初中化学趣味阅读

一生平庸

金属的腐蚀与防护







当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从热力学观点看，除少数贵金属(如Au、Pt)外，各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%～4.2%，超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。

金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。

(1)改善金属的本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

(2)形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。

①金属的磷化处理

钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。

磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5 μm～20 μm，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。

②金属的氧化处理

将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5 μm～1.5 μm的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。

③非金属涂层

用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。

搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。

④金属保护层

它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。

热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和Al等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。

(3)改善腐蚀环境

改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。

(4)电化学保护法

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

①牺牲阳极保护法

牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。

牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。

②外加电流法

将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

金属的腐蚀虽然对生产带来很大危害，但也可以利用腐蚀的原理为生产服务，发展为腐蚀加工技术。例如，在电子工业上，广泛采用印刷电路。其制作方法及原理是用照相复印的方法将线路印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜用三氯化铁溶液腐蚀，就可以得到线条清晰的印刷电路板。三氯化铁腐蚀铜的反应如下：

2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2

此外，还有电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术，比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的方法更好，分辨率更高。

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“金属疲劳”不容忽视







1998年6月3日，德国一列高速列车在行驶中突然出轨，造成100多人死亡的严重后果。事后经过调查，人们发现，造成事故的原因竟然是因为一节车厢的车轮内部疲劳断裂而引起，从而导致了这场近50年来德国最惨重铁路事故的发生。

人们所见到的金属，看起来熠光闪闪、铮铮筋骨，被广泛用来制作机器、兵刃、舰船、飞机等等。其实，金属也有它的短处。在各种外力的反复作用下，可以产生疲劳状态，而且，一旦产生疲劳就会因不能得到恢复而造成十分严重的后果。实践证明，金属疲劳已经是十分普遍的现象。据150多年来的统计，金属部件中有80％以上的损坏是由于疲劳而引起的。在人们的日常生活中，也同样会发生金属疲劳带来危害的现象。一辆正在马路上行走的自行车突然前叉折断，造成车翻人伤的后果。炒菜时铝铲折断、挖地时铁锨断裂、刨地时铁镐从中一分为二等现象更是屡见不鲜。

早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果，并且有了巧妙的办法来对付这个大敌。

在金属材料中添加各种"维生素"是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现"金属免疫疗法"新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。

金属疲劳所产生的裂纹会给人类带来灾难。然而，也有另外的妙用。现在，利用金属疲劳断裂特性制造的应力断料机已经诞生。可以对各种性能的金属和非金属在某一切口产生疲劳断裂进行加工。这个过程只需要1至2秒钟的时间，而且，越是难以切削的材料，越容易通过这种加工来满足人们的需要。

一生平庸

形状记忆合金







一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。具有形状记忆效应的金属一般是由两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。

形状记忆合金可以分为三种

（1）单程记忆效应

形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。

（2）双程记忆效应

某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。

（3）全程记忆效应

加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。

目前已开发成功的形状记忆合金有Ti-Ni基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。

形状记忆合金主要有以下用途。

工业应用：

（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。

（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。

（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。

（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。

医学应用：

Ti-Ni合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。

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形状记忆合金



安徽马鞍山市13中 朱福岚



    1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40 ℃以上的热水中，该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现，某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。每种以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都有一个转变温度；在这一温度以上将该合金加工成一定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，人为地改变其形状后再加热到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先在转变温度以上加工成的形状。

    1969年，镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下，做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管(作接头用)，然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中便使用了一种镍-钦合金接头，从未发生过漏油、脱落或破损事故。

    1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放置于月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。

    科学家在镍-钛合金中添加其他元素，进一步研究开发了钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金；除此以外还有其他种类的形状记忆合金，如:铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。

    形状记忆合金在生物工程、医药、能源和自动化等方面也都有广阔的应用前景。

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油炸食品危害如同烟草吗







    正当北京市民还在乐呵呵的吃着油条、油饼，年轻人和孩子还在每个黄色“Ｍ”下面大嚼鸡翅的时候，大洋彼岸的美国律师们正在准备对麦当劳、可乐、巧克力等食品进行一场形同当年诉讼烟草公司一样的巨额诉讼，食品制造业对人体的健康问题已经摆在美国老板和普通消费者的面前。

　　虽然外国美食家多年前就指控美国快餐是“垃圾食品”，但是却无法阻挡麦当劳的扩张势头，虽然早就知道可乐中有咖啡因的成分，巧克力可能导致高脂肪，但却无法改变这两种最畅销食品的地位。不过现在，如果美国律师真正发起诉讼，那么这些曾经不可一世的美国食品巨头将很有可能从此一蹶不振。美国民事侵权改革协会法律总顾问施瓦兹说，烟草业败诉已经为控告食品业准备了案例和弹药。

　　油炸食品的美味掩盖了其对人体的危害。去年夏天，纽约市律师在代表一群肥胖儿童指控麦当劳的时候就指出油炸食品将引起肥胖、糖尿病、冠心病、高血压、中风、提高胆固醇摄入和某些癌症等病症。数据显示，由油炸食品导致肥胖最后死亡的患者每年美国就有30万人之多，可以想象用油绝对标准的麦当劳的食品还有如此大的危害，那么中国那些用地沟油、回收油、反复油制作的食品多么可怕！也许这场诉讼的结果不会将诸如“麦当劳、可乐、巧克力……有害健康”的字样像“抽烟有害健康”那样印在食品包装上，但是正如美国卫生署长所言，食品引发的超重，肥胖等症状导致的可预防疾病同抽烟一样多

　　中国人的饮食习惯讲究口味，所以对油炸的美味、爽口的可乐、香甜的巧克力难以割舍，况且社会上对于食品健康的知识普及还远远不够，营养饮食的风气还远远没有树立，这就是美国人已经开始筹划诉讼有害食品，而中国人还在追逐美国品牌的原因。

一生平庸

专家称油炸食品致癌说未定不必“谈炸色变”







    近日，美国食品与药品管理局(FDA)表示已证实大部分油炸、烤制食品，尤其是炸薯条中含有高浓度的丙烯酰胺。丙烯酰胺已在动物实验中被证明可以致癌，但对人体是否能致癌尚不明确。油炸和烤制食品到底会不会生成致癌物质丙烯酰胺？昨天，麦当劳和肯德基北京公司的有关人士均表示没听说过此事，而北京义利面包公司的有关负责人也认为，迄今为止还没有看到有谁因为长期吃薯条、油饼、饼干、面包之类的食品而得癌症的事例。

　　炸薯条是西方国家的传统食品。长期以来，它也是麦当劳和肯德基主打和深受顾客欢迎的食品。据了解，麦、肯作为非常重视产品口感和营养的两家跨国连锁公司，在炸制薯条时，对温度和炸制时间都有严格的规定，套用一句常用的广告语，即是“营养加美味”。但炸薯条中含不含致癌物质丙烯酰胺，由于涉及到非常专业的技术问题，麦、肯北京公司都认为需请总部技术人员检测后才能得知。

　　那么油炸和烤制食品出锅或出厂时是否需要检测丙烯酰胺？据了解，按照国家有关食品卫生和安全的标准，常规检测的项目包括微生物等多种指标，但并没有要求检测丙烯酰胺的含量。北京义利面包有限公司技术部负责人解释说，每一种食品中类似丙烯酰胺这样的物质非常多，尤其在高温加热时，食物会发生怎样的变化，又会产生怎样的物质，哪些物质会对人体产生危害，必须进行检测。目前还没有足够的科学材料证明其中的哪一种物质确实对人体产生了危害，需要通过改进加工工艺避免。

　　中国CDC营养与食品卫生研究所有关专家首先肯定了油炸食品确实会产生一种叫多环芳烃的化学物质，这种物质中包含丙烯酰胺。丙烯酰胺的产生取决于多种因素，比如反复使用陈油，油炸时间过长等等。经过动物实验证明，这种物质容易损伤人体内的DNA，从而诱发结肠癌。

　　但是，有关专家同时指出，因为人体是一个有机的平衡体，我们每天摄入的食物中，也含有大量抗癌的物质，如茶叶、石花菜、西红柿等等。科学证明，大量食品中的抗癌物质和丙烯酰胺是可以相互抵消的。所以只要注意膳食平衡和科学的餐饮方式，人们大可不必“谈炸色变”。

　　有关人士指出，目前“油炸食品”的技术标准在我国尚是一个空白点，至于某种食品在油中炸多长时间会产生丙烯酰胺，产生量又是多少，还尚待研究。

　　记者还从卫生部了解到，目前我国食品安全监测的分类中，还没有将油炸食品列为监测对象。北京市卫生局卫生监督所的一位工作人员说，他们一直对餐馆使用食用植物油的质量严格要求，特别是炸油饼的油要定期更换，否则油中的致癌物质会逐渐增加，危害消费者的身体健康。

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烹调香料八角（大料）与抗禽流感病毒药物

八角（俗称大料）主要产于中国和越南，是我国人民常用的烹调香料。通过适当的方法，从八角中可以提取到莽草酸，它是制取抗禽流感药物（Tamiflu，商品名：达菲）的基本原料。莽草酸的结构式及主要性状如下： 　　 莽草酸 分子式：C7H10O5 相对分子质量：174.15 名称：3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-羧酸 状态：白色结晶粉末 熔点：185～187 ℃ 相对密度:1.64 水中溶解度:180 g/L 莽草酸分子结构中有三个羟基、一个羧基、一个双键，具有手性异构体。它可以成酯，也可以成盐。莽草酸是合成生物体内、新陈代谢化合物的中间体，也是合成许多生物碱、芳香氨基酸与吲哚衍生物、手性药物（如抗病毒药）的原料。 抗禽流感药物（Tamiflu，商品名：达菲）就是以莽草酸为原料，经过十步反应合成制得的： 八角本身没有杀禽流感病毒的能力，从八角提取的莽草酸，再经过十几步反应得到的Tamiflu （达菲）才是抗禽流感病毒药。八角含有多种化合物，有的对人体有害。多食八角非但不能医治禽流感，反而会引起身体不适。瑞士罗氏制药公司拥有Tamiflu（达菲）生产的专利权，价格很贵，目前仍是人抗禽流感病毒较有效的药物。 本文由人民教育出版社化学室的杜宝山老师翻译整理