孙大圣畅游今朝(碳元素篇)

来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-12-21

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图1

一、 初见大圣

  清晨,碧空如洗,一轮红日从地平线上升起,天边腾起一小朵五彩朝霞伴随着阳光越飘越近。冬日的北京机场并未因为严寒显得冷清,T3航站楼内宽敞明亮,人流如织,来自五湖四海的朋友汇聚于此。小碳今天迎接的这一位游客,与这些旅人有大大的不同。

  “大圣!大圣!我是专程接您的小碳,我在这边。一身白色套装的小碳,在接机口上蹦下跳,挥舞着一张写有孙大圣三个字的接机牌。

  人群中只见一个身披黄金锁子甲,头戴一顶凤翅紫金冠,足踏藕丝步云履的身影顺着声音走来,正是威风凛凛的齐天大圣孙悟空!小碳看着这位雷公嘴、毛茸茸的美猴王毫无惧意道:大圣 ,我是负责接待您的小碳,您之后的行程都由我来接待。

  “这丙申年马上就要过去,俺老孙忙里偷闲出来逛逛,看看这神州的变化。怎的只你一个黄口小儿?又生得这般黝黑,难不成是煤炭变的妖怪吗?孙大圣为人爽快,颇有些看不上这位接待员,绕着黑漆漆的小碳走了一圈说道。

  “我的名字是碳,由碳元素构成,可不是妖怪,而且年纪并不小啊,太阳系诞生之初我就存在了。可不要小看我们碳家族哦。小碳依然彬彬有礼道。

  “俺老孙上到九重天,下到东海深渊什么没见过,你这一块不起眼的炭块穿上白袍就能瞒得了俺的火眼金睛吗?

  “大圣,您的观念还停留在以前,现在我们碳家族可不一般了啊,不仅历史悠久,而且在各行各业都大现身手了。

  “呔,小儿休要打诳语,俺老孙岂不知煤炭是何物?想当年,俺跟随师父取经路上就曾使用过这黑黝黝的家伙取过暖(注1)。

  “大圣,您说得对,中国是最早发现和使用煤的国家。最早大规模使用煤的记载见于西晋初年(注2)。煤炭仅仅是碳家族众多成员的其中一位。碳家族主要成员分为化合物和碳单质。单说碳的化合物,我们碳元素的历史甚至可以追溯到几十亿年前,科学家研究发现地球源于46亿年前的原始星云,碳元素在当时就存在了。随后在各种特殊条件下,碳元素参与众多有机分子合成,例如氨基酸、碳水化合物、蛋白质等等。这些含有碳元素的有机分子,再经过合适的反应、重构成大分子的基因片段,在不同的条件下进化成地球上各种原始生物,才有了今天地球上的大千世界。碳的化合物已经超过440万种,可以说整个地球生物圈中都有碳元素的痕迹,包括你我。

  “嘿嘿,你这小人知道得真多,可这次在俺老孙这里就失算喽,俺是石头里蹦出来的!

  “大圣,这可不一定。虽然碳家族中的碳单质在自然界里很少,但碳的无机化合物中的碳酸盐岩是地球岩石圈主要组成部分之一,纵然您是从石头里蹦出来的,身上也有碳元素啊。

  大圣伸手挠了挠耳朵,撇了撇嘴,仍然不服气。

  小碳说完之后前边带路,与孙大圣出了机场,叫了辆计程车。

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二、 不烧煤的汽车

  看到计程车,孙大圣并不稀奇心中默想:这汽车上次俺老孙来的时候见过,晓得原理。

  一心要在言语上胜小碳一次,美猴王眼睛滴溜溜一转便有了主意:小碳啊,虽然过了这么多年,碳元素大部分还是用来烧啊。这辆车离不开的碳,是烧碳的吧。俺老孙这次重游神州之前也是做了功课的,嘿嘿!

  坐在前排的小碳和圆脸司机师傅默契地相视一笑后,小碳说道:大圣,您有所不知。你说烧碳的那是蒸汽机车,早就淘汰了,大部分汽车烧得是汽油和柴油。这两个东西也是碳的有机化合物,算是碳家族的一员。为了环保减排,现在有很多新能源汽车,例如这台车就是充电的,不烧汽油更不烧碳,一次能跑600多里呢,比玄奘师傅的白龙马可快多了。

  孙大圣听到此话,脸上有些挂不住,好在自己的猴脸本来就是红的,一时也看不出来羞赧,暗想自己久不来神州,技术发展得日新月异,齐天大圣在当年可是时代的主角,如今却也跟不上发展了。

  美猴王还在想在何处能扳回一城的时候,车已经停在了一旁。

  司机师傅一边找钱一边继续说道:不过大圣您说的对,我们这车也离不开碳元素,例如这车身虽然是钢铁打造,但也有碳的影子。钢铁铸造、冶炼离不开碳。就连大圣您的如意金箍棒里边也保不齐含有碳元素呢。有书云:棒是九转镔铁炼,老君亲手炉中煅(注3)。钢铁冶炼过程中含有碳元素越高,硬度和强度就越高,但韧性降低。大圣您手中的如意金箍棒,既可以棒打众妖又伸缩自如,不知道其中的锻造配方如何呢。

  “不只汽车的钢铁车架、车身,内部这些设施,也都离不开碳的化合物,以碳氢为主链三大合成材料——塑料、橡胶和合成纤维,也都有我们碳家族的身影啊,这些极大提高了人类的生活水平。小碳接过零钱说道:大圣,我们到您的住处了。

图3

三、 碳的新生

  两人刚下车,就听到不远处有人大喊:抓小偷。说时迟那时快,好个大圣,只见一团金影闪过,兔起鹘落,举手间就已将那小偷踩于脚下。众人见此,无不拍手叫好!

  猴王口中笑道:你这毛贼也敢在俺齐天大圣面前造次!,心中却想这次总算赢回一局。正要寻那小碳,却看到这圆乎乎的家伙正将方才捉小偷不小心撞到的一位骑车人扶起,大圣连忙跳过去作揖赔不是。年轻人拍拍身上的灰尘笑道:大圣别担心,我这自行车是碳纤维制成,比铁轻很多,但强度高于钢,摔不坏的。

  孙大圣听完,双目圆睁,绕着自行车又摸又搬,很是惊奇的指着小碳说道:碳纤维?是否与这小儿也有关系?

  “大圣您说对了,碳纤维其实也是碳的一种化合物,是由片状石墨微晶等有机纤维沿着纤维轴向方向堆砌而成,再经过碳化处理得到的材料,含碳量95%以上,属于新材料,当然与小碳有关了啊。骑车的年轻人说道,并示范一直手举起自行车,看,一只手就可以轻松举起,只有十多斤重呢。

  “大圣,碳纤维是碳家族的新成员,由此制成的碳纤维复合材料重量只有钢铁的的20%左右,硬度却是钢材的10倍。乘筋斗云到机场看到的那些飞机,也有很多部分是由碳纤维制作而成,例如波音777和超大客机A380,都大量使用了碳纤维复合材料,减轻重量,降低油耗,拥有更远的航程。毕竟我们和大圣您不一样,一个筋斗云十万八千里,我们需要飞机才能做更远距离的旅行。

  美猴王方才小露身手,赢会一局,这下又差点丢了回去,甚是懊恼:应该再多些功课才是,不过刚才都是说的碳的化合物,不是说还有单质吗?于是不假思索的问了出来。

  小碳刚要解答,身旁的骑车人插嘴道:大圣,大圣,我能个您合个影吗?征得大圣同意之后,三人一起合影留念,不好,手机马上没电了,我得赶紧发个微博。

  “微博是什么?手机又是什么?没电?俺老孙可以找电母来帮忙!美猴王一直是个热心肠。

图4

  小碳艰难地向孙大圣解释完什么是微博手机等名词之后,又说道:您明白什么是手机之后,可知道石墨烯电池?石墨烯也是碳家族的一员。确切的说是碳单质的一种。

  这猴子今天听了太多新鲜名词,心中喃喃道:又是俺老孙不知道的!,连忙催道:快说、快说!

  “碳单质只是由碳元素构成,没有其他元素,例如纯净的碳单质有金刚石、石墨和富勒烯;含有其他杂质的碳单质有木炭、焦炭等等。石墨烯是碳单质中的一种由碳原子组成的特殊结构,最初与由英国人安德烈海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨材料中剥离而来,只有一层原子厚度的二维晶体,两人因此还获得了2010年的诺贝尔奖呢。小碳从包里拿出来平板电脑,瞧,这图片里就是石墨烯的结构。高导电性、高强度、超轻薄等特点使这家伙成为我们碳家族里的新宠。

图5

  “别小瞧这家伙,石墨烯神通广大。因为只有一层原子,这家伙是世界上导电性最好的物质。在各种塑料掺入一定比例之后,可以提高塑料的导电性,用于制造汽车、飞机和卫星中的零件。科学家们预言,石墨烯复合材料电池将拥有充电时间极短,容量超大的优点。以后我们就不用担心手机没电,充电汽车跑不远了。大圣您说厉害吗?

  “哈哈!果真厉害!尔等家族果真不容小觑!孙大圣拍手称赞,跳上跳下甚是欢喜。俺老孙随师父走了十万八千里,想也是见多识广,可如今真的跟不上时代了。不起眼的小碳也够俺学上一阵子了。

  “大圣,刚才提到的是碳家族的各种新应用,可我们碳家族也有办错事的事情呢。例如,由于过度使用化石能源,使得空气污染加重,给大家生活出行造成了极大的不便,还造成了全球温度升高,给地球生态造成了不小的损害。所以我们碳家族和人类一起正在革新技术,以环保发展的态度来面对未来,号召大家使用绿色能源呢。您也帮我们多宣传吧。

  “这个自然!想不到俺齐天大圣再游神州,遇到这么多新鲜事新技术。小碳,俺老孙不应以貌取人,小看了你。以后俺叫你碳师傅,多给俺讲讲这今朝的科技!这美猴王聪明好学,此番是诚心求教。小碳也不好推辞:大圣,我负责接待您畅游九州,必定知无不言言无不尽。明日咱去参观北京航天飞行控制中心。如今我们普通人也可以遨游九天、畅游广寒呢!

  “要说飞天,俺老孙敢称第二,没人敢居第一,明天俺赢定了!孙大圣犹如孩童一般跳来跳去,迫不及待等着第二天的到来。

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  注1、注2:出自《古代中国人民使用煤的历史》一文,作者:王仲荦,出版元《文哲史》,1956(12):28-34   在李唐一代以及西域各国已经有使用煤炭的记载。

  注3:出自《西游记》第七十五回   作者:吴承恩  (明)

 

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