氧化钙和水能发生化合反应,生成氢氧化钙,这是我们在九年级化学中学到的一个基础反应,化学反应方程式如下:
很多人可能在小学时就背诵过上面这首诗,它与文章开头的反应有非常密切的关系,少数没背过这首诗的人,大概率也都听过。
不过,了解化学史的人可能知道,近代化学大概起源于公元16世纪,而这首诗的作者于谦则是明朝人,活跃于十五世纪中前期。
最重要的是:直到年,钙才被确定为元素,也就是说在于谦生活的年代,不可能有“氧化钙”这样的名字。
在我们中国,生产并使用氧化钙的时间,可以追溯到距今多年的龙山文化时期,顺其自然就出现了问题,就是:在钙元素被命名为钙以前,准确地说是:在钙这个名字传入中国以前,钙和钙的化合物叫什么?
而这个问题的答案,就包含在于谦的这首诗里。
我们先来分析一下诗里涉及的物理、化学现象:
第一句,千锤万凿出深山
就是用锤、凿等方式把石头从山体上分离出来,并加工成便于运输的大小和形状,这个过程中只有物理变化;
第二句,烈火焚身若等闲
这个过程就是指现代化学中的煅烧,石头的主要成份是碳酸钙,碳酸钙在摄氏度左右会分解成氧化钙和二氧化碳,这也是现代工业生产二氧化碳的主要方法之一;
第三句,粉骨碎身浑不怕
这是说石头被煅烧后会碎裂、变成更小的块,但不会直接变成粉状,市场上的粉末状氧化钙是经过研磨的;
最后一句,要留清白在人间
一语双关,利用了氧化钙是白色的物理性质,属于文学上“借物言志”的写作方法。
实际上,不管是碳酸钙、还是氧化钙和氢氧化钙,都是白色的,生活中我们见到的这些物质之所以没那么白、甚至可能会发灰,主要是因为含有不同程度的杂质。
接下来,我们前面提到的“命名”问题。在人类历史上,火的使用具有极其重要的作用和意义,在古代社会,人们使用的燃料,主要是煤、木柴、干草等,使用过这些燃料的人都知道,它们燃烧后都会留下灰:煤燃烧后留下的东西叫煤灰,木头燃烧后留下的东西叫做木灰,草燃烧后留下的东西叫做草灰,农村经常说的“草木灰”就是“草灰”和“木灰”的合称,而且在农村,基本上不区分“草灰”和“木灰”,一般都叫做“草木灰”。
参照以上生活经验,古人把石头“燃烧”后留下的东西叫做石灰,虽然石头不是燃料,
但是石头经过“火烧”后会发生质变,虽然古人可能不清楚火烧前后石头究竟发生了什么变化,但是石头经火烧后,颜色、硬度等物理性质都发生了明显的变化,而且石头不溶于水,而经火烧后的石头却可以与水发生剧烈的反应,据此可判断出:经过火烧后的石头,已经不是原来的石头了。
这是因为石灰能与水发生反应,也就是本文的主题:氧化钙与水的反应,而这个反应又会放出大量热:每56克氧化钙与足量水发生反应,能释放出65.2千焦热量;运用初中物理的相关知识可以计算出来,这些热量可以把大约克液态水,从零摄氏度加热到摄氏度;
如果加上发生反应的水的质量,在标准大气压下,氧化钙至少能将3倍于它自身重量的水加热到沸腾。
把水和氧化钙混合起来看到的现象,类似于大家在煮粥时看到的现象,但前者更剧烈、也更具危险性。
我们都知道:食物经过加热、煮沸后会变熟,据此,古人把加水后的石灰叫做熟石灰,把原来的石灰叫做生石灰以作区别。
可能很多人都知道:石头又可以分成石灰石、花岗石等,从名字里,我们几乎可以断定,石灰石是自然界中生产石灰最好的原料。
学过初中化学后,我们知道,氢氧化钙能与二氧化碳反应,也就是说:碳酸钙经过一圈、三个反应,又变回了碳酸钙。不过,稍加思考,大家就能明白:这个过程不仅把碳酸钙提纯了,而且通过中间产物氢氧化钙,人们可以更方便地利用碳酸钙。
氢氧化钙微溶于水。20摄氏度时,虽然每克水中,最多只能溶解0.克氢氧化钙,但这足以把氢氧化钙和原始石料中的杂质分离开来。氢氧化钙加水后,分上下两层,上层水溶液称作澄清石灰水,下层悬浊液叫做石灰乳或石灰浆,这样就能把不溶于水的杂质分离出来。
澄清石灰水可以用来检验二氧化碳,石灰乳则可以作为建筑材料,既可以把石灰乳与砂子、水混合制成石灰砂浆,也可以直接把石灰乳刷到墙上,人们利用碳酸钙为白色的性质、可以增加室内的明亮程度。
不过现代社会,这些古老的用法差不多都被淘汰了,石灰砂浆逐渐被性能更好的水泥砂浆取代,而石灰乳则被乳漆取代。