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第16章 碱金属(5)

300多年前,英国年轻的科学家波义尔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,波义尔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,喜爱鲜花的波义尔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,倒出的淡黄色液体冒出白雾,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,当时波义尔既新奇又兴奋,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迸溶液,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,波义尔把它称作指示剂。为使用方便,波义尔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,就是根据波义尔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。

把化学确立为科学的波义尔

化学史家都把1661年作为近代化学的开始年代,因为这一年有一本对化学发展产生重大影响的著作出版问世,这本书就是《怀疑派化学家》,它的作者是英国科学家罗伯特·波义尔。革命导师恩格斯也同意这一观点,他誉称“波义尔把化学确立为科学”。波义尔是怎样一位科学家?在发展化学科学上作出了哪些突出的贡献呢?

巨人辈出时代的平凡经历

波义尔生活在英国资产阶级革命时期,也是近代科学开始出现的时代,这是一个巨人辈出的时代。波义尔在1627年1月25日生于爱尔兰的利兹莫城。就在他诞生的前一年,提出“知识就是力量”著名论断的近代科学思想家弗兰西斯·培根刚去世。伟大的物理学家牛顿比波义尔小16岁。近代科学伟人,意大利的伽利略、德国的刻卜勒、法国的笛卡尔都生活在这一时期。

波义尔出生在一个贵族家庭,家境优裕为他的学习和日后的科学研究提供了较好的物质条件。童年时,他并不显得特别聪明,他很安静,说话还有点口吃。没有哪样游戏能使他入迷,但是比起他的兄长们,他却是最好学的,酷爱读书,常常书不离手。8岁时,父亲将他送到伦敦郊区的伊顿公学,在这所专为贵族子弟办的寄宿学校里,他学习了3年。随后他和哥哥法兰克一起在家庭教师陪同下来到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了2年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程,更重要的是,瑞士是宗教改革运动中出现的新教的根据地,反映资产阶级思想的新教教义熏陶了他。此后波义尔在实际行动中虽然未参与任何一派,但是他在思想上一直是倾向于革命的。

1641年,波义尔兄弟又在家庭教师陪同下,游历欧洲,年底到达意大利。旅途中即使骑在马背上,波义尔仍然是手不释卷。就在意大利,他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象,20年后他的名著《怀疑派化学家》就是模仿这本书的格式写的。他对伽利略本人更是推崇备至。

波义尔的哥哥们和他们的父亲一样,在英国的资产阶级革命中都是保皇派。1644年,他父亲在一次战役中死去。家庭情况的突变,经济来源的中断,使波义尔回到战乱的英国。回国后他随着同情革命的姐姐莱涅拉夫人一起迁居到伦敦。在伦敦他结识了科学教育家哈特利帕,哈特利帕鼓励他学习医学和农业。

波义尔在家里是14个兄弟姊妹中最小的一个:在他3岁时,母亲不幸去世。也许是缺乏母亲照料的缘故,他从小体弱多病。有一次患病时,由于医生开错了药而差点丧生,幸亏他的胃不吸收将药吐了出来,才未致命。经过这次遭遇,他怕医生甚于怕病,有了病也不愿找医生。并且开始自修医学,到处寻找药方、偏方为自己治病。哈特利帕的鼓励使他下决心研究医学。当时的医生都是自己配制药物,所以研究医学也必须研制药物和做实验,这就便波义尔对化学实验发生了浓厚的兴趣。

在研究医学的过程中,他翻阅了医药化学家的许多著作,他很崇拜比他大50岁的比利时医药化学家海尔蒙特。海尔蒙特不论白天黑夜,完全投入化学实验,自称为“火术的哲学家”。这就成为波义尔学习的榜样。波义尔为自己创造了一个实验室,整日浑身沾满了煤灰和烟,完全沉浸于实验之中。波义尔就是这样开始了自己献身于科学的生活,直到1691年底逝世。

钠与我们的生理

钠是人体必不可少的元素。在人的体内,它发挥着以下的作用:

1.钠是细胞外液中带正电的主要离子,参与水的代谢,保证体内水的平衡。

2.维持体内酸和碱的平衡。

3.是胰汁、胆汁、汗和泪水的组成成分。

4.参与心肌肉和神经功能的调节。

人体内钠在一般情况下不易缺乏,但在某些情况下,如禁食、少食,膳食钠限制过严而摄入非常低时,或在高温、重体力劳动、过量出汗、肠胃疾病、反复呕吐、腹泻使钠过量排出而丢失时,或某些疾病,如生病引起肾不能有效保留钠时,胃肠外营养缺钠或低钠时,利尿剂的使用而抑制肾小管重吸收钠时均可引起钠缺乏。钠的缺乏在早期症状不明显,倦怠、淡漠、无神、甚至起立时昏倒。失钠达0.5g/kg体重以上时,可出现恶心、呕吐、血压下降、痛性吉尔痉挛,尿中无氯化物检出。

正常情况下,钠摄入过多并不蓄积,但某些情况下,如误将食盐当食糖加入婴儿奶粉中喂哺,则可引起中毒甚至死亡。急性中毒,可出现水肿、血压上升、血浆胆固醇升高、脂肪清除率降低、胃黏膜上皮细胞受损等。成人适宜摄入量(AI)为2200mg/d。

钠普遍存在于各种食物中,一般动物性食物高于植物性食物,但人体钠来源主要为食盐和加工、制备食物过程中加入的钠或含钠的复合物(如谷氨酸、小苏打等),以及酱油、盐渍或腌制肉或烟熏食品、酱咸菜类、发酵豆制品、咸味休闲食品等。

金属钠属于遇湿易燃品,遇水或潮气会大量放热引起火灾或爆炸,须储存于煤油中。

食盐的分类

以氯化钠为主要成分、供人类食用的盐,中国食盐标准由国家规定,感官指标为色白,无可见的外来杂物,味咸,无苦味,无异臭。理化指标应符合规定要求。食盐分精制盐、粉碎洗涤盐、普通盐,此外还有特种食盐。

精制盐以地下天然卤水、岩盐水溶开采得到的卤水和溶解粗盐制成的卤水为原料,用化学方法除去其中的可溶性杂质,澄清后,再经蒸发、结晶、脱水、干燥、筛分而成。井矿盐区都以岩盐水溶开采得到的卤水或地下天然卤水为原料,生产精制盐。在经过筛选的精制盐中,添加适量的抗结剂,搅拌均匀,即成餐桌盐。

粉碎洗涤盐以海盐、湖盐为原料,经过粉碎、洗涤、脱卤而成的盐。用以腌制鱼、肉、菜,需控制适当的粒度,以保持一定的溶解速度。上述方法制得的盐再经干燥和筛分的称为粉洗精盐。

普通盐包括粗盐和日晒精细盐。粗盐即海、湖盐区生产的原盐。日晒精细盐指中国南方海盐区根据气温高、降水频的特点,采用新卤、薄晒、短期结晶、定期活动卤水与盐碴的工艺,晒出颗粒均匀的细盐。

特种食盐以食盐为载体,添加一定比例有特殊作用的物质而成。包括有防治疾病作用的加碘盐、加硒盐、海群生盐、低钠盐等和调味盐。

①加碘盐。加入一定比例的碘化物和稳定剂的食盐。食用加碘盐,是防止地方性碘缺乏症的一种有效方法。中国规定碘缺乏症病区食盐加碘的浓度为1/50000~1/20000;联合国世界卫生组织向病区推荐1/100000浓度的碘盐;德国碘盐的含碘量为1/250000,是世界上碘盐浓度最低的国家;美国碘盐浓度为1/10000,是世界上碘盐浓度最高的国家。

②加硒盐。加入一定比例的硒化物的食盐。对防止克山病、大骨节病有一定疗效。中国生产的加硒盐,含亚硒酸钠15/1000000。

③海群生盐。按一定比例掺拌海群生原粉的食盐。有防治丝虫病的功能。

④低钠盐。根据人体需要,适当降低食盐中的钠含量,增加钾、镁含量的新型食盐,低钠盐可调整体内钠、钾、镁离子的平衡,对防治高血压和心血管病具有一定的疗效。中国生产的低钠盐,含NaCl65%、KCl25%、MgSO4·7H2O10%。世界各国生产的低钠盐品种较多。美国的低钠盐含NaCl50%、KCl50%。芬兰在1985年研制成功一种新型的低钠盐,含NaCl57%、KCl28%、MgSO4%,还有2%的氨基酸α-细胞溶素。这种细胞溶素除有调味作用外,还有减少心肌梗塞和脑血栓作用。

⑤加铁补血盐。铁元素含量达到8000/100万左右的食盐。通常往食盐中加入适量硫酸亚铁等铁强化剂获得。供缺铁性贫血病人食用。

⑥加氟防龋盐。添加氟化钠等氟化合物,使氟元素达到100/100万~250/100万的食盐。适用于低氟地区,对龋齿有一定的疗效。

⑦调味盐。以精制盐为主体或载体,添加各种不同风味的调味品制得的食盐。

馒头、饼干里的洞

你参观过饼干工厂吗?只有五分硬币那么大的生面片,送到烘烤炉里转一圈出来以后,体积增大了好儿倍,变得又松又脆。掰开一片饼干,可以看到里面布满了蜂窝似的小洞洞。面包和馒头里面同样也布满了小洞洞。

油条呢,在油炸之前像一支钢笔粗,在油锅里急剧膨胀,变得比晾衣竿还粗!这是谁变的魔术呢?“魔术师”是酵母菌,或者化学药品。

你一定记得,酿酒时酵母菌吃下淀粉变成的糖,吐出酒精和二氧化碳。做馒头的情形也是这样。和面粉时揉进去的那块“老面”里,住着众多的酵母菌。它们在湿面粉里,只要温度适宜,就迅速繁殖。它们吐出的酒精使馒头有股醇香味,放出的二氧化碳气体在湿面团里占据了空间,撑出一个个小洞洞。蒸馒头的时候,小气泡受热进一步膨胀,在面粉里鼓出一个个大气孔。面粉里的蛋白质——面筋受热凝固,成为气孔的“墙壁”,将二氧化碳团团围住。最后,墙壁破裂,二氧化碳跑出来了,却给馒头里留下了无数的小洞洞。

做饼干、蛋糕和面包等食品时,常用另外一种发酵粉。这种发酵粉和酵母菌毫不相干,实际上是化学疏松剂。它包含的两种化学药粉——碳酸氢钠和磷酸二氢钠,放到湿面里,就发生化学变化,冒出二氧化碳气体来,使食品里产生许多小洞洞。

炸油条的生面里预先揉进了食碱和明矾。早点铺师傅说的“一碱二矾三盐”指的是,每七斤面配上一两食碱、二两明矾和三两盐,便成炸油条的生面了。这三种化学角色各有各的作用:盐使面有咸味并变得柔韧,明矾是硫酸铝钾,具有酸性,在滚烫的油锅里,它和食碱起化学反应,生成大量二氧化碳气泡,气泡受热急剧膨胀,使油条迅速胀大。一两食碱和二两明矾可以生成约14升二氧化碳气,沸油二百多度的高温,又使它的体积膨胀一倍多,所以,新炸的油条疏松多孔。

更有意思的是,啤酒、汽水里的气泡也可以用食碱和酸性化学药品的反应来产生。道理和前面说的一样。你想自制汽水吗?很简单,只要在厚壁的汽水瓶或啤酒瓶里,预先灌进加了糖或橘子汁的凉开水,不要满口。然后,迅速把2克食碱粉未和2克柠檬酸倒进瓶里,盖严瓶塞,用铁丝扎紧,再用毛巾裹住瓶子猛摇几下。反应生成的二氧化碳气逃不出瓶外,只好憋在瓶子里,暂且在汽水里栖身。当然,工厂里生产汽水、酒,不必这么麻烦,而是直接将二氧化碳气加压,使它较多地溶解进水里。当你打开汽水瓶盖时,这些在高压下溶解到汽水里的二氧化碳气便如释重负,纷纷冒出水面。你喝汽水不多会儿,肚子里就会泛出气泡,这是汽水里的二氧化碳在胃里受热又要“逃离”,它带走了人体的一部分热量,所以夏天喝汽水可以解热。一部分二氧化碳溶解在水里生成碳酸,它是弱酸,微酸可极温和地刺激肠胃而帮助消化。

常见的漂白剂和脱色剂的运用

漂白剂一般因与有机色素发生反应而使色素褪色。脱色剂常因物理的吸附作用使色素吸附于其上而褪去溶液中的颜色。增白剂既不是漂白也不是脱色只不过增色。

漂白原理效果备注

漂白剂氯水与水反应生成HClO不可逆常用于漂白纸张

漂白粉与酸反应生成HClO不可逆常用于漂白织物

NaClO与酸反应生成HClO不可逆漂白性很强

Na2O2与有机色素反应不可逆因有NaOH生成不宜漂白蛋白质织品

,中性漂白剂,漂木制品

H2O2与有机色素反应不可逆但因其他生成物而有污迹,用于消菌消毒

KMnO4与有机色素反应不可逆漂白草类编织物

SO2与有机色素反应可逆

脱色剂活性炭吸附有色物质可逆用于糖脱色,吸附有毒气

钾、钠的摄入与高血压

高血压与食盐的摄入有关,降低食盐的摄入可使人体血容量减少和血管壁上的钠含量降低,从而有利于血管舒张。我们平时应注意:控制食盐的摄入量,减少食用腌制品,多吃清淡的蔬菜。

我国的膳食普遍低钾,且钠钾比值高。科学的膳食应当在限制食盐摄入的同时适当增加钾的摄入,降低钠钾摄入的比值是预防高血压的重要措施。小豆(即赤豆)、绿豆、大豆、甘薯、木耳、香蕉、鲤鱼等含钾较高,在饮食中可适当增加比例;另外,食用一种低钠、高钾的食盐(NaCl70%,KCl25%)亦能显著降压。

此外,蛋白质摄入量也与高血压脑卒中发病率有关。所以应适当增加膳食中的优质蛋白质,主要是动物蛋白质和豆类蛋白质。

制作“松花皮蛋”的化学原理

皮蛋是我国人民的传统风味食品。由于它风味独特、口感极好、保质期长、便于携带等诸多优点而备受人们的青睐。那么,皮蛋是怎么制作的呢?它的化学原理是怎样的呢?

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