每日一词:obdurate(转自 韦氏词典)

原文链接


Merriam-Webster’s Word of the Day for December 30, 2018 is:

obdurate • \AHB-duh-rut\  • adjective

1 a : stubbornly persistent in wrongdoing

b : hardened in feelings

2 : resistant to persuasion or softening influences

Examples:

Obdurate lawmakers on both sides of the aisle have made it difficult for the state legislature to get anything done this term.

“The emigrants were strong-willed and obdurate. Their dreams were based as much on imagination as on the writings and maps of land speculators and entrepreneurs.” — Edward Cuddihy, The Buffalo (New York) News, 1 Oct. 2017

Did you know?

When you are confronted with someone obdurate, you may end up feeling dour. During the encounter, you may find that you need to be durable to keep your sanity intact. Maybe you will find such situations less stressful in the future if you can face them knowing that the words obdurate, dour, and durable are etymological kissing cousins. All of those words trace back to the Latin adjective durus, which means “hard.” This adjective can still be found in dura mater, the name for the tough fibrous material that surrounds the brain and spinal cord, which comes from a Medieval Latin phrase meaning, literally, “hard mother.”


Lake桑

December 30, 2018 at 01:00PM

化学相关:我们周围的空气

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从宇宙起源开始(下面省略101325个字)我们有了如今的大气层。

省略的字当中,有有机物的化学进化导致地球上的所有生物都共用了一套遗传程序,蓝藻产生的氧气差点把所有生物全部杀死,再到生物进化,出现人类,然后一直到现在。

现在,对于我们来说,人类每时每刻都离不开空气,没有空气就没有了生命,也就没有了生机勃勃的地球。

一、拉瓦锡测定空气成分

首先,我们了解一下伟大的化学之父小作坊主,拉瓦锡(A.-L. Lavoisier,1743-1794)。

TL;DR

安托万-洛朗·德·拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier),法国贵族,著名化学家、生物学家,被广泛认为是人类历史上最伟大的化学家。他使化学从定性转为定量,给出了氧与氢的命名,并且预测了硅的存在。他帮助建立了公制。拉瓦锡提出了“元素”的定义,按照这定义,于1789年发表第一个现代化学元素列表,列出33种元素,其中包括光与热和一些当时被认为是元素的化合物。拉瓦锡的贡献促使18世纪的化学更加物理及数学化。他提出规范的化学命名法,撰写了第一部真正现代化学教科书《化学基本论述》(Traité Élémentaire de Chimie)。他倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律。他创立氧化说以解释燃烧等实验现象,指出动物的呼吸实质上是缓慢氧化。这些划时代贡献使得他成为历史上最伟大的化学家。

他用定量的方法研究了空气的成分。具体的方法是,在一个曲颈甑里加入少量的汞,将其放在火炉上加热。有一个汞槽,里面放着一个玻璃钟罩,曲颈甑的另一头伸在玻璃钟罩内部。

这一次加热连续了12天。他发现,有一部分银白色的液态汞变成了红色的粉末,同时玻璃钟罩里空气的体积差不多减少了五分之一。他研究了剩余五分之四体积的气体发现,这一部分气体既不能供给呼吸,也不能支持燃烧。他认为这些气体全部都是氮气。在命名这一部分气体的时候,他使用了拉丁文,其中的词根包含“不能维持生命”的意思。

他把汞表面生成的红色粉末又收集起来,放在另一个小小的容器里,再次加强热得到了汞(化学符号 \rm Hg)和氧气(\rm O_2)。其中氧气的体积恰好等于玻璃钟罩里所减少的体积。他把得到了氧气加入了玻璃钟罩,所得的气体与空气的性质一模一样。

通过这些实验,拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气(\rm N_2)组成,其中氧气约占空气体积的五分之一的结论。

化学符号?

化学符号,就是化学式,是用元素符号与数字的组合来表示物质组成的式子。每一种纯净物只有一个化学式。但一个化学式可能不只代表一种物质。比如说下面这个例子。化学式\rm C_2H_6O,它的意义有

这样,有相同分子式而有不同的原子排列的化合物又称为同分异构体。

二、学生测定空气成分

但是汞具有毒性。汞的蒸气也具有毒性。我们现在仿照历史上这个著名的实验测定,空气中氧气的含量时,使用的药品是红磷。它燃烧产物的毒性要弱上许多,因为用量上也少了很多。

步骤

在集气瓶内加入少量的水,并将水面上放的空间分为五等份,用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃燃烧匙内的红磷后,立即伸入瓶中,并把塞子塞紧。观察红磷燃烧的现象。待红磷熄灭冷却以后打开弹簧夹,观察实验现象和水面的变化情况。

还记得上一次的内容吗?在这之前我们需要检查装置的气密性。首先将导管放入水中,然后再手握集气瓶观察是否有气泡冒出。

现象

点燃,我们可以看到红磷发出黄色的火焰,放热,并且生成大量的白烟。由于生成的白烟有毒,我们在瓶中加入的水就是为了吸收它。冷却后,打开弹簧夹水,将会沿导管回流到集气瓶中,并且这一部分的体积约占原瓶内空气体积的五分之一。

在这一反应中,红磷(\rm P)与空气中的氧气反应,生成一种叫做五氧化二磷(\rm P_2O_5)的新物质,这一反应可以用符号表达式表示如下。

\rm P+O_2 \overset{Fire}{\longrightarrow} P_2O_5

若要使用文字来表达的话,只需要将对应的化学符号以及条件(箭头上方的Fire,中文一般写作点燃)换为你的语言中对应的文字就好了。

集气瓶内水平面上升了约五分之一,说明空气中的氧气被消耗了,并且消耗的体积约占空气体积的五分之一。

结论

于是,我们可以得出氧气约占空气体积的五分之一。

红磷熄灭时,我们可以推测,此时瓶内氧气几乎被消耗完毕。

剩下的主要是氮气。我们可以推测,它难溶于水,并且不可燃,不助燃。

分析

这个实验的原理就是利用红磷燃烧消耗氧气,使得瓶内的气压变小形成内外的气压差。

当回到集气瓶里的水小于原瓶内空气体积到五分之一时,我们需要分析发生了什么。

可能是氧气并没有被消耗完。那么我们就有理由怀疑,瓶中红磷的量是不足的。

同样你也可能没有检查装置的气密性。那么装置漏气也是有可能的。

如果你没有等它冷却就打开了弹簧夹开始读数,那么也是会导致体积小于五分之一的。

那么大于五分之一又会是什么情况?

点燃红磷时,伸进瓶内的速度,即塞瓶塞的速度如果过慢,那么,由热胀冷缩可得气体受热时会膨胀逸出。弹簧夹没有夹紧也会导致这个情况。

改进

我们将红磷换成白磷。已知白磷燃烧时需要的空气的浓度较低,也就是说可以进一步消耗氧气,它的着火点也比较低,方便引燃。在原装置的橡皮塞上再加一个孔连接一个导管至一个气球,用来缓解气压。气球先变大后变小。这个装置有以下的优点。

  • 污染小
  • 误差小

我们也可以使用手握装置,也就是传感器来测定气压的变化和氧气含量的变化。


在19世纪末以前,人们和拉瓦锡一样认为空气中仅含有氧气和氮气。后来,人们陆续发现了一系列的稀有气体,即氦,氖,氩,氪,氙,氡(\rm He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn)。这时,人们才意识到空气中除了有氧气和氮气外,还有许多其他的成分。目前人们已经可以用实验的方法精确地测定空气中的成分。

三、物质的分类

通过实验测定空气中的成分按照体积来计算,大约是:

氮气78%,氧气21%,稀有气体0.94%,二氧化碳0.03%,其他气体与杂质0.03%。

饼干会变软,就是因为空气当中含有水蒸气。而食品变质,就是因为氧气。氧气供呼吸,并且助燃。氮气可以用来制硝酸,也可以做冶炼金属,灯泡,食品的保护气,并且液氮可以用来制冷或冷冻麻醉。

稀有气体因为其化学性质稳定,可以用来做保护气。他们也可以做不同颜色的电光源,比如说是试电笔的氖管,或者是人造小太阳中的氙气。

像空气这样由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫做混合物。组成混合物的各种成分,保持他们各自的性质。

而像氮气呀,氧气,二氧化碳等分别只由一种物质构成的物质都叫做纯净物。只有纯净可以使用化学符号来表示,比如上面的氮气在括号内已经给出了它的化学符号。氧气呀,二氧化碳(\rm CO_2)等等,也可以用化学符号来表示。上面实验中的红磷和生成的五氧化二磷也都是纯净物。

四、保护空气

空气中存在着因为人类的工业生产产生的污染物。比如说一些有害气体,例如,二氧化硫(\rm SO_2),氮氧化合物({\mathrm{NO}}_x),一氧化碳(\rm CO),臭氧(\rm O_3),等等。同时也包含一些可吸入的颗粒物,更大一点的也叫粉尘。

可吸入颗粒物,粒径在10微米(\rm 10\,\mu m)以下的,记作PM10,即漂尘。同理,粒径在2.5微米(\rm 2.5\,\mathrm{\mu} m)以下的,记作PM2.5

人类排放的二氧化碳过多也会导致温室效应的加剧。但二氧化碳本身并不算污染物,因为二氧化碳提供的温室效应,将地球地表的温度提升到了人类适宜居住的温度。当然,像甲烷(\rm CH_4),氟氯代烷(是一类化合物,即氟利昂的总称,以二氟二氯甲烷为例:\rm CF_2Cl_2)等等也算作温室气体。

通过植树造林,处理工厂排放的废气,加强大气质量监测等方式,可以帮助人类改善地球的空气质量。
下一期讲氧气,记得来看哦。

Lake桑

2018.12.30