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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541992]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 铸就帝国的材料
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碳酸钙最重要的用途是水泥原料。70%～80%的石灰岩与20%～30%的黏土、石英、氧化铁混合物混合，用球磨机彻底粉碎混合，经1 450℃高温煅烧之后，碳酸钙变为二氧化碳（CO2）与氧化钙（CaO），前述混合物烧结成块，再次彻底粉碎烧结块后，便得到水泥。水泥加水后静置一定时间后，钙离子与硅离子组成网状共价键结构，这就是水泥的硬化过程。为提高水泥硬化后的强度，可在加水搅拌时添加砂砾或细沙，最终获得硬度更高的混凝土。
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水泥可以塑造成任何形状，凝固后如同岩石一般坚硬，是一种极为理想的建筑材料。其实，水泥这种划时代的产物大约在9 000年前的旧石器时代就已经问世，可见史前时代也不缺天才发明家。埃及金字塔上能看到水泥的身影，中国在5 000年前也开始使用水泥。但是，最擅长利用水泥的民族莫过于古罗马人。
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据说，公元前753年在意大利半岛立国的古罗马人，突破重重险阻终于控制了地中海，并将古罗马文化发扬光大。无论是人种的体格还是所处的地理位置，古罗马人都不具有优势，但是他们在无数次战争中获胜，保护帝国屹立千年而不倒，真可谓世界历史中的奇迹。支撑起古罗马帝国的并非特殊之物，而是古罗马人在道路、水道、各种建筑物等社会基础设施建设方面的工程能力。
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正如“条条大路通罗马”这句谚语所描述的，古罗马的交通极为发达，街道的总长约15万千米，几乎可以绕地球赤道四周。2 000年后的今天，我们依旧可以目睹古罗马时代的道路遗迹，甚至有部分古罗马道路成了今天的机动车道，其牢固程度令人咋舌。
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一条标准的古罗马街道宽度至少为4米，容得下两辆马车相向而行，其两侧为3米宽的人行道。车道路基最大深度达2米，以三层碎石打底，最上面是厚重的石板并用水泥加固。古罗马人逢山开凿隧道、遇水架起桥梁，所有的路面均能通行大型投石机等军事设备。
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多亏了这些发达的道路，古罗马时代的旅行者一天可以徒步行进25～30千米，而马车则可以行驶35～40千米。拥有了遍布全境的道路网，无论哪里发生战事，古罗马军团都能迅速奔赴战场。可以说，多亏了完美的道路，也多亏了坚硬的水泥，古罗马帝国依靠仅有30万人的军队就成功维系了广袤领土的国防。
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当然，包括斗兽场与大浴场在内的各种建筑群落，以及各地区向首都输送洁净水源的水道，古罗马的基础设施均大量使用了水泥。假如没有水泥，古罗马很难取得如此辉煌的成就。
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古罗马斗兽场
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我们今天的文明依旧建立在水泥与混凝土之上。不过需要注意的是，与铁的性质正好相反，混凝土虽然具有极强的抗压性，但是伸缩性很差，很容易发生龟裂。
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大约在19世纪中叶，为了弥补混凝土的不足之处，采用钢筋构筑骨架再浇铸混凝土的新技术，也就是“钢筋混凝土”技术得以问世。这种技术不仅在特性上使得钢筋与混凝土实现了互补，在碱性混凝土的包覆下钢筋也可以避免遭受腐蚀，大幅提高了建筑物的寿命。今天都市中的大楼、桥梁等大多用钢筋混凝土构筑。可以说，人类受其恩惠之处不可胜数。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541993]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 海洋生物与碳酸钙
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前文所述，碳酸钙可由二氧化碳转化为碳酸后与海水中的钙离子反应而得，众多的海洋生物也充分利用了这个反应机理。贝类、珊瑚类以及部分海洋浮游生物也利用这种方式获取碳酸钙，为自己打造一个坚固耐用的庇护所。对于海洋生物来说，身边拥有的取之不尽用之不竭却又坚硬结实的碳酸钙，简直就是天赐之物！
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海洋生物死亡后，它们分泌的碳酸钙外壳会沉入海底累积起来。所以，当我们用高倍率电子显微镜观察粉笔灰就会发现一个令人惊叹不已的世界。粉笔灰表面上看起来平淡无奇，在高倍电子显微镜下就能看到，粉笔灰是由多个碟形物体组成的小球，具有三角形或星形等奇特结构，还包括各种各样复杂而怪异形状的小颗粒。这些都是白垩纪（约14 500万—6 600万年前）的浮游生物分泌出来的碳酸钙外壳堆积物。在地壳运动下，部分堆积物形成地层裸露于地表。“白垩”的本义就是石灰岩，多亏了1亿年前的小生物们，当今时代我们才拥有了取之不尽用之不竭、唾手可得的碳酸钙材料。
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碳酸钙的产物并不都是量大价贱，有些形态的碳酸钙价格昂贵，令人爱不释手。在极其偶然的情况下，某些贝类分泌贝壳成分的器官外套膜内混入异物之后，贝类会分泌出碳酸钙物质将异物层层包裹起来，最终的产物就是珍珠。
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自古以来，人类把整体为完美的球形、反射出晶莹圆润光泽的珍珠当作至宝。据说，需要打开一万只珍珠贝才能找到一颗直径5厘米以上浑圆的珍珠。为了找到完美的珍珠，采珠人不惜以身犯险潜入深海，搜寻栖息于岩石之上的珍珠贝。兼具美感和稀有性的珍珠，对于人类来说无疑是宝中之宝。
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珍珠贝与珍珠
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