發明之路 兩個輪子“走路”

這是一種使人們能夠不用走路就能夠快速移動的交通工具：自行車誕生于1817年，經過多次改良之后，變得高效而流行。

德萊斯自行車

這一切都始于1817年。德國人德萊斯男爵發明了一種交通工具——德萊斯自行車。他用一個簡單的木條連接兩個輪子，他坐在木條上，用腳蹬地推著車前進。事實上，這只是一種新的滑動行走方式而已，因為這種自行車還沒有踏板！

踏板，鏈條，剎車

1861年，法國人皮埃爾·米肖（Pierre Michaux）給自行車的前輪加了能轉動的腳踏板。為了讓自行車跑得更快，人們增大了前輪的直徑，減小了后輪的直徑，但這樣的比例是很不穩的。

漸漸地，自行車有了更多改進：鋼取代了木頭，使自行車變得更輕;腳踏板調整至車架中間， 兩個輪子直徑相同，整個車變得穩定了。隨后，陸續有其他改良問世，比如給自行車增加了鏈條、剎車，以及換擋功能，使自行車更快、更安全，廣受人們歡迎。

約翰·鄧祿普，輪胎的發明者

很早的時候人們只是在車輪上簡單地覆蓋了一條鐵條和一條橡膠條。愛爾蘭人約翰·鄧祿普用一個活門充氣的管子包裹車輪，并在外面涂上橡膠做保護層。1888年，他的兒子騎著裝有此種輪胎的自行車參加比賽得了第一名，此項發明開始受到了人們的重視。

引擎，讓騎車不再費力

首先，1871年，美國人佩魯在后輪上安裝了一個小型蒸汽機，使自行車實現了自動化。 1899年，維爾納兄弟為自行車配備了內燃機。自行車變機動車，行駛更快更省力。

蒸汽機和運輸業的發展

埃及人最早發現了蒸汽的力量，但直到18世紀蒸汽才被加以利用。從19世紀起，蒸汽開始應用于陸地運輸，帶來了機動車的發展，標志著工業時代的到來。

蒸汽，一種源自水的能量

水加熱后從液體變為氣體，也就是蒸汽。如果我們壓縮這些蒸汽，它就能產生一種重要的能量：蒸汽能。

18世紀，蒸汽的世紀

1679年，法國物理學家丹尼斯·帕潘通過觀察加熱的蒸汽會掀翻鍋蓋，從而發明了第一臺蒸汽機，但沒有實際運用到工業生產上，直到1785年以后，詹姆斯·瓦特改良的蒸汽機，效率大為提高，在工業上得到了廣泛應用。

最早的蒸汽船

1783年，全世界第一艘蒸汽船下水，像磨坊一樣的輪子在水中翻滾。螺旋槳發明之后，蒸汽船變得更快、更穩定。

最早的火車：從采礦到快樂旅行

蒸汽機最早應用在礦區運煤的馬車上。然后，蒸汽機用到了旅行火車上。1825年，在英國，一列由30多節車廂組成的蒸汽火車第一次在鐵道線上運行。除了供旅客乘坐的車廂外，還要有專門的車廂裝載著煤，這列叫作“旅行者號”的列車靠這些煤為發動機提供動力、為水加熱。當時的火車行駛緩慢，乘坐也不舒服，發動機還會冒出大量的濃煙。

最早的蒸汽汽車幾乎跑不動

想象一下，一輛三輪車，前面頂著一口大鍋爐：這就是第一輛蒸汽動力汽車——居紐板車的樣子。它非常重，以至于只能勉強以每小時4千米的速度移動。1885年，卡爾·奔馳制造出一種裝有內燃機的三輪車，即“奔馳一號”三輪車，并于1886年1月29日為發明立案，這一天被認為是世界汽車誕生日。由于內燃機取代了蒸汽機，這種車更輕，可以以每小時13千米的速度行駛，大約是步行速度的兩倍。

天上飛的

人類最雄心勃勃的夢想就是像鳥兒一樣飛翔，為此，人類做過瘋狂而危險的實驗。直到20世紀初，人類才成功飛上了天。今天，幾乎每個人都有機會乘坐飛機。

熱氣球

1783年6月，法國的造紙商蒙特哥菲爾兄弟將一個充滿熱空氣的紙氣球成功地升到了1000多米的高度。幾個月后經過他們改進的熱氣球實現了首次載人飛行。氣球之所以能升上天空是因為它們內部充滿了比空氣更輕的氣體。

飛機

20世紀初，出現了第一架使用內燃機發動的飛機。1903年萊特兄弟乘坐這架帶有兩支機翼的飛機，在美國的一個海灘上空飛行了12秒，并在36米外著陸。

越來越快，越來越大

航空領域的發明可多了。人們研發加壓艙，使乘客在空氣稀薄的高空也能夠自如呼吸。人們造出了“渦輪噴氣式”發動機：發動機從前端吸收空氣，然后將空氣壓縮并與燃料、煤油混合，最后整體點燃，燃燒產生的熱氣膨脹并向發動機后部逸出，產生極大的力量推動飛機前進。第一架使用噴氣式發動機的客機“彗星”（Comet）于1949年升空。

直升機

諾曼底的機械師保羅·科努（Paul Cornu）在1907年發明了直升機。他的直升機只能離地1.50米。1936年，德國福克公司對早期直升機進行了改進，制造的設有固定機翼的大型雙旋翼橫列式直升機，時速可達100～200千米，但直升機技術飛速發展要到1945年以后。它的優點是：起落不需要跑道。服裝和紡織纖維

看看你穿的衣服上的標簽。你不僅會發現尺寸、洗滌和干燥說明，也會看到制作衣服用的是什么材料。例如，你可能看到：100%棉，或80%棉和20%聚酯纖維，或70%丙烯酸和30%羊毛，又或是許多其他的組合。

天然材料和人造纖維

棉花、羊毛和亞麻都是天然材料：棉花和亞麻是生長在田間的植物，羊毛是從羊身上采集的。滌綸、腈綸或萊卡是人類為滿足生活需要而發明的人造纖維。

用蓖麻油代替石油

紡織品化學與綠色化學是可以兼容的。用棉或亞麻等天然纖維生產服裝會占用耕地、消耗水……棉花生長需要大量的水，僅生產一件棉質T恤衫就要“耗費”2900升的淡水！因此，必須用化學方法來創造新的纖維，從而減少資源消耗。但新纖維中有許多是用石油制造的，因此，有必要找到替代品。例如，一家法國公司生產的Rilsan聚合物，是由一種植物——蓖麻的油制成的。這種聚合物已成為尼龍的直接競爭對手。蓖麻只能種植在與沙地接壤的區域，而這些區域原本是無法生產任何糧食作物的。因此，蓖麻不與糧食作物競爭資源，也不需要太多的水。

運動員的服裝

在體育領域，化學也是非常重要的。運動員的服裝需要具有多重性能：

安全性：如滑雪運動員需要有防寒、防摔、防震的服裝……

舒適性：如跑步運動員喜歡穿輕薄的衣服，起到第二層皮膚的效果，能快速干燥，不會產生異味。

提升成績：如短跑運動員穿著減少空氣阻力的衣服比賽，可以將速度提升幾百分之一秒，從而登上領獎臺。

化學家合成的各種纖維用途廣泛，因為以這些纖維為基礎的聚合物可以根據需要進行塑形。例如，可以創建類似管道的中空纖維：由于用了更少的材料，紡織品會變得更輕，并能通過空氣保存身體熱量，因為空氣被限制在這些纖維中，成了優秀的隔熱劑。

溶劑

溶劑無處不在！ 在家里，它們常以油漆和指甲油（它們都是容易擴散并迅速干燥的液體）的形態出現，還有著自己獨特的外觀（色彩均勻帶光澤）。順便問一句，你用什么東西卸指甲油？用能溶解指甲油的溶劑！溶劑也廣泛用于制藥和化妝品行業。在歐洲，人們每年會消費幾百萬噸溶劑。

大氣中的溶劑

在一些油漆罐上，制造商向消費者表明油漆將會釋放到大氣中的VOC（揮發性有機化合物）的數量。而溶劑一般是具有揮發性的有機化合物，通常是易燃的（如汽油），對人類和環境都是有害的。因此，它們會污染房屋內部的空氣（通過油漆、清漆和膠水）以及整個地球，因為制藥業產生的廢物中，80%至90%都是必須回收的溶劑！

保護環境的解決方案

化學家們關心如何保護我們和我們的環境。他們正在尋找解決方案。

——甘油是生物燃料工業產生的一種廢料。將其作為溶劑使用也就相當于是廢物再利用：這對地球來說是件好事。

——處于超臨界（既不是液體，也不是氣體，也不是固體）狀態的二氧化碳（即CO2）可用作溶劑。它的優點是既無毒又不易燃。它可用于去除咖啡中的咖啡因：世界上50%的脫咖啡因咖啡生產使用到超臨界二氧化碳。

——為了減少我們對環境的影響，化學家們正在尋找來自植物世界的溶劑：農業溶劑。

從甜菜中獲得的生物乙醇（也被用作生物燃料）就是一個例子。檸檬烯也可以在某些情況下使用，它天然存在于柑橘類水果的果皮中。檸檬烯可生物降解，且有好聞的氣味，你能想象一下聞起來像檸檬的油漆嗎？農業溶劑是一種非常有趣的溶劑：它既無毒也不易燃。然而，它還不是理想的溶劑，因為生產農業溶劑要消耗非常多的能量，所以不能被廣泛地應用于各個領域。

少用溶劑，或者根本就不用！

當化學家們發現無法替代溶劑時，就會試圖減少使用溶劑。例如，制藥行業的化學家通過改進一種抗抑郁藥（一種用于治療抑郁癥的藥物）的制造工藝，將溶劑的使用量減少了四分之三！歸根結底，最好的解決方案是停止使用溶劑來生產藥物等產品，想要實現不使用溶劑，仍有許多問題需要解決。

微生物來拯救我們！

微生物是在顯微鏡下才能看到的生命體，它們存在于我們周圍。下面我們將介紹兩種微生物：幫助農業生產的菌根和用來制造玻璃的硅藻。

菌根的奇跡

植物的生存離不開磷，就像人需要蛋白質、碳水化合物和脂肪一樣。問題是，農民們使用的肥料需要含有大量的磷，預計世界上儲藏的磷可能在未來40年內耗盡。另外，肥料的過度使用還污染了土地和河流。幸運的是，我們發現了菌根：它是一種微觀的真菌，看起來像一條長長的線。它附著在植物的根部，與之形成共生體系。菌根真菌的菌絲向植物根部周圍的土壤擴張，增大了營養物質的吸收范圍。菌根將吸收的營養物質傳遞給植物，如磷;同時植物也會為菌根提供生長所需的營養物質，如糖。在墨西哥，通過在玉米田中添加菌根，可以減少75%的肥料使用量！此外，與菌根共生的植物會從空氣中吸收更多的二氧化碳。

用硅藻制造玻璃

幾千年來，玻璃和陶瓷都是通過在窯爐中以非常高的溫度（超過1000℃）加熱沙子或粘土制成的。這意味著制造玻璃必須耗費大量的能源。有一種叫作硅藻的微生物可以幫助我們。硅藻是在海洋、湖泊和河流中大量存在的單細胞植物或藻類植物。它們能夠在溫和得多的條件下制造出美麗的玻璃殼，因此它們可以在室溫下生產這些生物材料！通過模擬自然環境，化學家們能夠利用硅藻來制造玻璃。