水的另外一种形态
在任何一本教科书里都这样写道：水是一种化合物，它的分子式是H2O。可是，人们果真知道水是什么东西吗？其分子式对不对？有一点很清楚，水的分子式被人们简单化了。人类受到汪洋大海的包围，而海洋是如何形成的，海洋水到底是什么物质，我们都还茫然无知。古希腊的哲学家们看到流水源源不断，就得出结论说：水同土、空气和火一样，也是一种元素。地球万物都是由这四种元素构成的。哲学家们的说法堪可称为超群的见解，直到17世纪以前，人们始终觉得他们的说法无懈可击。在1770年以前，人们把气体混合物的爆炸视为壮观的景象。点燃氢和氧，燃烧后自然生成了水。可是当时没有谁留意到进行这种反应时生成的那一点水分。人们只顾争论水能不能变成“土”的问题了，为了观察水能不能变成土，天才的法国化学家安图安·罗兰·拉瓦锡用三个月的时间，连续做着水的蒸馏试验。当时，以毫无根据的假设为依据的“燃素说”，由于受到名人的推崇而名赫一时，它阻碍了人类认识的发展。“燃素说”论者认为，燃烧着的物质能够释放出“燃素”。尽管这位拉瓦锡已经发现了金刚石是由碳组成的，还分析了矿泉水的成分，但他却信奉着“燃素说”。詹姆斯·瓦特这位工程师和蒸汽机的发明家，最先认清了水的本质。他虽然不是化学家，也没有进行过相应的试验，但他却不固守偏见。詹姆斯·瓦特于1736年生于苏格兰，他在各个方面都表现出了出众的才华并取得了杰出的成就：制成了数学运算器、天文仪器、蒸汽机的模型。他热衷研究着技术上的新方向——后来得名的工艺学。瓦特成功地发明了完备的蒸汽机，但是关于水他也许只懂得由水可以制取蒸汽。恰恰由于不受偏见的束缚，瓦特才最先意识到自己的同时代人所进行的试验的意义所在。1783年4月26日，他在给J·波里斯特利的信中写道：“难道不应当认为水是由燃素（氢）和非燃素气体（氧）组成的吗？……”他的说法得到了人们的支持。英国的学者对他的发现笃信不疑。是年7月，一个年轻的助手作为科学小组的成员访问了法国，并将瓦特的新见解告诉给了拉瓦锡。拉瓦锡重新做了主要的实验并领悟了这一发现的重大意义，当即将实验结果上报给了法兰西科学院。在报告中他对英国学者的研究成果只字不提。结果，拉瓦锡在欧洲大陆上获得了头功，赢得了盛名。围绕发明优先权属于谁的“水之争”从此开始，持续了几十年。瓦特早在1819年去世，到1835年他的发明优先权才得到了最后的确认。当时，革命的风暴正在震撼着欧洲，1794年5月8日，拉瓦锡这个皇家税务总监被送上了断头台。战争爆发，帝国瓦解，学校和教学计划都重新改组，但除了瓦特的发明外，并没有产生任何新的东西。其实，水完全不是发明家瓦特所说的那种简单的化合物。事过二百五十年，人们才逐渐看到，在正常温度下并不存在水的单个分子，虽然可以无可置疑地说水属于流体，但它却具有固定的结构，一定量的H2O合成了井然有序的浓缩物。水是彼此呈晶型聚合的H2O集团组成的液体。要具有一种液体能够溶化“水的晶体”，如同溶化盐和糖那样，人们就可以更细致地研究水，那该多好！然而谁也没有找到这种液体。时至今日科学家们还在猜测着：水的晶体里是由八个还是十二个、或者三百个单个的H2O组成？也许是由大的或是小的集团组成？难道水的组成取决于水的温度吗？哪些测定方法令人置信？科学家们相信“精诚所至，金石为开”，水分子的奥秘终有一天会被揭开。为此，他们付出了更多的努力。1970年，物理化学家鲍里斯·捷利亚金提出了不同以往的“聚合水”的新理论。捷利亚金用石英毛细管冷却水蒸气，实验显得平淡无奇。实验中他似乎觉得自己制得了从未见过的一种新的水。这种水的比重比普通水重40％，在-40℃温度下凝结成玻璃状的冰。科学家们以为聚合水是实验纯度不佳、做法错误出现纰漏的产物。后来，当各国报界对“聚合水”纷纷进行报道的时候，捷利亚金的发现才引起科学界的重视。理论家们开始感到，电子计算机的运算和某些原理可以证实聚合水的存在。人们又去做实验，竟真有人发现捷利亚金的结论是正确的！水确实存在着一种新的形态。于是，西欧的学术刊物用大量篇幅报道了聚合水。对于聚合水的存在，有人狂热地支持，也有人激烈地反对。人们凭常识就可以解释聚合水的产生：像塑料中无数单个的分子能够形成聚合物，乙烯的分子能够合成聚乙烯那样，水的分子聚合形成聚合水——道理何其浅显！或者并非如此？初看起来，科学家们可以通过实验轻而易举地解决这场“简单的”争论，其实谈何容易！如果准确地按照捷利亚金的方法进行实验，所得结果就与捷利亚金的相同；一旦实验稍有改变，其结果就完全各异，甚至截然相反。人们因此不得不采取了折中的解释：如果水放置在毛细管里，那么就能产生一层特殊的水，具厚度为千分之几毫米，它便是水的特性现成因。1973年夏，来自各国的科学家聚会马尔堡这座规模不大的大学城讨论水的问题。大会学术论文业已安排就绪，会刊又发表了其他学者对新型水的研究成果。不料突然从莫斯科传来消息说，捷利亚金已经放弃自己原来的观点，他以为自己的发现与水的结构可能毫不相干。在科学上这种情况屡见不鲜。在学校教科书里，并没有花费笔墨去描写探索真理的复杂而又矛盾的过程。时至今日，聚合水的争论也没有就此而止。测定的结果依然无法解释。我们期待着这个难解之谜早日被揭开。
放射性元素之谜
能释放出高能粒子和射线的元素，化学中称之为放射性元素。放射性元素通常都应用于军事领域和医疗领域，产生的效果十分明显，起到的作用也很巨大，如我们熟知的原子弹主要成分“铀”就是一种放射性元素。放射性元素是化学中重要的一部分，那么放射性元素是如何产生放射效果的呢？至今仍然是一个未解之谜。在自然界或科学实验中，有一些原子是极不安分的，它们能够自发地产生变化，有高能粒子或γ射线光子从它们的原子核中逃掉。由于原子核中的粒子数的减少，因而这种原子就变成了另外一种原子，而属于同一种元素的原子可以称为这种元素的同位素，这种能够从原子核释放出高能粒子和射线的原子，我们一般称之为有放射性的原子。由这种原子构成，或由放射性同位素所组成的元素，就是放射性元素。放射性元素一般分为两类：天然放射性元素如铀、钍、锕等；另外是人工合成的人工放射性元素，如钷、锔、锝等。化学元素周期表显示的情况表明，在已发现的107种化学元素中，排在靠后的基本上都是放射性元素，并且以人工合成的放射性元素居多。另外一些本身并无放射性的元素，其同位素却具有放射性，这类放射性同位素也占有相当大的比重。放射性元素都具有一个相同的特点，那就是，其原子不断进行变化并释放高能粒子和γ射线，这种变化根据自身元素的不同，时间则长短不一，长者可达数亿年，短则仅仅为几千分之一秒。因而，我们对于这种放射性元素的寿命很难估测，在化学上通常采用一种称为“半衰期”的计算方法，就是一种元素其衰变为原一半所需的时间。这种半衰期的测定既复杂、又简单。说其复杂，包括对元素内部原子活动情况的测定，这种原子发生变化可能是瞬间完成的，也可能需要很长时间，所以其原子变化是较难观测的；说其简单，就是当原子发生变化后，则很容易计算出其整体变化。放射性元素放射性元素的半衰期实际上就是对于该元素的稳定性的一种制定。如钍323这种同位素的半衰期为140亿年，所以无论从宏观还是从微观来讲，几乎与非放射元素一样具有着较高的稳定性。而氦5这种同位素，其半衰期仅仅有一千亿亿亿分之一秒，因此人们是很难看到它的存在的。放射性元素最早是法国物理学家亨利·贝尔勒尔于1896年发现的，从那时起，人们就开始探索放射性元素为什么会有放射性。目前研究结果使人们对此有了大概的了解和认识，一般元素其原子核中有84个或多于84个质子的元素都是放射性元素。在原子核中，质子是带有正电荷的，根据库仑定律，“同种电荷相互排斥”理论，这种质子之间的相排斥力使得原子核结构很不稳定，因而，只有放出带正电荷的质子才能保持稳定状态。当质子被释放后，其原子核中质子数目减少，因而就变成了另外一种元素。一种元素是否稳定，主要取决于原子核内的中子与质子数值的比，即n：p。这个比值太大或太小都是原子核不稳定的因素所在，通常认为在1.2：1~1.5：1的范围内，是元素稳定的条件。对于放射性元素为什么会通过释放质子或捕获电子来达到这种原子核的稳定状态，以及为什么n：p在1.2：1~1.5：之间，元素才具有稳定性这一现象，目前还无法准确地回答，还有待于科学家的努力。
居里夫人“海水提铀”的设想
铀是制造原子弹的主要原料，也是未来能源开发中最具潜力的物质之一。因此铀的提炼来源成了现代人关注的焦点。人们都知道，天然的铀矿和煤矿、油田一样是有限的，有一天就会被人们开发完。找到丰富的铀来源成了众多武器大国和能源消耗大国需要解决的问题。有些科学家提出了海水中提炼铀的方法，这种设想是否能成功呢？铀作为一种放射性化学元素在国防、工业、科研中有着极其重要的地位。由于其核裂变时能释放巨大的能量，从而成为核武器的主要原料。
核能
随着人们对于铀的认识由过去的单一性向多元化转变，从而更加重视起了对铀的开发和利用。目前全世界拥有核武器的国家很少，而核工业国家却不断地发展，核能也由单纯的军事型转变为民用型，核电站就是这种转化的典型代表。目前世界上各国的核电站原料能源大都采用铀。因而人们从以往的淘金热，变成了淘铀热。据科学家分析，全球陆地上的铀矿总和约可产铀250万吨，也就是说，如果全世界都采用铀为原料制造核武器、核电站以及航天、航海中应用核燃料的话，那么用不了多长时间，大陆上的铀矿就会被开采一空，而为之所建立的一切设施将变成一堆废钢铁。专家们又提出，铀在海水中的总量超过陆地总量的一千五百多倍，这无疑为有核武器、核工业的国家注入了一针强心剂，于是人们便开始了海中寻铀的艰难工作。在人们头脑一阵发热之后，才慢慢地发现，这是一场多么艰难的工作呀！铀在海水中的浓度仅为十亿分之三，也就是说，一千吨海水中仅含有三克铀，铀存在于海水中的三碳酸盐复合物中。人们在处理了大量海水之后才发现，从海水中提取的铀所能释放的能量仅仅相当于或略高于将其从海水提取过程中所消耗的能量，这未免有些得不偿失了。于是科学家们又开始探讨新的方法，以减少耗能而获取更多的铀。美国科学家们用有机树脂分离海水中的铀与几种其他金属，在实验室研究中获得了成功，但是由于有机树脂的吸附率较低而大量生产成本较高，很难在实际工业中应用。后来，又经过长期地探索，终于发现了一种较为理想的新的铀吸附剂——水合二氧化钛，并且就此而研制出了一套以二氧化钛为基础的海水采铀的技术。在这众多的研究大军中，我国科学家们为此做出了重大贡献。他们研究发现，氧化铝、氢、氢氧化铁和氧化锌的吸铀能力最强，并且已在实验中得到证实。如果在实际工业中能够得以应用的话，那么提取铀的成本将大大下降，这无疑为海水提铀工业做出了巨大的贡献。另外，国外一些研究机构，也发现了较为经济简便的抽铀方法，他们研制开发了一种负离子交换剂，其吸附铀的效果也十分显著，在实验室中的表现上乘，但是在利用潮流的海水实验中，却令人失望。如想突破这个大关，尚需要另外研制一个与之完全不同的抽铀工艺流程。总之，“海水提铀”的设想是伟大的，而完成这个设想是极为困难的。目前世界上有数以千计的科学家和研究小组，仍在不懈地努力着，或许会有一天，“海水提铀”不再是一个神话，但现在我们只能将其列为一个尚未解开的谜。
探索生物导弹之谜
战争所应用的导弹之所以能够准确地击中预定目标，是因为其弹头上装有一种先进的制导系统。据专家的报告，一枚优良的导弹，能够在几千公里以外发射而击中预定目标，误差范围不超过15米。这种现代化的高精尖技术，遗憾地被用在了屠杀生命上。而生物导弹与之相反，是用于解救人类的生命。在海湾战争中，爱国者与飞毛腿展开了一场导弹大战，令世人瞩目。导弹作为现代化战争中一种必不可少的武器，正日益受到广泛关注。
