高中化学课外读物

目录必修1第一章从实验学化学1．实验的安全和意外事故处理………………32．化学实验室安全歌…………53．几种分离和提纯方法………64．物质的量的单位──摩尔…………………65．阿佛加德罗的分子学说……………………7第二章化学物质及其变化1．科学方法简介………………102．丁达尔效应和光散射………103．跨世纪的纳米材料…………114．氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的意义…………135．电离学说的创立者阿累尼乌斯……………14第三章金属及其化合物1．电解离析出金属钾、钠、钙、镁的戴维…………………182．铝的故事……………………203．电视机里的“警卫员”……………………224．红宝石与蓝宝石……………225．铁在人体中有什么功能？…………………236．铝对人体健康有害吗？……………………25

7．超导材料……………………258．储氢合金……………………269．形状记忆合金………………26第四章非金属及其化合物1．硅与人类文明………………282．化学家是怎样认识氯气和盐酸的…………303．漂白粉………………………314．饮水消毒……………………325．硫的氧化物…………………326．神奇的一氧化氮分子………337．浓、稀硫酸氧化作用不同的原因…………338．硝酸合成与第一次世界大战………………349．玻尔巧藏诺贝尔金质奖章…………………3410．氨气的发现与合成………34必修2第一章物质结构元素周期律1．元素周期律的发现…………372．元素周期律和元素周期表的重要意义……393．元素周期表的终点在哪里？………………404．化学元素命名趣谈…………405．氟的制取———悲壮的历程………………436．碘的化合物与人体健康……………………44第二章化学反应与能量1．热化学简介…………………452．能源的分类…………………463．原电池………………………464．电池的种类…………………475．节能和新能源的开发………48第三章有机化合物1．“可燃冰”——未来的新能源……………512．液化石油气的成分…………523．塑料袋的毒性鉴别…………534．酒的起源……………………535．“酸”和醋…………………546．有机结构理论的奠基人凯库勒……………55第四章化学与可持续发展1．海洋──人类未来的财富…………………592．海水化学资源概况和海水利用……………593．大气污染的危害……………604．酸雨…………615．我国水污染防治面临五大严峻挑战………616．居室内的主要化学污染物…………………637．绿色化学的含义……………638．绿色化学在行动……………649．八大公害事件………………66化学乐园1．中国化学史上的“世界第一”……………682．趣味化学实验………………693．化学谜语……………………704．成语中的化学知识…………735．化学史大事年表……………74必修1第一章从实验学化学1．实验的安全和意外事故处理（1）实验安全●防止火灾化学药品中有很多是易燃物，在使用时若不注意可能酿成火灾。所以，对易燃物：①必须妥善保管，放在专柜中，远离火源。易燃品、强氧化剂、钾、钠、钙等强还原剂要妥善保管；②使用易挥发可燃物如乙醇、乙醚、汽油等应防止蒸气逸散，添加易燃品一定要远离火源；③进行加热或燃烧实验时要严格操作规程和仪器选用，如蒸馏时要用冷凝器等；④易燃物质用后若有剩余，决不能随意丢弃，如残留的金属钠应用乙醇处理，白磷应放在冷水中浸泡等。另外，实验室必须配备各种灭火器材（酸碱灭火器、四氯化碳灭火器、粉末灭火器、沙子、石棉布、水桶等）并装有消防龙头。实验室电器要经常检修，防止电火花、短路、超负载等引发火灾。在使用酒精灯时，一定要注意：①不能用燃着的酒精灯去点燃另一盏酒精灯；②不能用嘴吹灭酒精灯；③不能向燃着的酒精灯中添加酒精；④灯壶内的酒精不能超过容积的2/3等。●灭火如果不慎在实验室发生火灾，应立即采取以下措施：①防止火势扩展：移走可燃物，切断电源，停止通风。②扑灭火源：酒精等有机溶剂泼洒在桌面上着火燃烧，用湿布、石棉或沙子盖灭，火势大可以用灭火器扑灭。小范围的有机物、钾、钠、白磷等化学物质着火可用沙盖灭。③常用灭火器的种类和使用范围见下：类

型药液成分适用灭火对象酸碱式H2SO4和NaHCO3非油类、电器泡沫式Al2(SO4)3和NaHCO3油类CO2灭火器液态CO2电器、小范围油类、忌水的化学品四氯化碳液态四氯化碳电器、汽油、丙酮。不能用于钾、钠、电石、CS2干粉灭火器NaHCO3等类，适量润滑剂、防潮剂油类、可燃气体、精密仪器、图书文件等扑救化学火灾注意事项：①与水发生剧烈反应的化学药品不能用水扑救，如钾、钠、钙粉、镁粉、铝粉、电石、三氯化磷、五氯化磷、过氧化钠、过氧化钡、磷化钙等，它们与水反应放出氢气、氧气等将引起更大火灾。②比水密度小的有机溶剂，如苯、石油等烃类、醇、醚、酮、酯类等着火，不能用水扑灭，否则会扩大燃烧面积；比水密度大且不溶于水的有机溶剂，如二硫化碳等着火，可用水扑灭，也可用泡沫灭火器、二氧化碳灭火器扑灭。③反应器内的燃烧，如是敞口器皿可用石棉布盖灭。蒸馏加热时，如因冷凝效果不好，易燃蒸气在冷凝器顶端燃着，绝对不可用塞子或其他物件堵塞冷凝管口，应先停止加热，再行扑救，以防爆炸。●防止爆炸各种可燃气体与空气混合都有一定的爆炸极限，点燃气体前，一定要先检验气体的纯度。特别是氢气，在点燃氢气或加热与氢气反应的物质前，都必须检验其纯度。●防止倒吸引起爆裂加热制备气体并将气体通入溶液中的实验，要防止因反应容器内压强锐减而造成液体倒吸入热的反应容器内。玻璃的膨胀系数比较小，冷热不均会造成玻璃容器爆裂，甚至溅伤实验人员。为此，要注意以下几点：①加热尽可能均匀；②在反应容器后加一个安全瓶；③用倒扣漏斗等方法吸收易溶于水的气体；④实验结束前先从溶液中撤出导管再停止加热。●防止有害气体污染空气有毒气体如Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2等酸性气体，用强碱溶液吸收（通常用浓NaOH溶液）；CO点燃除掉；NO先与足量空气混合后再通入碱溶液中；H2和其他可燃性气体，如气态烃虽无毒性，但弥散在空气中有着火或爆炸的危险，应当点燃除掉；NH3用浓硫酸吸收；制备有毒气体的实验应在通风橱内进行。●防止暴沸加热有机物时，由于它们的沸点一般比较低，一旦温度过高，液体局部过热，会形成暴沸现象，反应溶液甚至冲开橡皮塞溅伤实验者，所以，在反应容器中要放一些碎瓷片。●严格按照实验规程进行操作药品用量要尽可能少，如金属钾与水反应，钾的用量控制为绿豆般大小。用量过大，反应十分激烈会引起燃烧甚至爆炸。烧瓶内反应溶液的体积一般不宜超过瓶容积的一半，以防冲出瓶外。加热应控制在规定的温度范围内，特别是有机反应，如酯的制备要用小火加热等。易燃试剂在实验时远离热源；取用试剂后及时塞好瓶塞；稀释浓硫酸一定要将浓硫酸沿器壁慢慢倒入水中并不断搅拌。闻气体的气味时要用手轻轻扇动，让极少量气体飘进鼻孔等。（2）意外事故的处理方法●创伤急救用药棉或纱布把伤口清理干净，若有碎玻璃片要小心除去，用双氧水擦洗或涂红汞水，也可涂碘酒（红汞与碘酒不可同时使用），再用创可贴外敷。●烫伤和烧伤的急救可用药棉浸75%～95%的酒精轻涂伤处，也可用3%～5%的KMnO4溶液轻擦伤处到皮肤变棕色，再涂烫伤药膏。●眼睛的化学灼伤应立即用大量流水冲洗，边洗边眨眼睛。如为碱灼伤，再用20%的硼酸溶液淋洗；若为酸灼伤，则用3%的NaHCO3溶液淋洗。●浓酸和浓碱等强腐蚀性药品使用时应特别小心，防止皮肤或衣物被腐蚀。如果酸（或碱）流在实验桌上，立即用NaHCO3溶液（或稀醋酸）中和，然后用水冲洗，再用抹布擦干。如果只有少量酸或碱液滴到实验桌上，立即用湿抹布擦净，再用水冲洗抹布。如果不慎将酸沾到皮肤或衣物上，立即用较多的水冲洗，再用3%～5%的NaHCO3溶液冲洗。如果是碱溶液沾到皮肤上，要用较多的水冲洗，再涂上硼酸溶液。●其他化学灼伤的急救溴：用1体积氨水+1体积松节油+10体积乙醇混合处理。磷：先用5%的CuSO4溶液洗，再用1g/L的KMnO4苯酚：先用大量水洗，再用乙醇擦洗，最后用肥皂水、清水洗涤。（3）妥善处理实验后的废液和废渣化学实验的废液大多数是有害或有毒的，不能直接排到下水管道中，可先用废液缸收集储存，以后再集中处理。但一些能相互反应产生有毒物质的废液不能随意混合，如强氧化剂与盐酸、硫化物、易燃物，硝酸盐和硫酸，有机物与过氧化物，磷和强碱（产生PH3），亚硝酸盐和强酸（产生HNO2），二氧化锰、高锰酸钾、氯酸钾等不能与浓盐酸混合；挥发性酸与不挥发性酸等。常见废液的处理方法见下表：废

液处理方法注意事项酸或碱中和法分别收集，混合无危险时将废酸、废碱混合氧化剂

还原剂氧化还原法分别收集，查明废液化学性质，将一种废液分次少量加入另一种废液中含重金属离子的废液氢氧化物沉淀法，硫化物共沉淀法用过滤或倾析法将沉淀分离，滤液不含重金属离子后再排放含Ba2+沉淀法加入Na2SO4溶液，过滤，除去沉淀即可排放有机物焚烧法，有机溶剂萃取回收利用生成水、CO2等不污染环境

用溶剂萃取，分液后回收利用固体残渣往往有一些重金属盐，对水体和土壤会造成污染，要处理（一般变成难溶的氧化物或氢氧化物）后集中掩埋。汞不慎撒落地面时，要先用硫黄覆盖，使其化合为硫化汞后扫除并妥善掩埋。用剩下的钠、钾、白磷等易燃物，氧化剂高锰酸钾、氯酸钾、过氧化钠等，易挥发的有机物等不可随便丢弃，防止着火事件发生。有毒物质用剩后不可随意乱扔。2．化学实验室安全歌水火无情，人命关天，安全第一，牢记心田。一防水患，二防火险，三防爆炸，四防触电。实验之前，准备在先，防护用品，一应俱全。实验之中，不得擅离，及时观察，预防突变。短暂离开，同伴照看，尤应注意，停水停电。加热过夜，最是危险，确需如此，要五保险:调压变压;使用继电;硅油热包，用作热源;不准回流，不开水冷;温度恒定，方可安眠。用水注意，水管紧连，水量勿猛，下班拔管。使用电器，先查电线，防止短路，防止漏电。慎用煤气，小心引燃，远离溶剂，远离实验。明火加热，通风在先。高压气瓶，放稳放远，氢气钢瓶，操作要严。家用冰箱，不适实验。箱内容器，一定盖严，要放平稳，务贴标签。剧毒试剂，专人领取，金属钾钠，存放专点。各种溶剂，勿贮太多，存于阴处，入夏尤然。残渣废液，不可入池，分门别类，各归其所。实验室内，保持整洁，不能用膳，不准抽烟。最后离室，是个关键，水电气窗，闸销复原。灭火用具，经常检查，急救药品，常备手边。遇有险情，先断电源，报警号码，随处可见。此歌唱完，认真实践，胆大心细，永保安全。3．几种分离和提纯方法

分离和提纯方法过

程应用实例倾析从液体中分离密度较大且不溶的固体分离沙和水过滤从液体中分离不溶的固体净化食用水溶解和过滤分离两种固体，一种能溶于某溶剂，另一种则不溶分离盐和沙离心分离法从液体中分离不溶的固体分离泥和水结晶法从溶液中分离已溶解的溶质从海水中提取食盐分液分离两种不互溶的液体分离油和水萃取加入适当溶剂把混合物中某成分溶解及分离用庚烷提取水溶液中的碘蒸馏从溶液中分离溶剂和非挥发性溶质从海水中取得纯水分馏分离两种互溶而沸点差别较大的液体从液态空气中分离氧和氮；石油的精炼升华分离两种固体，其中只有一种可以升华分离碘和沙吸附除去混合物中的气态或固态杂质用活性炭除去黄糖中的有色杂质色层分析法分离溶液中的溶质分离黑色墨水中不同颜色的物质4．物质的量的单位──摩尔摩尔一词来源于拉丁文moles，原意为大量和堆集。早在20世纪40至50年代，就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年，化学家将摩尔称为“化学家的物质的量”，并阐述了它的涵义。同年，在美国《化学教育》杂志上展开了热烈的讨论，大多数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。1971年，在由41个国家参加的第14届国际计量大会上，正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议，并作出了决议。从此，“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。摩尔是由克分子发展而来的，起着统一克分子、克原子、克离子、克当量等许多概念的作用，同时把物理上的光子、电子及其他粒子群等“物质的量”也概括在内，使在物理和化学中计算“物质的量”有了一个统一的单位。第14届国际计量大会批准的摩尔的定义为：（1）摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与12kg1（2）在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。根据摩尔的定义，12g12C中所含的碳原子数目就是1mol，即摩尔这个单位是以1摩尔跟其他的基本计量单位一样，也有它的倍数单位。1Mmol=1000kmol1kmol=1000mol1mol=1000mmol那么，什么样的特定组合才符合摩尔定义中所规定的基本单元的涵义呢？凡是物质系统中能以化学式表示，同时又可以计数的特定组合都可以计量它的物质的量。国际纯粹和应用化学联合会于1979年出版的“物理化学量和单位的符号与术语手册”（第二次修订本）中对摩尔的应用示例作了重要的增补，即：1molHgCl

其质量为236.04g1molHg2Cl2

其质量为472.08g1molHg22+

其质量为401.8g，带有11mol1/2Ca2+

其质量为20.04g，带有96.49kC的电量1mole－

其质量为548.60μg，带有-96.49kC的电量1mol某种混合物，其组分的摩尔分数（x）为：x(N2)=0.7809x(O2)=0.2095x(Ar)=0.0093x(CO2)=0.0003具有的质量为28.964g。1mol频率为1014Hz的光子，具有39.90kJ的能量。5．阿佛加德罗的分子学说一、阿佛加德罗的一生化学家阿佛加德罗（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都灵市人，出生于一位著名的律师家庭。16岁时取得了法学士学位，20岁时获得法学博士学位，并当了几年的律师。他厌倦律师工作，从24岁起他开始对数学、物理学发生了浓厚的兴趣。阿佛加德罗学习认真，工作负责。尽管他懂法文、英文和德文，可是他的科学理论除意大利外，外国很少有人知道。1804年都灵科学院推选他当通讯院士，1819年才正式选为科学院院士。1820年被聘为都灵大学数学、物理学教授，一直在这里教学和科研多年。他一生发表了50多篇论文，内容十分丰富，还有最重要的著作《可度量物体物理学》共4大卷。阿佛加德罗生前没有获得任何荣誉称号。死后才赢得人们的崇敬。1911年为纪念阿佛加德罗定律提出100周年，意大利在都灵建立了阿佛加德罗纪念像，出版了他的选集，颁发了纪念章。1956年，意大利科学院召开了纪念阿佛加德罗逝世100年大会。在会上意大利总统将首次颁发的加佛加德罗大金质奖章授与两位著名的诺贝尔化学奖获得者──英国化学家欣谢尔伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美国化学家鲍林。他们在致词中一致赞颂，他“为人类科学发展作出贡献的阿佛加德罗永远为人们所崇敬。”二、三论分子未能得到重视化学家道尔顿发表原子学说的第二年，化学家盖·吕萨克提出了气体化合体积定律。他将自己做的化学实验结果与原子学说相对照，认为原子学说所说化学反应中各种原子以简单数目相结合的论点，可以用自己的实验予以支持，于是他提出了一个新的假说：“在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子”他认为这一假说是对原子学说的支持和发展。没想到，道尔顿坚决反对这个假说，因为原子学说认为不同元素的原子大小不会一样，其重量也不一样，因而相同体积的不同气体不可能含有相同数目的原子。正当化学界对盖·吕萨克提出的假说开展争论时，阿佛加德罗对这个问题也发生了浓厚的兴趣。他仔细考察了盖·吕萨克和道尔顿争论之所以相持不下，矛盾无法解决，关键在于没有指出分子的存在。1811年，阿佛加德罗在法国《物理杂志》发表一篇经典性的论文，题为《论测定物体中原子相对重量及其化合物中数目比例的一种方法》，论述了有关原子量的测定，化学式的确立等，他根据盖·吕萨克的实验事实，进行了合理的推论，引入了分子概念。文章指出，原子是参加化学反应的最小质点，分子则是游离态单质或化合物能独立存在最小质点。分子由原子组成，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子则由不同元素的若干原子组成。他还根据盖·吕萨克定律的实验事实，修正了盖·吕萨克假说中的错误。认为“在同温同压下，相同体积的不同气体具有相同数目的分子。”此假说的奥妙之处在于把原子换成了分子，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了。根据阿佛加德罗的假说，只要承认任何物质可以独立存在的最小微粒是分子，那么单个的气体分子就不是单个的原子，而是由两个或两个以上的原子所组成，如氢、氧、氮、氯的分子都是由2个原子组成的。虽然阿佛加德罗假说，言之成理，持之有据，可是并未获得化学界的承认。1814年，阿佛加德罗发表了第二篇关于阐述分子假说的论文，仍然没有引起什么反响，同样遭到冷遇。就是在这一年，法国物理学家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也独立提出了类似的分子假说，也没有引起化学界的注意。这时阿佛加德罗更清楚地认识到自己提出的分子假说在化学发展中的重要意义。他对这种现象非常着急，于是在1821年又发表了阐述分子假说的第三篇论文。在文中写道：“我是第一个注意到盖·吕萨克气体实验定律可以用来测定分子量的人，而且也是第一个注意到它对道尔顿的原子学说具有意义的人。沿着这种途径我得出了气体结构假说，它在相当大的程度上简化了盖·吕萨克定律的应用”。在阿佛加德罗论述了分子假说后，感慨地写：“在物理学家和化学家深入地研究原子学说和分子假说之后，正如我所预言，它将要成为整个化学的基础和使化学这门科学日益完善的源泉。”尽管阿佛加德罗前后三论，作了最大的努力，但是，还是没有获得人们的认可。三、分子学说的再生道尔顿提出原子学说后，测定原子量已成为化学家研究的重要课题。但是由于不承认分子的存在，化合物的原子组成就无法确定，以至原子量测定的数据呈现一片混乱。于是有的化学家对原子量能否测定表示怀疑，甚至对原子学说是否正确也产生了怀疑，不承认分子假说，在有机化学中同样产生了极大的混乱，如醋酸就可以写出19个不同的化学式，当量有时等于原子量，有时等于重合原子量（即分子量），无论无机化学还是有机化学中的混乱局面，都使化学家无法容忍。因而他们要求召开一次国际会议，力求通过讨论，在化学式、原子量等问题上取得统一的意见。于是1860年9月在德国卡尔斯鲁厄召开了国际化学会议。来自世界各国的140位化学家在会上争论热烈，但没有统一的意见。明珠是不怕被土埋的，到一定的时候，仍然会破土而出，放出光芒。这时意大利化学家康尼查罗（Cannizzaro,S.1826-1910）散发了他写的《化学哲学教程提要》的单行本。他回顾了50年来化学发展的历程，成功的经验和失败的教训，都充分证实了阿佛加德罗的分子假说是正确的。这个单行本一开始就写道：“我相信，近年来科学的进步、已经证实了阿佛加德罗、安培和杜马关于气态物质具有相似结构的假说，即同体积的气体，无论是单质还是化合物，都含有相同数目的分子，而不含有相同数目的原子，因为不面物质的分子以及在不同状态下的相同物质的分子可能含有不同数目的原子，其性质也可能相同，也可能不同”。接着康尼查罗在书中着重介绍了求原子量和分子量的基本方法，还研究了应用杜隆和培蒂的原子热容定律来验证自己所得原子量的正确性。康尼查罗还指出当量与原子量的不同，原子有自己不变的原子量，但也可能具有不同的当量。化学家经过50来年的曲折历程，终于承认阿佛加德罗的分子假说了。阿佛加德罗的伟大贡献被发现，立即光芒四射，成为扭转这一混乱局面的理论武器。第二章化学物质及其变化1．科学方法简介类别名称定义方法举例获取科学事实的方法观察通过感官或借助一定仪器，有目的、有计划地考察和描述客观对象的方法直接观察

间接观察实验根据一定的研究目的，运用一定的物质手段（通常是科学仪器和设备），在人为控制或模拟自然现象的条件下获取科学事实、探索其本质和规律的方法定性实验

定量实验

对照实验

模拟实验思想实验按照实验的模型展开的思维活动，是一种特殊实验方法理想实验

想象实验整理科

学事实

的方法比较通过相关对象之间的对比，确定它们的差异点和共同点，并发现其共同规律的思维方法求同比较

求异比较

综合比较分类根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不同的种类，而且形成有一定从属关系的不同等级的系统的逻辑方法树状分类法

二元分类法

多元分类法类比根据两类对象之间某些相同或相似，推出它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法共存类比法

因果类比法

对称类比法

综合类比法归纳从个别到一般的逻辑思维方法完全归纳法

不完全归纳法

科学归纳法演绎与归纳法相反，从一般到个别的逻辑思维方法分析把整体分解为部分，或把复杂事物分解为简单要素，或把过程分解为阶段，或把动态凝固为静态来研究的思维方法综合与分析相反，把各个部分、各个方面、各个层次、各种因素结合起来，动态地考察对象的思维方法构造科

学理论

体系的

方法假说根据科学原理和事实，对未知的新事实作出的假定性说明模型通过研究模型来解释原型（被模拟的对象）的形态、特征和本质的方法理想模型

物理模型

数学模型科学理论是系统化了的科学知识体系，它用概念、判断、推理的形式完整地反映客观对象的本质及其规律横向科

学方法系统方法按照事物的系统性把对象放在系统的模式中加以考察的方法信息方法把系统的过程当作信息传递和转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，以达到对某个复杂系统运动过程的规律性认识的方法反馈控制用系统活动的结果来调整系统活动的方法功能模拟以功能和行为的相似为基础，用模型模仿原型的功能和行为的方法黑箱方法利用外部观测、试验，通过输入、输出信息来研究黑箱功能和特征，探究其构造和机理的方法2．丁达尔效应和光散射1869年，英国科学家丁达尔发现了丁达尔效应。光射到粒子上可以发生两种情况，一是当粒子直径大于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是当粒子直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬（乳）浊液分散质粒子直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质粒子太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔效应；只有溶胶才有比较明显的乳光，这时粒子好像一个发光体，无数发光体散射的结果就形成了光的通路。散射光的强度还随着粒子浓度的增大而增加，因此，进行实验时，溶胶浓度不要太小。3．跨世纪的纳米材料1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”时间仅仅过去了二十几年，到了1982年，费曼的预言便成了现实。国际尚用机器公司研制成了扫描隧道显微镜（简称STM），它不仅能使人类观察到了原子，而且能够利用仪器的针尖来操纵原子，德国科学家宾尼（G.Binnig）等利用扫描隧道显微镜在镍板上将硅原子组成了“IBM”（国际商用机器公司的英文缩略语）的字样。不久，日本科学家又将硅原子堆成了一个金字塔。于是，人类也像大自然一样，成了主宰原子和分子的主人，而不仅仅是被动地去认识和利用大自然造就的原子和分子。这样，到了20和21世纪之交，人类正在悄悄地进入一个崭新的科技时代──纳米科技时代。纳米科技是在纳米的尺度上研究和应用原子、分子及其结构信息的高新技术，它的最终目标是直接用具有纳米尺度的原子、分子制造有特定功能的材料，被称为纳米材料（由粒径1～100nm的粒子组成的固体材料），它是21世纪很有希望和前途的新型材料。（1）纳米材料的发现组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发现者德国物理学家格莱特（Grant）的科学思路。那是1980年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响：晶粒越小，强度就越高。格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入：如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验。经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料如无机化合物和有机化合物，它们也可以带着不同的色彩：瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色──黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地”的变化。为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒尺寸变小到小于光波的波长（1×10-7m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1“小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。格莱特的发现已经和正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。（2）纳米材料的应用①天然纳米材料海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。②纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。③纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。④纳米传感器纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。⑤纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。⑥纳米半导体材料将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。⑦纳米催化材料纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600℃降低到室温。⑧医疗上的应用血液中红血球的大小为6000～9000nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。⑨纳米计算机世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了18000个电子管，总重量30t，占地面积约170m2，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在1经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，使计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益。⑩纳米碳管1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，如右图：这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。在空气中将纳米碳管加热到700℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。4．氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的意义在这里，只能对氧化还原反应在工农业生产、科学技术等方面的作用和意义作一些极简单的介绍。我们所需要的各种各样的金属，都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法；制造黑色金属和别的有色金属都是在高温条件下用还原的方法；制备贵重金属常用湿法还原，等等。许多重要化工产品的制造，如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等，主要反应也是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。在农业生产中，植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化，如铵态氮转化为硝态氨，SO42－转化为H2S等，虽然需要有细菌起作用，但就其实质来说，也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的氧化态的变化直接影响着作物的营养，晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应，否则就不可能把化学能转变成电能、把电能转变成化学能。人和动物的呼吸，把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把储藏在食物的分子内的能，转变为存在于三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键的化学能，这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量。煤、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能。由此可见，在许多领域里都涉及到氧化还原反应，我们引导学生学习和逐步掌握氧化还原反应对于他们今后参加生产、走向社会等都是有意义的。5．电离学说的创立者阿累尼乌斯

斯范特·奥古斯特·阿累尼乌斯是近代化学史上的一位著名的化学家，又是一位物理学家和天文学家。阿累尼乌斯1859年2月19日出生在瑞典乌普萨拉阴近的维克。他的父亲名叫斯范特·古斯培夫，母亲名叫卡罗利娜·克利斯蒂娜·通贝格。父亲早年毕业于乌普萨拉大学，曾在维克经营过地产。

阿累尼乌斯从小聪明出众，3岁的时候就能认字。哥哥约翰写作业时，他经常在旁边仔细地看着。他凭着个人特有的天赋，从算术书上看懂了一些简单的算法。6岁那年他竟然能够坐在父亲的身边，协助父亲算起帐来。小学里的课程，远远满足不了他的求知欲望，他要求父亲早日把他送进中学。在乌普萨拉城一所教会办的中学里，阿累尼乌斯对数学、物理、生物和化学产生了特殊的兴趣，成绩优异。

1876年，17岁的阿累尼乌斯中学毕业，考取了乌普萨拉大学。他最喜欢选读数学、物理、化学等理科课程，只用两年他就通过了学士学位的考试。1878年开始专门攻读物理学的博士学位。他的导师塔伦教授（T.R.Thalen）是一位光谱分析专家。在导师的指导下，阿累尼乌斯学习了光谱分析。但他认为，作为一个物理学家还应该掌握与物理有关的其它各科知识。因此，他常常去听一些教授们讲授的数学与化学课程。渐渐地，他对电学产生的浓厚兴趣，远远超过了对光谱分析的研究，他确信“电的能量是无穷无尽的”，他热衷于研究电流现象和导电性。这引起了导师塔伦教授的不满，他要求阿累尼乌斯要务正业，多研究一些与光谱分析有关的课题。俗话说，“人各有志，不可强留”。目标不同，使阿累尼乌斯只好告别这位导师。

1881年，他来到了首都斯德哥尔摩以求深造。在瑞典科学院物理学家埃德伦德（E.Edlund）教授的指导下，进行电学方面的研究。不久，阿累尼乌斯就成了埃德伦德教授的得力助手。每当教授讲课时，他就协助导师进行复杂的实验，在从事科学研究时，他就配合教授进行某些测量工作。因此，他的才干很得教授的赏识。几乎所有的空闲时间，他部在埋头从事自己的独立研究，在电学领域中，他对把化学能转变为电能的电池很有研究兴趣。

年轻的阿累尼乌斯刻昔钻研，具有很强的实验能力，长期的实验室工作，养成了他对任何问题都一丝不苟、追根究底的钻研习惯。因而他对所研究的课题，往往都能提出一些具有重大意义的假说，创立新颖独特的理论。他发现在电池中，除了由化学反应产生的化学能转化为电能外，还存在一些引起电极极化的因素，而这会降低电流回路的电压。于是，他着手研究能够减少甚至防1发生极化作用的添加物。他坚持反复实验，终于明白极化效应取决于添加物——去极剂的数量。电离理论的创建，是阿累尼乌斯在化学领域最重要的贡献。

在19世纪上半叶，已经有人提出了电解质在溶液中产生离子的观点，但在校长时期内，科学界普遏赞同法拉第的观点，认为溶液中“离于是在电流的作用下产生的”。阿累尼乌斯在研究电解质溶液的导电性时发现，浓度影响着许多稀溶液的导电性。阿累尼乌斯对这一发现非常感兴趣，特地向导师请教，埃德伦德教授很欣赏他的敏锐的观察能力，为他指出了进一步做好实验、深入探索是关键所在。阿累尼乌斯在实验中对教授设计的仪器做了大胆的改进，几个月的时间过去了，他得到了一大堆实验测量的结果。处理、计算这些结果又用去了好长时间。此间他又发现了一些更有趣的事实。例如，气态的氨是根本不导电的，但氨的水溶液却能导电。大量的实验事实表明，氢卤酸溶液也有类似的情况。多少个不眠之夜过去了，阿累尼乌斯紧紧地抓住稀溶液的导电问题不放。他的独到之处就是，把电导率这一电学属性，始终同溶液的化学性质联系起来，力图以化学观点来说明溶液的电学性质。1883年5月，他终于形成了电离理论的基本观点。他认为，当溶液稀释时，由于水的作用，它的导电性增加，为什么呢？他指出：“要解释电解质水溶液在稀释时导电性的增强，必须假定电解质在洛液中具有两种不同的形态，非活性的一分子形态，活性的——离子形态。实际上，稀释时电解质的部分分子就分解为离子，这是活性的形态；而另一部分则不变，这是非活性的形态……”他又说：“当溶液稀释时，活性形态的数量增加，所以溶液导电性增强”。伟大的发现！阿累尼乌斯的这些想法，终于突破了法拉第的传统观念，提出了电解质自动电离的新观点。为了从理论上概括和阐明自己的研究成果和新的创见，他写成了二篇论文。第一篇是叙述和总结实验测量和计算的结果。题为“电解质的电导率研究”，第二篇是在实验结果的基础上，对于水溶液中物质形态的理论总结，题名为：“电解质的化学理论”，专门阐述电离理论的基本思想。阿累尼乌斯把这两篇论文，送到瑞典科学院请求专家们审议。1883年6月6日经过斯德哥尔摩的瑞典科学院讨论后，被推荐予以发表，刊登在1

1883年底，当阿累尼乌斯收到上述杂志关于这两篇论文的校样后，他又产生了一个想法。他把其中的主要内容集中起来，写成《电解质的导电性研究》作为学位论文送交乌普萨拉大学。该校学术委员会接受了他的申请，决定在1884年5月进行公开的论文答辩。答辩会争论得非常激烈。阿累尼乌斯以大量无可辩驳的实验事实，说明电解质在水中的离解，精辟地阐述了自己的新见解，受到多数委员和与会者的赞许。但是，阿累尼乌斯的导师塔伦教授表示，他对实验事实无任何异议，只是对电解质在水溶液中自动电离的观点不能理解。另一位导师克莱夫教授则提出，他对阿累尼乌斯的实验事实持怀疑态度，认为电解质在水溶液中自动电离的观点是十分荒唐的。阿累尼乌斯反复列举出大量实验事实来支持自己的观点，他引证了早在1857年德国科学家鲁道夫·克劳晋斯提出的电解质在水溶液中不用通过电流就会产生离子的假设，也引用了德国化学家奥斯特瓦尔德的研究成果来为自己的观点辩解。但最后，由于委员会支持教授们的意见，阿累尼乌斯的答辩成绩只得了3分。

一场激烈的辩论过去了，阿累尼乌斯并未因成绩不佳而灰心。相反，他坚信自己的观点是正确的。为了寻求更加广泛而公正的评价，答辩后第二夭，他就把自己的论文分别寄给了欧洲的一些著名科学家。不久，他收到了来自波恩的克劳晋斯的复信。住在杜宾根的L·迈尔，长居俄国里加的W·奥斯特瓦尔德，以及荷兰的青年化学家范霍夫也都先后给他写来了评价很高的支持信件。其中，奥斯特瓦尔德对阿累尼乌斯的工作表现出特殊的兴趣。他不仅充分肯定了这位青年人的实验成果，而且信中还提出了许多有关研究酸的催化作用的问题，建议同他一起研讨共同感兴趣的课题。这封信成了他们后来长期合作的开端。1884年8月、奥斯特瓦尔德专程来到鸟普萨拉会见这位青年学者。共同的志趣，相同的学术观点，使他们结下了深厚的友谊。奥斯特瓦尔德肯定阿累尼乌斯的电离学说新观点从理论上说明了酸起催化作用的根本原因。一位欧洲著名学者的来访，轰动了暑假中宁静的乌普萨拉大学的校园。克莱夫等么些教授，对阿累尼乌斯受到如此特别器重，都感到十分惊奇。在国内，斯德哥尔摩的埃德伦德教授、彼得松教授等少数知名科学家也表示支持阿累尼乌斯的新见解。大学当局决定，再次为阿累尼乌斯举行论文答辩：当年冬天的这次答辩进行得异常顺利，论文被通过。不久，阿累尼乌斯被任命为物理化学副教授。只有固执的克莱夫教授及其支持者们，仍然拼命地反对新生的电离理论。因此，阿累尼乌斯只好离开乌普萨拉城，重新回到斯德哥尔摩在埃德伦德教授的领导下工作。在那里，他继续深入研究电解质的导电性。

埃德伦德非常器重阿累尼乌斯的知识和敏锐的观察能力，特别赞赏他那敢于冲破传统观念、追求真理的精神，对他的工作予以全面支持和热心指导。在教授的帮助下，他的科学成果受到了普遍重视。1885年底，阿累尼乌斯获得瑞典科学院的一笔奖金，从而使他有了出国深造的条件。

1886年，他首先来到俄国，在里加工学院奥斯特瓦尔德的实验室里，完成了他们早已确定的合作计划。接着他去武尔茨堡，在电学家科尔劳什教授的实验室里，研究气体的导电性，还研究了作为溶剂的水，在电离过程中所起的作用。随着研究工作的进展，阿累尼乌斯的学术水平提高很快。但他同时越发感到自己的知识不足，他需要学习更多、更广泛的知识。为了不断扩大自己的知识面，他必须向更多的具有不同学术风格和特长的专家去求教。于是，在18871年他又去了格拉茨，在玻尔兹曼的实验室里工作。1888年初，他到了荷兰的阿姆斯特丹。他同范霍夫合作，进行了一系列与电解质洛液冰点降低有关的测定。他们根据实验结果，计算了范霍夫关于稀溶液渗透压公式中的等渗系数之值以及电离度等数据，并以电离理论加以解释。这种合作使双方都得到启迪，感到收益巨大。此后，阿累尼乌斯赶到莱比锡，在奥斯特瓦尔德领导的物理化学研究所从事新的实验研究，进一步丰富与完善了电离理论。

1888年夏天，阿累尼乌斯结束了对欧洲各国的周游，兴冲冲地返口自己的祖国。他热爱瑞典，渴望长期工作在家乡的土地上。然而现实又令他失望，在国内，他的科学成就仍然得不到科学界的普遍承认。就连一贯支持他的埃德伦德老教授，不久也与世长辞。他想回乌普萨拉，但由于克莱夫教授的反对，乌普萨拉大学连一个化学助教的职位也不能给他安排，他只好去给生理学家汉马尔斯腾教授当助手。直到1891年，在奥斯特瓦尔德的推荐下，阿累尼乌斯收到了德国吉森大学聘他为物理化学教授的邀请。这件事引起了国内学术界对他的关注，人们前来挽留他。出于对祖国的热爱，阿累尼乌斯毅然谢绝了这一聘任，宁愿留在斯德哥尔摩工学院任物理学副教授。从此，他在国内的学术地位受到了普遍的确认，国际上的威望也越来越高。1895年他成为德国电化学学会会员，次年他出任斯德哥尔摩大学校长。

阿累尼乌斯在物理化学方面造诣很深，他所创立的电离理论留芳于世，直到今天仍常青不衰。他是一位多才多艺的学者，除了化学外，在物理学方面他致力于电学研究，在天文学方面，他从事天体物理学和气象学研究。他在1896年发表了“大气中的二氧化碳对地球温度的影响”的论文，还著有《天体物理学教科书》在生物学研究中他写作出版了《兔疫化学》及《生物化学中的定量定律》等书。作为物理学家，他对祖国的经济发展也做出了重要贡献。他亲自参与了对国内水利资源和瀑布水能的研究与开发，使水力发电网遍布于瑞典。他的智慧和丰硕成果，得到了国内广泛的认可与赞扬，就连一贯反对他的克莱夫教授，自1898年以后也转变成为电离理论的支持者和阿累尼乌斯的拥护者。那年，在纪念瑞典著名化学家贝采里乌斯逝世50周年集会上，克莱夫教授在其长篇演说中提到：“贝采里乌斯逝世后，从他手中落下的旗帜，今天又被另一位卓越的科学家阿累尼乌斯举起。”他还提议选举阿累尼乌斯为瑞典科学院院士。由于阿累尼乌斯在化学领域的卓越成就，1903年他荣获了诺贝尔化学奖，成为瑞典第一位获此科学大奖的科学家。1905年以后，他一直担任瑞典诺贝尔研究所所长，直到生命的最后一刻。他还多次荣获国外的其它科学奖章和荣誉称号。

晚年的阿累尼乌斯，体弱多病，但他仍不肯放下自己的研究。他抱病坚持修改完成了《世界起源》一书的第二卷。1927年10月2日第三章金属及其化合物1．电解离析出金属钾、钠、钙、镁的戴维戴维和道尔顿是同时代的化学家。比道尔顿小12岁的戴维热情奔放，擅长演说，实验技术高明，年轻时就困做出了不少惊世之举而成为举世瞩目的化学家。他以示际行动在资本主义发展时期显示了科学的意义，为提高科学的社会地位作出了突出的成绩。从学徒到科学家

1778年12月17日，亨弗利·戴维出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村。父亲是个木器雕刻匠。他5岁入学，是个淘气、贪玩的学生。他衣服的两个口袋，常常是一个装着钓鱼的器械，另一个装满了各种矿石，这是在离家不远的矿区拣的。他有惊人的记忆力，别人讲过的故事或自己看过的书，他不但记得故事情节，还能生动他讲叙出来。每逢过节聚会，大人们都喜欢让他背诵诗歌，小伙伴们则求他讲故事，这无形中培养了他的口才。当他读完小学后，父亲送他到彭赞斯城读书，寄养在外祖父家。在城里有一件新鲜享吸引了他，那就是医士配制药物时物质的各种奇异变化。此后他时常偷偷躲人顶楼，用碗、杯、碟作器具，学着做起实验来。偶而在实验中惹了麻烦，遭到外祖父的讽斥，但这丝毫也没有减弱他对化学实验的爱好。1794年他父亲去世，家境更加困难了。为了谋生糊口，作为长子的戴维被送到当地一位名叫柏拉兹的医生那里当学徒。这项工作很符合戴维的志趣。他一方面充当医生的助手，护理病人，学习行医的本领，另一方面他必须天天调配各种药物，用溶解、蒸馏的方法配制丸药和药水，真正地操作化学实验仪器。这时他才明白自己的知识大浅薄了，于是开始勤奋地学习，抓紧空隙认真阅读拉瓦锡的《化学概论》等化学著作。通过学习，他做实验的内容和目的明确了，凡是著作中讲过的实验，他尽可能地一一试试。凡是好书他都设法借到，如饥似渴地阅读。遇到学识渊博者，他就主动求教。恰好此时有个叫格勒哥里。瓦特（发明家詹姆斯·瓦特的次子）的人来到彭赞斯考察，小戴维闻讯后，登门求教。瓦特很喜欢这个聪明好学的年轻人，热情地帮助他解疑答惑。就这样，在四年的学徒生洁中，他的知识增长很快。1798年经瓦特介绍，戴维来到布里斯托尔，在帕多斯医生开设的气体疗病研究所实验室当管理员。在当时，许多气体相继被人们发现。人体吸人氧气，感到清新舒畅；氨气则有强烈的刺激性。究竟各种气体如何影响人的生理功能？哪些气体能用来治病？这些都是很多医生所关心的。帕多斯创办的这一研究机构则专门从事这一问题的探索。帕多斯懂得化学，擅长医术，戴维对这里有更好的学习和实验机会感到称心如意。他们共事一段时间后，帕多斯发现戴维有精湛的实验技术，是个有前途的人才，于是提出愿意资助戴维进大学学医。但是，这时的戴维对化学兴趣益浓，已下决心要一辈子从事化学研究，所以谢绝了帕多斯的好意。1799年4月，气体疗病所发生了一件事，使戴维的名声大振：戴维制取了一氧化二氮（又名笑气）。有人认为它是一种有毒气体，帕多斯认为它能治疗瘫痪病。究竟怎样多戴维决心亲自试验一下。许多朋友都劝他，认为这样做太危险。勇于探险的性格使戴维立即投入实验，事后在记录上他写道：“我是知道进行这实验是很危险的，但从性质来推测可能不致于危及生命。……当吸入少量这种气体后，觉得头晕目旋，如痴如醉，再吸四肢有舒适之感，慢慢地筋肉部无力了，脑中外界的形象在消失，而出现各种新奇的东西，一会儿人就象发了狂那样又叫又跳，……”醒来后，他觉得很难受。通过亲身的体会，他知道这种气体显然不能过量地吸人体内，但少量的可用在外科手术中作麻醉剂。随后他将这试验的过程和亲身的感受及笑气的性质写成小册子。许多人读到这小册子后，为戴维的介绍所吸引，好奇地以吸入笑气为时髦。戴维的名声就随着笑气而宣扬开了，许多人争先恐后地来结识戴维。此时他仅22岁。因研究热力学而出名的物理学家汤普逊即伦福德伯爵，1799年来到了英国。为了普及科学知识，他通过私人募捐，在伦敦创办了皇家科普协会。这一科学团体并不进行教学活动，而是定期地举办各种讲座，传授科学的新发现及其应用。协会设有教授席位，并为教授提供设备完善的实验室。所聘请的教授几乎全是当时著名的科学家。1801年初，经多人推荐，戴维被皇家科普协会聘请。伦福德伯爵早闻戴维才干，但是他们第一次见面时，戴维穿的很破旧，神态也很拘谨，伦福德很失望。考虑到他很年轻，就委任他为化学助教，兼管实验室。不久戴维丰富的知识和高超的实验技术使伦福德意识到他最初的印象是个错觉，所以戴维到职后第六个星期就升任副教授，第二年又提为教授，成为第二任化学教授。在科学的讲座上，戴维以他的超群智力和非凡口才获得了出乎意料的成功。人们蜂拥而来，有时竟达千人之多，把会场挤得水泄不通。他很快就赢得了杰出讲演者的名声，成为伦敦的知名人士。正如当时有人的评述：“他的讲演给人的感觉和所得到的热烈称赞，完全出乎想象之外。许多科学家、文学家、大学生及那些庄重的绅士、时髦的小姐急切地拥挤在会场，看着这文弱青年的简单操作，听着那富于表情的叙述。他那渊博的知识、生动的比喻和精巧的实验引起了惊奇的注目，获得了极高的赞赏。许多人恭维他，请他吃饭，送他礼物，几乎把戴维忙得难以招架。听众的热烈情绪，对戴维是个极大鼓励，他更加勤奋地进行化学研究。每天很早起床，早饭前从事2小时的阅读和著写，上午10时进入实验室工作到下午4时，晚上是讲座或各种社交活动。日复一日坚持下去。成绩和荣誉没有辜负勤奋的人，12年中戴维先后在电化学、建立酸的氢学说、发现碘元素、发明矿用安全灯、创制电弧灯等方面作出贡献。1303年他被选为英国皇家学会会员，1807年出任皇家学会秘书，1820年被选为皇家学会会长。1826年积劳成疾而病倒，1827年死于日内瓦，终年51岁。电化学的丰硕成果

1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的电池，使人类第一次获得了可供实用的持续电流。1800年英国的尼科尔逊和卡里斯尔采用伏打电池电解水获得成功，使人们认识到可以将电用于化学研究。许多科学家纷纷用电做各种实验。戴维在思考，电既然能分解水，那么对于盐溶液、固体化合物会产生什么作用呢？在皇家科普协会繁忙的工作中，他开始研究各种物质的电解作用。首先他很快地熟悉了伏打电池的构造和性能，并组装了一个特别大的电池用于实验。然后他针对拉瓦锡认为苏打、木灰一类化合物的主要成分尚不清楚的看法，选择了木灰（即苛性钾）作第一个研究对象。开始他将苛性钾制成饱和水溶液进行电解，结果在电池两极分别得到的是氧和氢，加大电流强度仍然没有其它收获。在仔细分析原因后，他认为是水从中作祟。随后他改用熔融的苛性钾，在电流作用下，熔融的苛住钾发生明显变化，在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰。这产生紫色火焰的未知物质因温度太高而无法收集。再次总结经验后，戴维终于成功了。在1807年皇家学会的学术报告会上，戴维是这样介绍的：将一块纯净的苛性钾先露置于空气中数分钟，然后放在一特制的白金盘上，盘上连接电池的负极。电池正极由一根白金丝与苛性钾相接触。通电后，看到苛性钾慢慢熔解，随后看到正极相连的部位沸腾不止，有许多气泡产生，负极接触处，只见有形似小球、带金属光泽、非常象永银的物质产生。这种小球的一部分一经生成就燃烧起来，并伴有爆鸣声和紫色火焰，剩下来的那部分的表面慢慢变得暗淡无光，随后被白色的薄膜所包裹。这小球状的物质经过检验，知道它就是我所要寻找的物质。通过实验戴维进一步认识到，这种物质投入水中，沉不下来，而是在水面上急速奔跃，并发出咝咝响声，随后就有紫色火花出现。这些奇异的现象使他断定这是一种新发现的元素，它比水轻，井使水分解而释放出氢气，紫色火焰就是氢气在燃烧。因为它是从木灰中提取的，故命名为钾。对木灰电解成功，使戴维对电解这种方法更有信心，紧接着他采用同样方法电解了苏打，获得了另一种新的金属元素。这元素来自苏打，故命名为钠。连续六个星期的紧张实验，把戴维累得形容枯槁，两眼窝陷，脸色苍白，但是他还是以坚强的毅力坚持着。1807年11月19日，他支撑着在学术报告会上介绍了发现钾、钠两元素的经过。暴风雨般的掌声和热烈的祝贺，使戴维感到非常幸福，当他回到家中，病魔终于把他打倒。操劳过度招来的热病使他在死亡的边缘挣扎了9个星期。由于公众的关心，医生的日夜看护，病势终于好转了。疾病丝毫也没挫减他的锐气和热情。当身体稍好一点，他又来到实验室，开始新的攻关。从1808年3月起，他进而对石灰、苦土（氧化镁）等进行电解，开始时他仍采用电解苏打的同样方法，但是毫不见效。又采用了其它几种方法，仍未获得成功。这时瑞典化学家贝采里乌斯来信告诉戴维，他和篷丁曾对石灰和水银混和物进行电解，成功地分解了石灰。根据这一提示，戴维将石灰和氧化汞按一定比例混和电解，成功地制取了钙汞齐，然后加热蒸发掉汞，得到了银白色的金属钙。紧接着又制取了金属镁、锶和钡。电化学实脸之花在戴维手中结出了丰硕的果实。永载史册的业绩拉瓦锡曾认为所有的酸中都含有氧。这一观点一度很流行。据此，盐酸中应含有氧，氯不是元素而是氧化物。然而，化学家们想尽办法也没有从盐酸或氯气中找到氧刚刚在电解制取碱金属。碱土金属的实验中获得成功的戴维开始研究这一难题。通过一系列精心设计的实验，戴维确认氯气是一种元素，盐酸中不含氧，氢才是一切酸类不可缺少的要素。经过一段时间的检验，人们接受了戴维的观点，酸的氢元素说取代了错误的酸的氧元素说。从此，人们对酸的本质有了正确的认识。戴维生活的时代，工业革命在英国蓬勃地展开。燃料普遍以煤代替木材，大大刺激了煤矿的开采。然而瓦斯爆炸时常发生，它象魔鬼一样使矿工不寒而栗。矿主和矿工组成的“预防煤矿灾祸协会，久仰戴维的大名，登门请求戴维帮助。戴维立即亲赴矿场分析这一爆炸性气体，证明可燃气体都有一定燃点，而瓦斯的燃点较高，只有在高温下才可能点燃爆炸，通常由于矿井中点火照明而引爆了瓦斯。针对这点，戴维制作了一种矿用安全灯，并亲自携带此灯深入最危险的矿区作示范。戴维的发明很快被推广，有效地减少了瓦斯的燃爆，深受矿工们欢迎。这时有人劝戴维保留这一发明的专利，但是他拒绝了，他郑重申明：“我相信我这样做是符合人道主义的。”由此可见他从事科研的目的。戴维在研究硼酸、硝石、金刚石，在发现碘元素、发明弧光灯等许多方面作出了出色的成绩。在这些成绩之外，还有两件工作是后人常常称颂的。伦福德创办的皇家科普协会是靠私人捐助维持的，但是这种捐款很不容易筹得。虽然教授们的讲座的好坏对捐款有影响，但起决定作用的是学院的方向。按伦福德原先的设想，主要从事科普和应用科学新成就的示范。戴维等人让协会主动地为一些有影响的团体做一些科学实验，积极地承担某些有影响的研究项目，从而扩充了协会的工作内容。例如1802一1812年间，由于法国大革命而减少了对英国的粮食进口，为帮助农业发展，戴维在协会开设了农业化学的课程。1801一1806年，戴维还开展了制革技术的研究。1815年他发明了矿用安全灯。就这样，协会不再单纯地开设讲座，而兼作一个科研组织。不仅进行科普宣传，而且密切了科学与生产的联系，显示了科学的意义，提高了科学的社会地位。伟大的科学家法拉第是戴维发现的。由于戴维的帮助，法拉第来到了皇家科普协会实验室，由一个贫穷的订书工变成戴维的助手。虽然戴维在晚年，曾因嫉妒法拉第的成就而压制过他，但是不能不承认正是戴维对他的培养，为法拉第以后完成科学的勋业创造了必要的条件。所以戴维发现并培养了法拉第这样一个杰出人才，这本身就是对科学事业的一个重大贡献。2．铝的故事=1\*GB2⑴曾经当过金属中的贵族有这么一个故事，传说在古罗马，一天，一个陌生人去拜见罗马皇帝泰比里厄斯，献上一只金属杯子，杯子象银子一样闪闪发光，但是分量很轻。它是这个人从粘土中提炼出的新金属。但这个皇帝表面上表示感谢，心里却害怕这种光彩夺目的新金属会使他的金银财宝贬值，就下令把这位发明家斩首。从此，再也没有人动过提炼这种“危险金属”的念头，这种新金属就是现在大家非常熟悉的铝。在19世纪以前，铝被认为是一种希罕的贵金属，价格比黄金还要贵。当一个欧洲君主买了一件有铝钮扣的衣服时，他就瞧不起那些买不起这种奢侈品的其它君主。而没有铝钮扣衣服的君主，又是多么渴望有朝一日自己也能穿上这种带铝钮扣的衣服。在法国拿破仑三世统治时期，就曾经发生过现在看来很好笑的一件事情。在一个国王举办的盛宴上，只有王室成员和贵族来宾才能荣幸地用铝匙和铝叉用餐。当然，被伤了脸面的客人们是无论如何吃不好这顿盛餐的了。此外，为了让其他国王对自己产生羡慕和妨忌，他花了大量资金让他的警卫部队的卫士穿上铝胸甲，因备有铝铠甲的确太昂贵了，其他国王无能为力。俄罗斯作家车尔尼雪夫斯基（Chernyshevsky）曾在他的小说《怎么办》（1863）年中写到：终有一天，铝将代替木材，甚至可能代替石头。看，这一切是多么奢侈，到处都是铝。1889年，当门捷列夫在伦敦时，为了表彰他的伟大勋业，他被赠予一件贵重奖品──用金和铝制作的天平。其实，这些都不足为奇，因为铝的价值贵贱，完全取决于炼铝工业的水平。随着铝产量的增加，铝价也就下降。1854年，1公斤铝需1200卢布，而到了十九世纪末就降到11919年，用铝合金造出了第一架飞机，从此以后，铝的命运就牢固地与飞机制造业联系在一起了。铝被誉为“带翼的金属”。=2\*GB2⑵铝的发现古代，人们曾用一种称为明矾（意思是结合）的矿物作染色固定剂。俄罗斯第一次生产明矾的年代可追溯到八至九世纪。明矾用于染色业和用山羊皮鞣制皮革。中世纪，在欧洲有好几家生产明矾的作坊。16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉塞斯（Parace/susP.A.T.1949-1541）在铝的历史上写下了新的一页。他研究了许多物质和金属，其中也包括明矾（硫酸铝），证实它们是“某种矾土盐”。这种矾土盐的一种成分是当时还不知道的一种金属氧化物，后来叫做氧化铝。1754年，德国化学家马格拉夫（Marggraf.A.S.1709-1937）终于能够分离“矾土”了。这正是帕拉塞提到过的那种物质。但是，直到1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够分解氧化铝。瑞典化学家贝采尼乌斯进行了类似的实验，但是失败了。不过，科学家还是给这种含糊不清的金属取了一个名字。开始贝采尼乌斯称它为“铝土”。后来，戴维又改称它为铝。这是一个奇怪的现象，在没提炼出纯铝时，铝就有了自己的名字。1825年，丹麦科学家奥斯特发表文章说，他提炼出一块金属，颜色和光泽有点象锡。他是将氯气通过红热的木炭和铝土（氧化铝）的混合物，制得了氯化铝，然后让钾汞齐与氯化铝作用，得到了铝汞齐。将铝汞齐中的汞在隔绝空气的情况下蒸掉，就得到了一种金属。现在看来，他所得到的是一种不纯的金属铝。因刊登文章的杂志不出名，奥斯特又忙于自己的电磁现象研究，这个实验就被忽视了。二年后，提炼铝的荣誉就归于德国年青的化学家维勒（Wohler.F.1800-1882）。奥斯特与维勒是朋友，他把制备金属铝的实验过程和结果告诉维勒，并说打算不再继续做提炼铝的实验。而维勒却很感兴趣。他开始重复奥斯特的实验，发现钾汞齐与氯化铝反应以后，能形成一种灰色的熔渣。当将熔渣中所含的汞蒸去后，得到了一种与铁的颜色一样的金属块。把这种金属块加热时，它还能产生钾燃烧时的烟雾。维勒把这一切写信给了贝采里乌斯，告知重复了奥斯特的实验，但制不出金属铝，这不是一种制备金属铝的好方法。于是，维勒从头做起，设计自己提炼铝的方法。他将热的碳酸钾与沸腾的明矾溶液作用，将所得到的氢氧化铝经过洗涤和干燥以后，与木炭粉、糖、油等混合，并调成糊状，然后放在密闭的坩埚中加热，得到了氧化铝和木炭的烧结物。将这种烧结物加热到红热的程度，通入干燥的氯气，就得到了无水氯化铝。然后将少量金属钾放在铂坩埚中，在它的上面覆盖一层过量的无水氯化铝，并用坩埚盖将反应物盖住。当坩埚加热后，很快就达到了白热的程度，等反应完成后，让坩埚冷却，把坩埚放入水中，就发现坩埚中的混合物并不与水发生反应，水溶液也不显碱性，可见坩埚中的反应物之一──金属钾已经完全作用完了。剩下的混合物乃是一种灰色粉末，它就是金属铝。1827年末，维勒发表文章介绍了自己提炼铝的方法。当时，他提炼出来的铝是颗粒状的，大小没超过一个针头。但他坚持把实验进行下去，终于提炼出了一块致密的铝块，这个实验用去了他十八年念头。此外，他还用相同的方法制得了金属铍。由于维勒是最初分离出金属铝的化学家。在美国威斯汀豪斯实验室曾经铸了一个铝制的维勒挂像。3．电视机里的“警卫员”

学习之余，电视机是我们的好朋友。

电视机的核心是显象管，它展开的荧光屏幕常常吸引着我们目不转晴地观看。这显象管里，是真空的世界。显象管的工作状态和寿命同它的真空程度密切相关。尽管在封熔显象管的抽气口以前，内部已经达到高度真空了。但是，电视机在工作的时候，管子内壁的玻璃表面、灯丝和电极还会散发出少量的气体来，使真空程度降低，电视机的寿命就大打折扣了。

因此，人们在显象管里派驻了“吞食”气体的化学“警卫员”——消气剂。它们是钙、钡等活泼的碱土金属。这些金属和氧气、水汽的化合力很强。还有一些特殊的金属善于吸收气体，如钯，在常温下，竟能吸收相当于自身体积七百倍的氢气。这种吸收好似气体溶、解进固体里，使原先可锤可锻、光泽闪闪的金属变成膨松的、海绵一般又黯淡无光的东西。稀有金属铬、银、袒、铂和一些稀土金属，都是吸收各种气体的能手。

收音机里的电子管玻璃内壁，乌黑秤色的。那是镀上的一层薄薄的金属钠，是早期的一种消气剂。钠很活泼，和水汽、氧气很容易化合。在显象管和大型电子真空管里，电极旁安置着善于“吞食”气体的金属做成的丝、带或管。它们不让气体捣乱，维护真空世界的正常秩序，堪称忠诚的警卫战士呢！你知道吗，最近我国电视工业已经是国际先进水平，关键就是科技人员研制消气剂取得成功，大大延长了显象管的使用寿命。造价廉，来源广。电视机有了众多可靠的警卫员，质量怎能不大大提高呢？4．红宝石与蓝宝石

/立方厘米。无解理，裂理发育。红宝石在长、短波紫外线照射下发红色及暗红色荧光。红宝石的红色之中，最具价值的是颜色最浓，被称为‘鸽血’的宝石，非常贵重。这种几乎可称为深红色的鲜艳强烈色彩，更把红宝石的真面目表露的一览无遗。遗憾的是大部分红宝石颜色都呈淡色，并且带有粉的感觉，因此带有鸽血色调的红宝石，更有价值。另外由于红宝石弥漫一着股强烈的生气和浓艳的色彩，以前的人们认为它是死鸟的化身，对其产生热切的幻想。天然红宝石的产地非产稀少，优质的红宝石只有缅甸一处出产，并且产量也逐渐在减少之中，现在可以说几乎衰退殆尽，大的石便不再出现。红宝石的评价与选购。红宝石的首要评价与选购因素是颜色，其次是重量、