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我们身边的化学第 四 章 化 学 与 科 技 了解化学在资源利用、材料制造、工农业生产中的具体应用，在更加广阔的视野下，认识化学科学与技术进步与人类发展的关系，培养社会责任感和创新精神。第 一 节 材 料人类生活中少不了材料，衣食住行没有哪一样能离开材料。各种各样的材料组成了五花八门、丰富多彩的物质世界。人类社会的进步与发展、人类文明的推进与材料技术的发展有着密切的关系。材料被看做人类文明发展的里程碑，历史学者往往用材料作为时代分期的标志。从石器时代、青铜时代、铁器时代，直到目前的信息时代，都可以看出材料在人类社会的进步与发展中的无可替代的巨大作用。每一种新材料的发现和使用，都会对社会经济、工业生产、国防事业产生重大影响，甚至根本改变传统的生产和生活方式。进入21世纪后，材料技术仍是科学家们研究的三大热门领域之一。可以毫不夸奖地说，材料是科学技术进步的关键，是科学技术和社会发展的物质基础。材料的发展不仅关系到人类的昨天和今天，而且还将影响到人类的明天。一、陶瓷材料陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料进行加工制造而成的材料，是我国古代劳动人民的重大发明之一。大约8000年以前，住在我国黄河流域的先民们已经使用陶瓷，继而在宋、元时代发展到了很高水平。当时，瓷器作为中华文明的象征，大量运往欧洲各地，欧洲人一向视中国陶瓷为无价之宝，所以，欧洲人把瓷器叫做“China”。久而久之，“China”成了中国的英文名称。1传统陶瓷陶瓷是以粘土、石英、长石为主要原料，进行研磨、加水调成泥状，再制成坯子，待干燥后，经高温烧制而成的制品的总称。陶瓷包括陶器、瓷器等。瓷器比较精致，表面光滑美观、明亮、不渗水，不透气。陶器质地比瓷器粗糙，器壁较厚，结实耐用，价格便宜。传统陶瓷在日常生活中随处可见，常作为容器、盛器瓷制的碗、坛、罐、缸等，以及装饰用品瓷瓦、瓷砖等。2先进陶瓷在许多人的印象中，陶瓷是一种坚硬但易碎的物体，缺乏韧性、塑性。其实人们印象中的这种陶瓷只是传统陶瓷。从20世纪四五十年代开始起步，现在还在不断发展的先进陶瓷早已一改陶瓷的旧形象，许多先进陶瓷都是既坚且韧，有的甚至用铁锤用力敲打都难以破碎。还有一些先进陶瓷具有声、电、光、热、磁等其它材料无法替代的多方面的特殊功能，用途极为广泛，遍及现代科技的各个领域。（1）韧性陶瓷韧性陶瓷由于其强度大、硬度高、耐高温、耐化学腐蚀等优越的性能在工业生产上有着重要的用途。（2）压电陶瓷压电陶瓷是一种能使电能和机械能相互转换的特殊陶瓷材料。如果对压电陶瓷施加压力，它便会产生电位差，反之施加电压，则产生机械应力。如果压力是高频振动，则产生高频电流；而高频电信号加在压电陶瓷上，则产生高频声信号，即超声波信号。（3）透光陶瓷我们知道，陶瓷一般是不透光的，这是因为陶瓷中有许许多多细微的气孔，当光线照到陶瓷表面时，由于微小气孔对光的极强散射能力，使大部分光线分散到四面八方，而被陶瓷吸收。由于陶瓷的不透光，使陶瓷的用途受到很多的限制，从20世纪30年代起，不少科学家就热衷于透光陶瓷的研究，经过长时间悉心研究后，终于在1957年制成了世界上第一片透光陶瓷。二、金属材料在浩瀚的材料世界里，金属王国地盘最大，历史最久。人类已发现的116种元素中，金属占了93种，真可谓“五分天下占其四”。数千年来，金属材料的发现和应用，开创了人类物质文明的新纪元，加速了人类社会的发展。1传统金属材料（1）铜铜是继陶瓷之后的第二种人造材料，在自然界中纯铜很少，常见的铜矿石是孔雀石，由于其色如孔雀开屏时的尾巴而得名，孔雀石放在炉内加热很易制得铜。此外还有黄铜矿、辉铜矿等。铜的合金中比较重要的还有黄铜和白钢。黄铜是铜和锌合金，由于显黄色而得名。由于黄铜其色似金，现在一般装饰用的“金粉”、“金箔”、“金字”等都是用黄铜做的。由于黄铜耐磨，耐腐蚀，可做钥匙、水龙头、轴承等。一些骗子使用的假黄金，其实就是黄铜。白铜是铜和镍的合金，由于其色如银而又价廉，深受人们的喜爱。我国古代劳动人民很早就学会了冶炼黄铜和白铜，在波斯语中，白铜又称“中国石”。（2）铁人类最早发现的铁，是从天上掉下来的“眼铁”，在各个文明古国中发现的最早铁器都是用陨铁制成的。虽然陨铁很少，却为人类认识铁打开了大门。到公元前1000年，人们开始掌握炼铁技术，当时冶炼的铁主要用来制作武器，后来逐渐扩散到社会生产的各个领域，由于铁价廉，因此逐渐代替了被富有阶层所独占的青铜。虽然材料的纪元始于青铜，但从对世界文明史的影响来看，铁要大得多。可以说有了铁，人类才开始真正使用了金属。在铁器时代耕作者的锄等铁制品，各种工具如凿子、钻、锤、锥等也开始用铁制品，生产和生活条件大为改善，生产力水平显著提高。但铁对人类文明的真正贡献是产业革命时代以后的事。从17501850年的100年内，作为材料的铁（最初是铸铁，后来是钢），作为加工手段的铸造机、轧制机、机床和作为产品的蒸汽机相互作用，迅速进步，支配着19世纪后半期的文明世界。这一时期，铁给人类以力量，使人类能随心所欲地掌握能源，发展文明。（3）铝铝是地壳中含量最多的金属元素，它占地壳总质量的7.51，比铁几乎多1倍，是铜的近千倍。由于铝合金具有密度小、硬度大、强度高、导电导热性好等优点，被广泛用于航空、化工、交通、建筑、国防等工业，家庭日用品中也日渐常见，逐渐成为继铁之后又一对人类发展产生重大影响的金属。从1919年开始，铝合金就开始用于飞机制造，此后铝和航空事业紧紧连在一起，因此有人把铝誉为“带翼的金属”。2新型金属材料（1）记忆金属记忆金属实际上是一种合金，确切地说应为“记忆合金”。它是指某种材料在一定温度下受到外力作用时会发生变形，一旦外力消失后，它仍能保持变形后的形状，而当温度上升到某一数值时，这种材料又会自动恢复到变形前的形状，它似乎能“记忆”自己原有的形状。（2）钛21世纪的金属在地壳中钛的含量居元素的第9位，是铜的80倍，银的6万倍，虽然钛有如此丰富的含量，应用却很晚。过去很长一段时间内，人们一直认为钛是一种稀有金属，其原因与铝相似，由于钛的熔点很高（1725），必须在高温下才能冶炼，而高温下钛的化学性质又很活泼，因此钛比铝更难冶炼。从1791年钛被发现，直到1947年经过漫长的一个半世纪才实现了工业化生产，且开始的产量很少，到19世纪80年代才有较大的发展。现在世界上钛的产量还很少，因此不如铁、铝等金属那么有名。但已经在航空、航天、航海、医疗等领域初露头角。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业的最重要产品。（3）超导材料我们知道金属通常总是有电阻的，当电流通过金属时，金属会发热，像电炉就是利用电阻丝发热制成的。电阻的存在使电流通过时受到一些损耗，这种情况在许多场合是人们所不希望的。如何使导体的电阻降低甚至消失是人们长期以来梦寐以求的愿望。1911年荷兰一个名叫昂尼斯的物理学家在研究水银的导电性能时，发现水银温度降到269时，电阻突然完全消失，这时撤去电源，电流在和外界隔绝的闭合电路中，仍能长久流动而不衰减。这个奇怪的现象轰动了物理学界，后来科学家把这种现象叫超导现象，把电阻等于零的材料叫超导材料。目前已发现了8000多种超导材料，使这门新兴技术得到了飞速发展，但由于出现超导现象时的温度大都极低（接近273），因此，没有太大的实用经济价值。为了寻找在较高温度下的超导材料，世界上无数科学家为之努力奋斗，直到20世纪90年代才取得了重大突破，发现了接近于100 K（173）的超导材料。我国科学家在1988年研制出了转变温度在120K的超导材料钛钡钙铜氧化物，1990年初又研制出了临界温度132K的超导材料，这是当时世界公认的最高温度，显示我国在超导材料研究方面，已跻身于世界先进行列。今后，随着低温甚至常温下超导物质的发现，超导材料的应用必将成为可以给人类社会的持续发展注入无限生机的高新科学技术。特别是它在电性方面的广泛应用其意义几乎可以与电的发明相媲美。由于超导体可荷载大电流并产生强磁场和零电阻的特性，因此，超导材料可用来制大功率超导发电机、超导电动机、超导电缆、超导加速器、超导贮能器、超导磁流体发电机、超导磁悬浮列车、超导核磁共振诊断仪等。三、纳米材料纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料。1nm是1m的十亿分之一，一个基本的碳纳米管只有1.4nm，因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和21世纪新材料。纳米材料的起源是一个叫格莱特的德国科学家在澳大利亚的大沙漠上旅游中的联想。那是1980年的一天，当时他独自驾车横穿沙漠，空旷、寂寞和孤独的环境使他的思维特别活跃和敏锐。他长时间从事晶体的研究，知道晶体微粒大小对材料性能有极大影响。他想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料将会是什么样子呢？这个想法令他兴奋不已，回国后立即开始实验，经过近4年的努力，终于在1984年得到了几个纳米大的超细粉末。而且他发现任何材料都可制成纳米大小的细微粉末，且性能发生了很大的变化，不管原来是什么颜色，现在都变为黑色，熔点也显著降低。现在，纳米技术已引起了一大批科学家的着迷，也引起了各国政府的高度重视。美国自1991年起把纳米技术列入“政府关键技术”，美国国防部每年为此拨款3500万美元；日本从1995年开始实施为期10年的纳米技术研究计划，并将它作为必须开发的四大基础科学技术项目之一；澳大利亚于1993年已将纳米技术列为21世纪最优先开发的项目。我国对纳米技术的研究也相当重视，且在世界上进入先进行列，1993年中国科学院研究人员操纵原子成功写出“中国”两字，是世界上第二个成功进行这方面实验的国家；2000年中国科学院研究人员又首先发现了纳米材料的新特性超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”。纳米技术之所以受到如此关注，是因为它具有许多卓越性能：纳米材料的熔点极低，如金的熔点通常为1064，当制成2nm的细金粉后熔点仅为330，这使低温下制造合金产品成为可能，而且可把通常不可熔的金属冶炼成合金。有些药物制成纳米颗粒可以直接注射到血管内而顺利进入微血管，使药品疗效更好。纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；纳米大小的铝粉加到火箭的固体燃料中，可使火箭加速。化纤中添加纳米微粒，可以除味杀菌，现在添加纳米材料的无菌餐具、无菌纱布已面世。由于纳米材料能有效吸收紫外光，因此，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒可达到防紫外线功能。使用纳米材料的微机械的出现对机械行业等带来革命性的变化。例如一种小如跳蚤的微型手术机械，将它送进人的动脉，它前端那微型手术刀能按照人的要求切除肿瘤、排除血栓等。可以预言，随着纳米技术的发展，在不久的将来，人类的生产、生活方式将会发生翻天覆地的变化，纳米技术将对人类文明的发展产生巨大影响，为人类创造美好的未来。四、高分子材料高分子化合物是衣、食、住、行和工农业生产各方面都离不开的材料，其中棉、毛、丝、塑料、橡胶等都是最常用的。以往人们使用的高分子材料都取自天然产物，物质文明和精神文明都高度发展的今天，天然高分子材料已经不能满足生产、生活和科技等各方面日益增长的需要。近代化学、化工科学技术的迅速发展，创造了许多自然界从来没有过的人工合成高分子化合物，对满足各种需求做出了重要的贡献。高分子是由一种或几种结构单元多次重复连接起来的化合物。它们的组成元素不多，主要是碳、氢、氧、氢等，但是分子量很大，一般在10000以上，有的可高达几百万，高分子化合物因此而得名。如常见的聚氯乙烯（PVC）是由结构单元氯乙烯（CH2CHCl）重复连接而成，其结构简式为，n为结构单元的重复数，通常称为聚合度。尼龙66结构简式为。当物质的分子量由小到大，成为高分子以后，就能表现出与低分子截然不同的性质。比如，它们有了可塑性，能够做成一定形状；有了成丝性，可以把它拍成纤纤细丝；有了成膜性，能展成很薄很薄的膜片。1塑料塑料是以天然的或合成的高分子化合物为主要成分，在一定的条件下塑制成型，产品最后能保持形状不变的材料。根据塑料受热后性能的变化，可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料主要是具有线型或带少量支链的结构，它在常温下是固体，可反复加热软化、冷却固化，是一种可反复塑制、可回收再用的材料。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、尼龙（聚酰胺）、塑料王等。热固性塑料主要具有网状的立体结构，受热不能软化，不能反复塑制，因此，不能回收再利用。常用的热固性塑料有环氧树脂、酚醛树脂、脱醛树脂、聚氨酯等。2橡胶橡胶是一种链状高分子化合物，在无外力作用时通常不保持直线状态，而呈弯曲状，并且该高分子链是柔性链，遇外力可伸展。因此，橡胶具有高弹性，它的这种性能是其它高分子化合物所没有的。橡胶通常可分为两大类：即天然橡胶和合成橡胶。（1）天然橡胶最早发现天然橡胶的是印第安人。他们发现用刀割开野生橡胶树的树干能流出一种白色乳液，用这种乳液涂在布、鞋子和瓶子等容器上，能制成防水布、防水鞋和防水容器。这些东西就是第一代橡胶制品，虽然粗糙，但已经很实用。不过，这种白色乳液在空气中会很快变硬，因此它的使用范围受到了很大的限制。1776年，英国化学家黑立桑和马凯尔用松节油和乙醇的混合液溶解已凝固的胶乳，得到一种粘稠的浆液，把这种浆液涂在布上，等到溶剂挥发以后，得到一种质量比印第安人的制品好得多的防水布。由于黑立桑和马凯尔解决了已凝固的胶乳的加工问题，橡胶工业开始发展了。而橡胶真正得到广泛应用还是古利特发现橡胶硫化后的事情。在这之前，生产出来的橡胶产品仍存在着较大的缺陷，如它们遇热变软，容易发粘；遇冷又会变硬，弹性变差；橡胶有一股难闻的气味。（2）合成橡胶随着工业技术和科学技术的发展，橡胶制品得到了更广泛的应用。而橡胶树的种植需要占用大面积的土地，橡胶树的生长又具有一定的区域性，天然橡胶的产量已经远远不能满足需要，化学家开始研究合成橡胶。很多合成橡胶比天然橡胶有更好的性能、更广的用途。常见的合成橡胶有顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等3化学纤维纤维是一种分子的长度比直径大很多倍，并且有柔软性的高分子材料。纤维都有一定的强度、弹性和吸湿性能，但不溶于水。纤维可分为两大类：一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等；另一类是化学纤维，化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有组织性能的纤维，如涤纶、尼龙、维纶、腈纶等。根据原料的不同，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维两大类。（1）人造纤维人造纤维是科学家模仿蜘蛛吐丝结网和蚕吐丝的自然过程，利用自然界中纤维素作原料，用人工的方法进行化学处理与机械加工制得的纤维。纤维素纤维、蛋白质纤维、人造丝等。（2）合成纤维人造纤维只能在一定程度上满足人们的需要，而化学家总会思考如何用纯粹人工合成的方法大规模地生产合成纤维。合成纤维是利用煤、石油、天然气及农副产品作原料，经过化学合成与机械加工等制得的纤维。合成纤维品种繁多，常见有聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维、碳纤维等。4功能高分子随着高分子科学的发展，除了继续发展三大合成材料（塑料、合成橡胶、合成纤维）之外，还非常重视对具有特殊功能的高分子化合物的研究，这些特定的功能包括化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分离性能，而这一类高分子化合物就被称为功能高分子，它们是在主链或支链上具有显示某种功能的基团。常见有感光高分子材料、高分子催化剂、隐身高分子材料、医用高分子材料等。第 二 节 电 池电池，你一定不会感到陌生吧！除了熟悉的干电池外，还有供电子手表、电子计算器等使用的钮扣电池，供心脏起搏器、助听器、手机使用的超小型电池，供汽车、风力发电机使用的蓄电池。此外，潜艇、卫星、宇宙飞船等也要依靠电池提供能量。当今社会虽然有方便的交流电电网，但电池的销售量却有增无减，而且不断涌现新的品种。电池是一种将化学能直接转变为电能的装置，又叫化学电池。常见的电池有：一、原电池 一次电池所谓一次电池，就是指放电后不能充电使其复原的电池。通常由正极、负极、电解质和容器、隔膜组成，历史上第一个原电池是由伏打在18世纪末发明的。当时这个电池是由一些金属（铜、银、锌）片和湿的硬纸片组成。伏打是这样描述他的电池的；用水（盐水更好）把这些硬圆纸片浸湿，先在桌上放一块银片，再放上一块锌片，然后在它的上面放一个湿润的硬纸片，再在上面放一块银片和锌片及硬纸片，如此循环放置，直至一定高度，就组成了电堆。这是历史上最原始的电池，也称作原电池，现在所用的一次电池主要有两种：1锌锰电池该种电池表达式为：Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C)生活中常用的1号或5号干电池就多是该种电池，实际制造时，锌皮做负极同时兼作容器外皮，正极氧化锰为粉末，依靠碳棒导电。两层隔膜中的电解液制成糊状以限制其流电又可让离子发生迁移。此种电池适用于间歇式放电场合，如手电筒、收音机等。其工作电压为1.51.6V。由于外皮由锌组成，所以电池用完时，锌皮易被蚀穿而使电解液（NH4Cl）渗出，所以电池用完后应取出以免腐蚀电器。2碱性锌锰电池该种电池表达式为： 这种电池性能优于传统干电池，它于1912年开发，直到1949年投产问世，该电池电解液为碱性，有良好的导电性能，负极为锌池，反应面积增大，所以可以连续大容量放电，外壳为铁皮封闭，可防电解液渗漏。所以该电池是良好的传统干电池的替代产品，但价格略高于传统干电池。3锌银扣式电池该电池表达式为：Zn|KOH|Ag2O这种电池体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，被广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等。二、蓄电池二次电池二次电池，就是利用化学反应的可逆性，在电池中化学能转化为电能后，用外加电能使电池中化学体系复原，重新利用的电池。该类电池主要有：1铅蓄电池该电池表达式为：Pb|H2SO4|PbO2这是最常用的二次电池，硫酸在电池中不仅可传达电流，且参加电池反应，随放电进行，硫酸逐渐减少，且有水生成，所以硫酸浓度不断下降；充电时，硫酸不断生成，硫酸浓度不断增加，所以可用电池中硫酸浓度估计蓄电池荷电状态，该种电池单体正常工作电压为2.0V，必要时可串联多个使用以提高供电电压。2碱式镍镉电池该电池表达式为：Cd|KOH(或NaOH)|NiOOH这种电池使用寿命长，可循环充放电数4次，机械性能好，耐冲击，耐振动， 自放电小，额定电压为1.2V，所以广泛用于日常生活中。例如我们用的随身听等小电器均可用该种充电电池。3氢镍电池该种电池反应复杂，有正常工作，过充电和过额电时有不同的电化学反应，在此不详述。氢镍电池的电解液为1.3g/cm3的氢氧化钾水溶液。这种电池的突出优点是循环使用寿命长，可达10年，缺点是成本较高，自放电速度较大，且由于内部有4MPa气压，所以有爆炸的可能性，但其前景很乐观。现已逐步在航天领域取代镉镍电池。现在的笔记本电池也有部分使用氢镍电池。三、新型电池随着科技发展，在原有原始电池基础上，发展了一些新型高性能电池并已在社会生产生活各方面广泛应用，最突出的例子就是锂电池和燃料电池。1锂电池由于锂密度很小，仅为水的一半，且电极电势很低，所以用锂做负极的电池应具有最大的比能量，即单位重量的电极物质能释放最大的电能，由于锂与水剧烈反应，所以用非水电解液，正极常用MnO2或CuO等。日本三洋公司最早推出的就是Li/MnO2电池。锂电池作为一种新型电池，既可做成一次电池，也可制成二次电池，其有极优异的性能，主要有比能量高，有宽广的温度使用范围，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。该电池特别适于做为心脏起搏器电源。锂电池也可用做高性能的手机电池，笔记本电脑电池等。2燃料电池燃料电池是从原理上产生飞跃的电池，它虽然仍是利用氧化还原反应，但其工作物质可以源源不断由外部输入，因此可长时间不断工作，电池工作时将反应物（燃料）中的化学能直接转化为电能，燃料和氧化剂不断分别输至电池两极，确保电池连续稳定工作，常用的燃料电池燃料可用H2、CH4等。燃料电池特别适宜航天事业，首先燃料电池有很高的质量比能量，可减轻重量以降低发射费用。其次燃料电池产物多为水，经处理后为供宇航员食用，可减少携带重量。第 三节 晶 莹 多 彩 的 玻 璃 我们日常生活中使用的玻璃制品可多啦：窗玻璃、穿衣镜、灯泡、眼镜、茶杯、酒瓶、玻璃工艺品它们的共同特点是透明，可以做成各种各样的形状，还不怕腐蚀。 据说，玻璃是古代威尼斯商人偶然发现的。运载天然碱的威尼斯商船队在航行中遇到大风浪，无法继续前进，只好就近抛锚，在沙滩上过夜。他们用碱块当石头，垒起炉灶，烧火做饭。当风平浪静后，他们收拾锅灶，准备扬帆启航，忽然发现沙滩上有一些闪闪发光的明珠似的东西，这就是最早的玻璃。 这个古老的传说告诉我们，玻璃是由砂子做主要原料熔融而来的。砂子的化学成分是二氧化硅。二氧化硅的熔点很高，加进纯碱（碳酸钠）可以大大降低熔制的温度，使熔浆容易流动。不过，这样做出来的玻璃象浆糊一样，能溶解在水里，我们把它叫做水玻璃，就是硅酸钠。 加进石灰石，给水玻璃“吃”钙片，熔融时和水一样流动的玻璃液冷却后就成为我们常见的玻璃了。在古墓里发掘出的古埃及女皇的项链一串墨绿色的玻璃珠，是四千年前人类历史上最早的玻璃制品，当时比金银首饰还要珍贵呐！只是那时熔炼温度不高，玻璃珠不很透明。玻璃在很长时期里，一直是王公贵族厅堂上的摆设和艺术品，如今已成为非常普通的生活用品和建筑材料。用玻璃制作的用具和仪器品种繁多，价钱便宜，很受欢迎。盖房子的时候，总少不了玻璃做的门窗；法国巴黎的世界博览会大厅由钢筋镶嵌氧化剂，它把绿色的二价铁离子氧化成黄色的三价铁离子，锰变成了紫色的三价锰。黄色和紫色合成白色，玻璃就变成无色透明的了。玻璃里含有不同的金属化合物，会被“染”上各种颜色。加氧化亚铜，可以得到红色玻璃；加氧化钻蓝玻璃；加氧化铬绿玻璃； 玻璃也会“老化”。它本是无定形的过冷液体，分子、原子的排列杂乱无章。但是经过长时期的分子运动，玻璃里会出现局部排列稍有秩序的微小晶体，使玻璃透光性下降，好象蒙上了一层雾气，怎么擦也擦不掉，人们从擦不亮的老玻璃这件事里得到启发，干脆让玻璃经过淬火处理，使内部分子排列整齐一些，微晶化。这样的微晶玻璃很象金属，不象一般玻璃那么娇脆。微晶玻璃茶杯不怕摔，不炸裂，用来做大型反射望远镜，不胀不缩，在冷热剧变的环境里仍然可以正常工作。微晶玻璃做车刀，削铁如泥；还可以加工成人造骨骼。用微晶玻璃做的炒锅，干净，美观，能直接摆上宴席。第 四节 能 源我们经常听到能源这个名词，容易望文生义，认为指的就是能量的来源。其实，这种理解并不确切。确切地说，能源是能为人类提供热、光、动力等有用能量的物质或物质运动的统称，包括矿物燃料、阳光、流水、波浪等。能源是人类社会发展进步的物质基础。在当代，能源同信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱。人类对于能源的开发利用大致经历了四个历史时期：古代柴草时期，新石器时代晚期的煤炭时期，19世纪中叶的石油时期及始于20世纪中叶的新能源时期。一、新能源的开发和利用在上个世纪，人类使用的能源主要有三种，就是原油、天然气和煤炭。而根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制，那么，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年了。四五十年，从人类历史的角度来看，实在是非常非常的短促；试想一下，对于今天20来岁的年轻人来说，到他们六七十岁的时候，如果地球上已经没有原油和天然气可用，我们能不为此感到惊愕吗？所以，开发新能源，替代上述三种传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题，核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核电站的最大使用期只有2530年，核电站的建造、拆除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。那么，人类将向何处寻找新能源呢？先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。1、太阳能太阳能利用的形式很多，例如太阳能集热为建筑供暖、供热水，用太阳能电池驱动交通工具和其它动力装置，等等，这些都属于太阳能小型、分散的利用形式。太阳能大型、集中的利用形式，则是太空发电。在距地面三万多公里高空的同步卫星上，太阳能电池每天24小时均可发电，而且效率高达地面的10倍。太空电能可以通过对人体无害的微波向地面输送。2、风能空气流动所形成的动能称为风能，风能是太阳能的一种转化形式，太阳的辐射造成球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能。风能是一种自然能源。据估计，太阳辐射到地球上的热能（内能）约有20被转换成风能，相当于148000亿吨标准煤的能量，是现在全世界一年所消耗能量的100倍。3、地热能地球内部的放射性元素不断进行着热核反应，具有非常高的温度，估计地球中心的温度达6000。高温的热量透过厚厚的地层，时时刻刻向太空释放，这种“大地热流”产生的能量，称地热能。目前世界上已有近二百座地热发电站投入了运行，装机容量数百万千瓦。研究表明，地热能的蕴藏量相当于地球煤炭储量热能的1.7亿倍，可供人类消耗几百亿年，真可谓取之不尽、用之不竭，今后将优先利用开发。4、波浪能主要的开发形式是海洋潮汐发电。80年代中期挪威成功地建成一座小型潮汐发电站，让涨潮的海水冲进有一定高度的贮水池，池水下溢即可发电。已经在设计的单座潮汐电站，其它发电量可供一个30万人口的城市使用。5、氢能氢是宇宙中含量最丰富的元素之一，可提取出无穷无尽的氢。氢运输方便，用作燃料不会污染环境，重量又轻，优点很多。前苏联试用氢为“图155”型飞机的燃料已经初步得到成功，各国正积极试验用氢作为汽车的燃料。氢无疑也是人类未来要优先利用的能源之一。专家普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。而这两种能源都与氢元素息息相关，前者直接利用氢，后者则利用氢的同位素氘。氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿立方千米，若把其中的氢提炼出来，约有1.41017吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高每千克氢燃烧后能放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。清洁无污染燃烧的产物是水，对环境无任何污染。资源丰富氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。适用范围广贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。 当前，世界著名的汽车厂商，为发展环保型汽车，加紧更新传统的车用燃料，纷纷决定采用氢能，掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明，使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30，造成的大气污染仅为内燃机的5。美国在2002年，已生产约100万辆氢能汽车。除汽车外，2001年开始，美国、欧洲和日本已在飞机