撰文/唐悦(国立巴黎高等化学学院)
本文节选自《知识就是力量》杂志
化学是严谨的,诗歌是浪漫的,这两者似乎格格不入。但实际上,好多我们耳熟能详的浪漫诗歌里都蕴藏着严谨的化学知识。古人以独特的视角将他们对化学现象、化学反应的细心观察结合独特的文学审美创作了无数优美的诗篇。
说到化学反应,可能我们更熟悉的是涉及物质形态或颜色的变化。今天,我们就来学习中国古诗词里的物质形态变化。
《石灰吟》
于谦(明)
千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲。
粉骨碎身全不怕,要留清白在人间。
于谦的这首《石灰吟》便描述了制备生石灰的过程。“出深山”写的是开采石灰岩,即碳酸钙(CaCO3);而“烈火焚烧”则是将石灰石在高温下煅烧,分解生成二氧化碳(CO2)和生石灰(氧化钙/CaO)。
石灰石
石灰和石灰石是重要的建筑材料,也是如今许多工业的重要原料。生石灰(CaO)与水反应放出大量热量,称为石灰的熟化,得到的产物即熟石灰氢氧化钙Ca(OH)2,熟石灰吸收空气中的二氧化碳后又能变成碳酸钙。这首诗托物言志,将石灰赋予了人的品格,表达了坚强不屈和清白正直的气节。
石灰石打造的地下城
《客从》
杜甫(唐)
客从南溟来,遗我泉客珠。
珠中有隐字,欲辨不成书。
缄之箧笥久,以俟公家须。
开视化为血,哀今征敛无。
碳酸钙(CaCO3)在自然界中广泛存在,除了石灰岩这类矿物来源,还有譬如珍珠这种生物来源的。杜甫的《客从》一诗中“开视化为血”一句描述珍珠化为“血水”的现象,虽然这里有文学夸张的成分,意在表达统治阶级对劳动人民的残酷剥削,但珍珠确实是一种短命的宝物。出土的文物中几乎没有珍珠这一事实也可见它的不稳定性,成语“人老珠黄”同样是拿珍珠比喻人,形容青春如同珍珠一样经不起时间的考验。
造成珍珠不稳定的原因是碳酸钙的同质多象现象,指化学组成相同的物质,在不同的物理化学条件下,能形成几种不同结构的晶体。组成珍珠的碳酸钙晶体即文石,属斜方晶系,通常呈白色、黄白色,有玻璃光泽。但文石并不稳定,常转变为普通的三方晶系的方解石,它们的结晶形态和光泽大不相同,这是导致珍珠变色的关键原因。因此在自然界中,文石远少于方解石,物以稀为贵,珍珠的价值也正体现在它的独特而短暂的物理化学特性上。化学里常说的“结构决定性质”,可见一斑。
今日知识点
中学化学
碳酸钙;同质多象现象