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一天中的百变化学

 zhb学习阅览室 2023-09-08 发布于上海

从早到晚,你的一天是如何度过的呢?你是否察觉,其实化学如影随形?接下来让我们一起探寻一天中化学的痕迹吧。

7:00

清晨起床,让早餐开启美好的一天

从我们进食的那一刻起,口腔中就开始了一系列化学反应。例如,在牙齿表面覆盖着保护牙齿的牙釉质,其主要成分是羟基磷酸钙Ca5(PO4)3OH,它存在以下化学平衡:

Ca5(PO4)3OH(固)⇌5Ca2+(液)+3PO43-(液)+OH-(液)

当我们品尝甜食时,残留在口腔中的糖会包裹住牙齿。糖发酵会产生氢离子(H+),氢离子与氢氧根离子(OH-)结合,促使上面的化学反应正向移动,羟基磷酸钙被溶解,进而牙釉质被破坏。

但这个问题也不是无解,氟化物就能够降低牙釉质溶解度(溶质在溶剂中的溶解能力),促进牙釉质再矿化。因此,饭后要及时漱口或使用含氟牙膏刷牙。

7:30

吃完早餐,背上书包乘公交车去上学啦!

马路上,传统燃油汽车与新能源汽车并肩而行。传统燃油汽车会产生一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、细颗粒物等污染物。发展新能源汽车(包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等)是减少汽车尾气排放、改善大气环境的重要举措之一。

以燃料电池电动汽车为例,作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧发生化学反应,产生电能并通过电动机驱动汽车。原理看起来复杂,但其实就是我们已经学习或者以后会学到的原电池原理——原电池借助氧化还原反应产生电流,将化学能转化为电能。而这一氧化还原过程的反应物是氢气——真正意义上的高效、清洁能源。

14:00

炎热的下午或许会让你觉得有些乏力,此时掏出一块薄荷味的口香糖嚼一嚼,凉意直冲大脑。但你有没有思考过,为什么口香糖不是入口即化呢?这与它的主要成分——橡胶有关。

橡胶一词最早来源于印第安语,意为“哭泣的木头”——割开橡胶树皮便可以得到液体橡胶。液体橡胶暴露在空气中,不久就会变硬且有弹性。

当我们拆开口香糖包装时,它是硬的;放在嘴里它就变软了。在这个过程中,牙齿有一定功劳,但更重要的是温度——橡胶对温度较敏感,温度升高它会变黏,温度降低它会变得又硬又脆。

如果要降低橡胶对温度的敏感程度呢?这就需要化学来帮忙了!将生胶(从种植园或工厂生产出来的未经配合加工的天然橡胶或合成橡胶)与硫黄按比例一起加热进而得到硫化橡胶。

天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯,硫化过程使分子间形成了二硫键,从而使其具有良好弹性的同时,热稳定性也有所提高。

18:30

放学回家,揭开锅盖,扑面而来的香味让你垂涎欲滴。

制作美食离不开专业的器具。人们普遍认为铁锅炒出来的菜更香,但是在有氧气和水的条件下,单质铁容易锈蚀;有酸、碱、盐时,铁氧化得更快。那么,用铁锅炒菜岂不是会吃到很多铁锈?这铁锅可还用得?

不必担心,铁锅表面有一层油膜,可以隔绝氧气,从而阻断化学反应。研究人员还在铁锅上加了不锈层,制成了不锈铁锅,因此我们较少看到红褐色锈衣。

20:30

迎着晚风、伴着晚霞,结束了一天的学习,疲劳的大脑似乎要“关机”了,那就通过运动给身体充充电吧!

不过,运动也需要循序渐进,否则就会出现肌肉酸痛。这是因为短时间的剧烈运动,人体处于缺氧状态,体内的葡萄糖无法被完全氧化,腺嘌呤核苷三磷酸(ATP,生物体内最直接的能量来源)不足,不得不依靠“无氧供能”,导致体内产生了过多的乳酸。

22:30

睡前喝一杯热牛奶是很多人的习惯,但单纯喝牛奶似乎有些寡味,要不要悄悄进厨房加点糖或者巧克力呢?

确实,加了糖的牛奶更好喝。但是,在加热条件下(80~100摄氏度),牛奶中的赖氨酸会与糖发生反应,导致赖氨酸“中毒”,变成糖基赖氨酸——人体吸收不了,还会危害健康。晾凉的牛奶(40摄氏度以下)由于温度降低,难以构成反应条件,糖就可以顺利地溶解到牛奶中了。

不过,加糖要适量,太嗜甜,牙釉质可要“受难”了。

如果把糖改成巧克力呢?把巧克力加入牛奶后,你会发现牛奶里好像有一些固体颗粒,这些固体颗粒可不是没有溶化的巧克力,而是草酸钙!巧克力中含有草酸,而牛奶中的钙会与草酸反应生成草酸钙。草酸钙无法被人体吸收利用,大量聚集在体内,容易出现结石。

所以,是美味佳肴还是“黑暗料理”,全在认识之间。

(作者单位:中南大学化学化工学院)

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