（一）硅的应用

硅在材料科学和信息技术等领域有广泛的用途。在宇宙航行、卫星通信、计算机等方面大显身手。在生活中也得到广泛的应用，如石英钟表、煤气炉中的电子打火等。

半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，具有单向导电的特性。

太阳能电池板：屋顶上排满太阳能电池板，就可以实现家中用电的自给。太阳能电池板也同晶体管一样，是由半导体组成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。

太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。太阳能电池板的表面由两个性质各异的部分组成。当太阳能电池板受到光的照射时，能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板就是根据这种原理设计的。太阳能电池板由电池片、组件边框、钢化玻璃、封装材料以及接线盒等组成。

CPU的结构：CPU的中间就是我们平时称作核心或CPU内核的地方，这颗由单晶硅做成的芯片可以说是电脑的大脑了，所有的计算、接受/存储命令、处理数据都是在这指甲盖大小的地方进行的。

电子身份证：2004年3月，北京、上海、深圳等6个城市的居民将拿到全新的身份证--作为试点城市的居民，他们将首先拿到第二代身份证——电子身份证。到2008年，将基本完成全国10亿多张身份证的更换。证上所在信息来看，二代证与现行的身份证并无二致，最大的区别在于，它的内部嵌入了一枚指甲盖大小的非接触式IC芯片，从而实现了“电子防伪”和“数字管理”两大功能。

（二）水晶与保健

明代著名医学家李时珍在《本草纲目》中记述，水晶“辛寒无毒”，主治“惊悸心热”，还能治疗“肺痈吐脓、咳逆上气”，能“安心明目、去赤眼、熨热肿、”“益毛发、悦颜色。”水晶是一种颇为人们喜爱的宝石，在古代，称之为“水精”，即水的精华，此上还称之为“水玉”、“白附”、“玉晶”、“千年冰”、“菩萨石”、“放光石”等。古希腊著名哲学家亚里斯多德也认为，水晶是由冰逐渐演变而成。其实，水晶是二氧化硅（SiO₂）的晶体，与水或冰没有内在联系。它通常为无色透明，但含铁族元素时可具有不同的颜色，如紫争、黄色、烟灰色等。当不晶中含有沿一定方向排列的纤维或针状矿物时，就可加工成“水晶猎眼”或“星光水晶”或“发晶”，若含有水的包裹体时，即可能成为“水胆水晶”。我国江苏东海水晶产量占全国的二分之一，素有“水晶之乡”的美称。

长期以来，水晶以其晶莹透明、温润素净而被人们视为圣洁之物，并相信佩戴之能“御邪魔，拆鬼神”，是吉祥之象征。水晶饰品清凉艳丽，夏天佩戴给人增添凉爽之感，解除炎暑之烦燥。在我国西北地区，害火眼（一种眼疾）的人则相信戴上水晶眼镜能解牛眼中之火从而消除眼疾。水晶的洁白无瑕（宏观的），也使人们相信其中藏有神灵，将其制成圆球加以凝视，可以预言未来，所以日本人总喜欢把水晶球陈设于家中。水晶之品种尤以紫色水晶（紫晶）最为珍贵，除其色泽高雅之外，我们的祖先一直认为紫晶可以促使相互谅解，保佑万事如意。现在罗马大教堂的主教常佩戴紫晶戒指，典礼上则用水晶制成的高脚酒杯盛酒。此外，天然水晶含有多种对人体有益的元素，不具放射性，凡此种种，使得水晶及其制品，长期以来倍受人们青睐。

那么，你知道人们是怎样对水晶进行分类的吗？

一、按工业用途分：压电水晶、光学水晶、熔炼水晶，主要从裂隙、包裹体、节瘤、双晶等方面进行区分。

二、按颜色、形态和物性差异分：

1、 水晶：无色、透明如水的晶体；

2、 紫晶：含三价铁和锰，呈现紫色透明或半透明者；

3、 烟水晶（俗称为茶晶），呈现黄色或烟褐色的透明晶体；

4、 墨晶：墨黑色，含有机质的半透明晶体；

5、 黄晶：含二价铁呈现黄色到红一桔黄一褐色的透明晶体；

6、 蔷薇水晶：含Ti等微量元素，显蔷薇色；

7、 草入水晶（俗称发晶）：含金红石、角闪石、电气石等针状矿物包裹体者；

8、 绿水晶：含阳起石针状包裹物；

9、 彩虹水晶：含有细水气泡或淬体充填裂隙的水晶，这些裂隙通过干涉光产生彩虹。

1.4.2   光导纤维

光导纤维简称光纤，我们常听到的“光纤通信”就利用了全反射的原理。为了说明光导纤维对光的传导作用，我们做下面的实验。

  实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米左右，由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。

如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，具有亮暗色彩的图像就可以从一端传到另一端。医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等内脏的内部。实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光传送到人体内部，另一组用来进行观察。

我们知道，光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作为一种载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里以外的另一端，实现光纤通信。

光纤通讯的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。例如，一对光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视；而当今世界最大的“国际通信卫星6号”也只能传输3.3万路电话，4路电视。即便是现在已实际采用的数十万路电话的光纤通讯，也较卫星通信容量大。

尽管光纤通信的发展只有二十多年的历史，但是发展速度却是惊人的。一些发达国家不仅建立了跨越海底的光缆通信网络，而且建立了纵横城市之间的光缆通信网络。光纤的使用前景是非常广阔的，不仅光纤电话已广泛使用，光纤电视也将会很快进入寻常百姓之家。另外，自光晶体管问世后，大容量、高速度的光计算机也有望在下个世纪初得到广泛应用，这些都离不开光纤的使用。

我国的光纤通信技术起步较早，现已成为光纤通信技术较为先进的几个国家之一。自1972年开始到现在已先后开通了数十条光纤通讯线路，省会城市间基本建成全国性的通信网，北京有线电视台将在1999年前后在北京全市范围内铺设有线电视光缆。

人类社会进入信息时代，信息的获取、传输、处理、控制和存储等技术环节便成为这个时代的重要技术，其中信息传输的媒体当然是关键技术之一。当信息以电子为载体时，信息传输的媒体是金属导线或金属波导管；而当信息的载体是光子时，信息传输的媒体是光导纤维。

水能在水管中流动，光如何在光纤中传递呢？

光能够在玻璃纤维或塑料纤维中传递是利用光在折射率不同的两种物质的交界面处产生“全反射”作用的原理。为了防止光线在传导过程中“泄露”，必须给玻璃细丝穿上“外套”，所以无论是玻璃光纤还是塑料光纤均主要由芯线和包层两部分组成。光纤的结构呈圆柱形，中间是直径为8微米或50微米的纤芯，具有高折射率，外面裹上低折射率的包层，最外面是塑料护套，整个外部直径为125微米，特殊的制造工艺，特殊的材料，使光纤既纤细似发，柔顺如丝，又具高抗强度，大抗压力。

由于包层的折射率比芯线折射率小，这样进入芯线的光线在芯线与包层的界面上作多次全反射而曲折前进，不会透过界面，仿佛光线被包层紧紧地封闭在芯线内，使光线只能沿着芯线传送，就好象自来水只能在水管里流动一样。

制造光导纤维的方法很多，常用的是管棒法。即把棒状的芯材插入管状包层中，一起放进电炉中加热，在高温熔融状态下，拉成内外两层的纤维长丝，直径范围为几十～100多微米。玻璃光纤是用高纯度的氟化物玻璃为材料，塑料光纤是以有机玻璃为芯材、以含氟透明树脂为包层。含氟树脂为含多氟烷基侧链的聚甲基丙烯酸酯类（h=1.36～1.40）及偏氟乙烯—四氟乙烯共聚物（h=1.39～1.42）。

现金所说的光纤通信是利用激光作载波由光导纤维传送信息的有线通信方式。

光纤通信是先把声音转换成能代表声音变化的电信号，然后把它放大，再用经过放大的电信号来控制激光器发光，使激光器发出来的激光的亮度也随着代表声音的电信号来变化，这样，激光器就把代表声音的电信号转换成相应的光信号。通过光导纤维传送到接受的一端后，由于接收设备里有一个对光非常敏感的光电管，可以把接收来的光信号转换成电信号，这样代表声音的光信号就被转换回来，再放大以便送到听筒引起膜振动，就能听到与发送端一样的声音了。

随着科学技术的不断发展，光导纤维的应用将愈来愈广泛。“信息高速公路”我们已不陌生，其来由是这样：1993年9月，美国总统克林顿宣布实施“美国全国信息基础设施计划”，耗资4000亿美元，历时数十年。这项大规模计划的目的十建立覆盖美国全境的光纤通信网络，通过计算机系统，采用电视、传真、电话等通信技术，向全国公民及时提供所需要的各种信息。显然，这项计划的基础是建设光纤网络，同时调动激光技术、计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术和卫星通信技术等，组成以极快速度和巨大容量传递信息的系统。这一巨大工程被新闻界称为“信息高速公路”。这条“信息高速公路”，主要的建筑材料不是水泥、沙子，而是光导纤维线缆。在这种光导纤维通信缆结成的“公路网络”内，私人电脑为“汽车”，五花八门的计算机软件当“汽油”，使人们能探索世界上各种各样的奇迹，这种信息高速公路，将人们带入信息时代，同时也可见光纤将成为信息时代的重要角色。

　光导纤维在医学上应用是通过微细的光纤将光强度的激光输入人体的病变部位并切除。这种“手术”不开刀，减少了病人的痛苦，而且切割部位准确，手术效果好。

1.4.3   氟利昂

说到氟利昂，就像平成14年10月1日开始施行的《氟回收·破坏法》一样，人们把它作为地球暖化的原因之一，正在努力回收。人们是什么时候开始意识到氟利昂对环境的影响的呢？了解了以后，让我们一起致力于氟利昂的回收吧。

（一）何时发现氟利昂破坏臭氧层的？Fluorocarbon

据美国莫利纳博士和罗兰多博士的研究称：氟利昂到达大气平流层以后，通过太阳紫外线的照射，产生氯原子，破坏臭氧层的可能性很高。然后他们的研究成果被发表在1974年的科学杂志上。当时，持反对意见的科学家声称：比空气重的氟利昂不可能到达距地面10km的平流层。但是实际情况是在南极发现了臭氧层空洞。从此，他们的研究得到了承认，并在现实中得到证明。

（二）氟利昂与臭氧层破坏有关Cause

氟利昂与二氧化碳相比，温室效应要高出几千到1万500倍。

◇氟利昂上升到平流层，发生催化反应，不断破坏臭氧层，约破坏10万倍的臭氧。

◇氟利昂比空气重，相对安定。因此在它被渐渐稀释渐渐暖化的过程中，趁着西风缓缓上升时，要相当长的时间才能到达臭氧层。破坏现在臭氧层的大概是15年前的氟利昂。

◇氟利昂虽然破坏了臭氧层，但是真正的危害还在以后。

◇氟利昂导致的臭氧层破坏，将危及到人类的健康和生态系统。

◇氟利昂对人的影响，据推测：臭氧层的量减少1%，皮肤癌的发病率将增加2%，白内障的发病率将从0.6%上升到0.8%。

◇除了影响到作为海洋生态系统的基础的浅海的浮游生物，还会导致农业生产的减少。

◇紫外线若能到达地表附近的话，估计光化学烟尘也会恶化。

（三）氟利昂导致的地球暖化现象Global warming

氟利昂通过破坏臭氧层，使地球暖化。鉴于此，几种氟利昂里面，CFC与1995年末停产，HCFC自1996年开始限制生产。现在HFC，作为上面2种氟的代替品使用。作为温室效应气体，对地球暖化有直接的影响。即使现在的替代氟，要做到对环境完全无害还是不可能的。现状是即使有有害物质产生，也尽量使用对环境危害少的物质。

（四）那类物品使用氟利昂？Use

使用氟利昂的有冰箱·空调的冷却剂和隔热材质，汽车上空调的冷却剂和隔热材质。工业制品的洗涤用品、印刷基板等用的洗涤剂上也用到。另外，隔热材料、人造橡胶等发泡用的发泡剂、喷雾器罐等喷射剂等也用到。这一类物品当中，和它们的废弃物中，因为使用有害的氟利昂的可能性很高，所以这类物品要好好回收。

（五）氟利昂回收破坏法Fluorocarbon collection destruction method

1995年末，臭氧层破坏物，有害物质氟利昂的生产被全部废除。但是以前成产的冰箱、空调里面作为催化剂使用的氟利昂依然存在于地球上。2001年即使制定了《关于特定制品氟类的回收以及破坏的实施确保法律》“氟利昂回收破坏法”，但是还是无法回收。原因在于枉顾回收者的不法丢弃行为的存在。因为不法丢弃，氟利昂从废弃的电器产品中直接排放到了大气中。有些地方，根本不回收氟利昂，就直接进行了垃圾处理。必须要制定对策制止这种电冰箱、空调的废弃方法，进行氟利昂的回收。

（六）保护臭氧层，彻底贯彻氟利昂的回收Ozonosphere protection

有必要把使用氟利昂的机械在废弃时，完全回收，以防止氟利昂在大气中的排出。另外，氟利昂作为地球暖化的原因物质，能产生强大的温室效应，所以其回收处理也必须作为防止地球暖化的对策认真对待。今后，对于还没有完全废弃的HCFC，必须限制并逐步消减，此外，有必要对于现在正在使用的氟利昂进行回收、再利用、破坏。让我们一起合作回收氟利昂，防止臭氧层被破坏。

1.4.4   日常生活中的含氯化合物

二恶英是一种有毒的含氯化合物。而且是目前世界上已知的有毒化合物中毒性最强的，其致癌性质极强，可引起严重的皮肤病并伤及胎儿。二恶英微量摄入人体不会立即引起病变，但由于其稳定性极强，一旦摄入不易排出。如果长期食用含二恶英的食品，这种有毒成分会蓄积下来逐渐增多，最终造成对人体的危害。

医学研究表明，长期食用二恶英污染的食品才可能致癌或引起慢性病。世界卫生组织也确定，二恶英是一种致癌物质，但只有在长期中毒的情况下才会对人类有一定的生化影响，所以不必过分恐慌。专家指出，食品中二恶英含量较少，尽管它有剧毒，但不会引起急性食物中毒。

专家建议人们食用低脂肪食品，均衡饮食，多吃瘦肉，少吃肥油和皮，不挑食，对被宣布可能有问题的国家的产品应停用。

1.4.5   查阅资料并讨论：减少向大气中排放氮氧化物、二氧化硫的措施

（一）二氧化硫

二氧化硫是无色气体，具有刺激性气味，是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。二氧化硫来源于煤和石油等燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸等化工产品生产排放的废气。室内二氧化硫主要来自人们在烹饪及取暖过程中燃料的燃烧产物，室内烟草不完全燃烧也是室内二氧化硫的重要来源。一般来讲，燃煤户室内空气二氧化硫浓度明显高于燃气户、厨房浓度高于卧室、 冬季浓度高于夏季。

二氧化硫对人体有什么危害呢？

二氧化硫对人的结膜和上呼吸道粘膜具有强烈刺激。长期接触低浓度二氧化硫，会出现倦怠、乏力、鼻炎、咽喉炎、支气管炎、味觉障碍、感冒不易康复等症状；二氧化硫形成酸雾或酸雨还会腐蚀金属、器材，沉降到地面会破坏土壤和水质。其主要来源为燃煤、工业。

食品含二氧化硫超标可产生毒性。因为二氧化硫类物质通过生成亚硫酸，亚硫酸对食品有漂白和防腐作用。硫磺燃烧产生二氧化硫，遇水形成亚硫酸。亚硫酸盐与酸反应产生二氧化硫，后者遇水形成亚硫酸。亚硫酸是较强的还原剂，在被氧化时可将着色物质还原退色，使食品保持鲜艳色泽，还可抑制食品中的氧化酶，防止食品褐变。由于其还原作用，还可阻断微生物的正常生理氧化过程，抑制微生物繁殖，从而起到防腐作用。因此，二氧化硫类物质是食品加工过程中常用的漂白剂和防腐剂。

二氧化硫进入体内后生成亚硫酸盐，并由组织细胞中的亚硫酸氧化酶将其氧化为硫酸盐，通过正常解毒后最终由尿排出体外，因此少量的二氧化硫进入机体可以认为是安全无害的。其毒性主要表现为经职业接触所引起的急慢性危害。

急性中毒可引起眼、鼻、黏膜刺激症状，严重时产生喉头痉挛、喉头水肿、支气管痉挛，大量吸入可引起肺水肿、窒息、昏迷甚至死亡。人对空气中二氧化硫的嗅觉阈为0.03mg/L，刺激阈为0.01mg/L，0.03mg/L只能耐受1分钟。

慢性毒性长期小剂量接触空气中的二氧化硫，会导致嗅觉迟钝、慢性鼻炎、支气管炎、肺通气功能和免疫功能下降。严重者可引起肺部弥漫性间质纤维化和中毒性肺硬变。经口摄入二氧化硫的主要毒性表现为胃肠道反应，如恶心、呕吐。此外，可影响钙吸收，促进机体钙丢失。

二氧化硫的防治措施：控制实施关停高硫煤矿，加快发展煤炭的洗选加工，降低燃料含硫量；推行清洁生产，淘汰高能耗、重污染的锅炉、窑炉及各类生产工艺和设备；加大城市环境综合整治力度，大力发展城市燃气、集中供热等基础设施建设；重点控制火电厂二氧化硫排放，火电厂在新建、扩建和改建机组时，必须同步安装脱硫设施或采取其它脱硫措施。

燃煤二氧化硫的排放应推行节约并合理使用能源、提高煤炭质量、高效低污染燃烧以及末端治理相结合的综合防治措施，根据技术的经济可行性，严格二氧化硫排放污染控制要求，减少二氧化硫排放。电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉鼓励使用中、高硫份燃煤，并安装烟气脱硫设施；中小型工业锅炉和炉窑，应优先使用优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其它清洁能源；城市民用炉灶鼓励使用电、燃气等清洁能源或固硫型煤替代原煤散烧。

（二）氮氧化物（NOx）

通常人们所指的氮氧化物(NOx)：主要包括一氧化氮、二氧化氮和硝酸雾，以二氧化氮为主。一氧化氮是无色、无刺激气味的不活泼气体，可被氧化成二氧化氮，二氧化氮是棕红色有刺激性臭味的气体。氮氧化物主要来自于车辆废气、火力发电站和其它工业的燃料燃烧以及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。一氧化氮在空气中很容易转化为二氧化氮。氮氧化物中的一氧化氮与血液中血红蛋白的亲和力比一氧化碳还强。通过呼吸道及肺进入血液，使其失去输氧能力，产生一氧化碳相同的严重后果。氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，会较易受二氧化氮影响。对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变，但目前仍未可确定导致这种后果的氮氧化物含量及吸入气体时间氮氧化物侵入肺脏深处的肺毛细血管。引起肺水肿等。

室内环境中氮氧化物主要是由于烹饪和取暖过程中燃料的燃烧，此外吸烟时也可产生氮氧化物。我国城市家用燃料主要是煤炭，包括原煤和型煤，约占燃料总量的50 %~80 %，其次是煤气和液化气，约占2 0 %~50 %。农村大部分地区以煤和生物性燃料为主。有研究表明冬季燃烧原煤的厨房和卧室空气中氮氧化物日平均浓度分别为0.159mg/m³、0.132 mg/ m³，燃烧煤气用户的厨房和卧室空气中氮氧化物日平均浓度分别为0.091 mg/ m³、0.078mg/ m³,燃烧液化气用户分别为0.070mg/m³、0 .064mg/ m³。夏季使用三种燃料产生的氮氧化物日平均浓度均低于冬季。因此室内环境中氮氧化物的产生不仅和能源结构有关，而且随着季节的变化也是不同的。

室内环境中氮氧化物的危害有：氮氧化物难溶于水，故对上呼吸道的刺激作用较小，而易于侵入呼吸道深部细支气管和肺泡,当时可无明显症状或有眼及上呼吸道刺激症状,如咽部不适、干干咳等。常经6～7小时潜伏期后出现迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征。此外，氮氧化物还可对中枢神经系统、心血管系统等产生危害作用。

氮氧化物对人体的危害：氮氧化物对眼睛和上呼吸道粘膜刺激较轻，主要侵入呼吸道深部和细支气管及肺泡，到达肺泡后，因肺泡的表面湿度增加，反应加快，在肺泡内约可阻留80%，一部分变成四氧化二氮。四氧化二氮与二氧化氮均能与呼吸道粘膜的水分作用生成亚碱酸与硝酸更些酸与呼吸道的碱性分泌物相结合生成亚硝酸盐及硝酸盐，对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，可增加毛细血管及肺泡壁的通透性，引起肺水肿。亚硝酸盐进入血液后还可引起血管扩张，血压下降，并可以和血红蛋白作用生成高铁血红蛋白,引起组织缺氧.高浓度的一氧化氮亦可使血液中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白,引起组织缺氧。因此，在一般情况下当污染物以二氧化氮为主时，肺的损害比较明显，严重时可出现以肺水肿为主的病变，而当混合气体中有大量的一氧化氮时，高铁血红蛋白的形成就占优势，此时中毒发展迅速，出现高铁血红蛋白症和中枢神经损害症状。

氮氧化物的防治：加强化石燃料的脱氮力度，汽车尾气要先经过处理后才能排出开发新的清洁能源。植树造林，普及可吸收氮氧化物的植物。

我国至今仍是一个燃煤大国，我们必须在脱硫脱氮技术上进一步发展，以更完善的技术来减少大气中二氧化硫及氮氧化物的污染程度。我们中学生要从身边做起、从小事做起，植树造林，购买脱硫燃料，学习知识，更进一步研究这个课题。相信我们会让我们的地球变得更完美，我们人类将健康地在地球上生存。

1.4.6   讨论：自然界碳、氮循环对维持生态平衡的作用

生态系统中碳的物质循环。碳在无机环境与生物群落之间是以二氧化碳的形式进行循环的。碳循环的大致过程是：生产者主要通过光合作用把大气中的二氧化碳和水合成含碳的有机物，供自身和消费者利用；生产者和消费者在生命活动过程中，通过呼吸作用，分解含碳有机物，释放二氧化碳回到大气中；生产者和消费者死后的尸体为分解者所利用，分解后产生的二氧化碳也返回到大气中。还有一部分生物中的含碳有机物以化石燃料（煤、石油、天然气）的形式储藏在地层中，它们燃烧后放出二氧化碳仍回大气中。

  碳氮循环carbon  nitrogen  cycle

由碳、氮起触媒作用，使4个氢核聚变为1个氦核的链式反应。其过程如下：

¹²C  +  ¹H  →¹³N  +γ

¹³N  →  ¹³C  +  e⁺  +  v_e

¹³C  +  ¹H→  ¹⁴N  +γ

¹⁴N  +  ¹H→¹⁵O  +γ

¹⁵O→¹⁵N  +  e⁺  +v_e

¹⁵N  +  ¹H→¹²C  +  ⁴H_e。式中e⁺、v_e和γ分别是正电子  、电子中微子和γ光子。整个过程中，¹²C并未消耗，只起触媒作用，而N、O等是中间产物，最终结果是4个氢核聚变成1个氦核。这个链式反应释放的能量为25.01兆电子伏。  碳氮循环实际上还有另一分支过程。当温度高于1.7×10⁷K时，最后一个反应将由以下循环替代：

¹⁵N  +  ¹H→¹⁶O  +γ

¹⁶O  +  ¹H→¹⁷F  +γ

¹⁷F→¹⁷O  +  e⁺  +v_e

¹⁷O  +  ¹H→¹⁴N  +  ⁴H_e。最后结果仍是产生氦核。由于有两个循环，上述的反应也称为碳氮双循环。

当温度很高时  ，碳氮循环的反应速率比质子-质子反应的高得多。对于大质量、高光度的主序星。碳氮循环是主要的能源。而像太阳这样的低光度主序星，质子-质子反应是主要的能源。

1.4.7   硫酸的工业生产和二氧化硫、石膏、硫酸钡的用途

（一）工业制法一般思路

系统学习研究某一种物质的工业制法，一般要从以下角度去分析理解。

所用原料：考虑其来源是否丰富、经济、环保等情况，尽量因地制宜；

化学反应：考虑反应难易程度、操作可行性、安全性、转化率高低等；

适宜条件：从反应速率和提高产量等因素考虑条件的选择；

生产过程：从原料到产物出考虑必要的反应过程外，还应原料的处理、中间过程的进化、“三废”处理等环保措施；

主要设备：掌握设备的作用、构造、原理、名称及先后顺序；

环境保护：消除污染的主要方法之一是减少污染物的排放，处理是努力做到变废为宝。

（二）接触法制硫酸

生产过程：①SO₂的制取和净化（造气）；②SO₂氧化成SO₃；③SO₃的吸收

反应原理：4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂        2SO₂＋O₂              2SO₃

              或 S＋ O₂             SO₂

主要设备：沸腾炉、接触室、吸收塔

小结：接触法制硫酸中几个重要的“三”：

1、 三种原料：硫铁矿或硫、空气、98.3%的浓硫酸

2、 三种净化：除尘、洗涤、干燥。

沸腾炉出来的炉气成分：SO₂、O₂、N₂、H₂O(g)、矿尘、砷、硒化合物；

3、 三个反应：造气、氧化、吸收；

4、三种设备：沸腾炉、接触室、吸收塔；

5、三种原理：逆流原理、热交换原理、循环原理；

请思考并回答下列问题：

1．矿石粉碎并从上口投入加料、而空气从下鼓入，为何？

提示：矿石粉碎得较小，且与空气逆向相遇，仿佛呈沸腾状，跟空气接触面更大、燃烧更充分、更迅速，提高了原料的利用率。

2. 为什么叫接触法制硫酸？

提示：经净化后的炉气进入催化层在催化剂表面发生接触性反应。

3．为什么从吸收塔出来的气体要循环使用？

提示：,提高了资源的利用率.有利于降低生产成本,保护环境;

4．为什么用浓硫酸（98.3%）来吸收SO₃?

提示：水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢，吸收不充分，不利于尽可能把三氧化硫吸收干净。故用浓硫酸（98.3%）来吸收SO₃，吸收塔底放出的硫酸成分为H₂SO₄·nSO₃。

5．通常硫酸工业上是用氨水来吸收SO₂，其目的是什么？废水、废渣又该作何处理和利用？

提示：二氧化硫和空气中的飘尘接触或跟氮的氧化物接触，部分会被氧化成三氧化硫。硫的氧化物以及硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，这就是所谓的“酸雨”。工业上是用氨水来吸收SO₂，一方面就是从环保角度考虑。另一方面经硫酸处理后得到二氧化硫气体含量更高，返回车间作硫酸生产的原料，也可足其它作为化工原料，硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。其反应式为：            

SO₂+2NH₃·H₂O=(NH₄)₂SO₃+H₂O,       (NH₄)₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃,

当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后，再跟浓硫酸反应，放出二氧化硫气体，同时得到硫酸铵溶液。反应式：2NH₄HSO₃+H₂SO₄=2SO₂↑+2H₂O+(NH₄)₂SO₄，

(NH₄)₂SO₃+H₂SO₄=SO₂↑+H₂O+(NH₄)₂SO₄。

废水处理：废水主要呈酸性，可用石灰乳中和。反应为：

Ca(OH)₂+ H₂SO₄= Ca SO₄+ 2H₂O

废渣处理:   含铁量高的可用于炼铁，其它的可用于制水泥、砖头等

6．为什么接触室中要用热交换器？

提示：接触室中发生反应：2SO₂＋O₂==2SO₃

该反应为放热反应。经净化后的炉气（管外）和经过接触层长生的气体（管内）两种流体在热交换器中逆向流动通过管壁进行热量的传递，反应时生成的热传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后的气体。

（三）二氧化硫、石膏、硫酸钡的用途

二氧化硫具有杀菌作用，可以做消毒剂和防腐剂，用于杀灭地下室、地窖、酒桶、发酵桶中的霉菌。二氧化硫具有漂白作用，能够使品红溶液等有色物质褪色，这是因为二氧化硫溶于水生成亚硫酸能与有色物质结合，生成一种无色且不稳定的化合物。可利用二氧化硫的这种性质来漂白织物等。

石膏是一种结晶水合物，化学式为CaSO₄•2H₂O。将石膏加热到150~170℃时，石膏失去所含的大部分水变成熟石膏（2CaSO₄•H₂O）。熟石膏与水混合成糊状后会很快凝固，重新变成石膏。人们利用石膏的这种性质制作各种模型和医疗上用的石膏绷带。石膏还是豆腐制作过程中的凝固剂（降低蛋白质在豆浆中的溶解度，并促使蛋白质聚沉）。

硫酸钡非常稳定，不溶于水，也不溶于酸。医学上将其加工，做成高密度的硫酸钡，用做消化系统的X射线造影剂，进行内腔检查，这种方法被称为钡餐透视。其具体的做法是病人先服用调好的硫酸钡，稍后便进行X射线检查，基于硫酸钡（BaSO₄）对X射线的阻抑作用，可以清晰地显示硫酸钡在消化系统中的分布情况。医生将所显示的正常情况进行对比，便可做出相应的病理判断。

1.4.8   锗元素能征服癌症吗

锗，原子序数32，原子量72.61。1871年门捷列夫根据新排出的周期表预言了锗的存在和性质。1886年德国化学家温克勒尔从一种硫银锗矿中分离出锗，并命名。元素名来源于他的祖国，原意是“德国的”。锗地壳中的含量约0.0007%，大量的锗以分散状态存在于各种金属的硅酸盐矿、硫化物矿以及各种类型的煤中。锗为银灰色晶体；熔点937.4°C，沸点2830°C，密度5.35克/厘米3，硬度6～6.5；室温下晶体锗质脆；有明显的非金属性质。

锗原子核周围有32个电子，最外侧轨道上的4个电子做不规则运动。一旦温度上升，最外侧轨道上的一个电子就会因受刺激而离轨。而脱离了轨道的电子有助于调整生物的离子平衡，使身体神经电路的异常恢复正常，具有预防和改善身体的不适感及按摩温泉效果等功效。锗还有调整人体不正常电位的功能，在癌细胞电位剧烈上升时，锗元素会夺取癌细胞的电子，使它电位下降，抑制病症的恶化。

锗金属能通过少量的能源（体温）产生作用，但其它的半导体必须要透过高量能源（高温、电流、电压），锗金属的半导体功能可以提升体温，从而促进血液循环，减轻疲劳；锗的药用保健功效：强化自然治愈力、改善全身体质、防止老化、预防癌症、消除肿瘤、肝病、气喘、血压调整、排除体内的毒素、自律神经失调症等等慢性病症。

1.4.9   纳米材料

1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”

时间仅仅过去了二十几年，到了1982年，费曼的预言便成了现实。国际商用机器公司研制成了扫描隧道显微镜（简称STM），它不仅能使人类观察到了原子，而且能够利用仪器的针尖来操纵原子，德国科学家宾尼（G.Binnig）等利用扫描隧道显微镜在镍板上将硅原子组成了“IBM”（国际商用机器公司的英文缩略语）的字样。不久，日本科学家又将硅原子堆成了一个金字塔。

于是，人类也像大自然一样，成了主宰原子和分子的主人，而不仅仅是被动地去认识和利用大自然造就的原子和分子。这样，到了20和21世纪之交，人类正在悄悄地进入一个崭新的科技时代──纳米科技时代。

纳米科技是在纳米的尺度上研究和应用原子、分子及其结构信息的高新技术，它的最终目标是直接用具有纳米尺度的原子、分子制造有特定功能的材料，被称为纳米材料（由粒径1～100 nm的粒子组成的固体材料），它是21世纪很有希望和前途的新型材料。

（一）纳米材料的发现

组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发现者德国物理学家格莱特（Grant）的科学思路。

那是1980年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响：晶粒越小，强度就越高。

格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入：如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验。经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。

格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料如无机化合物和有机化合物，它们也可以带着不同的色彩：瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。

可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色──黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地”的变化。

为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒尺寸变小到小于光波的波长（1×10^-7m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1%。既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。

“小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。

格莱特的发现已经和正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。