第2章 从宇宙到原子(2)
埃及的考古学家在离尼罗河不远的山上，发现一座非常古老的谷仓，从谷仓里找到了一些小麦，经科学方法测定，这些小麦大约是六千多年前留下来的。这是用一种放射性同位碳-14测定小麦“年龄”后才知道的。
科学家发现，一棵树、一片草叶、一只蜜蜂，以及人体中的一点肝脏、一片指甲，在每6×1012个碳原子中一定有一个是碳-14原子。这种原子每分钟能放出16个β粒子，自己则转变成碳的其他同位素。假如生物（植物或动物）少活着，碳-14原子则衰变多少就能补充多少，总保持一定的数量。假如有人砍倒一棵树，这棵树死了，就不会再补充不断减少的碳-14了。可是，原来的碳-14原子还在继续衰变。要知道，从活树上碳-14原子每分钟放射16个β粒子，逐渐地“衰变”，到只能每分钟放8个β粒子，经历这样一个“半衰期”，需要5730年。因此，几千年后人们发现了这棵被砍倒的树，锯下一块木头，将它加热变成炭从中取出1克，用放射性探测器测出它每分钟能放射的β粒子个数，经过计算，就会确知这棵树究竟是在什么时候被砍倒的。埃及考古家就是用这种方法测知小麦的“年龄”的。
用放射性测定年代的方法，是很有用的。我们说五千年前地球上已有了人类，他们会用火，会砍树，会制作草鞋。这也是通过碳-14原子测定的。据考证，很久以前，有些印第安人曾经做了一些草鞋，留在一个山洞里。在他们返回山洞之前，火山突然爆发，堵住了洞口。这个山洞现在被考古学家发现了，他们用放射性碳-14测定这些草鞋是在9600年前留下的。这里可能有些误差，但一般总是在9400年到9600年前这段时间里留下来的。
黄金的特性
黄金是延展性最好的金属。1克金可以拉成长达400米的细丝。如果用300克黄金拉成细丝，可以从南京出发，沿着铁路线一直延伸到北京。一吨黄金拉成的细丝，可以从地球到月亮来回五次。
黄金也可以压成比纸还薄得多的金箔，厚度只有五十万分之一厘米。这样薄的金箔，看上去几乎是透明的，带点绿色或蓝色。薄到一定程度的黄金，既能隔热，又能透光，所以黄金薄膜可以用作太空人和消防队员面罩的隔热物质。在冬季利用黄金薄膜把太阳辐射中的热射线反射到室中，室内就温暖如春；夏季，在房屋的玻璃窗外，贴上一层黄金镀膜，可将太阳的绝大部分热反射出去，室内不会闷热。
虽然黄金有这么多优点，但是也有不少缺点。比方说，质地软、价格贵、色泽单调。如果黄金同其他金属结合起来，做成黄金合金，既能弥补不足，又使性能更加优良。现代的黄金合金已广泛应用于火箭、超音速飞机、核反应和宇宙航行等工业中。此外，用黄金合金制成的金币、金首饰也深得人们的喜爱。我们平时看到22K、18K金首饰，都是含有不同分量的黄金合金。
用黄金做成的合金，会变成金黄色、红色、玫瑰色、灰色、绿色，一直变到白色。绿色的金合金中含有75％的金、16.6％的银和8.4％的镉。有一种金铜合金，称作红铜；一种金银合金叫红银。这两种合金用盐溶液处理后，就出现紫色或者浅蓝黑色。
在地壳里金的含量不算少，据估计，大约占地壳的一百亿分之五，但是都很分散，真是“遍地有黄金”！另外，太阳周围灼热的蒸气里有金；陨石里也有金；天上还真有“长满金子”的星星；海洋中金的含量十分丰富，是个“大金库”。
化学大厦——元素周期表
如果把化学元素比作建筑材料，那么元素周期表就是用这些材料建成的“化学大厦”。“化学大厦”的设计师是俄国彼得堡大学35岁的教授门捷列夫。在此之前，化学家们只知道有63种元素。不同元素间相互化合，可以组成成千上万种化合物。有的是盐，有的是酸，有的是碱，有的是氧化物；有的闪闪发亮，有的暗淡无光；有的气味强烈，有的无色无味；有的硬，有的软；有的苦，有的甜……，这许多千差万别的物质，是由数目不多的元素组成的。
那么，这许多元素是不是没有一点规律性呢？当时有许多化学家研究这个问题，可是没有取得满意的结果。1869年，门捷列夫发现各种元素的原子量可以相差很大，而不同元素的原子价变动范围较小，而且有许多元素有相同的原子价。同价元素的性质又非常相似，所有的+1价元素都是金属；+7价都是非金属，+4价元素的性质则在金属和非金属之间……。通过这种比较，门捷列夫发现，元素的性质随着原子量的递增呈现周期性变化的规律，他终于发现了周期律。并根据这个周期律，制作了一个化学元素周期表。
现今的元素周期表，是把已知的109种元素，按照原子序数排成的表。这好像是一座“化学大厦”，每个房间里住着一位“元素”客人。我们从“化学大厦”的构造和安排中，可以了解各种元素的原子结构同金属性、非金属性和化合价之间的关系，成为我们步入化学大门和进一步探索化学奥秘的工具。因此恩格斯说：门捷列夫“完成了科学上的一个勋业”。
元素周期表的终点之谜
1980年，德国科学家宣布合成了109号元素，到此为止，世界上已经发现了109种元素。那么，究竟还有多少个元素没有被发现？元素周期表的“终点”在哪里呢？
曾经在很长的一个时期间，科学家没有再发现一个新元素，元素周期表在92号元素——铀那里停住了。铀是不是元素周期表的终点，能不能用人工方法合成“超铀”元素？这成了引人注目的有争论的问题。
本世纪40年代初，科学家终于制出了第93号元素镎。到1983年为止，45年中，先后发现了17个超铀元素。
人们发现，前几个超铀元素，寿命最长的同位素的半衰期可以达到千万年，而后来制造的几种超铀元素，寿命越来越短了。如99、100、101号元素的“寿命”以天来计算”102号以分计；103号以后的元素要以秒乃至毫秒来计了。109号元素的发现，是由于在硅板上记录了它的“影子”，它在实验室里只逗留了五千分之一秒就“失踪”了。在这种情况下，人们不禁要问，元素周期表是不是快到尽头了。
通过对原子核内部结构和核稳定性规律的研究，核科学家认为，越过这些“寿命”极短、原子核极不稳定的元素，可以“？望”到在114号元素附近有“超重核稳定岛”，“岛”上可能有几十个元素。现在科学家们正在用各种方法试图在自然界寻找或人工制造超重核元素。
从人们对化学元素的认识过程来看，即使今后找到或合成全部稳定的超重核从新发现的超重核中，又会发现各种各样意想不到的新鲜事。所以，人类对化学元素的认识是没有止境的，不能肯定地说，元素周期表的终点在哪里。
元素中的“隐士”——惰性气体
氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等气体，以“懒惰”出名，叫做惰性气体。
1984年8月13日，英国化学家拉姆赛和物理学家瑞利在一次会议上报告，他们发现了一种性质奇特的新元素。这种元素以气体状态存在，对于任何最活泼的、作用力最强的物质，它都无动于衷，因给它取名叫氩，意思就是“懒惰”。之后，又发现了几种元素，也有类似的性质，它们像是元素中的“隐士”，从来不同其他元素进行化学反应。
这究竟是什么原因呢？原来，除了氦原子是以2个电子为稳定结构的以外，其他气体的原子最外层都有8个电子的稳定结构。那时的化学理论认为，具有这结构的元素，是不能发生化学反应的。所以，化学家下结论说，惰性气体元素不可能形成化合物。
1962年，英国年轻化学家巴特列特在进行铂族金属和氟反应的实验时，意外地得到了一深红色的固体，经过分析才知道它是六氟铂酸氧的化合物（O2PtF6），并从这个化合物中看到这样一个事实：已经达到8个电子稳定结构的氧分子居然能失去一个电子的，形成阳离子。
而氧是很难失去电子的，它的第一电离能（即原子失去电子的困难程度）比氙的第一电离能还大些。那么，惰性元素氙是否也能形成阳离子呢？再说，六氟化铂是一种强氧化剂，如果让六氟铂同氙作用，又会怎样呢？
巴特列特仿照合成六氟铂酸氧的条件和方法，在常温下把六氟化铂蒸气和过量氙气混合，结果得到六氟铂酸氙的橙黄色固体。这是世界上第一个惰性气体化合物。之后，氙的氟化物、氯化物、氧化物也相继问世，现在，氟化氡、二氟化氩等惰性气体化合物已有数年百种之多。
惰性气体化合物的合成，给了科学家又一次启示：科学是无止境的，今天的真理，明天很可能变成谬误。只有勇于探索，才能永远站在真理一边。
溶洞的形成
闻名中外的桂林七星岩和芦笛岩，杭州新景点瑶林仙境，以及各地各具特色石灰岩溶洞中，石笋林立，钟乳多姿，宛如神话世界。这绚丽多姿的奇景，都是大自然化学变化的杰作。
溶洞的形成，可以从一个简单的实验说起。用一根塑料管，插入一杯澄清的石灰水里，通过管子吹气，不一会儿杯内变得浑浊。但当你继续吹气时，溶液又是澄清了。原来，开始吹出的气是二氧化炭，它同石灰水里的氢氧化钙起化学变化，生成不溶于水的碳酸钙，使澄清的石灰水变浑浊。这时再吹气，呼出的二氧化碳又使碳酸钙在水中变成可溶的碳酸氢钙了。
这个实验历的化学变化，正是石灰岩溶洞产生的原因。因为地下水中含有二氧化碳，这种水经过地层，渐渐地溶解石灰石，生成碳酸氢钙，溶解在水里，随着地下水的不断流失，最后就形成一个大的深洞，在这同时，含有二氧化碳的水，像雕刻家那样，把岩洞雕刻成奇峰异石随处可见。另外，当含有碳酸氢钙的液滴从溶洞上滴下时，在适当的温度下，还会重新变成不溶的碳酸钙。这样的碳酸钙在岩洞上悬挂起来，就形成钟乳石；滴到岩洞下面向上长起来的，就成为石笋；当钟乳石和石笋结成一体就成为“石柱”。
脾气古怪的二氧化碳
二氧化碳有个怪脾气，如果它在空气中有浓度超过5％，就会刺激人的呼吸中枢神经，使呼吸量增加两倍，并且有不舒服的感觉。随着现代工业的发展，从工厂排放出来的二氧化碳越来越多。人有认为，大气中二氧化碳增加，像厚厚的棉花胎覆盖着地面，使地面不断吸收太阳光，地上的热又无法散发出去，地球就会像一座大温室，可能给人类造成许多灾害。所以，二氧化碳常被人看作是“废物”，甚至当作危险的“敌人”。
现在，科学家已证实，二氧化碳也可以对人类作出大贡献。首先，二氧化碳是植物进行光合作用的原料。在光的作用下，二氧化碳加水可以转换成碳水化合物和氧气，因此，在广阔的田野上施放二氧化碳就是理想的气体肥料，这是当代生物工程中的一个重要内容。同时，科学家正在研究人工合成叶绿体，一旦研究成功，水可通过它制造出氢和氧，再用氢把二氧化碳还原成甲醛（HCHO），最后将甲醛合成为糖类（HCHO）n。此外，二氧化碳通过光合作用，还能变成羧酸、油脂、氨基酸等，这样，宇航员利用自己呼出的二氧化碳，加上一定量的水，就可以在太空生产粮食了。其次，给二氧化碳一些电子和能量，它会是“活泼”起来，能参加许多化学反应，生产出甲醛、乙烯、甲酸、甲醇等化工厂品。例如，早在1913年，就有科学家用α射线照射二氧化碳和氢的混合气，得到了甲醛。
科学家已经为二氧化碳找到了新用途，“废物”也可变成有用的东西。
化学王国的“孙悟空”
乙烯出生在石油裂化炉，这个裂化炉好像《西游记》里太上老君的炼丹炉，乙烯就像是从炼丹炉里逃出来的孙悟空，有七十二般变化，神通广大。
生性活泼的乙烯，遇到其他化合物，很容易“摇身一变”成了新的“化身”。它与水结合，就会变成酒精；如果先同硫酸结合，再同水反应，也可以变成酒精。工厂里如果用乙烯制造酒精，能节约大量的粮食。如果许多个乙烯手拉手地连接在一起，只要有一定的压力和一些催化剂，就会聚合起来变成聚乙烯。我们日常生活中使用的食品袋，就是一种聚乙烯薄膜。
用聚乙烯做的塑料管，不怕酸碱的腐蚀，又能任意弯曲，比用金属管要方便得多。
聚乙烯是个大分子，在单个聚乙烯分子里，有2000多个碳原子。这个分子像是一条又长又窄的长线。聚乙烯液体经过喷丝头喷出，并且一边冷却，就成了聚乙烯纤维。乙烯和丙烯共同聚合，可以生成一种具有橡胶性质的聚合物，叫做乙丙橡胶。乙烯得到银的“帮助”，能在空气中氧化成环氧乙烷，再加水反应，变成乙二醇，它是制造“的确凉”的原料，也可制造防冻剂。
乙烯加上氯化氢，又“摇身一变”为镇痛急救药氯乙烷，如果进一步同铅作用，生成的四乙铅，是半个世纪来广泛使用的汽油抗爆添加剂，但是由于铅的毒害，无铅汽油正在逐步顶替它的位置。乙烯也能变成氯乙烯，从而制成聚氯乙烯树脂。它能做成各种塑料用品，或者做成聚氯乙烯纤维，再加工成具有保暖防病作用的内衣。