,而被排出体外。据分析,人体内的肾结石结构与锅炉中的水垢相似,这也就是磁化水能治肾结石的原因。

磁化水已经表现出了与普通水不同的特性,起着特殊的作用。那是不是在经过强磁场以后,水的本身已经有了磁性?

不是,磁化水本身没有磁性,只是在磁化以后,密度、黏度、表面张力等特性方面与磁化以前有所不同,缔合状态也不同。

有人顺着活水的思路去想问题,认为磁化水,也是因为提高了水的活性。但是,这种说法也只是一种猜测,活水的特性只是相似生理水,用活水去清除锅炉内的水垢就不灵。

有一种说法说,水是磁性分子,在磁场中运动必然会产生微电,有了微电流的存在,就可以用磁化水除去锅炉里的水垢。

还有一种说法是,要充分认识水的缔合状态,在普通水里,一个缔合分子结合的分子太多,形成长链,有活性的水分子很少。而在磁场作用下,由长链结合转变为短链结合,变成活性强的单个分子,这样,水就比较容易渗入坚硬的水垢之中,使水垢疏松而容易脱落。在生物体内,磁化水也显示出较高的活性……总之,哪种说法有道理,还是一个疑问。

人类每天必吃的盐——氯化钠

我们每天都在吃进食盐,但是,为什么要吃氯化钠,未必十分清楚。医学界公认,钠是人体必需的金属元素,在南美洲有一个民族,由于无法弄到盐,做菜不用盐,他们一直被缺盐引起的典型症状(脱水、神经反射不好)所折磨。

人体是由细胞组成的,细胞膜对钠离子并不是通行无阻的,细胞外面钠离子浓度比细胞里面多100多倍,这就是维持生命的重要环节。如果细胞内外的钠离子浓度变得一样,生命活动就要停止。为阻止细胞内外的钠离子浓度变得一样,全靠细胞膜这所精密的大门来控制,细胞内所需的钠离子不够时,细胞膜大门便打开,将离子放进去;细胞内钠离子多余时,又要把细胞膜大门打开,将钠离子放出去。利用控制钠离子浓度的方法,维持了生命活动。

在人体中,钠主要以氯化钠的形式存在,依靠它,可以把一定量的水吸到细胞里,使人体各组织里维持一定的水分。

尽管我们的饮食、呼吸和排泄物中不断地带着酸和碱进进出出,可是我们的血液总是大体上保持中性的。那么,人靠什么来维持这种酸碱平衡呢?这主要靠血浆中的碳酸(由二氧化碳溶于水形成)和碳酸氢根离子来共同维持。碳酸和碳酸氢根离子组成了缓冲溶液,它既能抗酸,又能抗碱,维持了血浆的酸碱平衡。在新陈代谢过程中,碳酸氢根离子的调节是靠钠离子来完成的,所以钠离子在维持血浆的酸碱平衡中起主要作用。

对一个人来说,到底饮食中需要多少食盐,是因人、因地、因环境而不同的。通常认为,每人每天大约需要1~2克食盐,其中大部分是在做主、副食时加进去的。食盐的平衡又与水的平衡分不开,高温作业的工人出汗很多,要喝盐汽水,以补充因出汗太多而损失的大量盐分。

人造宝石

在自然界里有一类奇特的石头,它晶莹透明、平整光滑,在阳光照耀下闪闪发光、璀璨夺目,令人神往。人们把这些光怪陆离的石头称为宝石。红宝石是一种红色透明的宝石,天然存在的红宝石中最名贵的有两种:一种是“鸽血红”红宝石,颜色鲜红如血,与钻石一样名贵;另一种是“石榴籽”红宝石,它晶莹通透,如同浅红用人造宝石制成的女性饰品不亚于天然宝石。色的石榴籽实,令人赏心悦目。

自然存在的宝石极为稀少,远远满足不了人们的需要。1891年,法国人维纳尔利用化学方法制取了红宝石,从此以后历经数十年,人造宝石便发展成了一个子孙满堂的大家族。

当时维纳尔用氢氧焰的高温,将氧化铝熔融,并加入少量的铬,然后让其冷却、结晶,便得到了一种颜色非常漂亮的红色晶体,这就是红宝石。令人遗憾的是,这样生产的红宝石内部常有球形或蝌蚪尾形的气泡。后来人们改进了方法,终于生产出以假乱真的红宝石了。

人们仔细地观察研究人工制造的红宝石,发现有的红宝石在磨成半球或椭圆半球形后,受到阳光照耀时,在球形表面会出现6条或4条闪光亮线,耀若星辰,给红宝石又添了一分美丽。原来红宝石的星光是由于宝石的晶体内有极细小的针状杂质,或极细小的裂纹,这些杂质或裂纹会引起光的反射,呈现出星状闪光来,于是人们后来在制造红宝石时,特意加入一些“杂质”——金红石,这样生产出来的红宝石个个星光闪耀,美不可言。

除用作装饰品和艺术品外,红宝石还有更为广泛的用途。它硬度仅次于金刚石,用它制成的精密仪表的轴承非常耐磨,像手表中一颗颗红色闪光的“钻石”轴承,便是由红宝石加工制成的;20世纪60年代初,人们还用人造红宝石射出了世界第一束激光……先辈们用化学这把钥匙打开了宝的大门,让我们到宝库中去寻找更多更美的“红宝石”吧。

对症下药的洗涤剂

衣服脏了要用洗衣粉洗,清洗厨房用具要用洗洁精,这是我们都知道的。但你知道它们是用什么做的吗?如果你看一下表面活性剂去污过程示意图它们包装上的成分说明,你就会发现“表面活性剂”这个词。那么什么是表面活性剂呢?让我们慢慢说来。

表面活性剂亦称界面活性剂。是能显著改变液体表面张力或二相间界面张力的物质。在分子中含有亲水的和疏水的两个组成部分,在液体中趋向集中于该液体和另一相的界面,形成薄分子膜而降低张力,从而发生润湿、乳化、分散或起泡等作用。表面活性剂是一大类物质,据统计有1000多种,今后还将有新品种研究开发出来,常用的有150多种。它们与我们生活息息相关,影响和改变着我们的生活。

众所周知,肥皂是最常用的和历史最悠久的一种洗涤剂。约在公元2世纪,埃及人就知道利用动物的脂肪和草木灰(其中含有碱性的碳酸钾)制造肥皂,可算是最早的表面活性剂了。人人熟悉的洗衣粉是由表面活性剂和各种助剂(如分散剂、填料酶、增白剂、香料等)配制而成的。

表面活性剂不仅能洗涤脏衣服,而且能清洁被污染的海洋。曾经在美国西部太平洋沿海,有一艘满载着石油的巨型油轮触礁沉没断成两截,海面上漂浮着黑色的油膜,油花随着海浪冲向海滩,美丽的海滩顿时变了样,黑糊糊的一片,气味熏人。美国科学家和美国海军想出一个好办法,用洗衣粉给海滩洗澡。他们把成吨的洗衣粉撒在被石油污染的海面上,结果,奇迹发表了,油膜消失了,黑油油的海滩恢复了原来的容颜。

表面活性剂为什么具有这样强的去污能力?下面这个实验能很好地解释这个问题。

在一小瓶水中加一滴植物油,盖上瓶盖,然后用力摇晃,不一会儿,你就会看到,瓶里的一滴油变成了许多颗粒更细的油珠,它们被均匀地分散在水里。最后,你把瓶子放在桌子上,静止片刻后,你再进行观察,就会发现,分散在水里面的小油珠又会聚集在一起,水还是水,油还是油。

如果往盛水的瓶子里加入一滴植物油,再加少量的洗衣粉,用力摇荡,就会出现另外一种结果。瓶子里的油滴被分散开来,而且变成了一瓶混浊的液体,然后你也把瓶子放在桌子上静置。不过,这一次静置的结果和上一次大不相同了,不管时间过了多久,瓶子里的油和水还在一起,放在桌子上的总是一瓶混浊的液体。

这个小小的实验体现了表面活性剂去污的原理。

原来,洗衣粉中的表面活性剂烷基苯磺酸钠分子可以分为两部分,一部分是亲水的,它和油是疏远的;另一部分是亲油的,它和水是疏远的。具体来说,分子中烷基苯一端是亲油的,磺酸钠一端是亲水的。

洗衣服时,把脏衣服浸泡在溶解了洗衣粉的水中以后,衣服纤维的表面吸附着油脂性的脏东西,如果只用水,并不能把这些油污从衣服纤维的表面洗下来。在水里加了洗衣粉之后,溶解在水中的烷基苯磺酸钠分子就开始起作用了。

当烷基苯磺酸钠靠近纤维表面的油污时,亲油的烷基苯就会朝向油污,被吸附在油污表面;亲水的磺酸钠就会朝向水。被吸附在油污表面的烷基苯会越来越多,它慢慢地把油污包围起来。另一方面,磺酸钠又具有亲水性,水就会把烷基苯磺酸钠和被烷基苯磺酸钠包围的油污拉到水里,使油污从纤维的表面脱落下来。

最后,油污完全被烷基苯磺酸钠包围,并被拉到水里,变成了许多被乳化的小油珠。然后人们把脏水倒掉并冲洗衣服,油污就被清洗掉了。

表面活性物质或表面活性剂的应用很广泛,除了洗涤和采油之外,它还用于矿物浮选,使矿物跟岩石分离。用于除莠剂、杀虫剂、杀菌剂等的喷雾操作,使农药液的润湿性、渗透性更好。食品工业中用于防止香精油从饮料、冰激凌中分离。用于电镀工业,使电镀液能更好地润湿镀件。在建筑工业中,往沙浆中加入少量表面活性剂,能使沙浆更好地跟砖接触,更容易在砖面上展开。在油漆工业中,使高分子涂料与颜料能均匀地混合。用于化妆品,能防止乳状液分为两层。在金属铸造中,使模具与铸件易于分离。用作防止腐蚀剂,如它能在输油管内壁形成保护膜。

表面活性剂给人们的生活,给工农业生产带来极大方便的同时,也给我们的环境带来了污染。据有关方面报道,我国的江湖,例如淮河、辽河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影响到人们的生活。其中滇池污染已经证明是由于居民大量使用含磷洗涤剂造成,水质受到严重影响,清澈透明的湖水变得乌黑、发臭。

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