有趣的化学/别莱利曼趣味科普经典丛书

**章 开场白 保罗叔叔非常博学，他在乡间隐居，每天的生活就是浇灌一下花草和蔬菜。和他同住在一起的是两个极热心于学问的侄子，分别叫爱弥儿和喻儿。年纪较长的喻儿，在学习方面更加认真，他甚至认为，如果他找到了学习数学和文法的途径，那么以后就可不必再进学校钻研学问了，因为在学校里只能学到极为有限的知识。 保罗叔叔对于他们的求知心是非常鼓励的，他总说，一种受过训练的智力是我们人生斗争中*好的武器。 这几天，保罗叔叔常常在心里琢磨着一个计划，他想把初步的化学知识教给侄子，因为在他看来，在实际应用上*有成效的一种科学就是化学。 他问自己：“以后这些孩子会成为什么样的人？他们会成为匠人、制造家、农夫、机械家，或者是别的什么，我完全无法预知。但不管怎样，我可以确定一件事，那就是不管他们做什么事，*好能够原原本本地了解他们所做之事的原因。也就是说，他们必须具备一定的科学知识。我希望我的侄子们知道什么是水，什么是空气，人们为什么要呼吸，柴薪为什么会燃烧，土壤的成分是什么，植物生活中的主要营养素有什么，这些都与农业、工业、卫生等有着极为密切的关系。我不希望他们随波逐流地学到一些模糊的零碎知识……我希望他们知道这些事情完全是通过自己的观察与体验。书籍在这里并没有多大的作用，它充其量只能作为一种辅助，运用于科学实验上。但是，我们要怎么去观察与实验呢？” 保罗叔叔认真地思考着他的计划，不过这计划实施起来有个极大的困难——他连一个实验室和一套精巧的化学器械都没有。目前，他们拥有的只是一些普通的家庭用品，如瓶、壶、碟、盅、罐、甏、盆、杯等。乍一看，这些东西几乎没办法用来做任何严密的化学实验。虽然，他们住得离市镇比较近，到了万不得已的时候，在*低的经济限度以内，他们可以去采购一些必要的药品和器械。但是怎么用这些简单的日用品教授有用的化学知识呢？ 终于有一天，保罗叔叔跟他的侄子们说，为了减少他们所学功课的单调无味，他准备指导他们去做一个小游戏。他没有提到“化学”这个名词，因为就算他说出来，孩子们也不可能理解。他只把必须指示给他们看的各种有趣味的东西和他预备要做的各种奇怪的实验告诉了他们。所有儿童都具有活泼和好奇的天性，他的侄子们听了他的话，感到非常快乐。 他们问：“我们什么时候才可以开始呢？是明天，还是今天？” 保罗叔叔说：“今天，马上就开始。不过，先给我五分钟的准备时间。” 名师点评 保罗叔叔认为，在实际应用中*有成效的一种科学就是化学。化学的确是一门与生活息息相关的科学，我们的生活、生产和科研都离不开化学的贡献，大到航天领域的火箭燃料和宇航服的材料，小到我们每天日常的衣食住行，都离不开化学。我们生活在五彩缤纷的化学世界里，化学家又通过研究化学变化和规律为我们创造了更加美好的生活，让我们穿得更暖和、吃得更健康、交通更方便，芯片制造技术的进步为我们增添了无限的乐趣，医药制造能力的飞跃也为我们构建了健康的长城。 化学科学主要在分子、原子层面，研究物质的组成、性质、结构与变化规律，创造新物质——也就是自然界中原来不存在的分子。化学是以实验为重要依托的科学，它引导人们重视假设、探究、观察与推论等科学研究的逻辑程序与思维方法，进而去认识世界万物组成的真相和变化的规律。就像保罗叔叔给孩子们演示的那样，实验的实施不必非得依靠于设备精良的实验室，简陋的仪器和装置经过精心和严谨的设计，同样可以帮助我们迈开求知的步伐。学习化学*重要的是要有一颗好奇的科学求知心，生活中我们也可以通过简单的观察和仪器操作进行一些化学实验，比如在注意安全的前提下，在你们家的厨房里也可以进行一些简单的趣味探究实验。通过亲自动手证实或证伪某些先入为主的观念、书籍或者权威告诉我们的结论，在满足我们对世界的好奇心的同时，也可以让我们一步一步接近心中神圣的真理。 保罗叔叔深谙实验对化学学习的重要性，在后续的化学小课堂上随时随地于生活中取材，用极其不起眼的家庭器具，让孩子们在趣味的“游戏”中体会学习的乐趣。保罗叔叔*可贵的地方不仅仅在于他渊博的化学知识，更在于他能够通过题材丰富、现象广泛的小实验题材，让科学与学习更有趣，使得严肃问题活泼化、日常生活趣味化。在类似玩耍的快乐氛围中学习知识并收获真理，培养兴趣以驱动主动探索和学习，保罗叔叔渗透在一言一行中的这种理念，哪怕在今天也不过时。通过这样跟着保罗叔叔一步一个脚印地学习，小朋友们也能从小养成善于发现和挖掘生活想象中的问题，勤于思考、喜欢提问、热衷解决问题的好习惯。 第二章 混合与化合 保罗叔叔倒了一大杯水，将一把混合物放在水里，并用木条搅动混合液。在杯中的水快速运动起来后，他就停止了搅动，在一边静静地等待结果。很快，铁屑因为太重而沉到了水底，而那些硫黄华则不停地在水里悬浮。接着，他在另一只杯子中倒入含有硫黄的混合液，等到其静止后，发现硫黄华在水中依然呈悬浮状态。 这个计划不久就开始实行了。保罗叔叔先去了附近的锁匠家，从锁匠的工作台上取了点东西，用纸包了起来；然后又去药铺花很少的钱买了点药品，同样拿一张旧报纸把它包了起来，带回了家。 他把一个纸包打开，问孩子们：“这是什么？” 爱弥儿说：“这种粉末是黄色的，用手指捻一捻，会发出一种极轻微的声音。我猜这肯定是硫黄。” 喻儿说：“是的，这肯定是硫黄。我们可以通过实验来证明。” 他一边说着，一边从厨房里拿出一块烧红的炭，撒了很少的黄色粉末在上面，就看见炭发出蓝色的火焰并燃烧起来，同时释放出一种使人窒息的臭气，就像硫黄火柴那样。 喻儿开心地说：“这下可以证明了吧，只有硫黄才会在燃烧时发出蓝色的火焰，并且散发出使人窒息的臭气。” 保罗叔叔说：“是的。这确实是被研细了的硫黄粉末，我们称它为硫黄华。那你们再来看看这是什么？” 他把另一个纸包也打开，露出了里面的金属粉末——一看那闪光的颗粒，就知道这是一种金属的粉末。 爱弥儿说：“这东西和铁屑非常像。” 喻儿说：“哪里是非常像，这就是铁屑。保罗叔，这大概是你跟锁匠要来的吧。” 保罗叔叔道：“喻儿，你确实猜对了，但是我不希望你这么草率地做出判断。无论我们研究的是什么问题，都得经过精细的考察才可以下判断，否则所下的判断肯定很少有正确的时候。你没有理由就说这种金属颗粒是铁屑，因为从外形来看，锡屑、铅屑、银屑、铁屑等差不多都是银灰色的，而且都能闪闪发光。你之所以能够确定那黄色的粉末是硫黄，是因为你已经通过把它放在炽炭上加以证明了。但是现在，你们能够找出一个证明这些粉末的确是铁屑的证据吗？” 两个孩子面面相觑，始终没有头绪。*后保罗叔叔对他们进行了一个暗示。 他说：“那块你们每天玩的马蹄形磁铁在哪儿呢？想一想，这块磁铁能不能帮你们解决这个问题？我经常看见你们用它来吸缝针和钉子。不过它能不能把铅吸起来？” 喻儿说：“不能，它可以把一把重的刀子吸起来，但是却连一小块铅都吸不起来。” “它可以把锡吸起来吗？” “也不能。” “银和铜呢？” “还是不能。噢，我明白了。磁铁能把铁吸起来。这就是我们要做的实验。好，现在就让我试一试。” 喻儿三步并作两步迅速奔到楼上，在满是玩具和书籍的架子上找到了磁铁，又迅速跑下楼来。他把磁铁靠近金属粉末，就看见各有一串发光的胡须样的东西挂在了磁铁的两端。 他喊道：“快看，磁铁把这些东西统统吸起来了！我现在能够肯定它是铁屑了。” 保罗叔叔赞同地说：“没错，这些就是我从锁匠的工作台上取来的铁屑。现在，我们已经确定了这两样东西是什么，我们就该进一步进行化学的研究了。你们注意看一下。” 说着，他拿出一张大纸，把这两包东西一同倒在上面，然后搅和在一起。 他问：“你们看，现在这张纸上放着的是什么？” 喻儿说：“这个问题太容易回答了，它们是硫黄和铁屑混合出来的东西。” “是的，这种混合起来的东西就叫混合物。现在你们还能把硫黄和铁屑从这些混合物中辨认出来吗？” 观察着纸上混合物的爱弥儿说：“非常容易，你看这些是硫黄，因为它们是黄色的；这些是铁屑，因为它们会闪光。” “你们可以将它们一一分离出来吗？” “当然可以，只是需要费一点时间。我的眼光很锐敏，借用一根针，我就可以把铁屑剔在这边，把硫黄剔在另一边。只是我恐怕没有这样的耐性，因为这事太麻烦了。” “是的，完全把它们拣选出来是一件很困难的事，无论你的耐性有多好，也一定干不了。但是确实可以把它们分开。不过，在这一个小堆上，好像既看不出硫黄的黄色，也看不出铁屑的银灰色，能够看到的只是黄与银灰配合而成的灰黄色——除非你有过人的眼力和灵活的手指，否则完全没有方法分开它们。不过，还有别的办法可以把它们分开，这我知道。我想看看你们两个能不能想出来。” 喻儿说：“我想到了。”他一边说，一边在混合物的上面来回移动磁铁的两端（或者叫两极）。 爱弥儿说：“再给点时间，我也能想出来。这并不难，因为刚才叔叔已经提起过磁铁了。” 保罗叔叔说：“能够想出解决一个困难问题的方法总是好的；能够很快想出来就更好了。不过你不用着急，很快你就可以再跟喻儿比个高下了。现在先让我们一起看看他的方法管不管用。” 喻儿继续在铁屑和硫黄的混合物间移动磁铁，*后，磁铁的两极吸引了那些金属颗粒，它们像刺毛般地聚集在上面，硫黄被撇在了纸上。 喻儿非常得意，说：“这太管用了！如果这样一次次持续地吸下去，用不了10分钟，就可以把它们完全分开了。” 保罗叔叔说：“行了，不用吸了。你的方法既简便又有效，相当不错。现在让我们把那些铁屑仍旧掺在硫黄里。用磁铁来将这两种物质分开，虽然很简单，但并不是每一个人随手都能找到一块磁铁的。你们能不能想出另外一个不需要用磁铁就可以把它们分开的方法？这是一个不需要用什么特别器械的非常好的方法。你们先想一想，铁和硫黄相比，哪一种物质更重？” 两个爱好化学的少年齐声回答：“铁更重。” “如果我们把铁放到水里，会发生什么？” “铁会沉到水底。” “硫黄呢——它会怎么变化？我指的不是块状硫黄，而是硫黄粉末，也就是硫黄华，因为块状硫黄会沉到水底。” 爱弥儿唯恐又被哥哥占了先，便抢着说：“我知道！我知道！如果我们把这些混合物全部倒进水里，铁屑就会沉到水底，而硫黄——嗯——硫黄——”保罗叔叔看喻儿好像要插嘴，赶忙阻止他说：“喂，喻儿，让爱弥儿说吧。” 爱弥儿红着脸重复着说：“硫黄会在水面上浮着：也许它也会沉到水底，但是肯定不像较重的铁屑那样沉得那么快。” 保罗叔叔面带赞许地说：“爱弥儿，我刚刚才说过不久你就可以跟喻儿比个高下，果然现在就成真了。你的观点很有道理，只是因为你对硫黄的状态还不太确定，所以你说话时有些吞吞吐吐的。现在我就用实验验证一下。” 于是保罗叔叔倒了一大杯水，将一把混合物放在水里，并用木条搅动混合液。在杯中的水快速运动起来后，他就停止了搅动，在一边静静地等待结果。很快，铁屑因为太重而沉到了水底，而那些硫黄华则不停地在水里悬浮。接着，他在另一只杯子中倒入含有硫黄的混合液，等到其静止后，发现硫黄华在水中依然呈悬浮状态。因此，铁与硫黄在这时候就已经被分开了。**只杯子里有铁屑，第二只杯子里有硫黄。 保罗叔叔说：“你们看，用这种方法得到的结果和用磁铁是一样的，但是所需的用具却简单得多。接下来我们要做的实验，也都是这种不需要什么特别用具，却能得到完美的结果。好，现在你们已经知道，通过上面的方法，我们可以很容易地把这两种混合在一起的物质完全分离，不过现在我们为什么要把它们分开，就先不去管了。把我们方才所学的内容归纳出来，就是：由两种或两种以上的不同物质合成了一种混合物，它们的结合是可以用各种简单的方法分开的。放在你们面前的是一堆硫黄和铁的混合物，它们可以用磁铁，用水，也可以用上一点时间和耐性，一粒粒地用手分开来。现在我们要更进一步，做另一种实验了。” 说着，他在一个面盆里放上了由铁屑和硫黄合成的混合物，往里面加了一点水，用木条将它们搅成膏状。然后他找来一个无色广口的旧玻璃瓶，在瓶中放入这些膏状物，为了让这个瓶子得到一点热量，又把瓶子放在太阳光下。因为那时正是烈日炎炎的夏天，所以保罗叔叔预料，这结果很快就会出现。 他说：“现在你们注意看，会发生一些奇特的事情。” 两个孩子目不转睛地注视着这个瓶子，心中对于他们在化学上的*初的实验能够取得成功充满了热切的渴望。这个瓶子里会发生什么变化呢？他们等了不到一刻钟，只见里边灰黄色的膏状物逐渐变黑，*后竟然变得像煤烟子一样，同时发出嗤嗤的声音，从瓶口喷出一缕缕的水蒸气，而且还有少量的像在一种爆发力的作用下被投射出来的黑色物质。 保罗叔叔说：“喻儿，你去摸一摸这个瓶子，但是千万要注意安全啊。” 喻儿觉得有点莫名其妙，跑过去摸了摸瓶子。 他突然惊叫了起来：“哎哟！好烫！好烫！”差点儿就把瓶子碰到了，转过身面向叔叔，像是不小心触着热铁似的抖了抖手。然后他说：“叔父，瓶子怎么会突然这么烫呢！烫得几乎都不敢碰。如果这个瓶子曾经被人放在火上烤过，那么它的烫是完全能够想象的；但是现在这个瓶子并没有被放在火上烤，就自己变烫了，太出乎意料了，谁能想得到呢？” 听了他这番话，爱弥儿也想去试试，他先用指尖碰了碰瓶子，然后非常勇敢地用手去摸，但是他一摸到瓶子，便像喻儿那样马上就放手了。从他的表情来看，可以推断他对于瓶子无缘无故发热的变化，也充满了无限的惊奇和不解。 爱弥儿想：“叔叔只在这混合物中加了一些水，但是水不能作为燃料，所以不应该会发热，太阳虽然很热，但是无论如何也不会让瓶子烫得都没法用手去摸的地步。这个道理，我还真的想不明白。” 亲爱的读者，你得记好，许多不可思议的事都会在保罗叔叔的化学实验里发生。每个研究化学的人都如同置身于两个新的世界中，他们眼睛所看到的，无一不是奇怪的事物。不过你千万别太慌乱；你需要做的就是仔细地观察，把看见的事物牢记在心里，虽然你现在觉得这些事情奇幻莫测，但是在将来，你肯定会渐渐明白的。 当下保罗叔叔简要地说：“通过亲自去触摸，我们现在已经知道，这瓶子里的东西会自己发热，而且热度极高，因为它使你们产生了被烫痛的感觉。而我们看到的其他现象，则认为是其发热产生的一系列的结果。我搅和这些混合物时用的水已经变成了水蒸气，所以才会从瓶口飘出白色的水雾。伴着这些水雾，又出现了嗤嗤的声音、轻微的爆发，并射出固体物质。如果刚才我有更多的铁屑和硫黄——如果我的混合物有一升以上，而不只是一两把——那么，这个实验的结果，肯定会使你们更加惊讶。现在，我要告诉你们一个更奇妙、更有趣的实验。 “在一个地洞里放入适量的铁屑和硫黄的混合物，在上面浇些清水，再堆些湿润的泥土，把它们筑成一个小丘。当这个小丘爆发的时候，简直像火山喷发一样：先是小丘四周的地面会发生震动，接着堆着的泥土会裂成许多隙缝，缕缕的水蒸气会从这些隙缝中喷射而出，伴着嗤嗤的声音，会有猛烈的爆发，甚至还会出现飞跃的火焰。这些被称为“人造火山”；不过在这里我得补充一句，真正火山的起因和作用与这个完全不同，但是两者之间的详细区别，此时我们还不用去说明。另外，做这种实验时要特别注意安全，只能在大人的陪同下，远远地看，千万不要靠近。至于这种人造火山，有空的时候，你们可以用少量的铁屑和等量的硫黄试着做一下。不管你们所筑的小丘有多小，都能够引起你们许多的兴趣：至少它会裂开几条隙缝，也会有热腾腾的水蒸气喷射出来。” 爱弥儿和喻儿听完叔叔的话，决定去向锁匠要些铁屑，再买少量的硫黄华，等有时间了，就去做人造火山的实验。就在他们讨论这个计划的时候，瓶子里的作用已经渐渐减弱，同时温度也降下来了，用手摸着也不会觉得那么热了。保罗叔叔拿起瓶子，将里面像煤烟子似的一种深黑色的粉末倒在一张纸上。 他说：“你们现在再试试，是不是还能把硫黄拣选出来；哪怕只找到小小的一粒也行。” 两个孩子拿了一根针，对那些黑色的物质做了仔细的检查，可是找来找去也没法分出哪一粒是硫黄。 他们说：“那些硫黄去哪里了呢？不管怎么说，它们肯定在这一堆粉末里，因为我们是亲眼看见叔叔把它们放进瓶子里的。而且它们在实验的时候也没有遗失，因为我们没有看见它们跑出瓶子，只有一些水蒸气飘出。所以它们肯定还在瓶子里。可是为什么我们连一点儿也找不到了呢？这是什么道理？” 喻儿又说：“也许是因为它们已经变成了黑色，所以我们才找不到吧。我想现在我们可以用火来试一试，这一定可以解决问题的。” 喻儿觉得自己已经探索出了这个秘密，对此他非常自信，于是他跑到厨房里拿了一些炽炭，然后在上面撒了一撮黑色粉末。但是过了好一会儿，即使他把炭吹得更加炽热，也始终不见它起到了燃烧的作用，同样也看不见它发出蓝色的硫黄火焰，接着他又将好几把黑色粉末撒在上面，结果却仍然如此，于是他感到非常失望。 他大声说：“这简直是莫名其妙，明明那些硫黄就在这些黑色粉末里，却没办法让它燃烧起来。” 爱弥儿说：“就连那些铁屑也看不见了。看上去在这些黑色粉末中就只有黑色粉末，一点儿闪光的铁的痕迹都没有。让我们试试能不能用磁铁把铁屑分离出来吧。” 说着，他拿起磁铁，使其往来移动于黑色粉末的上方，但是结果却和炽炭实验一样，磁铁完全没有产生效力，再也没有像刺毛般的金属颗粒连缀在磁铁的两极上。 爱弥儿耐心地又移动了好一会儿，*后失望地说：“真是太奇怪了！刚才我们明明看见那里有许多铁屑，怎么现在却连一粒都没有了？如果刚才我没有亲眼看见它们被放进去，我肯定会说这里面并没有铁屑哩。” 喻儿对他的看法表示同意：“就是啊！如果我刚才没有看见叔叔用硫黄和铁屑搅成了这堆东西，我肯定也要说这里面根本没有硫黄。但是这里明明有那两种物质，现在却好像完全消失了；明明是用硫黄和铁屑来拌成的东西，现在却在里面找不到一点儿硫黄和铁屑。这真是一件令人匪夷所思的事。” 保罗叔叔认为从别人处采纳来的意见远没有依靠个人观察得来的意见有说服力，所以他让他们自己先进行讨论。观察即是学习。但是到了*后，两个孩子对于怎么才能拣出硫黄和铁屑完全束手无策了，于是他开始从旁进行指导。 他说：“你们现在还想将这两种物质一粒粒地分离出来吗？” 他们回答：“我们没法把它们分离出来，我们甚至在这里都找不出一点儿硫黄或铁屑存在的痕迹。” “用磁铁试试怎么样？” “一点儿用也没有，它什么都吸不起来。” “那用水试试呢？” 喻儿说：“估计也不管用吧，因为这些粉末看上去好像只是一种东西，没有什么轻重之别。不过，我们也可以试试。” 说着，他在一杯清水里放入了一把黑色粉末，搅和之后，黑色粉末全部沉在杯底，没有办法对其进行分离。 保罗叔叔说道：“这样看来，已经不能用以前的方法把它们分开了。而且，那东西的外观和性质已经被彻底改变，假如你们之前不知道它们是由什么合成的，你们肯定想不到其中有硫黄和铁屑的存在。”