奇妙的表面世界

風(fēng)之舞

在我們眼睛看得見、手摸得著的地方存在著一個表面世界，我們平常說的水面就是一種表面。固體物質(zhì)也有表面，而且有的固體物質(zhì)的表面大得驚人，是你從來沒有聽說過的。例如，lg活性炭的表面積可以達到600～1 500平方米，這些表面積主要由活性炭上許多肉眼看不到的縱橫交錯的毛細孔的內(nèi)表面提供?；钚蕴績?nèi)有極為豐富的毛細孔，而且毛細孔的長度都非常長，1g活性炭的毛細孔的總長度可以達到1.6×108km，這也就是活性炭的表面積如此之大的原因。

活性炭在第一次世界大戰(zhàn)中立下過汗馬功勞。大戰(zhàn)期間，德軍向英、法、俄的軍隊施放了一種有強烈刺激性氣味的煙霧，使英、法、俄士兵亂作一團，打了敗仗。英法聯(lián)軍指揮部接到前線的報告后，立即派人趕到前線進行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)德軍所施放的毒氣是氯氣。找到防止氯氣中毒辦法的任務(wù)就落到了化學(xué)家的身上。

俄軍司令部把俄國最優(yōu)秀的化學(xué)家澤林斯基派往前線，澤林斯基在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有的士兵在受到毒氣襲擊時，把頭蒙在軍大衣里，或者把面部緊貼在松軟的土地上，從而免遭毒害。澤林斯基認為軍大衣上的毛毛和松軟的土壤都具有吸收毒氣的能力，使毒氣不能再發(fā)揮作用。

澤林斯基提出用木炭做毒氣的吸收劑。他在一個面罩前安裝一個短粗的罐子，里面裝著木炭，把罐子罩在士兵的鼻子上。士兵呼吸時，毒氣被木炭吸收，呼吸仍暢通無阻，這就是世界上最早的防毒面具。

為了找到比木炭的吸附能力更強的物質(zhì)，澤林斯基將木炭加熱，并通入水蒸氣，以除去吸附在木炭表面的有機化合物，使木炭中形成更大量的縱橫交錯的毛細孔，從而使表面積大大增加，這就是活性炭。填充了活性炭的防毒面具效果比木炭更好。

現(xiàn)在，活性炭不僅用于防毒面具，還可以在精制食糖和食油過程中用作脫色劑和除臭劑，以及用于飲水凈化（凈水器中裝有活性炭）和污水處理等。冰箱中用的除臭劑也是用活性炭制成的。

我國考古工作者在挖掘湖南長沙馬王堆一號漢墓時發(fā)現(xiàn)，棺槨外面有大量木炭，可除去棺槨周圍的濕氣和濁氣，從而對尸體起到防腐作用。由此可見，我們的祖先在2 000多年以前就已經(jīng)掌握并利用木炭的吸附作用了。

現(xiàn)在，讓我們再去漫游比活性炭更奇妙的表面世界——分子篩。它是化學(xué)家仿照沸石的結(jié)構(gòu)用人工合成的方法制造出來的水合硅酸鋁，是一種多孔的物質(zhì)。

分子篩之所以具有優(yōu)良的性能，奧秘就在于它的孔道只允許某些分子（較小的分子）通過，但能將其他一些分子（較大的分子）阻擋在外面。

分子篩的這種奇妙的篩分作用正好是催化反應(yīng)所非常需要的。在多相催化反應(yīng)中，催化劑都是固體，氣體分子必須在催化劑的表面才能發(fā)生反應(yīng)。分子篩具有巨大的表面積，可以吸附大量的分子在它的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是分子篩又和一般的固體催化劑不同，它可以使應(yīng)該參加化學(xué)反應(yīng)的分子（與分子篩的孔道大小一樣的氣體分子）進入分子篩的內(nèi)部，被固體催化劑吸附而發(fā)生反應(yīng)，其他不應(yīng)該或不必要參加反應(yīng)的分子則統(tǒng)統(tǒng)被擋在大門之外。因此，以分子篩做催化劑的反應(yīng)既具有選擇性，也有較高的效率。例如提煉石油中的重整反應(yīng)，原料油中的芳烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的分子較大，不能進入分子篩內(nèi)部；正構(gòu)烷烴的分子較小，就能進入分子篩內(nèi)部發(fā)生催化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的高辛烷值的汽油。

人教版化學(xué)九年級（上）第六單元《碳和碳的氧化物》課外延伸閱讀