Chapter2 一片烤面包片

什么是物质分离

孩子们成功完成了人造火山的实验，那个用湿泥堆成的小山丘，散发着高热，裂开了缝隙，嗤嗤地放出一缕缕的水蒸气。他们自己用种种方法来检验地洞中残余的硫化亚铁，而检验结果表明，他们和叔叔所制成的是同一种物质。直到这时，保罗叔叔才参与进去。

他说：“现在残留在人造火山中的黑色粉末是含有铁屑和硫黄的。不用怀疑这个事实，因为这是你们亲眼所见，并且亲自动手制成这个物质的。不过，一个新的问题又来了：这些化合了的铁屑和硫黄还能各自回到它们原来的样子吗？这样说吧，任何事情都是有可能的，但绝不是简简单单便可以做到。就这件事而言，我们必须运用科学的方法才能分离由化合反应形成的物质，这属于化学的范畴。你们现在还没有充足的化学知识，所以我不想先演示那些方法。而且，分离或不分离这个物质对我们现阶段的学习并没有什么影响。这些黑色粉末既然确实含有这两种物质，那么只要选用适当的方法，就一定可以从中分离得到这两种物质，你们先好好地记住这点就行了。”

约尔赞同地说：“没错，用恰当的方法分离这种由铁屑和硫黄制成的物质，一定可以得到铁屑和硫黄。这就和从铁屑中可以取出铁来，从硫黄粉中可取出硫黄来是一样的道理。”

保罗叔叔说：“其实分离出这两种物质的过程并不复杂，只是实验所需要的药品你们都没有见过而已。现在真的做起实验来，你们反而会莫名其妙。要想获得实在的、永久的知识，有一个秘诀就是把实验的范围控制得尽可能小，这样才能保证观察得更仔细。

“而我还要告诉你们的是，要把化合而成的物质进行分离，也并不一定都很容易。一旦这种化学的‘结婚’出现发光和发热现象，则表明物质彼此之间结合得非常牢固，只有使用科学的方法才能把它们分开。”

事实上，结合越容易，分离越困难。如果化合反应的进行是自发的，那分离起来就更加困难了。

“我们看到的铁屑与硫黄的化合反应，时间短而又不需借助任何外力，因此必须用巧妙的科学方法才能分离开它们。

“当然，也有与上述例子截然相反的，即化合起来极为困难，但分离却很容易，可以说分离反应几乎是毫无阻力的。有这么几种物质，只要受到高热、震动、摩擦、撞击，甚至仅仅是被吹一口气，就会从化合物中分离出来。这就仿佛是化学中‘婚姻’双方性格不合，只想尽快‘离婚’。”

爱弥儿问道：“物质分离真的这么容易吗？”

“当然了，只要留心，生活中常常能发现这种事情。你有没有注意过，擦火柴时，火柴头会比火柴梗燃烧得更猛烈呢？”

“我平时并没有特别留意过，但是你一说，想想还真是这么回事。记得在一个炎热的夜晚，我曾摸黑找到了一个装满红头火柴的火柴盒，就在我推动盒盖，想从里面取出一根火柴擦个火时，那盒火柴因为盒盖的摩擦，全都着起火来，当时火焰猛烈得把我的手都灼伤了，可当火柴头都烧完后，剩下的火柴梗却一吹就灭了。不知道这是不是和物质的分离有关？”

“嗯，当然有关系！无论哪种类型的火柴，它的火柴头里都含有易燃物质和助燃物质。其中的助燃物质是不同的成分在化合反应下形成的，而它们受热就会分离，从而有助燃烧，让火焰更旺。由此可见，在这样的情况下，物质的分离是多么容易啊。

“炸药是一种更加容易分离的物质，利用它的这种特性，能轻松引起枪弹中雷管的爆发：只要扣动扳机，小铁锤就会打在雷管上，雷管爆发后燃烧，会点着弹壳中的火药，将铅丸发射出去。这种雷管的构造，通常是在铜片底下附着一层很薄的白色物质，而这种白色物质就是化合而成的炸药。只需极轻微的撞击，炸药就会发生分离反应并四射开来。”

面包与木炭

保罗叔叔接着说：“除了这些带有危险性的物质，我们也来说说普通无害的物质吧。想一想，一片面包中可能含有什么物质？”

爱弥儿急忙抢答：“面包中含有——嗯——含有面粉！”他觉得这个答案很清晰。

保罗叔叔点点头说：“没错，那面粉中又含有什么物质呢？”

“面粉中含有的物质？面粉中除了面粉外难道还有别的物质吗？”

“如果我说面粉中还含有碳，也就是木炭，你们会相信吗？”

“什么？面粉中会含有木炭？”

“是的，孩子们，面粉中确实含有许多木炭。”

“叔叔，你不是在说笑吧？木炭是不能吃的！”

“哈哈，别不相信我说的话。我之前不是说过，化合反应可以把黑的变成白的，酸的变成甜的，有毒的变成无毒的吗？我可以给你们看看面包中含有木炭的证据。其实这样的证据并不稀奇，你们在平时的生活中一定已经见过了。试着回想一下：吃面包的时候，你们有没有把面包烘烤过呢？”

“有的，烘烤过的面包吃起来口感会更松脆。”

“设想一下，如果你们忘了正在烘烤着一片面包，而让它一直烤着呢？时间长了会怎么样？你们可以根据以往的经验来回答这个问题，完全由你们自己解决，我不会发表任何意见。告诉我，如果你们的面包被烘烤了一个小时会变成什么样呢？”

“答案很简单，我见过很多次，面包会被烤焦成木炭的。”

“那么，谁能告诉我，这些木炭是从哪儿来的呢？——是从烤炉中来的吗？”

“肯定不是的！”

“那是从面包本身来的喽？”

“对！我想这些木炭一定来自面包本身！”

“如果一种物质中原本没有某种成分，它是绝对不可能凭空产生出这种成分的。所以，面包烘烤久了会产生木炭，一定是因为面包原本就含有木炭，也就是碳。”

“啊，原来是这样的！我居然没有想到。”

“这只是许多常见物质中的一例，因为一直没有人特别提出来，所以一开始你们也并不在意。以后我会尽量从日常生活中挖掘出它们，让你们从中领悟一些重要的科学原理。现在，你们已经知道了面包里含有很多的碳。”

约尔说：“我承认面包里的确含有碳。证据摆在眼前，无法否认。我的问题是，就像爱弥儿所说的，木炭不能吃，面包却能吃；木炭是黑的，而面包却是白的，这是为什么呢？”

保罗叔叔答道：“毫无疑问，单独存在的木炭或者碳，是黑的不能吃的物质。可是，面包中的木炭并不是单独存在的，在与别的物质产生了化合反应后，它失去了原本的性质，就像硫化亚铁不再有硫黄和铁屑的性质一样。而在烤焦了的面包中，所有其他物质的性质都被烘烤所释放的大量的热赶走了，只剩下木炭及木炭的特性——颜色深黑，质地松脆，味道浓烈。烤炉中的热破坏了化合作用，把面包中已经结合的物质分离了出来，这就是面包烤久了会变成木炭的原因。接下来，让我们再思考一下，还有哪些物质会伴随着碳在面包中存在吧。其实，你们知道并看见过这些物质，而且在它们加热后从面包中被赶出来的时候，你们还曾闻到过它们那难闻的气味。”

约尔说：“我不太确定，你说的是当面包变成木炭时所散发的那种带着特殊气味的烟雾吗？”

“是的，就是那种烟雾，它是从面包中分离出来的。如果把木炭和烟雾再次化合，还是会形成和未受热之前的面包一样的物质。在这里，热是分离的主要动力，它把面包中的某种成分赶了出去，只留下被称为木炭的不能吃的黑色物质。”

“只有这种烟雾与木炭结合才能成功化合为面包吗？要知道，这两种物质分离开时都是不能吃的东西，化合后就变成可以吃的了吗？”

“正是如此：原本不能吃的，甚至是有害的物质，通过化合反应，能变成美味的食品。”

“保罗叔叔，我当然相信你所说的话，但是——可是——”

“我明白你的顾虑，第一次听到这种事的时候我们的确很难完全相信，因为这和我们固有的知识概念太矛盾了。所以，我没有让你们片面地相信我所说的话，你们可以自己去想办法证实这些话。其实，我一开始就以简单明了的实验为依据来证明这种看似离谱的事情了。想一想我们之前在广口玻璃瓶里所生成的黑色物质吧，既然硫黄和铁屑都能改变，那么木炭和烟雾的结合会使它们失掉原有的性质而变成面包，也就不足为怪了。”

“是的，叔叔，我们相信你的话。”

“有些情况下相信我的话并没有什么坏处，比如，当某个现象的解释极为深奥难懂，即使做出详细解释，你们也不一定能完全理解的时候。不过，大多数时候我会尽量避免直接灌输，而鼓励你们自己去发现、观察和判断。关于面包受热而分离出的成分，我指出了木炭，并且提醒了你们注意某种具有特别气味的烟雾。现在，你们做出自己的推论了吗？”

“面包中含有化合了的木炭和烟雾，这一点是十分确定的。”

“是的，虽然结论看似不合常理，但事实我们必须接受。既然事实证明面包可以受热分离成木炭和某种气体，那就让我们认清这个真相，并牢记于心。”

约尔说：“我还有一个问题没太弄明白，你说面包受热分离为木炭和某种气体，如果再发生化合反应又能形成和以前一样的面包。难道火没有把面包毁坏吗？”

“那要看你如何理解‘毁坏’的含义了。如果你认为面包受热分解后不再是面包，这的确没错：因为木炭和气体都不能算是面包，而只是组成面包的成分；但如果你认为面包受热分解就化为乌有，那就大错特错了：

因为没有任何力量或方法可以使存在于世界上的物质完全消失。

“我所说的毁坏，就是指你说的后一层意思——化为乌有，完全消失。因为大家都认为火是破坏一切、消灭一切的。”

不是消失，而是转变形态

在宇宙中，即使是最小的一粒尘埃、最细的一线蛛丝都不会因任何外力作用而消失，它们只会转变形态而继续存在。

“这是个很重要的问题，你们一定要认真思考。举个例子，如果我们想建造一栋大厦，在建造时，工人们需要把诸如砖头、瓦片、石块、三合土、房梁、木板、水泥等建筑材料一一安置到位。大厦建成，高高耸立，似乎坚不可摧。但这样的大厦真的无法被毁坏吗？事实上，毁坏起来也是很容易的。只要让几个工人拿上锄镐、铁锤等工具，很快就能把它拆成一堆砖木瓦砾。可以说，这时大厦已经被完全毁坏了。

“但这是否意味着它被完全消灭、化为乌有了呢？答案是否定的。大厦虽然被毁坏，可是拆下来的建筑材料依然存在。所以，它没有被消灭，而曾用来建造大厦的材料也没有化为乌有，就连混杂在三合土中的细沙粒，也一定在什么地方存在着。拆除大厦的时候，有些泥灰被风吹散，但无论这些细小的泥灰被吹向何处，也还是在这世界上的存在。就大厦的全部组成来看，既没有减少，也没有消失。

“火是破坏者，但也只是破坏者而已。火能毁坏由各种材料组成的大厦，却不能把材料消灭，哪怕是其中最不起眼的东西也消灭不了。用火烘烤面包，火同样起破坏作用，但不会有物质因此消失，因为即使面包经过了火的作用，剩下的物质和面包本来含有的物质还是相同的。面包变成了木炭和烟雾，木炭是能独立存在的固体，所以我们能看见；而烟雾容易飘散，不久便看不见了。所以，‘消灭’这个概念应该从你们头脑中剔除。”

“可是——”

“‘可是？'——约尔还有什么疑问吗？”

“如果在火上烧木头，最后只留下灰烬，可不可以认为木头几乎被火消灭了？”

“这个问题很好，说明你观察得很仔细。我刚刚说过，拆房子时有一些泥灰会随风飘散。如果我们把拆下来的材料全捣碎成像泥灰这样的粉末，那刮过几次大风以后，这些粉末还能剩下吗？”

“应该吹得一点儿也不剩了吧。”

“那么，我们可不可说房子被消灭了呢？”

“不可以，它只是变成尘埃四散开了。”

“其实，木头的问题也是同样的道理：火把木头分离成了组成它的某些成分，这些成分有的甚至比最细微的尘埃还小，它们飘散在空气中，人的眼睛看不见。我们只看见了灰烬，因此以为组成木头的其他物质被完全消灭了，这是不对的。它仍然存在，只是因为和空气一样无色透明，肉眼看不出来而已。”

“所以，在炉火中烧过的木头，大部分变成了分散在空气中的一种不可见的尘埃？”

“是的，孩子们。还有很多发光放热的燃料也是这样。”

“我知道了。按这种说法，木头燃烧后的大部分物质，就像拆除房屋时被风吹散的泥灰一样，不容易被看见。”

“不仅如此，拆除一栋大厦所得到的材料，还可以用来在别处建造其他样子的房屋。这样，一堆砖石木材又能变成另一栋完整的建筑。更进一步说，这些材料也可以用来组成别的东西，除了造房子，石块、木头、砖瓦都有不止一种用途。所以，这些拆下来的材料，可以根据其不同的形状和特性，变成用途各异的种种东西。

“世界上物质的变化情况基本都是这样。比如，有两种或两种以上性质不同的物质，当它们化合在一起时，形成了一种有着新性质的东西，我们可以将其比作一种建筑物。这种建筑物和任何组成它的物质都不同，正如我们建造成的大厦，不能说它是木石砖瓦，也不能说是组成这建筑物的任何一种材料。

“后来，这种化合的物质因为某种原因又分离了，它的化学结构被破坏了。但分离出的物质依然存在，一点儿也没有损失。大自然会如何处理它们呢？这些物质可能会被分别利用，一些拿来作这种用途，另一些拿去作那种用途，于是又形成了各种各样与原有物质差别很大的东西。能和别的物质结合成一种白色物质的成分，也许原本会让某物质变黑；能和别的物质结合成一种甜味物质的成分，也许原本存在于酸味物质中；甚至组成某些食品的成分，也许原本与别的物质结合成的是毒物——就像本是建造水渠的砖头，也能用来建造烟囱。”

一切物质都是守恒的。

“有时从表面上看，好像很多物质都会消失，这是因为我们没有仔细观察。只要留心观察并认真思考，就能理解物质是不灭的、长存的道理。它们之间发生各种化合反应，不断地化合了又分离，分离了又化合，有些甚至时时刻刻都在改变，就这样反复变化，永不停歇。就整个宇宙而言，这种形式的转变并未带来损失，也没有增加什么。”