生活中神奇的化學故事

2020-08-28 東方晨曦abc

神奇的納米材料

美國的科學家通過對佛羅裡達的海龜的研究,發現了一個非常有趣的現象:

大海龜通常要在佛羅裡達海邊的沙灘上產卵,而小海龜卻必須到大西洋另一側靠近英國的小島附近的海域去尋找食物,維持生活,再回到佛羅裡達海邊的沙灘上產卵,這樣一來一回的路線不一樣,海龜卻能準確無誤地完成了幾萬公裡的遷移,是什麼為海龜導航的呢?

其實是海龜頭部的有磁性的納米微粒在起作用。納米成了現在最熱門的話題,什麼是納米呢?

納米(nm)是一個長度單位,1納米等於10 -9米,而納米粒子的尺度一般定義為1~100納米,當微粒的尺寸進入納米量級時,物質的性能也發生了翻天覆地的變化 :

一、 小尺寸效應:當超微粒子的尺寸達到納米量級時,聲、光、電、磁、熱力學等特性都會出現新得尺寸效應,例如,光吸收顯著增加並產生吸收峰的等離子共振頻移;磁的有序態向磁的無序態轉變,超導相向正常相轉變等。

二、 表面效應:納米微粒的尺寸小,比表面積大,位於表面的原子所佔比例增大,而且隨著微粒直徑的增大,表面原子數急劇增加,從而大大增加了納米粒子的活性,例如,金屬納米粒子在空氣中會燃燒,無機材料的納米粒子暴露在大氣中會吸附氣體,並與氣體進行反應。

三、 量子效應:隨著半導體顆粒尺寸的減小,價導和導帶之間的能隙有可能增大,發光的顏色也發生如下變化:紅色→綠色→藍色。例如,1994年,美國加利福尼亞伯克利實驗室就製備出了納米CdSe顆粒,其顏色可以在紅、綠、藍之間變化。

另外,當微粒進入納米量級時,其熔點、開始燒結的溫度,晶化的溫度和電阻、電阻溫度係數也都發生了改變。

目前,納米材料和納米技術正處於研究的重大突破時期,例如,創造矽微型昆蟲,用人造昆蟲在溫室傳播花粉,殺死害蟲;醫生用納米機器人來打通腦血栓,清潔心臟動脈脂肪沉積物;納米陶瓷氟化鈣和二氧化鈦,具有良好的韌性等等。相信納米科學將成為21世紀的核心科學。

點石成金

我們平時所說的「鑽石」就是金剛石,金剛石不僅製成大家喜歡的裝飾品,還因為它的硬度大而成為研磨、切割、磨削與拋光工具,也可以製成礦井鑽頭。

石墨與金剛石的化學成分都是由碳元素組成的,天然的金剛石在地球上的含量十分稀少,可石墨的含量卻很多。如果我們擁有一根「點石成金」的手指多好啊!

其實,科學家們很早以前就已經擁有了這根「手指」,那麼,這是一根什麼樣的「手指」呢?這就得從石墨與金剛石的結構說起了。

因為石墨中的每個碳原子與其它三個碳原子相互連接,形成一個平面,每個平面相互間只存在一種很弱的作用力,就如同一疊照片一樣,每個平面都易滑動。

所以,正如我們所感覺的一樣,石墨的硬度小。金剛石的硬度極大則是因為它中間的每個碳原子與另外四個碳原子連接在一起,形成空間網狀結構。如果我們能改變石墨的結構,使之變成金剛石的空間網狀結構,那麼,「石頭」就變成了「金子」!

灰燼裡的「明珠」

一支商船駛進一個港灣避風,他們想在海灘上進行野餐,可是四周連一塊架鍋的石頭都沒有,他們感到很沮喪,正不知如何是好,突然有個年輕船員出了個主意,他叫大家搬來了幾塊大的蘇打塊,將鍋架好後,便找來一些柴火燒起來,當準備上岸時,出主意的年輕船員忽然發現灰燼裡面有一種閃閃發光的東西,晶瑩剔透像明珠一樣,於是他悄悄地拿了幾塊帶了回去。

經過研究摸索,商人製成了各種各樣的珠子,出乎意料的是,這很受人們的喜愛。後來,人們知道了其中的奧秘,就將它製成了玻璃。

不鏽鋼的誕生

不經歷風雨怎麼見「彩虹」:布諾頓受英國政府研究武器,他研製了很多合金,發現都不好用,把它們全都丟進了垃圾堆,一場爆雨過後,他發現垃圾堆裡所有的合金都生鏽了,只有一種合金卻熠熠生輝。

他帶著疑問將它帶進實驗室,發現這種合金含有數量很多的金屬鉻,也就是說含有一定比例鉻的鋼不會生鏽。為了進一步證實自己的觀點,他又把這塊合金放在水裡,還有酸、鹼溶液裡,進行觀察,卻沒有發現絲毫的被腐蝕現象。此後,不鏽鋼誕生了。

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