第3章 古怪与可怕的非金属：非金属元素
擒获致命的“死亡元素”
氟在被发现前被认为是一种“死亡元素”，是碰不得的。
氟的化合物氢氟酸是氟化氢气体的水溶液，它具有很强的腐蚀性，玻璃、铜、铁等常见的物质都会被它“吃”掉，即使很不活泼的银容器，也不能安全地盛放它。此外，氢氟酸还能挥发出大量的氟化氢气体，这种气体有剧毒，即使吸入少量，也会令人感到非常的痛苦。
许多化学家试图从氢氟酸中剃出单质氟来，但都因在实验中吸入过量氟化氢气体而死，于是被迫放弃了实验。然而，有一个化学家就成功的擒获了这个“死亡元素”。下面就让我们来看一下他是怎么做到的。
1872年，法国化学家莫瓦桑应弗雷米教授的邀请，来到了实验室和他共同研究化学。
那时，教授正在研究氟化物，莫瓦桑当上他的学生后，就接过了这一化学界的难题。从此，莫瓦桑对氟的提取以及过去曾经发生的曲折，有了深刻的认识。莫瓦桑对老师这种大无畏的精神非常敬佩。
“为了感谢恩师的知遇之恩，一定要捕捉死亡元素。”莫瓦桑对自己说。
于是，莫瓦桑开始查阅各种学术著作、科学文献，把与氟有关的著作通通读了一遍。经过大量的研究试验，莫瓦桑得出一个结论：实验失败的原因可能是进行实验时的温度太高。
莫瓦桑认为，反应应该在室温或冷却的条件下进行。因此，电解成了唯一可行的方法。
于是，他设计了一整套抑制氟剧烈反应的办法。他在铂制的曲颈瓶中，制得氟化氢的无水试剂，再在其中加入氟化钾增强它的导电性能。
然后，他以铂铱的合金为电极，用氯仿作冷却剂，并设计了一个实验流程，让无水氟化氢、氯仿以及萤石塞子作主要部分，把实验放在零下23摄氏度的状况下电解，终于在1886年制得了单质氟，擒获了“死亡元素”。
【化学1+1】
怪事！牙齿也长斑
虽然，氟被认为是一种“死亡元素，但它也是人们体内必需的微量元素。
在1916年时，美国科罗拉多州一个地区的居民都得了一种怪病，无论男女老幼，牙齿上都有许多斑点，当时人们把这种病叫做“斑状釉齿病”，现在人们一般都把它称作“龋齿”。
原来，这里的水源中缺氟，而氟是人体必需的微量元素，它能使人体形成强硬的骨骼并预防龋齿。当地的居民由于长期饮用这种缺氟的水，因而对龋齿的抵抗力下降，全都患了病。
这是因为：我们每天吃的食物，都属于多糖类。吃完饭后如果不刷牙，就会有一些食物残留在牙缝中。在酶的作用下，它们会转化成酸，这些酸会跟牙齿表面的珐琅质发生反应，形成可溶性盐，使牙齿不断受到腐蚀，从而形成龋齿。
如果我们每天吸收适量的氟，那么氟就会以氟化钙的形式存在于骨骼和牙齿中。氟化钙很稳定，口腔里形成的酸液腐蚀不了它，因而可以预防龋齿。
是谁灭了恐龙霸主
恐龙，从中生代的三叠纪到白垩纪，在地球上称霸了1.6亿年，但后来却绝种了。关于恐龙的灭绝，科学界和学者们观点不一，有的认为是小行星撞击导致，有的则认为是恐龙性功能衰退导致的灭亡，还有人认为是海底火山爆发导致，等等。那么恐龙究竟是如何灭绝的呢？
生物课上，老师讲完人的进化之后，开始讲恐龙的进化。同学们对这些还不是很了解，所以听起来很认真。老师见同学们这么认真，继续说：“侏罗纪时期，恐龙家族曾称霸世界，但到了白垩纪，这些‘霸主’们都神秘地灭绝了。最近有科学家认为，恐龙的灭绝和臭氧层空洞有关，那么有哪位同学知道这是怎么回事？”
同学们一听更加精神了，到底是怎么回事呢？就在同学们思索的时候，班里的“小博士”站起来说：“在白垩纪时期曾有一次大规模的海底火山爆发。这次爆发曾使大气中出现超大面积的臭氧层空洞。由于臭氧层对地球生物有保护作用，它可以吸收紫外线，避免生物受到伤害，臭氧层被破坏了，太阳中的紫外线就可以肆无忌惮地穿过大气层射到地球上。恐龙霸主们被强烈的紫外线照射后，渐渐发生病变，最后导致灭绝。”
“嗯，回答得很好。”老师微笑着点点头。
【化学1+1】
臭氧：地球的保护伞
大气中臭氧层对地球生物的保护作用现已广为人知——它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线，使动植物免遭这种射线的危害。
为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞，人们想尽一切办法，比如推广使用无氟制冷剂，以减少氟利昂等物质对臭氧的破坏。世界上还为此专门设立国际保护臭氧层日。
由此给人的印象似乎是臭氧应该越多越好。其实不是这样，如果大气中的臭氧，尤其是地面附近的大气中的臭氧聚集过多，对人类来说臭氧浓度过高反而是个祸害。 臭氧也是一种温室气体，能够导致更严重的温室效应。
第一个享用氧气的老鼠
我们知道，如果没有氧气的话，人类就不能生存，一直以来，科学家人对氧气的研究也是层出不穷，化学家约瑟夫就做过这样一个有趣的实验。
有一次，约瑟夫把老鼠放在‘脱燃烧素’的空气里，他发现这些老鼠过得非常地舒服，这让约瑟夫非常的好奇，正是这种好奇心的驱使，他又加以实验，这次他用自己做实验，他用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取，当时他的肺部所得到的感觉，和平时吸入普通空气一样；但自从吸过这种气体以后，经过好多时候，身心一直觉得十分轻快舒畅。
“有谁能说这种气体将来不会变成时髦的奢侈品呢？不过现在只有我和两只老鼠，才有享受呼吸这种气体的权利啊！”约瑟夫幽默的说。
之后，约瑟夫把这个实验过程记录到他的一本书中，这本书叫《几种气体的实验与观察》，成为了众多讨论氧气学的著作中最有权威的一个。这本书于1766年出版。在这部书中，他向科学界首次详细叙述了氧气的各种性质，他当时把氧气称作为“脱燃烧素”。
由于在制取出氧气之前，他就制得了氨、二氧化硫、二氧化氮等，和同时代的其他化学家相比，他还采用了许多新的实验技术，因此，他被称之为“气体化学之父”。
1783年，拉瓦锡的“氧化说”已普遍被人们接受。虽然约瑟夫只相信“燃素学”，但是他所发现的氧气，却是使后来化学蓬勃发展的一个重要因素。
【化学1+1】
氧气名称的由来
氧气（Oxygen）希腊文的意思是“酸素”，该名称是由法国化学家拉瓦锡所起，原因是拉瓦锡错误地认为，所有的酸都含有这种新气体。
氧气的中文名称是清朝徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气，所以就命名为“养气”即“养气之质”，后来为了统一就用“氧”代替了“养”字，便叫了“氧气”之名。
为什么不可以呼吸氯气
有一个化工厂用汽车从外地运送液氯，中途在一家旅社里住宿，由于液氯罐阀门长期没有检修，所以逐渐初腐蚀了，并且有些漏气，这时被值班的人员发现了并马上叫醒了跟车人员处理漏气阀门。
但是由于天太黑，氯气喷出量又很大，阀门不但没有修好，反而漏的氯气越来越多，同时氯气的毒性很大，跟车人员根本无法再修理下去了，因此，他们便想放弃。
然而，可怕的事情来了，值班人员还没有跑出院子就昏倒死亡了。跟车人员也跑出百米后昏倒了，很快也死亡了。此时的液氯罐还在漏气。
院子里了生了事故后，有的旅客便出来围观，有的旅客甚至开窗户观望，很快的，氯气遍布了各个房间，旅客们纷纷躲避，同时也出现了不同程度的氯气中毒现象。
事实上，氯气是一种有毒气体，它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成有害的影响：次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。
症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空气中最多可允许含氯气0.001mg，超过这个量就会引起人体中毒。
【化学1+1】
能消毒的氯气
人们不禁要问，如此剧毒物质，有什么用呢？事实上，我们可以用氯气对饮用水进行氯化消毒。
现在的自来水常用氯气消毒，1L水里约通入0.002g氯气，消毒原理是其与水反应生成了次氯酸，它的强氧化性能杀死水里的病菌。之所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒，是因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大，如果用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡，浓度适宜，水中残余毒性较少。。
搬家搬出了祸
“新新，听说你搬了新房子啊！真是羡慕你啊！你是班里最早搬新房的同学。”
“哎，别提了，爸爸因此还心烦呢！”新新皱着眉头摇了摇头。
“怎么回事？换了房子应该高兴才对啊！怎么看起来你一点也不兴奋啊！”
“爸爸说房子里的新家具有有害物质，会影响人的身体健康。”
新新的爸爸是一外企经理，前不久买了房子，装修后经检验合格便搬了进去。
一个月后，新新的妈妈看中了一套家具，便买了回来。那天晚上家具入室，可睡至早上5点钟时，新新一家三口便头昏目眩、头痛，呕吐不止。实在坚持不下去了，拨打了120，医生说可能是中毒了，便立即为其输液，输至下午2时才恢复正常。于是新新一家人再也不敢住进自己的房子。但他们不明白的是买回的家具为何成了“无形杀手”呢？
新新的爸爸便请来了专家来家检测，检测结果发现这个放新家具的室内甲醛浓度为 1.84毫克／立方米，而国家标准规定甲醛最高容量允许浓度为0.08毫克位方米，甲醛浓度超标23倍多。检测同样装修而安放旧家具的屋子，测试结果仅为0.4毫克/立方米。一套新家具差点要了他们的命。
那为何甲醛会出现在家具里呢？
在家具制作过程中，各种人造板材中使用的粘合剂，里面就含有甲醛。新式家具的制作，墙面、地面的装饰铺设，都要使用粘合剂，凡是大量使用粘合剂的地方，总会有甲醛释放。此外，某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。
【化学1+1】
甲醛——居室的头号杀手
甲醛对人体健康的影响非常大，它能够导致人患上几十种疾病。而且世界卫生组织更是明确指出：甲醛能致癌。
现在，甲醛已经成为居室的头号杀手。如果人们长期吸入过量的甲醛，会使人患上慢呼吸道疾病、过敏，鼻咽癌、尿毒症等癌症，造成不孕不育，以及孕妇的流产、胎儿畸形等。此外，甲醛对于新生儿和青少年的危害更是巨大，更能严重影响他们的健康成长。
让你情不自禁发笑的气体
每个人的生活中都充满着笑，这种笑是受感情支配的。但是你绝对想不到一种气体，只要你一闻到它，就会情不自禁地大笑起来。
晚会上，表演者小马走向台前，对观众说：“我今天能使在座的来宾大笑。”随后便做了几个滑稽动作，引起了观众的一阵笑声。他接着问：“大家都笑了吗？有谁没有笑？”台下有一位观众举起了手，说他没有笑。小马把那位观众请到台上，问他：“你一定不笑？”那位观众很自信地点了点头。于是小马便使出嘴皮功夫，说了许多俏皮话，那观众仍旧无动于衷，小马似乎没有办法了，摇了摇头。
少顷，他从口袋中拿出一个玻璃瓶，对那位观众说：“你闻一闻这瓶里是什么气味。”那观众看到瓶里似乎没有什么东西，便大胆地打开瓶塞，将瓶口对着鼻子吸了几下。嗬！奇迹出现了，那位观众开始情不自禁地哈哈大笑起来，引得台下的观众也好奇地跟着他笑了起来。等大家笑完以后，小马才向大家透露了其中的奥秘。
原来小马事先在瓶里收集了一种气体，因为这种气能使人发笑，因而人们常称它为“氧化亚氮”。
无独有偶，有一个人利用氧化亚氮做了一个广告：“明日上午九时在市政府大厅进行一场吸入氧化亚氮的公开表演，本人为公众准备了一些氧化亚氮，可以供20名志愿者使用，同时派8名大汉维持秩序，以防发生意外，望公众踊跃观看，在笑声中获得新奇感，得到精神上的满足。”
这幅别致的广告迎合了无数猎奇者的心理，人们争先恐后买票来看这场令人捧腹大笑的表演，当场就有20名志愿者上台。当他们吸入了氧化亚氮后，个个都哈哈大笑，有的还做出各种稀奇古怪的动作。他们为何情不自禁的大笑呢？
氧化亚氮在室温下稳定，能致人发笑，并能溶于水、乙醇、乙醚及浓硫酸。另外，由于具有轻微的麻醉作用，氧化亚还是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。
【化学1+1】
令人愉快的甜味
1772年，英国化学家普利斯特利发现了一种气体。这种气体稍带“令人愉快”的甜味，同无臭无味的氧气不同，它能溶于水，比氧气的溶解度也大得多。它是什么，成了一个待解的“谜”？
1798年，化学家戴维吸了几口这种气体后，奇怪的现象发生了：他不由自主地大声发笑，还在实验室里大跳其舞，过了好久才安静下来。后来，这种气体被称为“氧化亚氮”。
会呼吸的石头，居然能着火
日常生活中，取暖做饭经常用到煤气，对于煤气，我们并不陌生，但对于它的发现过程，却有着一段有趣的故事。
英国大发明家威廉？梅尔道克，小时候和一些小朋友在自己家后的一座小山上挖页岩玩——这种石头一片片的，像一页页书，能用火点着。梅尔道克觉得这种石头很怪，居然能着火，要是放在水壶里烧一烧，又会成什么样子呢？于是威廉？梅尔道克决定带些石头回家烧烧看。
回到家，梅尔道克把采来的页岩小心翼翼地放进了水壶里，然后把水壶放在火上烤。他想，加热了，这种奇怪的石头还能变成什么呢？
过了一会儿，水壶嘴里冒出了一股股气体，小梅尔道克又惊又喜，呀，这石头还真神奇，居然还呼吸，石头能燃烧，那它呼出来的气体也可能会燃烧，他一边想，一边用火柴点燃它，想不到火柴刚一碰到那种气体，就听“啪”的一声，那气体就燃烧起来了，把小梅尔道克吓了一跳，差点儿让火烧着他了。
自此梅尔道克迷恋上了科学，长大后，他开始研究煤，他把一块煤块像小时候玩页岩一样，放进了小水壶里，然后，在水壶底加热，并仔细地观察着水壶里的变化。一会儿，水壶嘴里也冒出了一股股气，用火柴一点，也着了起来。梅尔道克把这种气体称为“煤气”。
煤气是以煤为原料加工制得的含有多种可燃成分组成的一种的气体。煤气的种类繁多，成分也很复杂， 一般可分为天然煤气和人工煤气两大类。
在生活中，如果煤气泄漏、燃料燃烧不充分或者排烟不顺畅，就会使人煤气中毒，甚至使人丧命。这是为什么呢？
我们知道，人每天都要不停地呼吸，吸入空气中的氧气，呼出体内的二氧化碳。而氧气在体内的运输，必须依靠血液中的红细胞。氧气与红细胞中的血红蛋白结合，然后红细胞像卡车一样，把氧气运送到全身的每一个地方，再将氧气“放给细胞”，这样细胞就可以进行各种生命活动。
煤、天然气和液化气在燃烧不充分或泄漏时，会释放出一氧化碳。一氧化碳会“抢走”红细胞中的血红蛋白。它和血红蛋白的结合能力比氧气大得多，当人体吸入了一氧化碳时，血红蛋白就会被一氧化碳占据，无法再运输氧气了。时间一长，人就会头昏、恶心、昏睡、四肢无力，出现缺氧的症状，严重的甚至使人窒息死亡。
【化学1+1】
可怕的“樱桃红色”
最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国的生理学家Claude Bernard。在1846年，他让狗吸入这种气体，发现狗的血液“变得比任何动脉中的血都要鲜红”。现在我们知道血液变成“樱桃红色”是一氧化碳中毒的特有的临床症状。
由于一氧化碳可以使血液变得非常鲜红的特点，所以一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉，可以使生肉不被氧化变色，甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉，当然，这引起了非议，人们认为这样会对身体不利。
氦——太阳的元素
1868年8月18日，法国天文学家让桑赴印度观察日全食，利用先进的设备，从黑色月盘背面如出的红色火焰，看见了有彩色的彩条，他认为，这是太阳喷射出来的光谱。这时他发现一条黄色谱线。
日蚀后，他同样在太阳光谱中观察到这条黄线。无独有偶，1868年10月20日，英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。
经过进一步的研究，人们认识到这是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，人们并把这个新元素命名为 helium，来自希腊文helios，是太阳的意思，元素符号定为He。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。
20多年后，拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱，发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线。
但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置，他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了，这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。
氦，这个奇妙的物质，一直在引起科学家们的注意。科学家们继续研究氦，通过科学实验，不断地为氦写下一页又一页新的历史。
【化学1+1】
氦的超导现象
有一个有趣的实验，各种物质放在液态氦里，情况非常奇妙。
在液氦的温度下，一个铅环，环上有一个铅球。铅球好像失去了重量，会飘浮在环上，与环保持一定距离。
在液氦的温度下，一个金属盘子，把细链子系着磁铁，慢慢放到盘子里去。当磁铁快要碰到盘子的时候，链子松了，磁铁浮在盘子上，怎样也不肯落下去。
我们会感到很神奇。当然，这一切，只能在液态氦的温度下发生。温度一升高，这些现象就没有了，铅球落在铅环上，磁铁也落在金属盘子里了。
这是低温下的超导现象。
原来，有些金属在液态氦的温度下电阻会消失；在金属环和金属盘中，电流会不停地流动而产生磁场。这时候，磁场的斥力托住了铅球和磁铁，使它们浮在半空中。
探究雄黄的发源地
雄黄酒对人类来说是再普通不过的酒，可在虫类的眼里，那无异于“死神”降临。还记得《新白娘子传奇》中，白素贞一喝完许仙送上的雄黄酒，就立刻美女变蛇形，把许仙吓得半死吗？当然了，这虽然是文学艺术加工的情节，但也说明了蛇是怕雄黄的。
蛇本身对雄黄就非常敏感，如果再加入酒精的话，雄黄的驱虫威力就会爆发，其原因是酒精具有一定的挥发性，会把雄黄的味道带到空气中，所以，蛇就像老鼠见到猫一样，躲得远远的！
其实端午节那天，人们喝一点或抹一点雄黄酒，一方面是庆贺节日，另一方面是有解毒驱蛇的作用。端午节时，气候温和，正是各种昆虫和蛇类繁殖、活动猖撅的时候，而小孩子又喜欢漫山遍野地瞎跑，如果在他们身上抹点雄黄，蛇虫一闻到雄黄的气味就会躲得远远的，这样就避免了被蛇虫咬伤的危险。
雄黄是一种含硫和砷的矿石，你们可别小看了这个“砷”，如果它渗入你的身体里，那是很危险的。
砷是很容易接触的，在过去，就有小朋友误食含砷的杀虫剂，或是在经过砷化铜处理的木头家具附近玩耍时，因皮肤接触或食入导致砷中毒。较长期密切接触砷化物，可经消化道、皮肤、呼吸道等不同途径吸收，轻者会出现皮炎、皮肤过度角化、皮肤色素沉着等症状，重者会有血压下降、四肢厥冷、昏迷、尿失禁等症状。
所以说，这“砷”是不是一点也不“绅”士。
【化学1+1】
死亡池塘，饮水变毒水
在离我们不远的孟加拉国，那里有很多人在饱受砷中毒的危害。新闻报道说，已经有两百万人集体砷中毒，而且还有很多人因此而丧命，未来将会有更多的人因此而失去生命。
这到底是怎么回事呢？
说来话长，在20世纪80年代，因为孟加拉国的河流和池塘受细菌污染，在国际援助机构的协助下，孟加拉国开凿了数万个人工池塘，以供当地的民众饮用。谁知，这竟然是好心办了坏事——在孟加拉国的土壤和地下沉淀物中有大量的砷元素。那些砷慢慢地进入了人工池塘，而人们却大量饮用人工池塘里的水。就这样，饮用水变成了毒水，砷神不知鬼不觉地潜入了人体，从而影响人的身体健康。
溴：海藻中的新元素
法国著名化学家巴拉尔做了这样一个实验：把烧成灰的海藻浸入热水中，再往里面通氯气，就能得到一种紫黑色的固体——碘晶体，可是，在提取碘之后，碘液底部总是沉淀着一层深褐色的液体，这种液体，还散发出一种刺鼻的臭味。
巴拉尔心想，这可能是一种新元素。于是他开始做深入的研究，结果发现这种元素的水溶液在常温下是暗红色的，易挥发而呈红色蒸气，能严重侵蚀皮肤，可以用来制作药品、染料等。
巴拉尔在取得必要的证据后，宣布自己发现了一种新元素，他将它命名为“溴”。1842年，巴拉尔发表了一篇题目为《海藻中的新元素》的学术报告。
德国化学家李比希看到了巴拉尔的学术报告后，不禁大惊失色，说：“我曾经做过这样的实验啊！”
原来，在发现溴的前几年，李比希曾接受了一家制盐工厂的请求，考察母液中所含的物质时，在分析的过程中，发现淀粉碘化物过夜以后会变成黄色。他再将母液通入氯气进行蒸馏，得到一种黄色的液体，没有分析研究就判断是氯化碘，并把装液体的瓶子贴上“氯化碘”的标签……
李比希后悔不已，为了让自己吸取教训，他就在床头挂了一张写有“氯化碘”的标签。
【化学1+1】
溴的化合物——摄影界的顶梁柱
溴的最重要的化合物，就算是溴化银了。溴化银有一个奇妙的特性——对光很敏感，稍微受到光的刺激，它就会分解。因此，人们把它和阿拉伯树胶制成乳剂涂在胶片上，就制成了“溴胶于片”。人们平常用的照相胶卷、照像底片、印相纸，几乎都涂有一层溴化银。
现在，摄影行业消耗着大量的溴化银，它可是摄影界的顶梁柱了。在1962年，全世界溴的化合物的产量已近十万吨，其中有将近九万吨用于摄影。