一、硫酸
硫酸(Sulfuric acid, H₂SO₄),是一種具有高度腐蝕性的強礦物酸。硫酸被稱作化學工業之母,因為各種化工製程之中都需要使用硫酸,因此一個國家的硫酸消耗量基本上可以反映該國的工業程度。
目前工業製造硫酸的方法是通過金屬催化劑將二氧化硫氧化成三氧化硫,再把三氧化硫溶於水製成。千空等人明顯還沒有這樣的化學能力,因此他們便選擇了尋找「天然硫酸」。
由於硫酸和水可以以任意比例互溶,純的硫酸在地表相當難找到。不過,稀硫酸在自然界中並不罕見。最常見的便是酸雨,來自工業廢氣中的二氧化硫和三氧化硫溶於雨水之後,會分別形成亞硫酸和硫酸;火山地區也有可能流出含硫酸鹽的酸性溫泉水,其中最有名的便是印尼的卡瓦伊真火山口湖。這座湖由於旁邊的活火山盛產硫磺礦,湖水的pH值可以達到0.5,可說是名副其實的「硫酸湖」。
伊真火山也是印尼著名的觀光景點之一,硫磺因為火山活動被點燃的「藍火」十分壯觀。不過,由於空氣中同時也漫布著大量的硫化氫和二氧化硫等有毒氣體,去那邊玩的時候必須要戴上防毒面具才行。
而日本其實也有一座硫酸湖,全世界第二大的破火山口湖,位於北海道的屈斜路湖(くっしゃろこ)。這座湖有來自硫黃山和川湯溫泉強酸性的溫泉水注入,湖水的pH值約為5。由於酸性並沒有很高,屈斜路湖之中還有許多的生物生長,例如會乖乖讓人餵食的大天鵝。
不過,日本境內似乎是沒有像卡瓦伊真火山口湖這麼強酸的硫酸湖,只是都過了3700年,會不會有這樣的地殼變動還真不好講。
火山地帶的空氣中富含硫化氫,這是一種具有刺激性的氣體,平時我們泡溫泉時聞到的臭雞蛋味也是來自它。硫化氫的毒性極強,只要10ppm就會對眼睛造成傷害,150ppm以上會麻痺嗅覺受器、讓人難以察覺中毒,1000ppm以上則會造成立即死亡。又因為硫化氫的密度比空氣大,容易蓄積在低處,便成了礦坑、石油精煉作業等地方最危險的因子。
順便說一下,硫化氫和氧氣會非常劇烈的燃燒並產生爆炸,所以拿個火把當探測器絕對是在玩命的喔。
二、銀槍偵測器
好不容易獲得了銀槍的銀狼,沒想到卻成了礦坑裡的金絲雀!為了安全的獲得硫酸,千空便以銀製作了一把探測器。
在解釋用銀探測硫的原理之前,先簡單的介紹千空所使用的銀原料吧。這是一種被稱為針銀礦(Acanthite)的礦物,底部的礦物本體含硫化銀的成份,因此整體呈黑色,而上面伸出的細絲狀銀則是在水流的沖洗之下所形成。
至於如何製作銀槍的細節,動畫中並沒有提到,估計跟之前鎏金是一樣的手法。
動畫中和現實中的針銀礦。
用銀做探測器,偵測到硫就會變黑,有沒有覺得這個劇情很眼熟?沒錯,這就是宮廷劇中常看到的用銀針試毒的原理。銀和硫化物接觸時會快速生成黑色的硫化銀,在動畫中用來檢測空氣中的硫化氫氣體。或許你曾經聽過,不要戴銀製的飾品去泡溫泉,也是同樣的原因。
4Ag + 2H₂S + O₂ → 2Ag₂S + 2H₂O
至於用鹼性物質擦拭就可以讓銀槍變回來的原理,就我記憶中沒學過這類的反應,查找各種資料後也沒看過這個說法,估計是幾個小誤會造就了這樣的錯誤了。
第一,是來自金屬飾品的日常保養可以用溫熱的小蘇打水來擦拭。這麼做的原理是因為汗水中含有弱酸性的尿酸,金屬飾品長期配戴在身上,沾染汗水時,表面也會呈微酸性。在酸性的條件下金屬更容易被氧化,因此日常保養時用弱鹼性的小蘇打水擦拭就可以減緩飾品的氧化。注意這個方法只是減緩氧化,並不能讓已經氧化的部份被還原。
第二,是來自用還原法搶救已經發黑的銀飾。這個方法需要用到鐵鍋、熱水,再加入一些小蘇打來充當電解質。由於鐵較銀更容易氧化,因此能將硫化銀還原成金屬銀。這個反應如果改用鋁箔的話效果會更好,而使用熱水則是為了促進這個反應的速率。
3Ag₂S + 6H₂O + 2Al → 6Ag + 3H₂S + 2Al(OH)₃
漫畫中的這一幕,雖然沒有解釋材質,但是看起來那個容器有金屬光澤,應該是鐵鍋,不過動畫裡是直接畫成土器了。如果是鐵鍋的話這一幕就比較合理一點,雖然講解還是有點錯誤。硫化銀是對水溶解度相當低的物質,就連在對銀離子沉澱有很好的溶解效果的濃氨水中都不溶,只溶於濃硝酸之中,所以用鹼來還原硫化銀的敘述是有問題的。
除非是另一種可能性:其實是用草木灰水中的小顆粒把表面的硫化銀刮掉了。不過,那畢竟是鍍銀而不是整把的銀槍,如果是用磨的來拋光,那大概沒拋幾次就差不多了。
三、防毒面具
活性炭(Active charcoal),是一種多孔性的炭材質。由於其多孔的材料特性,在結構中有許多可以吸附化學物質和微生物的空間,因此早在很久以前就被用在清潔、淨水等用途。
活性炭的製作方法,與製作一般的木炭差異不大。都需要先經過乾餾碳化的步驟。不過,由於乾餾的過程中會產生高黏性的焦油堵住碳中的孔洞,因此要成為活性炭必須經過一道稱為活化的工序。這部份在漫畫和動畫中都沒有演出來。
最簡單、也是千空目前最有可能運用的活化方法,是水蒸氣活化。透過水蒸氣加熱炭到高溫,讓這些焦油被氧化成二氧化碳離開,完成活化。由於千空等人要對付的是酸性的毒氣,因此在活性炭之上還加入了鹼性的碳酸鉀,透過酸鹼中和的方式加強對毒氣的吸附。
至於背上的那個瓶子,雖然沒有詳細解釋,不過依千空他們目前的技術,應該是不可能製作氧氣瓶的。那麼這個瓶子最有可能就是過濾瓶,有毒空氣由瓶口進入,經過瓶身中填充的活性炭,過濾掉有毒氣體後,從皮管送進面具中。呼吸過後的廢氣,則從面具左右兩側的管子排出。只不過,單向閥的製作可是需要很精細的手藝的,化石爺爺真的有這麼厲害嗎(笑
【本週總結】
提及的科學議題:4
可行的:3
不可行的:1
認真解析《Dr.STONE 新石紀》系列文章連結
つづく...