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无坚不摧的气体之一:最怪诞的气体

作者:- 文章来源:- 点击数:123 更新时间:2017/5/4 7:28:45

  来源:大科技公众号

  现在世界上出现了一些匪夷所思的气体,这些气体无法用现有的科学理论去解释,但它们却已经被人们开发利用了,这里介绍其中两种奇异的气体。

离奇的“三昧真火”离奇的“三昧真火”

  氢气燃烧会放出很多热量,用它烧水,发电,开汽车……都可以。但是,有一种也是氢组成的气体,虽然燃烧很剧烈,但人把手放在火焰上方却不会被烧伤,如果用温度计测量紧紧靠近火焰的区域,温度计的刻度只指示127℃!如果把一壶水放在火焰上方,无论烧多久,都无法烧开,因为127℃的空气传给水的热量极少。若有人着急,把水壶底直接接触火焰,糟了,没有几秒钟,水壶竟然被烧穿了!

  真是怪了,不烧手的火焰怎么会把水壶给烧穿呢?原来,火焰外面虽不烧手,火焰内部的高温却足以把所有金属熔化,连熔点最高的钨都会化为一缕青烟!一般的温度计无法测出火焰内部的温度到底有多高,因为温度计放在火焰内部也很快就不见了。据估计,火焰内部的温度达到了太阳表面的温度6000℃!但最高能达到多高,至今还没有人能测出来,甚至有人估计,达到8000℃都有可能!厉害啊!

  看着烧穿的水壶,水全部漏了出来,浇到火焰上,但这火焰照样还在熊熊燃烧!至此,你会感觉这火神奇得有些恐怖,它像是西游记里面的火焰山之火,不怕水;它又像太上老君的“三昧真火”,可以把真金都能熔化!

  这种怪气体到底是什么东东?细说起来,更是神奇得让人不敢相信。这火焰也是氢氧组成的气体燃烧形成的,只是这不是一般的氢气与氧气组成的气体,而是一种至今还说不清的氢氧气体!

  它的来历是这样的。1960年代,保加利亚电气工程师耶尔·布朗在电解水时发现一个异常的现象:正常的情况是2个水分子被电解生成2个氢气分子和1个氧气分子,如果是1升水,那么在正常情况下电解出的氢气和氧气在标准状态下就会有933.3升。但是,他测量电解出的气体体积,却发现1升水生成了1866.6升的气体,整整增加了1倍!这意味着什么?意味着2个水分子被电解生成4个氢分子和2个氧分子!这怎么可能?但这确实在现实中发生着,现在任何人都可以用布朗电解水仪器得到双倍的这种气体,由于水被电解不可能产生其它元素,所以这种气体很可能是一种氢氧混合气体,为了便于称呼,人们就把这种怪异的气体叫做“布朗气体”。

  上述离奇的火焰就是布朗气体通过喷嘴燃烧而产生的。

原子组成的气体原子组成的气体

  这种气体和火焰真的存在吗?以前有一位澳大利亚机械制造企业的总管听闻之后,很是不屑。他认为氢氧混合气体不可能具有上述那种怪异的性质,至于水能分解出两倍氢氧气体的说法,他更认为是天方夜谭。但是,当他亲自用布朗电解水仪器进行了验证后,不得不信服。但他同时也是满脸困惑,不知道为什么会这样?

  不知有多少科学家由不相信到相信,再到困惑不已。也有很多研究者总想一探究竟,弄清楚布朗气体到底是怎么回事。经过研究,他们得出的结论是,这气体不再是正常的氢气和氧气混合而成的气体。但是水电解产生的气体只能由氢和氧构成,所以这种气体应该还是氢元素和氧元素组成的。也就是说,水电解产生的是单个的氢原子和单个的氧原子,而不是两个原子组成的气体分子。氢气和氧气都是分子组成的,而布朗气体很可能是氢原子和氧原子组成的。这样,布朗气体就会比氢气、氧气之和数目多一倍,体积多了一倍。

  这么推测倒是很有可能。那么这个过程是怎么回事呢?研究者认为,在电解水的过程中,水分子被电解成单个的原子,正常情况下,这些单个的氢原子和氧原子会在电极上组合成分子,变成气泡跑出来。但在高电压的特殊情况下,单个原子的能量太高了,不“愿意”组成分子,就孤身跑了出来。于是我们就收集到了由原子组成的布朗气体。

  这个过程听起来很有道理,有什么证据呢?它们的体积正好是分子气体的2倍,这是一个证据,还有没有别的证据呢?有!4克氢气与32克氧气燃烧,最多放热115.7千卡,而36克布朗气体放热却是442.4千卡,这个热量正好是4克氢原子与32克氧原子燃烧放出的热量!

  由这些证据,布朗气体就被认为是氢原子与氧原子混合而成的气体了。但是人们无法想通的是,布朗气体是比较稳定的,可我们都知道氢原子和氧原子都是极其活泼的原子,这么活泼的原子们呆在一起为什么能和平相处呢?很多研究者也一直在研究这个问题。

遇强则更强遇强则更强

  分析了布朗气体的组成,那么我们能否解释它为什么燃烧时具有异常怪异的性质呢?

  我们遇到的氢气、天然气、煤气等所有的燃料气体燃烧时,都可以测出火焰能达到的最高温度,最高也就2000多摄氏度的样子。但是布朗气体的火焰所达到的温度却与被烧灼的物质有关。

  什么意思呢?举例来说。用同样的布朗气体火焰来分别烧灼铝和钨,它可以把铝加热到熔化,也就是达到660℃,之后温度就不怎么上升了。而对于水,布朗气体更是“不忍心”加热,即使让水直接接触布朗气体火焰,水温也不会升高多少。但是在钨身上,布朗气体火焰却可以达到大约6000℃,直到把钨升华(从固体变成气体)殆尽!如果是熔点更高的物质,布朗气体火焰达到的温度还会更高!因此,至今,人们也不知道布朗气体火焰最高温度能达到多高。

  好像布朗气体能把物体加热到多高与物体自身的熔点有关,这是为什么?研究者也无法给出确定的答案,他们只是推测,这很可能与物体表面吸收氢的能力有关,像铝等金属,吸收氢的能力较弱,因此被加热时,不会达到很高的温度。

  但是耐火砖、金属钨等物体被布朗气体的火焰触及的部位会很快烧灼出一个亮点来,继续加热,耐火砖会被烧出洞,钨则直接就被蒸发掉了。究其原因,可能是布朗气体中的氢容易被耐火砖或钨吸附,因此容易达到更高的温度。

  但是为什么布朗气体的火焰能够达到6000℃的高温,目前谁也解释不清。

  焊接和切割的高手

  虽然关于布朗气体的谜团还没有完全搞清楚,但是由于它神奇的功能,已经在很多领域得到应用,它的神奇正在被越来越多的人所认识,它也越来越引人关注了。

  由于它燃烧时内部温度异常高,外围温度却低得多,因此,用一般金属就可以作为布朗气体的喷嘴。在喷嘴处点燃它,它能喷出细长的火焰,而接触喷嘴的部位,温度却不是很高,不会被烧化。之后,我们就可以用这细长的火焰做很多一般火焰做不到的事情。

  用它来加工玻璃非常方便,它能在几秒内就把玻璃熔化,尤其是用它来加工石英非常出色,石英的熔点接近1800℃,用一般的火焰很难熔化。美国科罗拉多州的一个公司,以前是用液氢和氧来加工石英的,换成布朗气体后,不但加工速度加快了许多,而且燃料费用节省了75%!

  用布朗气体焊接金属也是其他气体没法比的。它几乎能够完美地焊接所有的金属,所有焊过的部位从外观看不出与原金属有什么差别,性能上甚至比原金属更坚韧和耐腐蚀。而且用它焊接的一个最大优点就是,它的燃烧不需要氧气,因为它本身可能就是氢原子和氧原子按照2:1的比例组成的,正好可以自身燃烧生成水,因此布朗气体能够在隔绝空气的情况下对怕氧化的金属进行焊接,而且布朗气体中的氧会完全燃烧掉,绝不会跑出来“搞破坏”,这是其他气体望尘莫及的。

  此外,它不仅能焊接金属,还能把不同种类的物质焊接在一起,例如把各种不同材质的宝石焊接到一起,甚至可以把合金与玻璃焊接到一起。因为它在焊接过程中,能够把熔点较低的杂质给挥发掉,留下的都是熔点较高的能熔合到一起的物质。

  这种能把低熔点的杂质挥发掉的能力,又给布朗气体带来了另一个神奇的应用:可以用它来处理物体的表面。钢铁的表面被它处理之后,就会变得更坚韧,而且异常抗腐蚀,砖石陶器被布朗气体火焰处理后,也会变得剔透光滑,耐腐蚀,且致密防水。

  当用布朗气体的细长火焰冲击钢铁的时候,如果充入大量氧气的话,会出现什么情况呢?这时的布朗气体火焰就像激光一样,马上就会在钢铁上冲击出一个孔洞,如果用这细长火焰在钢铁上划一道线,就会在钢铁上留下一道长长的缝隙。因为钢铁在异常的高温下,有氧气存在就会被氧化,氧化后的氧化物很快就被火焰冲击掉,形成孔洞或缝隙。

  用布朗气体焊接或切割钢铁,还有一个很大的优点,就是它不会影响到周围的物体,它的热量基本不会散发出来,也不会有火花溅出来。即使周围是易燃物质,也没有关系。

  消化核废料

  布朗气体在不点燃的时候有很强的氧化性,可以用于处理废水。通常情况下,水处理时一般会放入氯化物来氧化掉水中的细菌或废物,但是饮用水若用氯化物处理,就会有很大的毒性,因此很多饮用水处理厂改用臭氧来处理水。臭氧的制造不容易,花费也高。现在科学家发现用布朗气体来处理水,效果比臭氧还要好,没有任何有毒物质引入,而且价格低廉。

  我们知道,氢气和氧气混合后,如果氢气占4%~74.2%,遇到火星子会发生爆炸。但是如果把一罐子布朗气体点燃,罐子内燃烧虽然也有爆炸声,但是罐子不会受任何影响!若是1866.6毫升的布朗气体罐子燃烧后,里面就只有1毫升水,除了水蒸汽外,就没有别的气体了。如果把罐子冷却到零下20℃,就可以获得1/1000个大气压的真空,如果把罐子冷却到零下60℃,就可以获得百万分之一个大气压的真空,即使只是把罐子冷却到室温,也可以获得1/30个大气压的真空。工业上、医疗上经常需要快速制造真空,布朗气体只需一个电火花,再加上几分钟的冷却,就可以制造出合适的真空,而且所需成本很低。

  这一点用于处理塑料等白色垃圾非常有效。以前让人们头疼的是,填埋这些垃圾吧,没有那么多地方,烧掉吧,又会放出更多有毒气体。有了布朗气体,就可以把垃圾放在封闭的垃圾处理室内,点燃布朗气体,布朗气体的火焰会把塑料给加热成气体,但布朗气体燃烧后会变成极小体积的水,因此封闭的垃圾处理室内只有垃圾放出的气体,不会导致封闭的处理室爆炸,从而废气不会跑出来污染环境,之后再把有机废气引入处理厂,加以工业应用。

  最令人振奋的是,用布朗气体还可以处理人类最头疼的核废料!现在加拿大的一个官方研究机构研究发现,布朗气体能够快速让核废料在几秒内失去放射性!这不仅异常高效、方便,而且异常便宜,核废料都不用运出来,直接就在核反应现场处理了。至于为何布朗气体能让具有放射性的物质快速失去放射性,也还是个需要深入探讨的重大课题。当然具体的处理核废料的方法,可是绝对保密的技术。

  由于这种能力,布朗气体不想出名都不行,仅处理核废料这一项,就足以让布朗气体的身价猛增!

高达400%的热效率高达400%的热效率

  如今又传来一个令人振奋的消息。人们找到了一种催化剂,通过这种催化剂,布朗气体燃烧的能量就能够变成热量释放出来。而令人震惊的是,它的热效率达到了400%,也就是说用1千瓦的电能产生的布朗气体,燃烧后能够释放出4千瓦的热量!这还了得!这不违反了能量守恒定律了吗?但实际情况就是这样。目前科学家还在研究这个过程到底是什么机制。有人推测,可能这个过程中触发了真空能的释放,有的认为这个过程可能类似热泵,吸收了环境中的热量。当然,这项技术还处于保密阶段,我们期待以后人们能用布朗气体造出异常节能的加热器。

  更让人想不到的是,布朗气体对生命还有意想不到的神奇效果。这种气体能够让脱水的人快速恢复体内的水平衡,在水中通入一点布朗气体,能让水具有咖啡或茶水般的效果,让人精神倍增。而且还能增强人的免疫力,延缓衰老。

  用布朗气体来处理伤口,不仅具有消炎杀菌的效果,而且能够促进伤口快速愈合。研究还发现,它还能大大促进植物的生长和种子的发芽。

  布朗气体到底是什么?

  把布朗气体看成原子气体,人们想不通,最近研究人员又发布了另一种非常奇怪的解释。

  情况是这样的,研究者采用透明玻璃制作的布朗气体电解槽来观察布朗气体产生的过程,结果看到了这样神奇的景象:当电解槽刚打开时,在两个电极上会冒出气泡,这很正常,因为水电解就会在电极上生成氢气和氧气。但是过了3秒后,在电解槽的中间那清澈的水中也冒出了一串气泡,这些气泡连成一条线,持续不断地向上冒,好像那个部位也有块电极板似的……这种现象,在一般的电解槽中是从来没有的。

  从气泡产生的部位来看,中间冒出的气泡应该是不带电的。收集起来测试一下,原来它们就是布朗气体。由此,研究者推测,既然布朗气体不是在电极板上产生的,那么布朗气体是否是受到电场影响而膨胀了的水呢?——膨胀了的水?那不就是气态水吗?不是!与气态水不同的是,气态水是水分子和水分子之间拉开了距离,而布朗气体可能是在电场作用下,水分子内部各个原子之间拉开了距离,这样一个分子就占据了3个分子的空间。

  如果把布朗气体看作具有高能量的膨胀水就能够解释上面的各种现象,还能解释它为什么能够稳定存在。那么它的燃烧其实就是电能的释放,而不是热量的释放。所以它的燃烧不会向周围放热。

  但是为什么水会被充电呢?充电后又为什么能够膨胀呢?膨胀后的性质又为什么如此怪异呢?我们照样非常困惑。谁能说清布朗气体的本质到底是什么?我们在等待着。

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