火和水

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  “春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干”,是唐代诗人李商隐的诗句,他运用春蚕、蜡烛的变化来比喻人们情深谊长的情感和至死不渝的追求。李商隐这首《无题》诗,不仅写出了他的爱情心理,而且抒发了自己对人生的态度。
  也许有人发问:“蜡炬成灰”以后变成了什么呢?这个问题,在李商隐以后1000年才被英格兰科学家法拉第揭开谜底。他在《蜡烛的化学史》的讲稿里详细讨论了蜡烛燃烧时生成水的性质和组成。
  在现代实验室里,只要把氢气放在空气(或者氧气)中燃烧,就能捕获到水。氢在希腊文中的原意是“水的生成者”。有趣的是,氢和氧在常温下很难化合成水。要使氢气和氧气化合成水易如反掌:当它们在一起的时候,只要有一点火种就会发生爆炸,仅百万分之一秒内就能化合成水!
  那么,火又是什么呢?
  人类从学会使用火、保存火、制取火到认识火,经过了漫长岁月。而把火从燃烧的概念“升华”到对火焰的研究,那是19世纪以后的事了。
  我们说,火是可燃物质的一种燃烧现象,燃烧的时候它放出热量或伴有火焰。当你仔细地观察蜡烛点燃后的火焰,就不难看出火焰并没有“粘在”蜡烛上,而是与灯芯保持着一定的“距离”。
  蜡烛点燃变成火焰的过程是这样的:蜡烛受热后产生的汽在灯芯上燃烧,这是火焰的中心部位,而在火焰外围的则是蜡烛燃烧时必不可少的空气,它们在火焰中心与外围之间发生着剧烈的化学反应,即外围的空气与内部的燃料相互作用,并在蜡烛汽化后不断消耗的同时发出了光亮。
  燃烧无疑是一个独立的放热化学反应,抑或燃烧就是火,火就是燃烧。火不是气体,更不是液体和固体,火焰是一种等离子体。20世纪初,化石燃料便宜,人们只知道石油、煤炭燃烧的结果除了生成水,还有二氧化碳、一氧化碳等,其余少量废气“无足轻重”,也没有人为之“杞人忧天”,思考对人类的发展有什么坏影响。
  20世纪中叶,“温室效应”、“能源危机”、“酸雨”、“臭氧层空洞”等新名词层出不穷,那是因为随着科技和经济的发展,越来越多的燃烧煤炭和石油产生的二氧化碳成了温室效应的急先锋。而燃烧产生的二氧化硫和氮氧化物,又是造成酸雨、臭氧层空洞的罪魁祸首。为了提高燃烧效率、减缓能源危机和减少环境污染,人们又掀起了对火或者说燃烧的研究热情。
  比起蜡烛燃烧的结果来,石油、煤炭的燃烧要复杂得多,其燃烧所产生的一部分废气废渣散布在天空地面,污染了大气、土地和水源,所以人们急于想通过对燃烧的研究,提高效率、减少污染。
  与此同时,“盗火”——向自然界索取新能源也如火如荼地进行着。
  现在再来说说水。水、阳光、生物质都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。目前,开发利用太阳能、生物质能、风能等行业方兴未艾。
  但是,人们不会忘记氢能,它在21世纪可能独领风骚。科学家依据下面的化学反应式:2H2 O2 = 2H2O 建立起一个电池,氢是燃料,氧是氧化剂,再加上电极和电解质就可以组成一个十分简单的电池。
  这个反应式在氢-氧燃料电池中进行得比较完美,它是利用氢和氧直接经过电化学反应而产生电能的,换句话说,也是水电解槽产生氢和氧的逆反应。
  燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的,不需要进行燃烧,能源转换效率可达60%至80%,而且污染少、噪声小,可以连续供电,装置也可大可小,非常灵活。最早的燃料电池造价很高,主要提供宇航器能源。现在燃料电池已大幅度降价,逐步转向地面应用。家用燃料电池以及用燃料电池开动的汽车也早已问世。
  山重水复疑无路,柳暗花明又一村。氢是水的生成者,若能让“氢生成水,水生成氢”的过程完善起来,如此往复循环,氢能将万世不竭!
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