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第26章 工业生产中的元素之谜(1)

“塑料王”之谜

聚四氟乙烯是一种新型的塑料,在第二次世界大战期间才被发现,而正式生产还只是近些年的事。为什么聚四氟乙烯塑料被称为“塑料王”呢?

聚四氟乙烯的确不愧为“塑料之王”,因为它不具有许多塑料所具有的优良性质:聚四氟乙烯在液态空气中不会变脆,在沸水中不会变软,从-269.3℃的低温(离绝对零度只差4℃)到250℃的高温,都可应用。聚四氟乙烯又非常耐腐蚀,不论是强酸浓碱,如硫酸、盐酸、硝酸、王水、烧碱,还是强氧化剂,如重铬酸钾、高锰酸钾,都不能动它的半根毫毛。也就是说,它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢以至金子、铂。因为玻璃、陶瓷怕碱,不锈钢、金子、铂在王水中也会被溶解,然而,聚四氟乙烯在沸腾的王水中煮几十小时,依然如旧。聚四氟乙烯在水中不会被浸湿,也不会膨胀。据试验,在水中浸泡了一年,重量也没有增加,至今,人们还没发现,有任何一种溶剂,能够在高温下使聚四氟乙烯塑料膨胀。此外,聚四氟乙烯的介电性能也很好,它的介电性能既与频率无关,也不随温度而改变。

正因为聚四氟乙烯同时具有这么多难能可贵的特性,使它特别受到人们的重视。在冷冻工业、化学工业、电器工业、食品工业、医药工业上得到了广泛的应用。人们已经开始用聚四氟乙烯来制造低温设备,用来生产贮藏液态空气;在化工厂里,聚四氟乙烯更是极受欢迎,用它制造耐腐蚀的反应罐、蓄电池壳、管子、过滤板;在电器工业上,在金属裸线上包上15微米厚的聚四氟乙烯就能很好地使电线彼此绝缘。另外,也用于制造雷达、高频通讯器材、短波器材等。

不过,聚四氟乙烯的成本比较高,加工比较困难,目前生产上还受到一定的限制。另外,在使用时要注意不要使聚四氟乙烯接触250℃以上的高温,因为在高温下,它会分解,放出剧毒的全氟异丁烯气体。全氟异丁烯不仅本身有毒,而且遇水后,会分解出氟化氢,它也是一种很毒的气体。

石油气变成橡胶之谜

我们手中拿一块橡胶,就会感到它是具有弹性、韧性和强度高的物质。正因为橡胶有这种优良的性质,几乎每一个工业部门都需要橡胶制品,甚至很多生活制品也离不开它。随着工业的飞速发展,对橡胶的需要越来越广泛,天然橡胶已不能满足需要,人们便开始探索获取橡胶的新方法。从19世纪开始,人们经过许多次科学实验,逐渐认识橡胶是碳氢化合物,由丁二烯和异戊二烯分子所组成。

既然橡胶能够分解成单体的丁二烯分子和异戊二烯分子,那么,在一定温度和压力的条件下,将异戊二烯分子和丁二烯分子聚合就可以生成合成橡胶,也就是人造橡胶。我国现在已经能够生产氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁钠橡胶、丁苯橡胶等各种合成橡胶。

石油气

人们从生产实践中,发现石油气体中含有良好的制造橡胶的原料。

从石油中提炼出汽油以后,其中余下一部分蒸馏气体,我们叫它石油气。石油气是含有各种有机碳氢化合物的气体。石油气再经过高温裂解、分离提纯,就能得到制造合成橡胶的各种气体:如乙烯、丁烯、丁烷、异丁烯、异戊烯、戊烯、异戊烷等。乙烯在一定的条件下与水分子作用,可以合成乙醇;两个乙醇分子脱去水分子就生成丁二烯。丁烯和丁烷在高温下经过化学反应,同样可以生成丁二烯。丁二烯经过聚合就能变成丁钠橡胶,而丁二烯与苯乙烯共聚又能生成丁苯橡胶。丁二烯与丙烯腈共聚,则生成丁腈橡胶。同样,异戊烷和异戊烯通过高温裂解,可以生成异戊二烯;异戊二烯聚合就生成了异戊橡胶。现从石油气中可以提炼多种合成橡胶的原料。可见,合成橡胶不仅充分利用了丰富的石油工业资源,而且还具有比天然橡胶更优越的耐磨、耐热、耐寒、耐油、耐酸等性能。如丁苯橡胶比天然橡胶更耐磨;氯丁橡胶有极好的耐曲挠性能,可防火、耐酸、耐油;丁腈橡胶耐油性能更好。因此,合成橡胶是工农业生产、国防、科学研究十分需要的材料。

棉花做炸药之谜

棉花,是个斯斯文文的家伙。棉被里有棉花,棉袄里也有棉花,难道这些普普通通的棉花,可以变成炸药?

煤矿上使用的炸药

事实上,棉花真的可以做炸药。

按照化学成分来说,棉花几乎是纯净的纤维素。它与葡萄糖、麦芽糖、淀粉、蔗糖之类是“亲兄弟”——都是碳水化合物。

棉花容易燃烧,但是,燃烧时并不发生爆炸。可是人们把棉花(或棉子绒)与浓硝酸和浓硫酸的混合酸作用后,就制成了炸药,俗名叫做火棉。这是因为硝酸好像是个氧的仓库,能供给大量的氧,足以使棉花剧烈地燃烧。

火棉燃烧时,要放出大量的热,生成大量的气体——氮气、一氧化碳、二氧化碳与水蒸气。据测定,火棉在爆炸时,体积竟会突然增大47万倍!火棉的燃烧速度也是令人吃惊的:它可以在几万分之一秒内完全燃烧。如果炮弹里的炸药全是火棉的话,那么,在发射一刹那,炮弹不是像离弦之箭似地从炮口飞向敌人的阵地,而是在炮筒里爆炸了,会把大炮炸得粉身碎骨。因此,在火棉里还要加进一些没有爆炸性的东西,来降低它的爆炸速度。

你见过液态的氧气吗?在极低的温度、很高的压力下,无色无味的氧气会凝结成浅蓝色的液态氧气。把棉花浸在液态氧气里,就成了液氧炸药了。一旦用雷管起爆,爆炸起来,威力可不小。

棉花是很便宜的东西,液体氧也不太贵,自然,液氧炸药的成本也比较低廉。所以,液氧炸药与火棉可算是便宜的炸药了,被大量用来开矿、挖渠、修水库、筑隧道。经过硝酸或液氧处理的棉花,能成为人们移山造海的好助手。

塑料电镀之谜

一般所说的电镀,是指在基体金属(如铁、铜等)上面镀上一层薄薄的金属(如铬、镍等),目的是为了增强各种金属物品的防腐性能、耐磨性能,同时使它们更美观。

随着科学技术的飞跃发展,电镀的应用也越来越广,人们对于电镀的要求就不局限于在金属物品上镀金属,而考虑到也要在非金属物品上镀金属了。特别是塑料的广泛应用,过去的不少金属物品,现在大量地用塑料来代替,许多机械制造用塑料来做各种部件、零件,甚至原子能工业、火箭导弹、宇宙飞船也广泛应用塑料。还有各种精密仪器仪表的部件、零件以及飞机的外壳等,都要采用塑料制品,这样做可以大量地节约有色金属,缩短加工工时,减轻产品的重量,又可以提高产品质量。但是要做到在塑料制品上面镀上金属,并不是一件容易的事情,因为塑料与金属材料不同,塑料不是导体,不像金属材料那样可以直接电镀。怎么办呢?

科学家、工程师们经过研究实验,首先把塑料制品进行“粗化”,就是说把塑料制品的表面弄得粗糙些,使它能够吸附一层易氧化的物质,再经过氧化还原反应,使塑料品的表面有一层贵金属膜,再通过“沉铜”,使塑料品的表面沉积出金属铜。这样一来,塑料的表面因为有了一层金属,可以作为导体,于是就可以像金属物品一样来进行电镀了,同样可以镀上铜、镍、铬,使塑料品披上一层光亮的金属“衣服”。

雨衣发明之谜

在英国苏格兰的一家橡胶工厂里,有一个名叫麦金杜斯的工人。

1823年的一天,麦金杜斯在工作时,不小心把橡胶溶液滴到了衣服上。他发现后,赶紧用手去擦,谁知这橡胶液却好像渗入了衣服里,不但没有擦掉,反而涂成了一片。可是,麦金杜斯是个穷苦的工人,他舍不得丢弃这件衣服,所以仍旧穿着它上下班。

不久,麦金杜斯发现:这件衣服上涂了橡胶的地方,好像涂了一层防水胶,虽然样子难看,却不透水。他灵机一动,索性将整件衣服都涂上橡胶,结果就制成了一件能挡水的衣服。有了这件新式衣服后,麦金杜斯再也不愁老天下雨了。

这件新奇的事儿很快就传开了,工厂里的同事们知道后,也纷纷效仿麦金杜斯的做法,制成了能防水的胶布雨衣。

后来,胶布雨衣的名声越来越大,引起了英国冶金学家帕克斯的注意,他也兴趣盎然地研究起这种特殊的衣服来。帕克斯感到,涂了橡胶的衣服虽然不透水,但又硬又脆,穿在身上既不美观,也不舒服。帕克斯决定对这种衣服作一番改进。

没想到,这一番改进竟花费了十几年的功夫。到1884年,帕克斯才发明了用二硫化碳做溶剂,溶解橡胶,制取防水用品的技术,并申请了专利权。为了使这项发明能很快地应用生产,转化为商品,帕克斯把专利卖给了一个叫查尔斯的人。以后便开始大量地生产雨衣,“查尔斯雨衣公司”的商号也很快风靡全球。

不过,人们并没有忘记麦金杜斯的功劳,大家都把雨衣称作“麦金杜斯”。直到现在,“雨衣”这个词在英语里仍叫做“麦金杜斯”(mackintosh)。

铁蓝染料含铁之谜

几百年前,德国的化学工业居世界前列,但是在染料的制造上,却不及英国。为此,德国化学家李比希决定去英国进行考察。

在英国一家生产普鲁士蓝的工厂里,一口口巨大的铁锅架在火上,里边的原料沸腾着,又热又熏人。可是,工人们却不顾这些,拿着大铁铲在锅里使劲地搅动,铁铲与铁锅的剧烈摩擦声异常刺耳。李比希感到有点受不了,便对一位师傅说:“干嘛要这样用力搅呢?”

“知道吗,诀窍就在这里,搅得越厉害,染料的质量就越好。”说着,那位师傅又使劲地搅动起来。起初,李比希感到好笑。可是转而一想,这家工厂生产的染料的确是全欧洲最好的,其中必有缘故,也许奥秘真的在这刺耳的响声里呢。

回到住所后,李比希又仔细地回想着白天的情景,他想:“用力搅动铁锅,会使溶液更均匀,反应更完全,这是毋庸置疑的。不过,用力搅动时,刺耳的声音说明铁铲与铁锅在相互摩擦,摩擦时会怎么样?会磨下铁粉的。对!问题的关键恐怕就在这里。”

第二天一早,李比希便匆匆赶回柏林自己的实验室里。他在染料溶液中加进一些含铁的化合物,反应立刻变得剧烈起来,得到的染料颜色也十分纯正,一点不亚于英国生产的染料。

“奥秘原来在这里!”李比希开心极了。其实,这里的道理也很简单。普鲁士蓝又称铁蓝,它的主要成分是亚铁氰化钾。加入铁和铁的化合物后,当然有助于染料的生成了。

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