初中化学趣味阅读

一生平庸

铜：健康的卫士







    铜与人体健康关系密切。人体每天都要摄入各种微量元素，铜是人体不能缺少的金属元素之一。成年人体内，1千克体重中，铜含量大约为1.4 mg～2.1 mg；血液中铜的含量约为1.0 mg～1.5 mg。这一数量虽小，但它对于维持身体健康和器官的正常运行却不可缺少。这是因为铜元素在机体运行中具有特殊的作用。铜是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，许多重要的酶需要微量铜的参与和活化。例如，铜可以催化血红蛋白的合成。研究表明，缺铜会导致血浆胆固醇升高，增加动脉粥样硬化的危险，因而是引发冠状动脉心脏病的重要因素。科学家还发现，营养性贫血、白癫风、骨质疏松症、胃癌及食道癌等疾病的产生也都与人体缺铜有关。严重缺铜和长期边缘性缺铜，还会引发小儿发育不良和一些地方病。

    由于人体所需的铜主要来源是从饮食中获取的，因而土壤和膳食中铜的含量直接决定人体是否能获得足够的铜。成人每日需铜量约为2 mg，其主要来源为肝脏、硬果类、五谷类等。然而，由于不同地域的自然环境有差异，铜在人类膳食和土壤的分布也有所差别，故只靠膳食补铜是不够的。而使用“铜水管”就是一个“补铜”的有效途径。世界卫生组织推荐的饮用水含铜量的安全标准为2 mg/L,按这个标准计算，很多自来水中微量铜含量实际上是不够的。如果把“铜水管”应用于城市供水系统中，水中的微量铜含量会有所增加，可补充人类食物中对铜摄入量的不足。英国应用微生物研究中心的研究表明，铜管是有益于公共健康的供水管材。

    铜还具有一种大多数金属所没有的杀菌功能，铜水管对于大多数细菌的成长都有抑制作用，生物学研究表明，99%以上的水中细菌进入铜管道5个小时后会自行死亡。正因如此，在发达国家，许多医疗器械都是铜制的，而在公共场所，像医院、商店、车站、电影院等，黄铜则成为“门把手”的首选材料

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我国科学家合成碳纳米材料







中国科学家最近合成高质量的碳纳米材料。这种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。中国科学家的成果一经发表，立刻引起世界瞩目。

氢能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，但储存等方面的问题制约着氢能的开发利用。已有的稀土等材料由于储氢量少，应用受到限制。各国科学家已在新型储氢材料研究上展开了一场竞赛。

近年来科学家发现碳纳米材料可能是一种优异的储氢材料。国外科学家曾根据实验推测单壁碳纳米管的储氢能力在百分之十以上，但是实验一直没有得到验证。中国科学院金属研究所的成会明率领科研小组近年来在这一领域取得一系列突破。

纳米级的碳材料合成十分困难，大量低成本、高效率地合成更难。成会明等人采用与众不同的新方法，快速地合成出了大量高质量的碳纳米纤维和单壁碳纳米管，不仅纯度高，而且直径较粗。

在进一步的研究中，成会明等人发现，这些自制的纳米材料在室温条件下具有优异的储氢性能，储氢能力达到百分之四以上，至少是稀土的两倍。根据实验结果推测，室温常压下，约三分之二的氢能从这些可被多次利用的纳米材料中释放。这些棉花似的黑色絮状物，能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。

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中科院金属所制成强度最高镁基金属玻璃







近日，由中国科学院金属研究所徐坚研究员领导的研究组，研制出目前世界上强度最高和具有强玻璃形成能力的镁合金。这一研究进展使我国在此领域跃居国际先进水平，对推动镁基金属玻璃作为新一类轻质高强度材料的应用具有重要意义。

与多晶体金属材料相比，非晶态（亦称玻璃态）结构的金属材料具有高强度、耐腐蚀等优异性能。近年来，发展低成本、高性能，并易于铸造成大尺寸块体材料的新型合金始终是各国学者、专家孜孜以求的目标，同时也是拥有材料最终实用化知识产权的关键。20世纪90年代初，日本科学家首先发现“镁－铜－钇”三元合金可采用铜模浇铸形成直径４毫米的金属玻璃圆棒。2000年，日本科学家进一步推出含有贵金属钯的镁合金，铜模浇注金属玻璃圆棒的直径达到7毫米。镁基金属玻璃的断裂强度可达到770Mpa，是普通工业镁合金的2～3倍，比强度超过工业用铝合金和钛合金。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室徐坚研究员的研究组，在国家自然科学基金的资助下，研究出了目前世界上玻璃形成能力最强的镁合金，铜模浇铸的金属玻璃圆棒直径可达到9毫米。这一研究成果在《材料研究杂志》上发表。在此基础上，他们还与美国约翰霍普金斯大学E.Ma教授合作，发展了一种铁颗粒弥散分布于金属玻璃基体上的内生复合材料，材料的压缩断裂强度达到1000Mpa。同时，断裂前的塑性应变约为1％，材料的强度与塑性指标均为玻璃态镁合金前所未有，该项成果在申请国家发明专利之后，登载于《应用物理快报》上。

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制造下一代晶片的硅合金







美国德拉瓦大学的科学家正研究新的硅合金，它是由硅碳化物及锗组成的合金，可以用作生产更快、更稳定的下一代晶片。

德拉瓦大学的高鲁斯教授(Professor James Kolodzey)解释说，用锗造的晶片能够提供比硅晶片更快的速度，硅碳化物可以经受华氏六百多度的高温，而硅只能经受华氏二百五十多度的温度，因此，硅碳化物比硅更适宜在高温条件下使用，此外，这种新的硅碳化物及锗组成的合金有更好的导电性。

科学家指出，用硅造的晶片只可以处理二千兆赫以下的运算速度，新一代利用镓砷化物造的晶片，虽然可以处理数十千兆赫，但是成本要高十倍，因此，科学家希望这种新的合金，能够符合市场的需要。

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制造坚硬及富弹性的纤维







现有的技术可以制造非常坚硬的纤维，或有弹性的纤维，但是很难制造既坚硬又有弹性的纤维。

美国加州大学的科学家发现，鲍鱼的贝壳非常坚硬有力，比组成贝壳的碳酸钙结晶还要坚硬三千倍；加州大学的史密夫博士(Dr.BettyeL. Smith)利用原子力显微镜研究贝壳的弹性和贝壳蛋白质分子的强度，他发现贝壳的结晶板是由许许多多蛋白质分子结合在一起的，这种坚硬的贝壳，可以经得起很大的震动而不会破碎。

史密夫博士希望利用这种分子组合的方法，生产既坚硬又有弹性的纤维，用来制造绳索、建筑材料、医学用品等等。

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法国制造出导电性能极强的金刚石半导体







法国国家科研中心固体物理和结晶实验室的科学家，最近研制出一种比普通金刚石半导体导电性能高出近1万倍的新型金刚石半导体，为电子元器件的开发提供了新材料。

金刚石由碳原子构成，一般不导电，纯净的金刚石其实是良好的绝缘体。但是，如果在金刚石中掺入少量的硼或者氮，它就会变成半导体。由于金刚石半导体体积小、耐高温，因此它在电子或光电子元器件制造方面具有得天独厚的优势。然而由于人们难以制造出具有更高导电性能的金刚石半导体，所以进一步发展微电子元器件制造技术便遇到了瓶颈。

据英国《自然》杂志的最新一期《物质》专刊报道，法国国家科研中心固体物理和结晶实验室的科学家认为，传统技术制造的金刚石半导体的导电性能不理想，应该尝试向金刚石半导体中加入新元素，改变这种材料的部分碳结构，以提高金刚石半导体的导电性。按照这一思路，研究人员将氮元素加入含有硼的P型金刚石半导体中，结果发现，被研究材料转化成了一种N型金刚石半导体，其导电性比过去用传统方法制造的金刚石半导体高出近1万倍。

用金刚石半导体膜制作的芯片能在几百摄氏度的高温下正常工作，而硅芯片的工作温度不能超过150摄氏度。此外，金刚石电子元器件的体积可以更小，它能够在硅电子产品无法应用的场合发挥不可替代的作用。《物质》专刊评价说，法国科学家的研究成果将对微电子领域产生直接影响，并为半导体的基础和应用研究提供一片新天地。

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铝的化合物及其新型铝材料







自然界里坚硬而美丽的刚玉，是Al2O3，刚玉俗称宝石，折光性强，闪闪发光，又具有不同的颜色，可以做装饰品。现在人造的红宝石和蓝宝石是利用Al2O3和少量能产生所要求颜色的氧化物熔化，再使该熔融物冷却以后生成大晶体。高铝氧耐火砖，可耐1 800～2 000℃的高温，它的抗化学侵蚀和抗磨蚀程度都大大超过粘土砖。

氢氧化铝有很强的吸附能力，又具有吸附色素的性能，所以被用作净水剂和印染工业中的媒染剂。在医药工业中它可用于治胃酸病。

陶瓷、水泥工业主要是硅铝酸盐的应用。在化学工业、石油工业和其他有关部门被广泛使用的分子筛，硅铝酸钠就是一种常用的分子筛制取物质。

在新型材料发展中，人们已经制出了泡沫铝合金，它的密度只有0.16～0.5 g/cm3，比木材还轻，可以浮在水面上，并且有很大的刚性、吸音性、抗冲击性。铝基纤维增强复合材料强度比一般铝合金的强度提高了10～100倍。以氧化铝为金属基的复合氧化铝纤维具有质轻、强度高、耐温、导热、刚性，沿纤维方向热膨胀少等优良性能。B—Al和C—Al复合材料已用于制造航天飞机的结构框架，经受了宇航过程中的严峻考验。