
3.我们身边的原子
下面,我们首先要看的便是本节所配的三张精美的插图。
大家不难发现第一张图片给出的是一个山顶湖的优美画面:蓝而幽静的湖水被一圈石灰岩的断臂紧紧环绕着,远方泛着绿光的光斑则是些稀稀疏疏孤独屹立的树木,湖上方被太阳散发出的五彩光线铺满了。
第二张图画的是一个正在运营的冶金厂,它里面的机器昼夜不停地轰鸣着,整日由烟和蒸汽环绕着,时时吞吐着红色的火苗,不过这是苏联的技术创造出来的景观,也是令那个时代的劳动者引以为傲的奇迹:火车接连不断满载矿石和煤与溶剂及砖头,如同蛇样向前迈去并最终进入冶炼厂,然后就有成百吨的钢轨和钢块与钢锭以及钢材,被载入新设立的工业中心。
而出现于第三张图里的则是靓丽的“吉斯110”型号的小汽车,汽车两旁较为绿色的喷漆在闪烁,马力为140的发动机轰鸣着,无线电收音机里正播着诱人的音乐。它是由3000种零件在输送带上装配出来的,跑上几十万千米不在话下!
在细细观赏过这三张图片后,告诉我你们的真实看法,你们喜欢的是图中的哪些部分,你们还存在哪些疑问。
我认为你们的想法和存在的疑问大概有如下几点:由于你们所处的时代是工业和技术并进的时期,你们关注的是机器代表的生产力水平,但是当生产力水平到了一定程度后机器才会出现。
不过我打算对你们讲的是其他的问题,我希望你们换一个角度来欣赏这三张图片。我说的是:
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“图中的湖(下图)中藏匿着的众多地质方面的问题!”地质学家告诉我说,“这个深且凹的水洼地是如何产生的呢,是哪种物质将泛着蓝色光芒的水域围堵于位于陡峭的断崖之中的塔什克山岭之间的?要知道,山顶和湖底可是隔着两三千米,哪种力量不仅能让岩层不但凸起还可形成褶皱?”
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塔什克山顶湖
“由石灰石铸造出的断崖和山岭妙不可言!”矿物学家说。海底产生的淤泥同贝壳以及贝壳和甲壳聚拢成如此庞然大物的冲积物得上万年甚至几十万年,而后压缩出如此密实的石灰石,几乎同大理石一样!你将普通的矿物放大镜调大十倍,就可隐约发现构筑岩层的那些亮晶晶的方解石晶体。
“难能可贵的是该地的石灰石异常纯,不含杂质。”工业化学家插话说,“想必大家都清楚,它可是生产水泥以及煅烧石灰的优质原料——它近乎是纯的碳酸钙,告诉你吧,其可是钙原子和氧原子同二氧化碳的化合物。大家看,我在弱酸中溶解它,钙是分解掉了,二氧化碳却一边嘶叫着一边升空了。”
“不过我们通过改进实验还能使结果更为精确些,”地球化学家道,“借助分光镜来观察,你就会发现石灰石里还藏有别的原子,如锶与钡以及铝和硅原子。如果进一步加以研究分析的话,则可测到含量在不及一亿分之一的很稀少的原子,这样的话,说明它含有的原子还包括锌和铅。”
“但是大家不要以为仅有这里的石灰石才这样,实践经验丰富的化学家都清楚,就是世上看似最纯的大理石都包括35种互不相同的原子。”
“我们都这样想:无论哪种体积为1立方米的石块——不管它是花岗岩还是玄武石或者是石灰石,或是——都能在其内寻觅到门捷列夫表中的所有元素,只不过有几种元素的含有量仅为钙或者是碳的1018分之一。”
对以上这些,地质学家和矿物学家与化学家同电气化学家各自从自己所研究的领域发表了一些看法,他们的话开阔了我们的视野更令我们回味,呈现在我们眼前的那些很不起眼的颜色较浅的石灰石并不平凡,因为它们都是由我们人类所不知悉的一些岩石构筑起的断崖,吸引着我们情不自禁想深入其中去探索它的本来面目,并想进一步获知它的形成过程及它产生的源头。
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大家回过头来看看我们在图片中给大家展示的工厂(下图)。它的建造规模庞大而建筑样式却很奇特,令人惊讶不已。塔形的巨大高炉,满装矿石和焦炭以及石块;炉内有伸出的粗而大的管子,它朝炉内输入压缩后的热空气。它在发挥着什么作用呢?铁在炉里熔化着、焦炭燃烧着,热气发着红光朝外成团喷涌而出,这一切到底是怎么形成的呢?
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冶金工厂
要是我告知大家此处为原子实验处,大家肯定很惊讶:矿石里富含的铁原子让大于它的氧原子抓得很牢,氧原子意欲阻止铁原子的自由聚拢,而想让它为人类产出能经得起锻打的重金属比如铁……我要说的是铁矿石与铁具有截然不同的特性,就算该类矿石的铁含量高达70%,也得将氧分解出去,不过这件事做起来可不如想象的那么容易。
大家了解阿辽努什卡吗?她打算从一堆谷子中挑出全部的沙子,所以就邀请她那些蚂蚁朋友来协助自己,蚂蚁朋友异常热情地帮她完成了这个艰巨的任务。我们都应该清楚沙的直线长度超出氧原子直线长度的一百万倍,“由此可见,摆在我们面前的任务有多艰巨几乎不可能完成。”大家也许会这样说。不过话又说回来了,摆在我们眼前的任务的确不易完成,得耗费人们不少精力。
不过再难的问题都难不住人类,如今人们不都已经成功解决了这个难题了吗?
当然富有无穷智慧的人们不是邀蚂蚁朋友来协助了,恰恰相反,他们借助别的物质的原子来实现了自己的愿望。人类同自然界的能力,就像火力同风力相互联手一样,一起促使那些原子将氧由铁内夹裹而出,好让它们随着热的空气充斥到炉子内熔掉的铁的上空。
而制服了氧的那位友人,又是哪种物质的原子?它是硅原子同碳原子这两种物质包含的原子。二者牢抓氧,要比铁抓得紧,进而同氧构筑起了很牢固的“建筑物”。我要说明的是这两种物质之间是互助关系,碳经燃烧,就抓着氧跑了,还让温度上升到高位;不过仅仅依靠碳还不行,因为含铁的矿石通常都坚硬无比,不易熔化更难流失,因此碳原子即使再怎么努力也进入不到密实的矿石块的里面。
硅的热情相助:它小巧玲珑,形成了不难熔化的矿渣,促使矿石熔化,并将争夺到的氧送到碳手里。不过有些碳溶解到了铁里,从而让铁流动起来了,而且不再难以熔化了。
此时更离不开火力这种自然界物质的出手相助,位于炉子中的所有物质在火力的作用下动起来了,一切重量较为小的物体及气体都朝上漂浮,那些重量大的物体都逐渐下沉,最后不可思议的一幕就呈现在我们眼前了:原子开始分离如铁同溶解在其内的碳陨落在了炉底,这样一来,重量较小的矿渣夹带走了矿石中的全部氧,漂于熔化后的铁上,而矿渣则会被运到指定的位置……
不知道要学多少相关的知识、得将原子结构情况和特性了解到什么程度,才能做到根据人类的意志大规模并准确地区分全部原子。
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下面我们再来说说第三张图片,“吉斯110”汽车生产于苏联时期。它里面也含有多达几十种原子,而挑选这些原子的目的,是要让生产出的汽车不光能跑、力量还要大而且声音得小,另外它得速度也要快。
该车的3000种零件由65种原子以及超过100种金属同合金构成——这便是“吉斯110”。虽然生产它用掉了不少铁,不过造它铁并不是同一种的:它就是铁同4%碳的合金,人们称之为铸铁,发动机就是用它生产的。但是这些铁的性质并不稳定。不过该类铁的碳含量却很低,这种钢不仅坚硬而且弹性也好。此又为另一类铁,它里面夹杂着同铁原子性质较为接近的锰和镍及钴同钼四种原子,而且此类钢不仅富有弹性还很坚韧,经敲打。再往铁中加一些钒的话,其就如马鞭般柔软且有韧性,大家可能还不知道吧?拉力巨大的疲乏的弹簧的生产原料就来源于它……
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“吉斯110”型轻便汽车
占汽车生产原料第二位的,目前已不再是铜,而是铝,像活塞和把手以及美观的车身与车顶同踏板等全部都已经能用轻金属代替了,比方说,由铝与铜以及硅和锌同镁等的合金来生产。
另外,用质地最好的瓷制造的火花塞、喷漆所具有的防雨和防冻功能、呢料、含有铜的电线、含有铅和硫的蓄电池等,简而言之,缺了哪种元素都不行,生产汽车少了它们可真是寸步难行。以上元素相互配合,构造出了超过250种不同的物质与材料,在生产汽车的过程中直接或是间接的参与其中。
特别要指出的是,人类在这个过程中自觉或不自觉地违背自然规律并在不经意间改变着自然界的变化过程,也就是人为地在改变着大自然的变化过程。举个例子,就说铝吧,其最初未必就处于游离态,这一点毋庸置疑。如果没有富有智慧的人类的存在,就算地球再存在几十亿年,我们都见不到处于游离态的铝。
人类在熟知原子的性质后,就借助学到的知识根据需要来让一些元素发生位移。地球上分布着众多的氢元素,地壳内的氧和硅以及铝同铁和钙的含量高达93.03%。倘若加上钠和钾与镁及氢同钛和碳与氯的话,地壳中含有这12元素的比率就达99.29%,其余的0.7%则为另外80种元素的总重量。不过人们对此并不感到满意:他们还在努力想找到那些还不为人类所认识的元素,可是这些元素的获得有时候得付出艰辛的劳动,不光要发现它们还得探索其特性,为的是在一些情况下有机会发挥它们的功用。大家都很清楚,要造小汽车就得用镍和钴以及钼,有时候还得用到铂。但是地壳里的镍含量仅有万分之二,钴的量也只有十万分之一,钼的重量只有十万分之一,且铂的占比仅为一千亿分之十二!
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地壳中的各类元素含量(重量)
宇宙中处处充满着原子,——人类就是管理者。人们借着自己的智慧发掘并探索着进而掌管着它们,当人类将其混合起来后,去除用不着的,将能用的化合——倘若离开了人类,它们也许永远都聚不齐。若说,塔什克山顶湖彰显着构造出的绵延断崖同创造洼地的万能的自然力量,则工厂与汽车就在见证人的创造力,是在向世界诉说人的力量,颂扬着人类的智慧和创造精神。