個化學反應就要吸收能量。如果吸收的是熱能,就是吸熱反應。你瞧,在化學反應中我們看到了能量的轉化和守恒。能量守恒和轉化定律是自然界的普遍規律。自然界的一切物質都有能量,而且能量具有多種不同的形式,可以從一種形式轉化為另一種形式。在轉化過程中能量總值不變。
既然化學反應伴隨著能量的轉化,對某些物質施以能量也會促使反應發生,那麼,我們是否可以隨心所欲地控製任何化學反應的進行呢?
(二)“炭粉麵包”
在討論問題以前,讓我們自己當一回化學魔術師,做一個“黑色發麵”的小魔術吧。取一些蔗糖放在一隻燒杯中,加幾滴水把它調成糊狀,然後倒入幾毫升濃硫酸,立即用玻璃棒攪拌。這時可以看到“黑麵”開始發泡脹大。不一會兒,燒杯中就堆滿了“黑色的發麵”,它還帶一點甜味和焦味,就像一隻“炭粉麵包”。
這是怎樣的一個化學反應呢?原來蔗糖是一種碳水化合物,而濃硫酸有很強的脫水性,它會將蔗糖分子中的氫氧元素按水分子的比例脫掉,蔗糖就變成了黑色的碳:
生成的碳又與濃硫酸作用生成CO2和S02氣體,它們與水蒸氣—道使碳的體積迅速膨脹並出現孔洞,黑色發麵就製成了。
這個魔術告訴我們,碳水化合物可以分解為水和碳。那麼反過來,水和碳能不能合成出碳水化合物呢?
人類每天要攝入少量的食物以供身體所需,它們中碳水化合物占有很大比例,於是人們就吃糧食、糖和蔬菜等來獲取它們。這些食品可來之不易,從下種到收獲要付出很多的辛勞和時間。就說蔗糖吧,種植甘蔗、甜菜,收獲後送進糖廠進行一係列的加工,最後成為潔白的食用糖。假設我們剛才做的“黑色發麵”的化學反應能夠逆向進行的話,人類就會從繁重的勞動中解脫出來。遺憾的是,C和H2O無論如何也不能直接生成碳水化合物,至少在現有條件下還做不到。這就注定了人類無法通過吃點煤、喝點水來生存,而要靠綠色植物進行光合作用產生的澱粉和糖來供給我們必需的能量,就像煉丹術士永遠也煉不出長生不老藥一樣。
科學向我們揭示了一個真理,那就是你不能違背自然規律。對於不可能發生的化學反應,我們根本不必在實驗室中進行徒勞的試驗,而應該把精力、財力用在研究可能實現的化學反應上來。然而多年以來,化學一直被人稱為實驗科學,原因就是因為它常常帶有盲目性。許多化學實驗不是計劃的結果,而是偶然的發現。就拿現在我們在工業上和生活中廣泛應用的不鏽鋼來說,當初它是被人當作廢料從實驗室中扔出去的。經曆了風吹雨淋,別的金屬生鏽了,它卻光潔如初,這才引起人們的注意。糖精的發現更是巧合,化學家在試製染料的過程中肚子餓了,吃麵包時忘記洗手嘗出了甜味,才使它成了大名鼎鼎的甜味劑。偶然成功的例子太少了,許多化學實驗要進行幾百次甚至上千次的實驗,好比人們在黑暗中摸索前行,要走許多冤枉路,還不一定能到達終點。為此,化學家們開始致力於尋找化學運動的一些內在規律。經過不斷的探索,人們找到了判斷化學反應能否發生的判據,並對化學反應進行的條件進行了理論上的論證。這是人類對化學反應從表觀認識到深入本質、從實驗現象到科學規律的一次認識上的飛躍。
自然界的自發過程——從不死鳥再生談起
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相傳埃及阿拉伯沙漠中有一種不死鳥,它每500年會自焚而死,然後又在灰燼中再生。這無疑隻是一種神話傳說。從我們目前對自然的認識來說這是完全不可能的。就像紙張燃燒後永遠不會再變成原來的紙一樣。
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