火和水

陳子耕

“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干”，是唐代詩人李商隱的詩句，他運(yùn)用春蠶、蠟燭的變化來比喻人們情深誼長的情感和至死不渝的追求。李商隱這首《無題》詩，不僅寫出了他的愛情心理，而且抒發(fā)了自己對人生的態(tài)度。

也許有人發(fā)問：“蠟炬成灰”以后變成了什么呢？這個問題，在李商隱以后1000年才被英格蘭科學(xué)家法拉第揭開謎底。他在《蠟燭的化學(xué)史》的講稿里詳細(xì)討論了蠟燭燃燒時生成水的性質(zhì)和組成。

在現(xiàn)代實驗室里，只要把氫氣放在空氣（或者氧氣）中燃燒，就能捕獲到水。氫在希臘文中的原意是“水的生成者”。有趣的是，氫和氧在常溫下很難化合成水。要使氫氣和氧氣化合成水易如反掌：當(dāng)它們在一起的時候，只要有一點火種就會發(fā)生爆炸，僅百萬分之一秒內(nèi)就能化合成水！

那么，火又是什么呢？

人類從學(xué)會使用火、保存火、制取火到認(rèn)識火，經(jīng)過了漫長歲月。而把火從燃燒的概念“升華”到對火焰的研究，那是19世紀(jì)以后的事了。

我們說，火是可燃物質(zhì)的一種燃燒現(xiàn)象，燃燒的時候它放出熱量或伴有火焰。當(dāng)你仔細(xì)地觀察蠟燭點燃后的火焰，就不難看出火焰并沒有“粘在”蠟燭上，而是與燈芯保持著一定的“距離”。

蠟燭點燃變成火焰的過程是這樣的：蠟燭受熱后產(chǎn)生的汽在燈芯上燃燒，這是火焰的中心部位，而在火焰外圍的則是蠟燭燃燒時必不可少的空氣，它們在火焰中心與外圍之間發(fā)生著劇烈的化學(xué)反應(yīng)，即外圍的空氣與內(nèi)部的燃料相互作用，并在蠟燭汽化后不斷消耗的同時發(fā)出了光亮。

燃燒無疑是一個獨立的放熱化學(xué)反應(yīng)，抑或燃燒就是火，火就是燃燒?；鸩皇菤怏w，更不是液體和固體，火焰是一種等離子體。20世紀(jì)初，化石燃料便宜，人們只知道石油、煤炭燃燒的結(jié)果除了生成水，還有二氧化碳、一氧化碳等，其余少量廢氣“無足輕重”，也沒有人為之“杞人憂天”，思考對人類的發(fā)展有什么壞影響。

20世紀(jì)中葉，“溫室效應(yīng)”、“能源危機(jī)”、“酸雨”、“臭氧層空洞”等新名詞層出不窮，那是因為隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的燃燒煤炭和石油產(chǎn)生的二氧化碳成了溫室效應(yīng)的急先鋒。而燃燒產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物，又是造成酸雨、臭氧層空洞的罪魁禍?zhǔn)?。為了提高燃燒效率、減緩能源危機(jī)和減少環(huán)境污染，人們又掀起了對火或者說燃燒的研究熱情。

比起蠟燭燃燒的結(jié)果來，石油、煤炭的燃燒要復(fù)雜得多，其燃燒所產(chǎn)生的一部分廢氣廢渣散布在天空地面，污染了大氣、土地和水源，所以人們急于想通過對燃燒的研究，提高效率、減少污染。

與此同時，“盜火”——向自然界索取新能源也如火如荼地進(jìn)行著。

現(xiàn)在再來說說水。水、陽光、生物質(zhì)都是取之不盡、用之不竭的可再生能源。目前，開發(fā)利用太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等行業(yè)方興未艾。

但是，人們不會忘記氫能，它在21世紀(jì)可能獨領(lǐng)風(fēng)騷。科學(xué)家依據(jù)下面的化學(xué)反應(yīng)式：2H2 +O2 = 2H2O 建立起一個電池，氫是燃料，氧是氧化劑，再加上電極和電解質(zhì)就可以組成一個十分簡單的電池。

這個反應(yīng)式在氫-氧燃料電池中進(jìn)行得比較完美，它是利用氫和氧直接經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的，換句話說，也是水電解槽產(chǎn)生氫和氧的逆反應(yīng)。

燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的，不需要進(jìn)行燃燒，能源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%至80%，而且污染少、噪聲小，可以連續(xù)供電，裝置也可大可小，非常靈活。最早的燃料電池造價很高，主要提供宇航器能源?，F(xiàn)在燃料電池已大幅度降價，逐步轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。家用燃料電池以及用燃料電池開動的汽車也早已問世。

山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村。氫是水的生成者，若能讓“氫生成水，水生成氫”的過程完善起來，如此往復(fù)循環(huán)，氫能將萬世不竭！