化学是生活中的科学。我们身边处处是化学。早晨起床,牙膏清洁牙齿。牙膏里有摩擦剂,有氟化物。摩擦剂帮助刷掉污渍。氟化物保护牙齿,防止蛀牙。烧水做饭,离不开化学。水烧开变成水蒸气。这是状态变化。液态水变成气态水。米饭煮熟是淀粉糊化。生米硬,熟米软。化学变化发生了。
钢铁会生锈。铁栏杆,铁门,时间久了出现红褐色锈斑。这是铁和氧气水的反应。铁原子失去电子,变成铁离子。氧气和水得到电子,生成氢氧根离子。它们结合成氢氧化铁,氢氧化铁不稳定,变成氧化铁水合物。这就是铁锈。防止生锈可以刷漆。漆层隔绝空气和水。汽车车身喷漆就是这个道理。
食物腐败是化学过程。面包放久了长霉。苹果切开颜色变深。这是氧化反应。空气中的氧气和食物成分作用。防腐方法很多。腌制咸菜加入大量盐。盐浓度高,微生物细胞失水,无法生存。罐头食品高温密封,杀死细菌,隔绝空气。冰箱冷藏降低温度,化学反应变慢,细菌生长变慢。
洗涤衣物依赖化学。污渍有油污,有汗渍,有灰尘。肥皂和洗衣粉是常见洗涤剂。它们分子一头亲水,一头亲油。亲油端插入油污,亲水端向外。用水一冲,油污被包围,脱离衣物。洗衣粉里还有酶,能分解蛋白质污渍,比如血迹奶渍。
塑料是化学产物。石油经过加工,得到小分子乙烯丙烯。这些小分子在一定条件下连接起来,变成很长很长的链。这就是聚合反应。得到的聚乙烯聚丙烯就是塑料。塑料轻便,耐用,可塑形。塑料袋,塑料瓶,玩具,家电外壳,都是塑料制品。塑料不易分解,带来环境问题。科学家开发可降解塑料,使用后能在自然界分解。
燃料燃烧提供能量。汽车烧汽油,家里烧天然气。汽油主要成分是碳氢化合物。燃烧时,碳氢化合物和氧气反应,生成二氧化碳和水,放出热量。热量推动汽车发动机。天然气主要成分是甲烷。甲烷燃烧更清洁,产生二氧化碳和水。不完全燃烧会产生一氧化碳,一氧化碳有毒,吸入后与血红蛋白结合,使人缺氧。所以使用燃气要注意通风。
药物治愈疾病依靠化学。阿司匹林是常见止痛药。它的化学名称是乙酰水杨酸。它能抑制体内前列腺素的合成。前列腺素会引起疼痛和发热。阿司匹林阻止它产生,人就感觉不疼了,体温下降。抗生素如青霉素,能破坏细菌的细胞壁。细菌没有完整细胞壁,会吸水胀破,死亡。人类细胞没有细胞壁,所以不受影响。
电池储存电能。遥控器里用干电池。手机里用锂电池。干电池里锌壳是负极,碳棒是正极,中间是氯化铵糊状物。化学反应中,电子从锌流向碳棒,形成电流。锂电池更轻,电量更足。锂原子容易失去电子,产生电流。充电时,外部电能推动反应反向进行,锂离子回到原来位置,电池恢复。
酸碱中和很常见。胃酸过多不舒服,吃一片铝碳酸镁片。胃酸主要成分是盐酸,强酸。药片里有碱式盐,弱碱。酸碱相遇发生中和反应,生成盐和水。胃里酸度降低,感觉舒服。被蜜蜂蜇了,伤口涂肥皂水。蜜蜂毒液是酸性,肥皂水碱性,中和减轻疼痛。被黄蜂蜇了不同,黄蜂毒液碱性,要涂食醋,醋酸酸性,进行中和。
肥料促进植物生长。庄稼需要氮磷钾。空气中有大量氮气,但植物不能直接吸收。化肥厂把氮气和氢气在高温高压下合成氨。氨可以制成各种氮肥。磷肥来自磷矿石,加工后变成植物能吸收的磷酸盐。钾肥来自钾盐矿。这些肥料补充土壤养分,粮食蔬菜才能长得好。
颜色来自化学物质。蓝天因为太阳光被空气散射。蓝光波长短,散射强。夕阳红因为傍晚阳光穿过更厚大气,蓝光散射更多,剩下红光橙光。颜料染料是化学物质。古代靛蓝从植物提取,现在工厂合成。油漆颜色由不同金属化合物决定。铬酸铅是黄色,氧化铁是红色,钛白粉是白色。
材料科学改变生活。玻璃是沙子加热熔化再冷却制成。主要成分二氧化硅。加入不同金属氧化物,得到不同颜色。加氧化钴是蓝色,加氧化铬是绿色。陶瓷是黏土高温烧制。钢筋混凝土坚固耐用。水泥、沙子、石子加水混合,硬化后强度很高。里面钢筋增加抗拉能力。
水净化需要化学。自来水厂从河流取水。先加明矾,明矾溶于水生成胶状物,吸附悬浮杂质,沉淀下来。然后过滤,通过砂层,去掉细小颗粒。再加氯气消毒,氯气杀死水中细菌病毒。有时用活性炭吸附异味。最后得到清洁自来水。
烹饪是化学实验。烤面包时,小苏打受热分解,产生二氧化碳气体,面团里出现气泡,面包变得松软。炒菜加酒,酒精和脂肪酸发生酯化反应,产生香味。炖肉时,肉中蛋白质缓慢变性,胶原蛋白转化成明胶,肉质酥烂。糖加热熔化,焦糖化反应发生,颜色变深,产生特殊风味。
化妆品包含化学。防晒霜里有二氧化钛或氧化锌,它们能反射散射紫外线。口红里有色素、油脂和蜡。保湿霜里有甘油,甘油能吸收空气中水分,保持皮肤湿润。香水是多种香料酒精溶液,香料分子挥发,被人闻到。
化学也带来污染。工厂排放废气,含有二氧化硫。二氧化硫到空气中,被氧化成三氧化硫,遇水形成硫酸酸雾。酸雨落下,损害树木,腐蚀建筑。汽车尾气有氮氧化物,造成光化学烟雾。含磷洗衣粉废水排入河流,藻类大量繁殖,消耗水中氧气,鱼虾死亡。
化学帮助我们认识世界。物质由原子分子构成。原子很小,肉眼看不见。原子由原子核和电子组成。原子核里有质子和中子。不同原子组合,形成不同物质。氢气可燃,氧气助燃。它们结合成水,性质完全不同。化学键像双手,把原子拉在一起。
学习化学很有用。知道醋能除水垢,水垢主要成分碳酸钙,醋酸能溶解它。知道小苏打能发面,因为产生二氧化碳。知道铁锅不宜煮酸性食物,酸会加速铁溶解,菜有铁腥味,也可能摄入过多铁。知道新装修房子要通风,建材可能释放甲醛,甲醛有害健康。
化学在不断发展。科学家研究新材料,更轻更强。研究新药物,治疗癌症。研究新能源,太阳能电池,燃料电池。研究绿色化学,减少污染,原子经济,废物利用。化学让生活更好,更安全,更健康。
我们每天接触化学。呼吸是氧气和血红蛋白结合。吃饭是淀粉蛋白质脂肪的消化吸收。穿衣是棉花纤维或合成纤维。住房是水泥钢铁玻璃。出行是汽油燃烧或电池驱动。化学无处不在,无声无息,支撑现代生活。了解基本化学知识,我们能更好理解世界,做出明智选择。化学不是遥远实验室的东西,它就在厨房里,在浴室里,在花园里,在我们身体里。