世界上有成千成万种不同的东西:木头啦、砖石啦、钢铁啦、空气啦,等等。它们有极不相同的性质和用途。
但是,化学家们却告诉我们,构成世界上成千成万种不同东西的基本物质只有一百零几种,这一百零几种的基本物质(有十几种还只能用人工制造)叫做化学元素。
在一百零几种的化学元素当中,碳要算是最奇怪、最有趣的一种了。它能和许多别的化学元素化合到一起,形成几百万种复杂奇妙的化合物!
几乎所有有生命的物体内的物质,都是含有碳的,我们把这种含有碳的化合物叫做有机物。
曾经有人估计过,在现在活着的动植物有机体里,碳的含量大约有七千亿吨!
前面已经说过,有一种简单的分析煤的成分的方法,叫做工业分析法。工业分析的结果,我们找到了煤中水分、灰分、挥发物和固定炭的含量。
还有一种分析法叫元素分析法,元素分析的结果应该告诉我们,煤是由哪些基本的化学元素构成的。
化学家告诉我们,煤中含有大量的碳。这些碳不是单独存在的,它和煤中其他的元素结合到一起,成了许许多多复杂的化合物。这些化合物有这样多,以至直到现在我们还只能知道煤的构成的大概情况。
除了大量的碳以外,煤中还含有许多别的化学元素,例如氢、氧、氮、硫等等。
碳、氢、氧、氮、硫五种元素加起来,共占煤的成分的百分之九十五以上。
这五种化学元素的性质,差不多在每本化学教科书里都可以找到。
你见过金刚石吗?那种被人们叫做“钻石”的金刚石,有特别的、透明的、亮亮的光泽,任何石头、任何天然和人造的东西,都没有金刚石那样坚硬。
可是你知道吗,金刚石就是一种最纯的透明的结晶碳!
自然界中还有另外一种碳,这种碳叫做石墨。软而色黑的石墨是制造铅笔的原料。
至于木炭,那你一定很熟悉。木炭的主要成分也是碳。
碳这种元素的性质,我们看看金刚石、石墨和木炭就知道了。
氢是一种无色无臭的气体,它很轻,同样体积的氢气和空气,氢气只有空气重量的十几分之一。把它装进气球里,气球就会飞升到空中。
氧和氮也是无色无臭的气体,氧能助燃,可以供人呼吸,而氮气没有这种本领。我们周围的空气,就是由五分之一的氧气和五分之四的氮气组成的。
至于硫,是一种可以燃烧的黄色的固体。
你看,组成煤的这些化学元素和煤本身有多么大的差别啊。但是这是事实,煤的确是由这许多元素组成的。原来经过化学上的所谓“化合作用”以后,组成化合物的元素都已经“面目全非”了。
为了进一步认识煤,需要确定煤里含的各种化学元素的多少。
化学家们完满地做到了这一点,他们仔细地分析了煤的组成,精确地测定了各种元素的含量,并且用它和别的东西进行了比较。当他们把煤和木材进行比较的时候,得到了下面很值得注意的结果:
一百公斤煤当中,平均含有八十二公斤碳,四点五公斤氢,十二点七公斤氧,零点八公斤氮;
一百公斤木材当中,平均含有五十公斤碳,六公斤氢,四十三公斤氧,一公斤氮。
这里我们没有提到硫等别的元素,因为它们在煤和木材里面的含量太少了。
这个有趣的比较告诉我们,煤中的元素的种类和含量非常近似于木材,木材和煤相比,只是少含了一些碳,而多含了一些氧。
化学家们于是证实了前面地质学家提出的结论:煤是由植物形成的。古代的植物在一定的条件下,经过各种各样复杂的变化,失去了一部分氢和氧,因而相对地大大增加了碳元素含量——这就是木材和煤中这儿种元素的含量并不完全相同的道理。
这就是“太阳石”这个名字的由来
是什么东西推动着火车轮船前进的呢?
“是煤,是蒸汽。”很多人一定会这样回答说。
“不!是太阳,是千万年以前的太阳光!”——如果有人这样回答这个问题,那一定会使很多人感到惊异不止的。
用不到惊奇,这的确是事实。
不错,是煤的燃烧使水变成蒸气,是蒸气的力量推动着火车轮船前进。但是人们要问:“煤里面的能量是从哪里来的呢?”
回答看来只能是这样:煤既然是由植物变成的,那么煤里面的能量当然就是从植物那里来的了。
可是人们还要追问:“那么植物又是从哪里去获得这些能量的呢?”
关于这个问题,就需要请我们的植物学家来解答了,他们对植物的生活比谁都了解得清楚。
不论花草还是树木,凡是植物总是由幼苗逐渐发育成长的。植物越大,储藏在它里面的能量越多;植物成长的过程,也就是它储藏能量的过程。我们问植物里的能量是从哪里来的,实际上也就是等于说:“植物是怎样发育成长的?”
春天到了,我们抬头望一下窗外,屋子外边长满了各种各样的花草和树木,数不清的绿叶在微风的吹拂下轻轻地颤动。植物学家说:“因为植物叶子里有一种名叫叶绿素的小颗粒,所以才显现出苍翠碧绿的颜色。”
小小的叶绿素和整个植物的生活有极密切的关系。因为叶绿素有这样一种特殊的本领,它能够通过叶片上千千万万个气孔,从空气当中吸收一种名叫二氧化碳的气体。它同时又吸收大量的太阳光,依靠太阳光的能量,叶绿素截留了,二氧化碳气体中的碳,加上植物根部送来的水分,把它们改造成了植物生存所需要的东西——淀粉,再进一步把淀粉变成葡萄糖,变成蛋白质和脂肪,然后输送到植物的其他各部分去。
这个奇妙的变化过程,在植物学上叫做“光合作用”。只有叶绿素才具有进行这种“光合作用”的本领。有了叶绿素,植物的每片叶子才能变成一个“制造生命的工厂”。
但是,要是没有了太阳光,结果会是怎样呢?
太阳光是“制造生命的工厂”里的原动力。在植物叶子进行“光合作用”的时候,大约要吸收射到它上面的太阳光能量的百分之四十。要是没有了太阳光,这些“制造生命的工厂”就只好停止生产。
“光合作用”的结果是产生淀粉、糖类等有机物,这些有机物构成了植物的组织,而大量的太阳能也就在这些植物组织中被保存了下来。
以后,植物组织变成了煤,这些被保存下来的“凝固”了的太阳能也跟着转到了煤里。
现在让我们来总结一下这个变化吧。植物叶子吸收了空气中的二氧化碳,截留它里面的碳而放出氧气,并依靠太阳光的能量使碳和根部送来的水分起变化成了复杂的有机物。在这个变化过程中,参加变化的东西是二氧化碳、水分和太阳光,变化以后生成的东西是植物的组织和氧气。
植物的组织变成了煤,煤在燃烧的时候,发生了另外一种变化:煤里面的碳和氢,分别和空气中的氧结合,结果生成了二氧化碳和水分,同时放出大量的热量。在这个变化过程中,参加变化的是煤和氧气,变化以后的产物是二氧化碳、水分和大量的热。
现在你看,这多有意思!这两个变化不正好是一正一反吗?变化的前前后后,始终是那几种东西。只是在第一种变化——植物组织的形成过程中,吸收了大量的太阳光;而在第三种变化——煤的燃烧过程中,放出了大量的热。既然是植物的组织变成了煤,那烧煤时放出来的热量,不就是千万年以前植物所吸收的太阳光吗?
怪不得有人把煤叫做“阳光的仓库”。今天我们开采煤矿,利用煤来燃烧发热,实际上就是解放几千万年甚至几亿年以前储藏在植物组织里的太阳光,使这些太阳光出来为人类造福!
说到这里,你对“太阳石”这个名字的由来也一定完全明白了。
影子的故事萧建亨每天,当你和同学们背着书包一同上学的时候,你注意过你的影子吗?有时,我们不是一边走着一边互相踩着影子闹着玩的吗?有人认为,影子被人踩着了要倒霉的。当然,这都是迷信,不过,关于影子,倒真有许多故事可以说一说的。