话说活性炭.doc

前面我们已经介绍过了活性炭,这种防毒卫士,知道了它具有消毒、除臭的功能。这里我们再来谈谈这种神通广大的物质,看看它究竟是怎样除臭、消毒的。在生活中,我们常常会遇到冰箱中那股惹人厌恶的臭味儿,但只要我们放进去一个装有活性炭的口袋,就会很快把臭味去掉,这的确是一个简便而易行的方法。实际上,除臭只是活性炭广大神通的一个部分,下面,让我们来看看它其它的“魅力”。活性炭不但具有上面“捕捉”“臭味”的效能,而且把它装进防毒面具里还能用它来“捕捉”毒气。做过有机化学实验的人,都会有这样一种经验,即当化合物由于被弄脏而着色时,只要向这些化合物的溶液中加入一些活性炭,然后再加热煮沸一下,就能很彻底地去掉带进来的颜色。所以,活性炭对液体也能起作用,这也能“捕捉颜色”。同样,当有些化合物由于发粘而显得很脏时,还能用活性炭来“捕捉”引起污染的“粘性”。此外,如果排放出来的水中混进去脏东西,只要让水流过一根装有活性炭的管子,就可以把水“精制”成相当于饮用水的净水,即它还能“捕捉”“脏东西”。尽管我们无法一一列举出活性炭丰富多彩的作用,但是它们都有一个共同的特点,就是能“捕捉”和除去那些不需要的“混杂进来的东西”。实际上,在我们的身边,还有许多具有活性炭作用的物质,如纤维素、粘土都具有类似的作用。就“颜色”而言,人们都知道,如果把碘加到淀粉中,碘的褐色就可以被淀粉给“夺走”变成蓝色。带有粘性的烟油(即旱烟袋上的烟油),很容易用烟卷上的过滤嘴把它去掉,也可以使用环糊精—一种分子量不太大的糖类把它除去,即具有“捕捉”“无用杂质”作用的“东西”,实际上种类是非常多的。这种“东西”即包括了上述分子量为1000左右的环糊精类的“功能性”分子,甚至也包括了一些现在已经知道的具有同样功能的分子量更小的有机化合物。总的说来,仍然是以天然的高分子化合物为主。无论分子量的高低,它们都是一类“分子”,因此,如果这类分子“遇到”其它的分子,它们就会判断出来,这是不是那种不需要的“混杂进来的东西”,就是说这里出现了物理化学中讨论的“麦克斯韦魔鬼(Maxweudemon)”的行为,是极其不可思议的。要想实现上述那种行为,“魔鬼”就必须带有一定的自由能,譬如说,带着进行区分辨认时所必要的信息(负熵)。掌握有这一信息的“魔鬼”化合物,就具备了“捕捉”“混杂物”的能力自由能的减小,等于体系在等温等压可逆过程中所作的最大有用功,当减至最小值时即达平衡。故能分离气体(吸附)的物质,应当给出较高的自由能。自由能(G)和熵(S)之间具如下的关系式:G=H(焓)-T(绝对温度)So,但是使分子拥有这种信息的最简单方法,是提高它的分子量,使之成为高分子化合物。活性炭当然是一种高分子化合物,因此它带着“捕捉”的信息。当然,它“捕捉”的时候,并不仅限于捕捉“不必要的杂质”,也可能“捕捉”非杂质。然而,即使是有少量的非杂质被“捉住”,也不会对整体带来任何影响。反之,由于混入杂质的量毕竟是很少的。所以只需要有少量杂质被“捉住”,杂质就会在整体中显著地减少。例如,在溶有少量有色杂质的溶液中,溶液本身所含的溶质(即非杂质的量)是大量的。如果用活性炭处理这种溶液时,虽然有色杂质和非杂质都能被活性炭的“活性中心”(携带有信息)所捕获,收率这时当然有所下降,但是有色的杂质则几乎全部被除掉。从这个意义上讲,各种各样的高分子天然产物,其中包括: