| 类型：原创 | 来源：化学与教学资源研究所 | 作者/推荐人：admin | 点击量：816878 | 时间：2011年9月6日 8:54:55 |
由一张照片引发的思绪
——随拍随想化学记
2010级研究生 谢敏
 本照片摄于2011年6月20日星期四，从学校体育馆的一角向化学与环境学院望去，蓝天白云、喷泉草地，院楼一角的古树，高高耸立的院楼构成了校园一角美妙的风景线，与大家一起分享我在照片中所看到的化学。
由照片外想到的……
从本作品来看，我所能想到的与化学有关的东西很多，举例如下，首先跳出作品本身，想到旧时洗照片，采用第一种化学药液(显影液：硫酸、硝酸及苯、甲醇、卤化银等硼酸、对苯二酚）会使经光线照射的区域显影成为黑色银颗粒。随后使用的第二种药液(定影液：定影剂，如硫代硫酸钠、硫代硫酸铵；保护剂，如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠；中和剂，如乙酸、硼酸；坚膜剂，如铝矾、铬矾)，可以将未曝光部分的卤化银溶解掉(定影)，而留下透明的胶片。因此，漂洗掉化学副产物并且干燥之后得到的冲洗结果是一张黑白底片，彩色相纸曝光之后，经过彩色显影、漂白和定影等一系列冲洗步骤即可形成彩色底片的彩色底片，此外，还可以由彩色幻灯片用一些其它的感光材料和冲洗工艺得到彩色照片。 定影过程的基本反应是：
AgBr+2Na2S2O3→Na3Ag(S2O3)2+NaBr 3AgBr+4Na2S2O3→Na5Ag3(S2O3)4+3NaBr 由蓝天想到的……
看作品本身的事物——蓝天，自然而然想起了小时候的问题：为什么天是蓝色的，而不是橙色、黄色？这是因为在晴朗的天气里空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色，因此如果你向天空看去，你主要看见的是阳光中被散射的蓝色的光，而不是未经散射的阳光。
他们说大城市很少见到如此蓝的天空，其实在广州大学城这一角已不足为奇，环境保护措施做得很好，不用担心光化学烟雾、也不用担心酸雨。提到这两个关键词，那就详述这两个关键词吧。
什么是光化学烟雾？汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（CH）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。反应机制的探讨，已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下过程：
①污染空气中 NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
②碳氢化合物被HO、O等自由基和O3氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物──RO2、HO2、RCO等自由基的生成。
③过氧自由基引起NO向NO2的转化,并导致O3和PAN等的生成(见大气污染物的相互作用)。
这些基本反应可以用最简化的化学反应模式表示：有人以具体的有机物，如丙烯、正丁烷、乙烯等作为有机物的代表，列出详尽的机理模式，其化学反应可多达242个。 此外,污染空气中的二氧化硫(SO2)会被HO、HO2和O3等氧化而生成硫酸(H2SO4)和硫酸盐,成为光化学烟雾中气溶胶的重要成分。碳氢化合物中挥发性小的氧化产物也会凝结成气溶胶液滴而使能见度降低。
什么是酸雨？酸雨 （acid rain）是指pH小于5.65的雨雪或其他形式的降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸, 酸雨形成的化学反应过程：
(1) 酸雨多成于化石燃料的燃烧：
含有硫的煤燃烧生成二氧化硫 ：S+O2（点燃）→SO2
二氧化硫和水作用生成亚硫酸 ：SO2+H2O→H2SO4（亚硫酸）
亚硫酸在空气中可氧化成硫酸 ：2H2SO4+O2→2H2SO4（硫酸）
(2)氮的氧化物溶于水形成酸：雷雨闪电时，大气中常有少量的二氧化氮产生。
闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮 ;N2+O2（闪电或高温）=2NO
一氧化氮结构上不稳定，空气中氧化成二氧化氮 : 2NO+O2=2NO2
二氧化氮和水作用生成硝酸 :3NO2+H2O=2HNO3（硝酸）+NO
(3)酸雨与大理石反应： CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑
CaSO4+SO2+H2O=Ca(HSO3)2
由白云想到的……
白云让我联想起了雨，像今天这种炎热的夏气，来场雨也不错。在古代，设坛求雨成为必然，小时候《西游记》唐僧求雨的画面还时常闪现在我眼前，煞是奇妙，可是现在人工降雨已经成为可能。人工降雨是怎么实现的呢？实现人工降雨有几种原理，包括冷云催化、暖云催化、动力催化，以下介绍冷云催化的两种方法：碘化银和干冰，利用飞机将其洒在云上，利用干冰升华吸热使云中的小水滴就会被冻结成许多小冰晶，利用碘化银，生成人工降雨的晶核，这两种方法促使更多的水蒸气凝结在上面，化为雨滴，降落到地面。
由树的成长想到的……
在华师呆了五年了，见证了通往院楼的小树的成长，所能想到的是周围的环境给它们带来的优越性，树何以绿，通过植物的光合作用，植物的光合作用的主要来源于大气中的二氧化碳，当然太阳光是不可或缺的，除了这些自然的因素外，当然也不能忽略人为的因素，园丁们提供了适量的氮肥，氮是叶绿素生成的不可或缺的一种元素。不过除了这种方式外，土壤可以通过另一条是生物固氮的方式获取。什么是生物固氮？生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的。固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶。固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含有铁和钼，叫做钼铁蛋白。只有铁蛋白和钼铁蛋白同时存在，固氮酶才具有固氮的作用。生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示。
N2 ＋ 6H+ ＋ nMg-ATP ＋6e-（酶）→2NH3＋nMg-ADP＋nPi
分析上面的反应式可以看出，分子氮的还原过程是在固氮酶的催化作用下进行的。有三点需要说明：第一，ATP一定要与镁（Mg）结合，形成Mg-ATP复合物后才能起作用；第二，固氮酶具有底物多样性的特点，除了能够催化N2还原成NH3以外，还能催化乙炔还原成乙烯（固氮酶催化乙炔还原成乙烯的化学反应，常被科学家用来测定固氮酶的活性）等；第三，生物固氮过程中实际上还需要黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白参与，这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用。
由喷泉想到的……
或许生活中的喷泉与实验室的喷泉没有直接的关系，但是看到喷泉我想到了趣味化学实验——多姿多彩的喷泉，喷泉之所以能实现，主要利用烧瓶和外界的气压差所形成的，气压差的形成要求烧瓶内的气体必须能溶于水槽中的液体作用，有几个不错的选择：氨气——酚酞溶液；氯化氢——紫色石蕊溶液；二氧化碳——滴有酚酞的氢氧化钠溶液。早在1999年已也有学者能制造成发光、发声、喷泉发烟的喷泉，华南师范大学化学与教学资源研究所钱扬义教授设计氨的喷泉、喷烟、发光与发声多现象组合实验[1]，装置图如下：
实验装置图
实验过程：安装好装置, 向三颈瓶中通入NH3。按图安装好装置, 保证气密性良好, 其中三颈瓶与气球最好是干燥的, 万一有水, 可用浓NH3·H2O 涮几次, 这样不会影响实验效果; 本实验的NH3 制取方法是, 在一定量浓NH3·H2O 中加入适量N aOH( S ) , 产生大量NH3。制备时关闭活塞a、b、d, 打开活塞c、e, 并由c 处向三颈瓶内通入NH3, 结果三颈瓶和气球2( 已膨胀) 内有大量NH3; 关闭活塞e, 打开活塞d, 让气球1 膨胀充气, 最后关闭d、e。关闭室内灯, 使环境黑暗, 宜于观察现象。将滴管的H2O 挤压入烧瓶, 打开a 活塞, N H3 即被溶解, 瓶内产生负压, A、B 两种溶液同时被吸入烧瓶, 在暗室里, 可观察到一道蓝色光柱, 冲天而上,产生耀眼的蓝色发光喷泉。将d、e 活塞打开( 此时可开灯) , 气球放出NH3, 喇叭发出响声, 氨气即被补充入烧瓶内, 此时打开b 活塞, 浓盐酸即在负压下挥发出大量HCl 气体喷入烧瓶内, 与NH3 反应形成白色浓烟。至此喷泉喷烟、发光发声现象一一产生, 整个场面, 气氛盎然。
由院楼建筑想到的……
院楼高高耸立，首先从外观上灰白的物质上说起。从化学的角度这种物质只不过是碳酸钙，那么院楼的粉刷涉及到了“钙”三角：生石灰放入水里变成熟石灰，抹到墙上再空气中的二氧化碳反应变成了坚硬的碳酸钙：CaO +H2O=Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2= CaCO3 +H2O，变化如此简单。
以上的所思所想纯属个人拙见，欢迎大家发挥自己的想象与我讨论，相信这张随拍所引发的想法可不局限于此。
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