登陆注册
47870800000008

第8章 元素(8)

通过对铁陨石研究,天体化学家和地球化学家们指出,铁元素是浩渺宇宙中最普遍的重元素。宇宙中的氢、氦,经过一代又一代的聚变,产生了碳、氧、氖、镁。镁再聚合成硅,随后又形成铁。不过,当恒星所有的元素都转化成铁元素的时候,它的末日就临近了。因为铁原子有最大的稳定性,它的内能已经降到最低点。也就是说,不管将铁原子如何转变,是变成更复杂的原子,还是较简单的原子,都需要对它施加一个外在能量。至于地球上那些比铁更复杂的铜、银、金、铀等元素,那是在超新星爆发的过程中,由铁转化而来的,含量比铁要少得多。

铁是天体演化过程中一个非常重要产物。

人体全身的铁量不过3~5克,但是功能极为重要。铁是血红蛋白的重要组成元素,大约65%的铁存在于血红蛋白中,血红蛋白在人体内主要执行输送氧和携带排出二氧化碳的任务。此外,血红蛋白还有维持血液酸碱平衡的作用。

人体中大约35%的铁为储存铁,储存铁的主要形式是铁蛋白,主要分布在肝脏、脾脏、骨髓等网状内皮系统。

整个铁蛋白分子呈球形,具有相当大的结合和贮存铁的能力,这种能力足以维持体内铁的供应。铁蛋白具有调节肠道铁吸收的功能,还可防止原子铁对组织和细胞产生毒性作用。另外,铁蛋白有调节粒细胞和巨噬细胞的作用,在感染时参加营养免疫。有人发现与白血病相关的抑制物也是一种铁蛋白。在临床上,血清铁蛋白是一个很有价值的指标,其值低为缺铁,值高为铁过多,这与肝细胞坏死、炎症、肿瘤有关。

因造血原料里缺少铁会引起缺铁性贫血。只要不偏食,不大出血,成年人一般不会缺铁。少年儿童和孕妇要注意预防缺铁。鸡蛋、瘦肉、多种蔬菜、水果和红糖都是富含铁质的营养食品。所谓的煤气中毒(一氧化碳中毒),也是血红素中的铁原子核心被一氧化碳气体分子紧紧地包围住,丧失吸收氧气分子的能力。

古老的元素——铅

铅,原子序数82,相对原子质量207.2,化学符号源于拉丁文。铅在地壳中的含量为0.0016%,主要矿石是方铅矿。铅在自然界中有4种稳定同位素:铅204、206、207、208,还有20多种放射性同位素。

铅为带蓝色的银白色重金属,熔点327.502℃,沸点1740℃,密度11.3437克/立方厘米,硬度1.5,质地柔软,抗张强度小。

铅是一种人类最早认识的金属元素之一。早在我国的秦汉时期之前化妆使用的胡粉,也就是碱性碳酸铅。古代罗马人还喜欢用铅作水管,而古代的荷兰人用它作屋顶。

金属铅在空气中受到氧、水和二氧化碳作用,其表面会很快氧化生成保护薄膜;在加热下,铅能很快与氧、硫、卤素化合;铅与冷盐酸几乎不起作用,能与热或浓盐酸反应;铅与稀硝酸反应,但与浓硝酸不反应;铅能缓慢溶于强碱性溶液。

在工业中铅的应用广泛、价格便宜,它强度低而塑性高,展性相当好,可以轧成极薄的铅箔。但是,铅的延性并不好,用拉伸法制铅丝,只能拉伸到直径大于1.6毫米。铅的独特之处,就是具有极高的锻接性能。

铅在许多介质中化学性质相当稳定。在干燥空气中,经过90年才在铅的新鲜表面形成勉强能察觉的氧化膜。铅在浓强酸中耐腐蚀性强,在硫酸中不反应。这是由于硫酸和铅作用后,生成一层致密而牢固的保护膜——硫酸铅,保护了里面的铅不再被腐蚀。因此铅被广泛地用作为抗腐蚀材料,如制造酸洗槽、硫酸室、酸泵、输酸管、蓄电池等。

铅主要用于制造蓄电池中的多孔极板和合金。铅、锡和锑合金可铸铅字,利用锑有热缩冷胀的特点,铸出的铅字特别清晰。铅、锡合金可做焊锡,在电子、电器等行业大显身手。铅还是放射性的防护材料,X射线,γ射线等都不能穿透它,所以在使用X射线、γ射线以及原子能工业都离不开铅。

铅的化合物应用也相当广泛。如生产颜料和塑料助剂等都要用到它。像大家很熟悉的聚氯乙烯塑料,它有一个突出的缺点就是热稳定性不好,受热之后很容易分解。但是一旦加入少量的硬脂酸铅作为稳定剂,聚氯乙烯的热稳定性就大大地改善了。

铅在为人类提供服务的同时,也给人类带来了许多问题。很久以来,它就对人类的生活环境和人们的健康造成危害。

很久以前,古罗马人用铅做的输水管引水,用铅制的器皿贮存糖浆和果酒、烹调食物,用铅制造货币等等。含铅的化妆品在当时也非常流行。可是,他们不知道铅有毒,致使很多人铅中毒。一些学者把古罗马帝国的衰落也归于铅的大量不正当使用。他们认为,当时古罗马能够使用铅质奢侈品的人,大多是罗马贵族。在贵族之中铅中毒的现象非常广泛。铅中毒会引起死胎、自然流产和不孕症,生下的婴儿大都在一年内死亡。于是古罗马帝国的贵族人口大大减少。

铅是一种积累性毒物,它很容易被胃肠吸收,其中一部分破坏血液使红细胞分解,一部分通过血液扩散到全身器官和组织,并进入骨骼。沉积在内脏器官及骨髓中的铅化合物从体内排出的速度极慢,逐渐形成慢性中毒。慢性中毒最初只是疲倦,食欲不振,体重减轻。严重时呕吐、腹泻,并出现末梢神经障碍,造成桡骨神经麻痹及手指震颤症。更严重时导致铅毒性脑病,有机铅急性中毒会神经错乱,因急性脑病而死亡。正因为这些原因,使用铅制的茶壶、酒壶是不科学的。

现在,人们正在用无铅汽油代替含铅汽油,并且研究开发新的能源来减少以至消除铅对环境的污染。

氩的发现

1904年,为了表彰瑞利发现了惰性气体——氩这一重要成就,将诺贝尔物理学奖授予了英国皇家研究所的瑞利勋爵(1842~1919年)。

瑞利原名约翰·威廉·斯特拉特,尊称瑞利男爵三世,1842年11月12日出生于英国埃塞克斯郡莫尔登的朗弗德林园。瑞利的幼年和青年时期身体虚弱,学习因病时常中断。瑞利10岁时在伊顿公学度过的一段时间大部分是住在学校的疗养院中。1861年,瑞利进入剑桥大学的三一学院攻读数学。开始时他的学业比不上学习最好的同学,但是不久他那突出的才能就使他超过了他的竞争者。1865年,他通过了高年级学生的数学学位考试,是一等及格者和斯密斯奖获奖人。

出身名望贵族的瑞利以严谨、广博、精深著称,并善于用简单的设备做实验而能获得十分精确的数据。气体密度测量本来是实验室中的一件常规工作,但是瑞利不放过常人不当回事的实验差异,终于有了惊人的重大发现。这就是1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。

自从门捷列夫周期表提出以后,科学家对寻找新的元素以填补周期表上的空缺,表现出了很大的积极性。但是,人们没有想到,竟然在周期表上遗漏了整整一族性质特殊的惰性气体。

1882年,瑞利为了证实普劳特假说,曾经测过氢和氧的密度。经过长期的测定,他得到氢和氧的相对原子质量之比实际是1∶15.882,而不是1∶16,测定了氮的密度以后,他发现从液态空气中分馏出来的氮,跟从亚硝酸铵中分离出来的氮,密度有偏差。空气中分馏出来的氮,密度为1.2572克∕立方厘米,而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮,密度却为1.2505克∕立方厘米。两者数值相差千分之几,在小数点后第三位不相同。他认为,这不可能是实验造成的误差。为此他先后提出过几种假说来解释造成这种不一致的原因。其中有一种是认为在大气中的氮还含有一种同素异形体,就像氧和臭氧那样,这种同素异形体混杂在大气氮之中,而从化学方法所得应该就是纯净的氮。于是,瑞利仿照假定了氮的同素异形体,并以此发表了一篇论文。可是论文发表后没有引起人们的普遍注意,只有化学家拉姆塞表示有兴趣和他合作进一步研究这一问题。拉姆塞重复了瑞利的实验,宣布证实了瑞利的结果,肯定有N3的存在。两位科学家在经过严密的计算后,在1894年确定所谓的N3并不是氮的同素异形体,而是一种特殊的,从未观察到的不活泼的单原子气体,其相对原子质量为39.95,在大气中约含0.93%。他们取名为氩,其希腊文的原意是“不活泼”的意思。第一个惰性气体就这样被发现了。这种普遍存在的大气成分,存在于人类身边,多少科学家在分析空气时,都错过了发现它的机会。瑞利之所以能有这样的发现,与他平时严谨的科学态度、认真的周密研究是分不开的。假如他把千分之几的偏差简单地归于实验误差,就会轻易地失之交臂。瑞利和拉姆塞发现氩的过程,历经了十年之久的平凡琐碎的化学实验工作,他们付出巨大劳动,才终于取得有历史意义的重大成果。

在发现氩之后,拉姆塞在瑞利的协助下又发现了氦、氪和氖。据说,拉姆塞在研究其他惰性气体时,曾将百余升的液态空气慢慢蒸发,逐步检查,才得以对空气的组成作出明确的判定。科学界对瑞利和拉姆塞的功绩给予了充分的肯定,因此瑞利和拉姆塞在1904年分别被授予诺贝尔物理学奖和化学奖。

瑞利于1919年去世,比拉姆塞晚逝3年,享年77岁。据拉姆塞的学生特拉弗斯回忆说,瑞利与拉姆塞之间往返信件极多,彼此关系十分融洽,他们共同为科学而努力,毫无名利之争。瑞利逝世后,他的实验室曾供科学界参观,凡是来访问的科学家,对瑞利所用仪器的简单莫不惊异。瑞利实验室中的一切重要设备虽外形粗糙,但都制造得十分精密。瑞利就是用这些仪器作了极为出色的定量分析。

到处找氦

1868年,在太阳的光谱中,天文学家发现了一条特殊的黄色谱线D3,这与已知的钠元素的两条黄色谱线D1和D2不同,由此预言在太阳中可能有一种未知元素存在。后来将这种元素命名为“氦”,意为“太阳元素”。

20多年以后,拉姆塞证实了氦元素也存在于地球上。1895年,美国地质学家希尔布兰德发现钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种气体。这种气体不能自燃、也不能助燃。他猜想这种气体可能是氮气或氩气,但没有继续研究。拉姆塞得知后,重复了这一实验,得到少量气体。在用光谱分析法检验该气体时,原以为能看到氩的谱线,却意外地发现一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。拉姆塞把它与已知的谱线对照,没有一种与它相似。经过思索,终于想起27年前发现的太阳上的氦。氦的光谱也是黄线,如果这两条黄线能够重合,这种气体应是太阳元素氦了。

拉姆塞对待科学十分谨慎,请当时英国最著名的光谱专家克鲁克斯帮助检验。克鲁克斯证实拉姆塞所得的未知气体即为“太阳元素”气体。1895年3月,在《化学新闻》上拉姆塞首先发表了在地球上发现氦的简报。同年在英国化学年会上正式宣布这一发现。后来,人们在大气中、水中、天然气中、石油气中以及铀的矿石中,甚至在陨石中也发现了氦。氦与氩的性质一样不活泼。

在发现氩和氦后,拉姆塞开始研究了它们的性质。他测定了这两种元素的相对原子质量。接着考虑它们在元素周期表的位置。按照相对原子质量的大小,氦应当排在氢和锂之间,但应当把它归在哪一类呢?除了氖相似以外,它跟已知的任何一种元素都不同。1894年5月拉姆塞在给瑞利的信中写道:“你可曾想到,在周期表第一行最末的地方,还有空位留给气体元素这一件事呢。”他建议在化学元素同期表中列入一类以氦和氩为代表新的化学元素,后来就称为零族元素。

1852年10月2日,拉姆塞生于英国的格拉斯哥。他的父母都已年近四十才结婚,他们认为已经没有生育子女的希望,没想到第二年就生下拉姆塞。拉姆塞的父母都是善良聪明的苏格兰人,他们努力使拉姆塞受到良好的教育。

拉姆塞从小热爱大自然,喜欢读书也爱收藏书,而且对外语情有独钟。小时他经常坐在格拉斯哥自由圣马太教堂里,好像是在安静地听卡尔文教徒讲道,大人们不明白这位活泼好动的孩子为什么能安静地坐着。人们总看见他在阅读《圣经》,原来拉姆塞看的不是英文版的《圣经》而是法文版,有时又看德文版。他是在用这种方法学习法文和德文。

拉姆塞去教堂还有一个目的,那就是看教堂的窗子。因为窗子上镶嵌着许多几何图形,他通过观察那些图形来验证学的几何定理。

14岁时,拉姆塞被格拉斯哥学院破格录取。他极肯钻研,他的同班同学菲夫回忆拉姆塞刚上大学时的情形说:“拉姆塞刚入大学时,我们还没学化学,但他一直在家中做各种实验,实验是在卧室中做的,他的卧室四处都放着药瓶,瓶里装着酸类、盐类、汞等等。那时他买化学药品和化学仪器就很内行。我们经常一起做实验,如制取氢、氧,由糖制草酸等。我们还自制了许多玻璃用具,自制了本生灯,拉姆塞是制造玻璃仪器的专家。我相信,学生时代的训练对他的一生大有好处,除了烧瓶和曲颈瓶以外,所有的仪器都是我们自制的。”

同类推荐
  • 中小学生心理健康教育.高中二年级.上册

    中小学生心理健康教育.高中二年级.上册

    心理健康教育已受到国家、地方政府和各级各类学校前所未有的重视,大多数学校已面向全体学生开设了心理健康教育课程,学校心理健康教育正方兴未艾。目前,我国学校心理健康教育虽有教育行政强力推进,但效果仍不尽如人意。针对目前许多学校心理健康教育中“教什么”和“怎么教”等主要实践问题,我们以承担的重庆市“十一五”重大教改项目“学校心理健康教育系列教材建设研究”成果,和总结20多年专门从事学校心理健康教育的经验的基础上,结合我国中西部心理健康教育的现实需要,以“维护中小学生心理健康,培育积极心理素质”为目标,遵循推陈出新、科学实用的原则,编写了这套中小学生心理健康教育教材。
  • 钢琴上的黑白左右手

    钢琴上的黑白左右手

    本书分为十辑,收录了《安逸与压力》、《笨学生开创了新纪元》、《夺冠之本》、《享受勤奋》、《没有人不能成才》、《靠自己》等百余篇散文作品。
  • 大学生军事课教程

    大学生军事课教程

    本教材涵盖集中军训和军事理论的主要内容,共计12章,包括中国国防、军事思想、我国的武装力量及我军优良传统、军兵种知识、世界军事、军事高技术、高技术局部战争等。
  • 新课标课外快乐阅读丛书——快乐心灵的推理故事

    新课标课外快乐阅读丛书——快乐心灵的推理故事

    快乐阅读,陶冶心灵,这对于提高广大中小学生的阅读写作能力,培养语文素养,促进终身学习等都具有深远的意义。现代中小学生不能只局限于校园和课本,应该广开视野,广长见识,广泛了解博大的世界和社会,不断增加丰富的现代社会知识和世界信息,才能有所精神准备,才能迅速地长大,将来才能够自由地翱翔于世界的蓝天。
  • 电子政务应用趋势与实践创新

    电子政务应用趋势与实践创新

    本书是作者基于多年的电子政务工作实践凝练而成,主要涉及电子政务的基础理论和应用实践两个方面。帮助读者从概念层面、技术层面到实践层面全面把握电子政务的理论知识及应用技术。全书共分8章,第1章至第5章为基础篇,分别介绍了电子政务的基础理论、电子政务与政府管理创新、国内外电子政务的发展、电子政务的信息技术支撑和电子政务的安全保障;第6章至第8章为应用篇,分别介绍了电子政务办公自动化系统、电子政务门户网站和电子政务信息资源系统的规划、设计、建设和利用。为紧密结合十七届六中全会精神的要求,本书对当前网络文化建设、网络问政实施、网络新媒体应对及网络舆情引导等热点问题进行了深入地阐释。
热门推荐
  • 皇者之风华天下

    皇者之风华天下

    一卷圣卷引来各方人马争夺,神秘的御灵府主人,天之骄子的东篱帝皇,绝世无双的北冥天下九皇子,宝扇中神秘的器灵,木灵族的灵女,强大的阎魔殿,一场场阴谋是谁在主导,谁将成为这片神州的统治者,是你?是他?还是她?无论是谁皇者必将风华天下!
  • 诸圣

    诸圣

    龙雀东来江湖老,万里朝天跃龙门。诸圣争锋乱红尘,泪雨箫声绝故人。天下武夫,以武通仙,自古以来,江湖难寂,谁人不想长生?那一年,桃花满山,宁落稀里糊涂的走上了这条挣天命,伐诸圣的长生大道!
  • 大BOSS:求放手

    大BOSS:求放手

    第一次写写的不好的话,请大家多多包涵。也希望大家喜欢我这个作品,谢谢!
  • 邻家竹马我超爱

    邻家竹马我超爱

    七岁的苏珞不知道什么是喜欢,也没想过重逢。十七岁的苏珞懂得了喜欢,还好这时他也在。(青梅竹马,1v1,双洁。)
  • 昭云记

    昭云记

    学子寒窗苦读数十载,许多人都秉着一颗为了百姓的心,但是越当官越不敢任事者不在少数。大燕国风虽好,但是腐败的陈规却啃噬着天下。大部分人看不到,一部分人踌躇犹豫,少部分则决心改陈除弊!
  • 猫咪寄语最好的时间

    猫咪寄语最好的时间

    简单来说就是女主逆袭,因为宠物而和男主相遇相知相爱的故事啦。我特别希望能够看到那么对我的书的评论,希望大家能多多评论,支持或者建议都可以哦,看到你们的评论我就有动力写啦,谢谢!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 中奖之迷情

    中奖之迷情

    择一城终老,遇一人白首。挽一帘幽梦,许一世倾城。写一字决别,言一梦长眠。
  • 守妖师

    守妖师

    这世上有妖!还有“见妖必杀之”的灭妖师!却无人知晓守妖师的存在!————————————我是一名守妖师。我所知道的妖,和你想的不一样。
  • 金融街:危险交易

    金融街:危险交易

    终极之战,一触即发!私募基金、上市公司、金融大鳄……多方势力齐聚!开启资本市场最真实的博弈,金钱世界最残酷的厮杀!——一个圈子有一个圈子的游戏规则,深处其中,身不由己。 ——你们听说过吗?在牌桌上,如果你看了一圈都没发现谁像输家,那么你就是那个输家。——股票投资是实力的游戏、能量的对决。你们站在门外,永远都没有话语权!