化学史话

黑色弹头

　　美国空袭伊拉克使用的“战斧”式巡航导弹不仅可以装填常规弹药，而且已亮相的黑色弹头似乎威力更大。这一保密弹头选用经过特殊处理的碳丝制成。每根碳丝相当微小，仅有几千分之一英寸长，因此，可在空中长时间漂浮。它通过爆炸或火药引爆散布在敌方阵地，破坏敌方防空和发电设备。碳丝可进入电子设备内部，冷却管道和控制系统的黑匣子。由于碳丝经过流体能量研磨加工制成，且又经过化学清洗，因此，极大地提高了碳丝的传导性能。碳丝没有粘性，却能附着在一切物体表面。碳丝弹头对包括停在跑道上的飞机电子设备、发电厂的电网等所有东西都产生破坏作用，它异乎寻常的导电性能可以使电子设备内部短路，在不杀伤敌方操作人员的情况下使雷达天线和有关设备的功能消失，使其成为一种潜在的压制敌方防空系统的武器。美国军方曾对伊拉克使用过一枚装了几卷碳丝的黑色弹头，结果伊拉克的几个发电厂顿时陷于瘫痪，而这些发电厂是为伊拉克防空系统网络计算机供电的。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　话说本炭

　　木炭由碳原子构成。如果把它投进火中，木炭就会欢快地燃烧起来。不过，由于碳原子本身不会汽化，因此，它燃烧时不会产生跳动的火苗而只是一片片地发红、炽热，然后慢慢变成灰烬，即不产生烟，也不会有灰飞起来。这种“温吞水”式的燃烧方式居然很受人们的欢迎。因此，人们冬季室内取暖曾一直使用木炭，有些地方至今还沿用。

　　最早的木炭是人们无意中获得的，后来人们就有意识地用木头来制取这种燃料。唐代关心民间疾苦的大诗人白居易所写《卖炭翁》开头几句：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中，满面尘灰烟火色，两鬓苍苍十指黑。”就是对当时烧炭者的生动描述。

　　木炭对人类最大的贡献并不是取暖，而是冶炼金属。这是因为碳以及碳部分氧化后生成的一氧化碳都具有很好的还原性。据考证，中国人在汉代以前，冶炼金属都用木炭。木炭还有其他用途，举世闻名的我国古代四大发明之一的火药成分中就有木炭。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　铅笔上的H或B

　　我们画画用的铅笔，常用“6B”的；写字用的铅笔常用“HB”的；而制图用的铅笔，常用“6H”的。“B”是英文“Black”（黑）的第一个字母，在铅笔中表示“软”；“H”是英文“Hard”（硬）的第一个字母，在铅笔中表示“硬”。“6B”铅笔最软，“6H”铅笔最硬，“HB”铅笔则软硬适中。铅笔为什么有软和硬的差别呢？这是由于石墨太软，光用石墨做笔芯，既易断又易磨损，因此，生产上常在石墨粉末中掺进一些黏土粉末以增加硬度。黏土掺得越多，铅笔就越硬；黏土掺得越少，铅笔就越软。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　巧藏情报

　　第一次世界大战中，尽管索姆河前线德、法交界处法军哨兵林立，戒备森严，并对过往行人严加盘查，但是德军对协约国的驻防情况仍然了如指掌。德军不断发动的攻势使法军陷入被动，对此，法国的情报人员感到莫名其妙。

　　一天，有个挎篮子的德国农妇在过界时受到了盘查。哨兵一看，篮里装满了煮熟的鸡蛋，便想捞点小便宜，顺手拿了几个。不料，农妇神色紧张，死活不肯。哨兵们疑心顿起。鸡蛋被剥去皮后，只见蛋清上布满字迹和符号。

　　原来，这种传递情报的方法是德国的化学家提供的，其方法很简单：用醋酸在蛋壳上写字，等醋酸干了以后，再将鸡蛋在稀的铜盐溶液中煮熟，字迹便奇迹般地印在蛋清上，外面不留任何痕迹。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　二氧化碳的认识历程

　　你知道人类认识二氧化碳用了多少时间吗？

　　我国西晋的张华就在他所著的《博物志》一书中，记载了早在公元300年左右，我国已掌握了用石灰石烧制生石灰的技术和同时有气体生成的现象。当时，还不知道这种气体就是二氧化碳。

　　转眼一千多年过去了，到了17世纪，比利时的科学家海尔蒙德在一些洞穴中发现常有一种气体，能使燃着的蜡烛熄灭，并且与木炭燃烧，麦子、葡萄发酵，以及石灰石与醋酸作用产生的气体一样。可这种气体是什么呢？海尔蒙德并不知道。



　　又过了一百多年，1755年英国化学家布拉克又进一步定量地研究这种气体。他一次次把石灰石放到容器里煅烧，烧“透”后又一次次仔细称量剩下的石灰质量，结果发现，每次减轻了原来重量的44%！

　　布拉克改用酸来与石灰石反应，并用石灰水来“捕捉”反应生成的气体，发现“捕捉”到的气体恰恰是煅烧石灰石所失掉的44%。由于这种气体要用火烧或用酸“赶”才会跑出来，不然就好像“固定”在石灰石中一样，所以布拉克就叫它“固定空气”。他还把蜡烛、麻雀、小老鼠等放到“固定空气”中，发现“固定空气”不仅能熄灭蜡烛的火焰，还能扼杀小麻雀、小老鼠的生命。当他想在水面上收集“固定空气”以进行进一步的研究，却由于这种气体能溶于水而未能成功。

　　十年后，英国的卡文迪许把这种气体通入水银槽，在水银表面将“固定空气”封在容器里，卡文迪许测量了它的密度、溶解性，并证明了它和动物呼吸、木炭燃烧产生的气体相同。

　　1772年，拉瓦锡等人做了著名的烧钻石实验。他们发现贵重的钻石燃烧后也会产生这种气体，与一般木炭燃烧产生的气体完全一样！

　　后来，人们又发现了更精确的实验方法，并经道尔顿等许多化学家努力，才证明它分子中碳和氧的原子个数比为1∶2。

　　就这样，历时一千五百年，人类才认识了二氧化碳。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　用煤史话

　　煤，自古以来就是一种重要的燃料。

　　我国是世界上最早使用煤的国家之一。在沈阳发掘的新乐遗址（新石器时代末期）中，曾出土过用“煤玉”（一种特殊的煤）雕琢成的圆环和造型生动的动物。这说明我们的祖先早在六七千年前就已发现了煤。现在已知的最早用煤的文字记载是《汉书·地理志》：“豫章郡出石，可燃为薪。”这里所说的可以燃烧的石头就是煤。豫章郡在现今江西南昌一带，那里至今还出产煤。汉末时，煤的开采量已很大。三国时曹操在邺都（今河水临漳县西）兴建水井台，在里面就储存了数十万斤的煤。

　　在古代，煤的名称很多，有石炭、灰炱、石涅、乌金石、乌薪、燃石、墨金等。在最开始，煤主要是用来作燃料。有书记载“数百万家，尽仰石炭，无一燃薪者。”到了魏晋时期，人们开始用煤来冶铁。北魏郦道元著的《水经注》中说：“屈茨（今新疆库车）北二百里，有山，夜则火光，昼日但烟，人取此山石炭，冶此山铁，恒充三十六国用。”1078年，苏东坡在彭城（今江苏徐州）任地方官时，曾派专人探查当地的煤矿，并作了一首诗《石炭行》。

　　到了明朝，人们对于煤的了解越来越多。李时珍在《本草纲目》中不仅记载了煤的性质、产地，还记载了治疗煤气中毒的急救法。宋应星更在《天工开物》中详细记载了古代的采煤方法——竖井采煤法，虽然有些简陋，但基本原理与现代采煤法是一致的。

　　我国古代用煤史上的另一成就是焦炭的烧制。《天工开物》中曾提到过“铁炭”，有人考证即为焦炭。1961年，在广东新会发掘的南宋炼铁遗址中，除找到炉渣、石灰石、铁矿石外，还找到了焦炭。这是目前所知的世界上用焦炭冶铁的最早实例。

　　虽然我国用煤的历史很久远，比欧洲早一千多年，但是，现今欧洲人早已放弃了传统的燃煤方式，进行煤的深加工和综合利用，而我国大部分地区仍和2000年前一样在烧煤。历史和现实的对比发人深思。

选自上海科学普及出版社《化学故事丛书》

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C60的超导性

　　1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18 K，打破了有机超导体(Et)2Cu[N(CN)2]Cl超导起始温度为12.8 K的纪录。不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为29 K。下表列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。

　　A3C60的超导起始温度（Tc）

　　（A：K、Rb、Cs）

　　随着科学研究的进展，2001年，美国朗讯公司下属贝尔实验室的研究人员又发现，当碳“布基球”分子（即C60）与两种有机化合物氯仿和溴仿结合在一起，用液态氮冷却至-156.11 ℃时出现了超导临界现象。而在此之前，C60分子的超导临界温度是-221 ℃。

　　科学家说，“布基球”的新特性使它可能制成未来超高速计算机的关键元件。实现超导后，电阻损耗可以降低至近于0，从而使计算速度飞跃提高。以铜为主的金属氧化物虽然临界温度高于“布基球”，但其成本远远高于C60。正是由于C60将超导温度推向更高水平，C60的超导性被美《科学》杂志评为2001年十大科技突破之一。

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　　　　　　　　　　　　　　　　用C60作催化剂从甲烷制氢气

　　日本工业技术院物质工学工业技术研究所用C60作催化剂，从甲烷制得氢气。

　　在现阶段，C60在高温条件下才能发挥功能，不能立刻达到实用，必须加以改良，制成在低温条件下也能工作的节能催化剂。他们开发的催化剂，是在碳粉里掺10%的C60。在加热到;;;; 1 000 ℃的容器里，放入0.1克催化剂，以1分钟流入20毫升甲烷的速度作实验，结果90%的甲烷分解成氢和碳。C60用作催化剂，可用水洗净表面，除去附着的残存碳素，理论上可半永久使用。由于形状独特，粒子表面面积为活性炭的5倍到10倍，因而作催化剂用时功能较强。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　空气中CO2含量增多有什么危害?

　　二氧化碳在新鲜空气中含量约为0.03％。人生活在这个空间，不会受到危害，如果室内聚集着很多人，而且空气不流通。或者室内有煤气、液化石油气及煤火炉燃烧，使空气中氧气含量相对减少，产生大量二氧化碳，室内人员就会出现不同程度的中毒症状。关于二氧化碳在室内空气中最大允许含量，各国尚无统一规定，日本规定室内空气中二氧化碳含量为0.15%时为换气标准。下表为空气中CO2含量对人体的影响。

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