首頁> 其他類型> 元素周期表趣史> 5 B 硼 火箭專家(並不是)

5 B 硼 火箭專家(並不是)

2024-10-02 07:43:40 作者: [英] 凱薩琳·哈卡普

  從前,有兩個國家,他們是仇敵。他們沒有進行正面對抗,也沒有和解。他們爆發了一場科學戰爭,一場爭奪技術優勢之戰。兩個國家都派出特工探聽對方的科技進展,試圖給己方帶來科技優勢。一名間諜在觀察敵人發射新型火箭時,注意到火箭推進器冒出了奇怪的綠色火焰,他趕緊回報觀察到的怪事。

  當報告傳來,一幫科學家愣愣地盯著元素周期表——綠色的火焰?他們知道每種元素燃燒時會顯現特有的顏色。火箭的火焰通常是橙色的,因為推進劑中有含氮、氫和碳的化合物,它們在氧氣中燃燒時會發出橙色的光。但是……綠色?什麼樣的綠色?他們想要獲得更詳細的信息,但間諜無法提供更多線索。

  確實有幾種元素燃燒時會發出綠色的火焰,比如銅和鋇。那是否表明敵人製造的新型發動機使用了含銅或鋇的材料?或者,顏色並非來源於火箭本身,而是燃料呢?

  大多數傳統燃料都是烴類,由碳和氫組成。這些分子與氧氣反應,釋放大量能量,並產生我們熟悉的橙黃色火焰。在元素周期表里,碳的旁邊是硼。作為鄰居,它們在化學性質上有一些相似之處,也有一些不同。和碳一樣,硼可以與氫形成化合物,稱為硼烷。它們類似於一般烷烴,也可以在氧氣中燃燒,但硼烷反應更劇烈,可以釋放出更多的能量。而且,硼烷燃燒時的火焰是綠色的。

  很明顯,敵人已經找到了一種新的火箭燃料,形成了技術優勢。於是,這幫科學家在硼烷研究上投入了大量的時間和資源,試圖趕上甚至超越敵人,而這個過程難於登天。

  元素周期表中,同一族中的元素非常相似。相鄰族的元素則更像是整個元素大樹上的不同分支。硼是碳怪異的表兄弟。碳異常平衡,非常願意分享電子,形成碳氫化合物。這些分子足夠穩定,便於儲存,但又足夠活潑,只需要一個小火花,就可以釋放出蘊藏在它們體內的能量。

  

  硼與碳相似,只是差了那麼一點點。硼,即使當它與氫原子結合形成硼烷時,也不會擁有一套完整的電子,是缺電子型的[1],這讓它變得暴躁,只要有機會,就想奪取更多的電子,比如,當它靠近氧的時候。氧元素里的電子多到誘人,而硼則毫不手軟。許多種硼烷一旦暴露在空氣中,就會自燃。當你想發射火箭時,這真是極好的燃料!但對那些生產和儲存燃料以及為火箭加燃料的工作人員來說,這卻很傷腦筋。

  烷烴燃燒時會產生水和二氧化碳。誠然,二氧化碳不是環境的朋友,但就發動機和火箭而言,它是完美的,因為它是一種無毒的氣體,可以輕易擴散到大氣中。硼烷則是有毒的,燃燒時會產生水和三氧化二硼——一種類似於玻璃的固體,會堵塞引擎並損壞噴氣發動機的葉片。對火箭科學家來說,硼烷蘊含的巨大能量使其收益似乎遠大於其風險,所以大把的時間和資金都被扔進了這個無底洞。後來他們尋找了其他方法,但帶來了更多問題。科學家和工程師們逐漸失去耐心:他們的敵人究竟是怎麼玩轉這種技術的?

  走投無路的科學家把那個間諜召回,以便獲得更多情報。他們希望間諜提供更多的線索或細節,力圖走出這座永無止境的技術迷宮。他們在巨細靡遺的詢問後,突然「驚喜」地發現這個間諜原來是個色盲,多年前他看到的火焰其實是橙色的。

  [1] 傳統教科書上認為,硼烷中的硼原子最外層電子不滿8個,為缺電子型。但近年來的研究發現並非如此。


關閉