高一化学那会儿,我总爱在深夜的台灯下翻课本,那时候认定世界比数学题还难倒人。
那些枯燥的方程式,看着看着就卡壳,脑子里全是“化合价”、“离子”这些抽象名词,像没头苍蝇一样乱撞。
实际上化学这东西,跟我们的日常生活关系忒大了,就连能够说,它就是如何解释为啥我们喝的水不干净利落、为啥锅有锈、为啥气球能吹起来。 别总想着死记硬背那些长篇大论的章节标题,化学这东西,说白了就是如何把一堆乱七八糟的原子和离子,乖乖拼凑成一个个有用的东西。就像盖房子,砖头、水泥、沙子,本来都是散沙,但在化学家的手里,它们能变成坚固的墙,变成能飞的天鹅,前提是得知道如何把它们“粘合”。 说到最基础的,就是原子和元素。
那会儿认定原子是个小圆球,后来才发现,原子实际上是个竞技场,住着电子原子核。电子是爱闹情绪的,喜爱围着原子核转圈圈,还能跳得高跳到低,这就是化学变化里最核心的机制。
比如氢气遇到氧气,这俩本来只是两个原子,略微一碰,电子就启动乱跑,最终两个氢原子变成两个氢分子(H2),两个氧原子变成两个氧分子(O2),它们重新组合成了水(H2O)。
这时候,原来的两个硅原子变成了一个硅分子(Si),变成了固体,变成了沙子。
这就是化学,就是原子们如何抱团,如何抱团了就变样。 那如何记住这些元素呢?那会儿我们靠死记硬背,认定规律忒多,记不住。
后来慢慢发现,只要加上一点颜色,记忆就好办了。
比如硫,是黄色的,故此它的原子在化学式里标个黄;氯是淡黄色的,标个黄;碘是紫黑色的,标个紫。
还有铁,是银白色的,标个灰。
这些颜色就像给原子贴了个身份证,看颜色就能认出是哪位。 最让我不解的,是离子。我在课本里见过大量次,比如氯化钠(NaCl)溶解在水里,变成了钠离子(Na+)和氯离子(Cl-)。
这两个离子一见面,就互相吸引,牢牢地粘在一起,形成盐。
可是,要是水流那会儿,这两个离子就会分开,一个跑到水里,一个跑到空气里。
这时候,它们就丧失了原来的“电荷”,变成了一般/平平的钠原子和氯原子。
这就是“电离”。
反过来,要是我把这两个离子再强行拉在一起,它们就会重新变成氯化钠。
这就是“结合”。离子,就是带电的原子,它们在液体里挺活跃,在气体里也挺活跃,这就是为啥化学变化往往伴随着发光发热,出于能量在传输。 再说说方程式。
这个是最好办让人头疼的。
那会儿看方程式,认定那是数学题,要写得挺工整,要配平得一丝不苟。
后来发现,方程式实际上就是数学,只不过是用原子来表示数字。
比如氢气和氧气反应生成水,式子是 H2 + O2 -> H2O。
这时候,左边两个氢原子,右边两个氢原子,两边加起来是 2 个;左边两个氧原子,右边两个氧原子,两边加起来也是 2 个。
这就叫“守恒”。
那会儿背方程式的时候,总认定数字对不上,后来慢慢习惯看,左边总共有几个原子,右边就得有几个。
比如高锰酸钾加热生成二氧化锰、锰酸钾和氧气,那个方程式 MnO2 + KMnO4 -> MnO2 + K2MnO4 + O2 看起来有点乱,实际上只要数清楚氧原子,左边 3 个氧,右边 2 个,就需求配成 2MnO4 和 3O2,这样两边氧气就是 2 个,才对上了。 做题的时候,最让我伤脑筋的是质量守恒定律。
这就是说,反应前后的总重量差不了多少。
比如硫磺燃烧,硫磺 + 氧气 -> 二氧化硫。左边 32 克硫,加上 32 克氧气(假设),总共 64 克。燃烧后生成的二氧化硫,分子量是 64,故此务必生成 64 克的二氧化硫,不能多一点也不能少。
要是生成的二氧化硫只有 32 克,那剩下的 32 克氧气去哪了?
要么没反应完,要么我的方程式没写全。
这个定律实际上挺神奇,它限制了反应的范围,告诉你在这个反应里,物质顶多能变成多少。
比如碳在氧气里不充分燃烧,只能变成一氧化碳,不能变成二氧化碳,出于碳不够。 说到例子,我就想起初中实验室做的那个实验。铁生锈,那是个化学变化。铁钉放进烧杯里,慢慢变红,上层变黄,下面变绿,最终变成红棕色。
这个过程中,铁原子和氧气原子互相换。
要是我把铁钉放进盐酸里,铁原子和氢离子打架,把氢离子赶跑,变成氢气跑出去。
这时候铁就没了,变成了氯化亚铁。
要是我把铁钉放进硝酸银溶液里,铁和银离子打架,铁被氧化,银离子被还原,银单质跑出来了。
这就是置换反应,铁把银从它的哥们儿银里抢出来。 还有那个爆炸的例子。20 世纪 60 年间的“挑战者号”航天飞机,爆炸是出于氧 Moment 出错,燃料和氧化剂在真空要么半真空里,大家挤在一起,一碰就炸了。
那个爆炸形成了大量的气体,瞬间就把周围炸开了。
还有硝酸铵爆炸,这个例子最狠。
那会儿用来做肥料,要么储存有仓库里,但一旦受潮要么受到撞击,就会瞬间变成气体,然后炸。
那个威力,相当于一颗炸弹。
实际上大量悬化学品,比如硝酸铵、硝化棉,本质上都是让原子们形成剧烈反应,瞬间释放庞大能量。 做实验的时候,最让我恐怖的是气体的收集。实验室制二氧化碳,是用大理石和稀盐酸反应,产来气体。
要是收集的时候没有选择对的容器,比如用排水法,那收集起来的气体就是杂质混杂的,纯度极低。
要是用向上排空气法,二氧化碳比空气重,能沉到底部,收集起来挺干净利落。
可是,要是做的是制氨气要么制氢气,那得用向下排空气法。出于氨气和氢气都比空气轻,会浮在上面。
要是收集错了,出来的气体就不是那玩意儿,那你的实验可能彻底白做,就连搞坏仪器。 实际上化学公式和反应,大量时候是在讲“能量”的流动。钠和钾反应,是个连锁反应,互相激发,释放出庞大的能量,就连能把空气里的氧气也烧出来。而像氧气和氢气燃烧,别看也是放热,但出于温度没那么高,形成的能量主要变成了热,没有像钠反应那样剧烈到能点燃周围的小火种。化学变化,实际上就是原子们如何握手,握手的方式不同,释放的能量就不同。 那些复杂的有机化学,听起来忒深奥,实际上也挺接近我们的生活。
比如蛋白质,就是由大量氨基酸串起来做的。
要是我们把氨基酸分解,再把它们重新串起来,就能拿到新的蛋白质。
要是串得不好,就可能变成塑料要么染料。就连塑料本身,就是石油经过化学变化变成的小分子链,再经过加工,我们就拿到了衣服、瓶子这些东西。
故此,化学无处不在,它就在我们呼吸的空气里,在喝的水里,在穿的衣服上。 最终总结一下,化学不一定要把方程式背成机器。它就是一个关于原子如何重组、怎么着释放能量的故事。当你看到化学方程式变了,只要记住原子的数量没变,能量的释放量也没变,你就能看懂。化学也不是死记硬背的,它是逻辑,是守恒,是能量在原子间的舞蹈。下次做实验,别只盯着那个烧杯看,试着想想,里面的原子们到底在玩啥把戏,它们是如何变成新东西的。
这样,你就不会认定那些枯燥的公式那么难倒人了。
毕竟,化学就是研究如何把生命和物质,这样地、这样地结合起来的故事。