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認真閱讀下面的文章,，并思考文末互動提出的問題，嚴格按照 互動：你的答案 格式在評論區(qū)留言,，就有機會獲得由商務印書館提供的優(yōu)質(zhì)科普書籍《科學傳奇》一本,。 如果只從標準教科書或高中課程中學習化學，很容易一葉障目不見泰山,。當同齡人剛開始用五顏六色的液體搗鼓有趣的化學實驗的時候,，十幾歲的我就已經(jīng)非常熱愛化學這門學科了。當然,，所有的孩子都想搞一些能爆炸的東西玩,。化學對孩子們有一種天然的吸引力,，因為它自帶爆炸,、閃光、氣泡以及五彩斑斕的顏色,，并且總能用到酷酷的,、形狀復雜奇特的玻璃器皿。此外,，我也碰巧是一個歷史愛好者,。有時讀到有關金屬加工的古老歷史，或原子能,、太陽能電池半導體等更現(xiàn)代的東西時,，很難看出它們之間的共同點——因為學校里教的化學并沒有那么“接地氣”。這便是此文要做的事情,。簡單來說,，應用化學就是混合和分離。我們周圍的世界充滿了不同的元素,，但它們通常以我們不想要的方式出現(xiàn),。比如說巖石富含鋁、硅和鐵,，但它們結(jié)合在礦物里,，沒法直接用,。因此，在實踐中,，化學就是把我們需要的物質(zhì)從無用的東西中分離出來,。這樣的途徑紛繁復雜，以至于我們很容易忽略全局,，沒有意識到這只是分離兩種或多種化合物的另一種形式,。下面，就讓我們在不同的例子中,，更好地了解分離和提純化合物的所有方法,。在討論細節(jié)之前，讓我概述一下總體思路,。把混合在一起的兩個元素分開,，有很多有創(chuàng)意的方法。例如,，如果一個有磁性而另一個沒磁性,，可以用磁鐵；如果一個在加熱時變成氣體,，而另一個不變成氣體,，則很容易將氣體和固體分離；或者一種化合物比另一種密度大得多,，就可以使用人工重力（離心偽力）進行分離,，比如使用離心機。但是如果這些元素是以化學方式結(jié)合的,，那怎么把它們分開呢,？假設你有原子 X 和 Y ，它們被束縛成化合物 XY ,。加熱通常會使化合物分解,。X 元素和 Y 元素從化合物狀態(tài)分離開來，但它們?nèi)匀换煸谝黄?。解決方案通常是加入第三個元素 Z ,。如果 Z 可以與 Y 形成比 X 更牢固的鍵，那么 Y 和 Z 將結(jié)合在一起形成 YZ ,，這時 X 元素可以被單獨保留,。化學鍵的強度決定了你需要加熱到什么程度來將其破壞。因此,，如果加熱到足夠分解 XY ,，但不足以分解 YZ 的溫度,，那么你能夠逐漸提純出元素 X ,。使用溫度計,，你可以確保溫度保持在一個固定值，在這一溫度,，只有一種特定的化合物變成氣體,，而其余的保持液態(tài)或固態(tài)。水中可能混有一些我們不想要的雜質(zhì)化合物,，通過蒸餾的方式可以得到干凈的水,。蒸餾利用的是一種常見的分離技術，即根據(jù)不同的相,，分離兩種化合物,。三種常見相分別是固體、液體和氣體,。不同相的化合物更容易分離,。將水加熱到 100°C 以上時，它會從液體變?yōu)闅怏w（水蒸氣）,。這時,，水從與之混合的東西中分離出來。把水蒸氣引到別處并冷卻,，就能得到干凈的水,。我們將水分離了出來，可能剩下某種固體,，比如說鹽（由氣體和金屬組成的化合物）,。生產(chǎn)酒精時的做法正好相反。酒精的生產(chǎn)常常伴有水的參與,。生產(chǎn)中用酵母和糖最高能得到濃度為 14% 的酒精,，那如何讓這個數(shù)字變得更高呢？酒精的沸點比水低,。因此,，如果將溫度保持在 100°C 以下，則只有酒精蒸發(fā),。然后將其冷卻以回收濃縮酒精,。如果不夠純凈的話，原則上只要重復這個過程就可以了,。鐵礦石和銅礦石不只含純金屬,，通常以 Fe?O? 和 Fe?O? 的方式存在，其中含有我們不需要的氧,。很多情況下巖石里面混雜著根本不含鐵的礦物,，我們就可以粉碎巖石，并按重量分離——重的石頭更有可能含有鐵化合物,。然而,，在化合物中分離氧和鐵還需要化學的手段,。這時“冶煉”就出場了。任何化合物被加熱時,，只要有足夠的熱量,，將它們結(jié)合在一起的化學鍵就會斷裂。因此,，當我們加熱鐵礦物時,，我們會得到鐵氧分離的一鍋“熱湯”。我們不期望的是,，一旦“原子湯”冷卻下來,，它們就會再次結(jié)合在一起。解決辦法是添加一些與氧的結(jié)合力更強的物質(zhì),。例如,，氧和碳成鍵生成二氧化碳（CO?），這一化學鍵非常強,，意味著將原子分開將需要大量的熱量,。
發(fā)現(xiàn)與蒸餾的類同之處了嗎？高溫能將部分化合物轉(zhuǎn)化為氣體,。在熔爐中,，溫度可能足以分解鐵原子和氧原子，但不足以使氧原子和碳原子彼此分離,。因此,，當我們通過高溫將鐵、氧和碳“燴成一鍋湯”時,，碳和氧會結(jié)合在一起,，再也不會分離。我們現(xiàn)在可以像蒸餾一樣去除碳和氧,，因為二氧化碳是氣體,，而鐵是液體。爐渣和金屬就像油和水一樣分層,，于是我們很容易就可以將他們分開,。爐渣是所有我們不想要的東西的混合物——雜質(zhì)。
還有另一種形式的分離,。你知道油和水是如何分層的嗎,？鐵和爐渣也會發(fā)生這種情況。爐渣是鐵礦石中我們不需要的所有其他化合物的總稱,。我們將碳酸鈣（CaCO?）扔進去,，讓它與鐵礦中我們不需要的二氧化硅（SiO?）反應，會產(chǎn)生浮在純鐵之上的爐渣，我們稱之為相分離,。然后可以將爐渣倒出,；因為它比鐵更脆，我們還可以像鐵匠一樣把它敲下來,。即使沒有化學反應，熔煉也可以用于分離,。就像蒸餾一樣,，不同的化合物加熱時的反應不同：爐渣通常比氧化鐵更易熔化。因此,，如果有足夠的熱量,，爐渣會融化并在底部聚集，而氧化鐵則以固體的形式留在頂部,。添加一些輔助物質(zhì)可以也促進這一過程,，通常是可以降低爐渣熔點的石灰石（碳酸鈣）碎塊，使其更易熔化,。離心機可以看做是一個飛速旋轉(zhuǎn)的圓筒,，其中最重的化合物被推到底部，以便移除,。這是另一種機械分離的形式,。
用離心機將固體或較重的元素甩向底部，使其更容易分離,。
因為質(zhì)子數(shù)相同，鈾的各個同位素具有相同的化學性質(zhì),，沒法用化學方法分離開,。中子的數(shù)量決定了它們在核反應中的性質(zhì)，不同中子數(shù)的鈾同位素,，具有非常微小的重量差別,。為了更方便提純，利用鈾原料與氟氣反應生成六氟化鈾（ UF?）：以氣體形式存在的分子相對容易移動,。但是由于質(zhì)量的差別很小,，必須增加離心機的轉(zhuǎn)速，使較重的氣體聚集起來,。就像許多分離過程一樣,，這些操作必須一次又一次地重復。提取出的較重氣體并不是完全純凈的,，因此需要把它們放入新的離心機,，重復離心過程，才會得到我們需要的越來越高濃度的鈾同位素。制造太陽能電池板需要非常純的硅,，而常規(guī)的冶煉操作無法提供足夠的純度,。我們可以參考蒸餾的技巧，以某種方式把我們想要的或不想要的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體,，剩下固體或液體,。通過一些步驟，我們可以將硅 (Si) 轉(zhuǎn)化為硅烷 (SiH?) 氣體,。其他雜質(zhì)不一定會在這個過程中變成氣體,，我們得以將硅從其他雜質(zhì)中分離出來。當然,，之后我們需要將混合物中的氫去除掉,，這種化合物會在高溫下裂解，氫可以被燃燒掉,。將礦物溶解在酸或其他液體中,，可以將其中不同的化合物分離開來。我們想要的化合物可能會溶解,，而不感興趣的物質(zhì)會落到底部被過濾掉,。這就是一些像鈾這種物質(zhì)的加工方法。我們可以使用浸出法從鈾礦中生產(chǎn)低純度的鈾,，俗稱“ 黃餅” (yellow cake),。雖然具體過程不完全相同，但這與從沙子中分離鹽有一些相似之處,。鹽會溶于水,，沙子不溶解，只會沉入水底,。這樣你就可以過濾掉沙子,，然后通過蒸餾來回收鹽。關于將物質(zhì)分離,，我們已經(jīng)談了很多，但有時為了分離,，首先要混合,。例如，如果礦物是大塊固體,，那么它在酸中就會溶解得很慢,；再比如煉鐵時需要石灰石中的碳酸鈣與盡可能多的礦石發(fā)生反應。別忘了,，化學反應只有在原子相互接觸,、發(fā)生相互作用時才能發(fā)生。內(nèi)部的巖石不能與外部的酸直接反應，只有巖石表面才可以,。汽油在內(nèi)燃機中劇烈燃燒也是這個道理,。只有液滴表面的汽油分子才可以與氧結(jié)合，產(chǎn)生熱量,。因此,，汽車發(fā)動機中的化油器的任務，就是制造霧狀的氧,。大量的微小液滴比少數(shù)的大液滴具有更大的表面積,，為迅速反應提供了機會，從而引發(fā)爆炸,。就像碎石的表面積比大卵石大一樣,，制造火藥時我們也需要將原料磨成粉末,，獲得更大的接觸面積來相互反應,，創(chuàng)造許多并行反應來引發(fā)爆炸。于是在化學反應中經(jīng)常會用到漿料（類似泥漿的固液混合物）——粉末與液體充分混合,，能夠讓化學反應更容易發(fā)生,。如何讓氣體與固體發(fā)生反應？只是向一塊石頭噴射某種氣體可沒啥用,。塑料也被稱之為聚合物,，塑料的生產(chǎn)就是將相對簡單的分子鏈連接成較長的分子鏈。將乙烯（C?H?) 氣體鼓進通過裝有齊格勒-納塔（Ziegler-Natta）催化劑及其溶劑的容器,，乙烯分子可以結(jié)合成一條長鏈,。你得到了想要的化合物——聚乙烯（一種塑料聚合物），但隨之而來的是混在其中的許多雜質(zhì),。因此,，接下來等著你的是分離、過濾,、溶解,、干燥等一系列步驟。在實際的化學過程中,，我們很少僅在一個混合步驟或一個分離步驟后,，就能得到想要的東西。無論你使用蒸餾,、浸出,、熔煉、過濾,、離心還是化學反應,，你更容易得到一些不需要的化學物質(zhì)。要想只留下想要的物質(zhì)，需要使用許多不同的分離步驟,。復雜之處就在于,，通常執(zhí)行一種特定的分離操作需要先進行某種混合。因此,，生產(chǎn)任何東西實際上都是不斷地進行各種各樣的分分合合,。化學過程看起來千頭萬緒、難以理解,，但它們基本上都是混合與分離,，只是用到的工藝方法不同。一個宏觀上看起來是分離的操作,，其實可能是很多細小的混合和分離步驟的總和,，而這些小步驟甚至還可以做進一步細分。讀罷此文,，無論是金屬冶煉,、釀造、煉油還是聚合（塑料生產(chǎn)）,，利用上述的框架,，您都能對所涉及的化學過程有一個更好的了解。
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