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碱土元素家谱

2019-02-04明香

科普童话·百科探秘 2019年12期
关键词:汉白玉大理石戴维

明香

我们喜欢看姹紫嫣红的烟火表演;当我们在海里游泳时,如果不小心喝了一口海水,不仅有咸味,还有苦味;很多建筑物的外表,都贴着一层漂亮的大理石瓷砖……这些我们在生活中司空见惯的场景,其实到处都有调皮的碱土元素的身影。你能找到它们吗?

1808年,也就是化学家戴维发现钾和钠之后的一年,他信心满满,把目光瞄准了当时的几种碱土:生石灰、苦土、重晶石等。这些碱土的化合物都有着碱的特性,溶液可以让石蕊试纸变蓝。

戴维想,既然他从苛性碱中电解出了钾和钠,只要用同样的方法去电解碱土,就能发现新的碱性元素了。

可是一切并不像戴维想的那么顺利,电流经过后,导线上似乎出现了金属的薄膜,但瞬间就变暗了。他建造了更大的电池组,可是事倍功半,只得到几小粒新的金属,还是跟铁丝的合金。

在戴维一筹莫展的时候,瑞典化学家贝采尼乌斯出马了,他写信给戴维,劝戴维不要用铁丝,而是用一个水银柱来通电。戴维一看就明白了,新的金属分离出来以后,溶解在水银里,之后再将水银蒸发掉,剩下的当然就是纯的新金属。

戴维使用这种方法,一下子将钙、镁、钡、锶四种碱土元素都提取了出来!

镁是一种比较活泼的金属,虽然相对于钾钠兄弟稍微差了一点,但还是可以跟煮沸的水反应。

它在空气中很容易被点燃,发出炽烈的白光。观察镁燃烧的实验时最好戴上墨镜,因为燃烧的镁会放出紫外线,如果剂量过大,会伤害人的眼睛。

镁条很容易燃烧,发出白光。节日的焰火、小时候玩的烟花里面都有镁的白光。

它的这种特性还被用来做闪光灯,所以最早的闪光灯也叫镁光灯,缺点是只能用一次,现在早已被电子闪光灯取代了。直到现在,它还可以在战场上用作照明弹。

恒星核聚变的碳燃烧可以产生镁,当然这只存在于大恒星中。在这些巨大的恒星发生超新星爆炸之后,生成新的星体或者行星系,我们地球上的镁就是这么来的。

你可能会认为,镁应该是一种不常见的元素吧?其实不然!

之所以大家会有这样的错觉,是因为镁在地壳里的分布不多,比钠还少一点,排在第八位。但是你能想到吗,镁竟然占据整个地球质量的13%,仅仅排在氧、硅、铁之后,列第四位,这是怎么回事呢?

原来,镁主要分布在地幔中。在地幔中,镁是除了氧之外最多的元素,主要以氧化镁的形式存在。

镁元素除了在地幔中分布以外,在海洋里也有很多,仅次于氯元素和钠元素,这就是溶解在海里的镁盐。我们在大海里游泳,口中进了海水,除了感觉到咸味之外,还能尝到一种苦味。这就是氯化镁的味道。

1608年,一位居住在英国埃普索姆(Epsom)的农民找到一口井,准备饮牛,结果那头牛尝了一口就再也不肯喝了。这位农民自己尝了尝,发现井水超级苦,但是涂在皮肤上竟然可以治疗擦伤和皮疹。这口井里提取出来的盐就被称为埃普索姆盐(Epsom salt),人们发现这种盐可以让人拉肚子,所以也称为“泻盐”。这种泻盐就是七水合硫酸镁。

大理石、汉白玉,这些词你肯定非常熟悉。“玉砌朱栏”中的“玉”指的就是汉白玉,天安门前的华表、金水桥,故宫内的宫殿基座、石阶、护栏都是用汉白玉制作的。

在人民英雄纪念碑、人民大会堂、毛主席纪念堂等当代国家工程中,汉白玉也有广泛应用。尤其是人民英雄纪念碑上,十块汉白玉的大浮雕,镶嵌在大碑座的四周。这些大浮雕高二米,合在一起共长40.68米。每幅浮雕里有二十多个英雄人物,每个人物都和真人一样大小,栩栩如生。

其实,大理石是碳酸钙的大块结晶。碳酸钙被广泛地应用在各种建筑上。

钙不仅仅存在于冰冷的石头中,更藏身于五彩斑斓的生命中,如果说碳酸钙晶体(大理石)是文明的骨架,那么有机磷酸钙等化合物可以说是“生命的骨架”。你不妨想象一下:一坨摊在地上的“软体人”模样的你……我们离不开钙元素!

牙齿是人类身体中最坚硬的器官,是什么化合物这么“硬汉”?牙齿的主要成分是羟基磷酸钙!

除了人类,动物也离不开钙元素。

在5.4亿年前,伴随着地球生命的“寒武纪大爆发”,珊瑚虫在海洋中出现了。这是一种只有几毫米大小的腔肠动物,经常是一大群聚集在一起生活,虽有很多张嘴(同时也是排泄口),却共用一个胃。它们以捕食海洋里细小的浮游生物为生,一边生长,一边吸收海水中的钙离子和二氧化碳,分泌出碳酸钙,变成自己的外壳。

珊瑚虫死后,留下主要成分为碳酸钙的遗骸,形成了争奇斗艳的珊瑚景观。

凡尔赛宫

欧洲最大的宫殿,五彩的大理石墙壁尤其光彩夺目。

泰姬陵

印度莫卧儿皇帝沙贾汗为他最爱的妻子建造的陵墓,全部用纯白色大理石建筑。

快看,课堂上,老师手拿洁白的粉笔,一笔笔写下板书……你多多少少都吃过一些粉笔灰吧?其实,最早的粉笔是用天然的白垩做的,灰尘比较大。但现在,为了保护教师和学生的健康,出现了无尘粉笔,掺入了石膏,这也是一种钙盐:硫酸钙。

我们还能在哪里看到钙呢?

1.在刷墙的涂料中填充碳酸钙,才让涂料有了骨架。

2.纸张的涂层里也填充了碳酸钙,这样才洁白、结实。

3.化妆品里也填充了碳酸钙,涂抹出了我们眼中的“女神”。

4.牙膏也不例外,我们的目标是:“没有蛀牙!”

1810年,德国化学家德贝莱纳在研究精确测量元素原子量的方法,大文豪歌德告诉他,戴维几年前刚刚发现了新元素锶,这种元素很稀少,也很新鲜,没几个人研究过。于是德贝莱纳开始反复推敲锶的数据,既然要看锶,也不可避免经常看到共生矿物钙和钡。突然,他注意到,锶的原子量竟然正好是钙和钡的平均数,这个三元素组合是偶然?还是暗示了某种规律呢?

德贝莱纳坚信这不是一种巧合,于是他继续关注其他元素的原子量,又找到了“氯、溴、碘”,“硫、硒、碲”这两个“三素组”。

可惜的是,当时的化学家们没有摆脱神学、炼金术的固有思想,他们被“三”这个数字所束缚住,以为这是一种“三”的命理学。于是他们开始东拼西凑,硬是搞出许多牵强的组合,跟神学对应起来。

多亏了50年后,门捷列夫没有被“三”约束了思想,元素周期律才终于被人们发现。但我们不要忘了,锶元素开启了“三素组”,这种思想最终被门捷列夫借鉴。

锶元素更为人所知的是它有一种耸人听闻的放射性同位素:锶90,它会逐渐衰变为钇90,产生γ射线。虽然它的半衰期长达28年,但辐射能量仍然很高,这在放射性同位素里是不多见的。更重要的是,虽然锶元素在人体内几乎没啥作用,但它会经常和钙在一起,进入人体的骨质。正常的锶元素对人体没有任何影响,但放射性强的锶90进入人体就会沉积在人的骨头里!

核爆之后,铀235会产生很多锶90,因此锶90也可以用来检查某些国家是否进行了核试验。

化學家用分光镜观察锶元素,会看到几条蓝色的线,但在我们的肉眼里,蓝色的线条总是被几道红光所遮掩,所以当锶盐燃烧时,我们看到的是它那激情似火的红光。

因此,锶经常被加到烟火里,我们看到的红色焰火,就是锶元素在热烈舞蹈呢!

实验材料:可乐、牛奶

实验步骤:

第一步:往可乐中加入牛奶。

第二步:把盖子拧紧,放在桌上观察可乐的反应。这个过程就是漫长的等待啦,要有耐心哦,因为在不同的阶段,可乐表现出来的状态是不一样的。

你会看到:

刚开始,可乐加入牛奶时,可乐的颜色变化了,牛奶与可乐混合出现了白色絮状物,过一段时间后,里面的物质出现沉淀,最后可乐竟然变得清澈了!是不是非常神奇?那在这个过程中,牛奶与可乐发生了什么呢?

实验原理:

可乐是碳酸饮料,而牛奶里面是含钙的。在可乐中加入牛奶,会生成白色沉淀,这就是碳酸钙。那么为什么后来颜色又消失了呢?这是因为碳酸钙在水里待久了,就会又变成碳酸氢钙,又再次溶于水。在可乐瓶这个小小的空间里,连续发生了两次化学反应呢!

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