火和水

陈子耕

“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”，是唐代诗人李商隐的诗句，他运用春蚕、蜡烛的变化来比喻人们情深谊长的情感和至死不渝的追求。李商隐这首《无题》诗，不仅写出了他的爱情心理，而且抒发了自己对人生的态度。

也许有人发问：“蜡炬成灰”以后变成了什么呢？这个问题，在李商隐以后1000年才被英格兰科学家法拉第揭开谜底。他在《蜡烛的化学史》的讲稿里详细讨论了蜡烛燃烧时生成水的性质和组成。

在现代实验室里，只要把氢气放在空气（或者氧气）中燃烧，就能捕获到水。氢在希腊文中的原意是“水的生成者”。有趣的是，氢和氧在常温下很难化合成水。要使氢气和氧气化合成水易如反掌：当它们在一起的时候，只要有一点火种就会发生爆炸，仅百万分之一秒内就能化合成水！

那么，火又是什么呢？

人类从学会使用火、保存火、制取火到认识火，经过了漫长岁月。而把火从燃烧的概念“升华”到对火焰的研究，那是19世纪以后的事了。

我们说，火是可燃物质的一种燃烧现象，燃烧的时候它放出热量或伴有火焰。当你仔细地观察蜡烛点燃后的火焰，就不难看出火焰并没有“粘在”蜡烛上，而是与灯芯保持着一定的“距离”。

蜡烛点燃变成火焰的过程是这样的：蜡烛受热后产生的汽在灯芯上燃烧，这是火焰的中心部位，而在火焰外围的则是蜡烛燃烧时必不可少的空气，它们在火焰中心与外围之间发生着剧烈的化学反应，即外围的空气与内部的燃料相互作用，并在蜡烛汽化后不断消耗的同时发出了光亮。

燃烧无疑是一个独立的放热化学反应，抑或燃烧就是火，火就是燃烧。火不是气体，更不是液体和固体，火焰是一种等离子体。20世纪初，化石燃料便宜，人们只知道石油、煤炭燃烧的结果除了生成水，还有二氧化碳、一氧化碳等，其余少量废气“无足轻重”，也没有人为之“杞人忧天”，思考对人类的发展有什么坏影响。

20世纪中叶，“温室效应”、“能源危机”、“酸雨”、“臭氧层空洞”等新名词层出不穷，那是因为随着科技和经济的发展，越来越多的燃烧煤炭和石油产生的二氧化碳成了温室效应的急先锋。而燃烧产生的二氧化硫和氮氧化物，又是造成酸雨、臭氧层空洞的罪魁祸首。为了提高燃烧效率、减缓能源危机和减少环境污染，人们又掀起了对火或者说燃烧的研究热情。

比起蜡烛燃烧的结果来，石油、煤炭的燃烧要复杂得多，其燃烧所产生的一部分废气废渣散布在天空地面，污染了大气、土地和水源，所以人们急于想通过对燃烧的研究，提高效率、减少污染。

与此同时，“盗火”——向自然界索取新能源也如火如荼地进行着。

现在再来说说水。水、阳光、生物质都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。目前，开发利用太阳能、生物质能、风能等行业方兴未艾。

但是，人们不会忘记氢能，它在21世纪可能独领风骚。科学家依据下面的化学反应式：2H2 +O2 = 2H2O 建立起一个电池，氢是燃料，氧是氧化剂，再加上电极和电解质就可以组成一个十分简单的电池。

这个反应式在氢-氧燃料电池中进行得比较完美，它是利用氢和氧直接经过电化学反应而产生电能的，换句话说，也是水电解槽产生氢和氧的逆反应。

燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的，不需要进行燃烧，能源转换效率可达60%至80%，而且污染少、噪声小，可以连续供电，装置也可大可小，非常灵活。最早的燃料电池造价很高，主要提供宇航器能源。现在燃料电池已大幅度降价，逐步转向地面应用。家用燃料电池以及用燃料电池开动的汽车也早已问世。

山重水复疑无路，柳暗花明又一村。氢是水的生成者，若能让“氢生成水，水生成氢”的过程完善起来，如此往复循环，氢能将万世不竭！