发明之路 两个轮子“走路”

这是一种使人们能够不用走路就能够快速移动的交通工具：自行车诞生于1817年，经过多次改良之后，变得高效而流行。

德莱斯自行车

这一切都始于1817年。德国人德莱斯男爵发明了一种交通工具——德莱斯自行车。他用一个简单的木条连接两个轮子，他坐在木条上，用脚蹬地推着车前进。事实上，这只是一种新的滑动行走方式而已，因为这种自行车还没有踏板！

踏板，链条，刹车

1861年，法国人皮埃尔·米肖（Pierre Michaux）给自行车的前轮加了能转动的脚踏板。为了让自行车跑得更快，人们增大了前轮的直径，减小了后轮的直径，但这样的比例是很不稳的。

渐渐地，自行车有了更多改进：钢取代了木头，使自行车变得更轻;脚踏板调整至车架中间， 两个轮子直径相同，整个车变得稳定了。随后，陆续有其他改良问世，比如给自行车增加了链条、刹车，以及换挡功能，使自行车更快、更安全，广受人们欢迎。

约翰·邓禄普，轮胎的发明者

很早的时候人们只是在车轮上简单地覆盖了一条铁条和一条橡胶条。爱尔兰人约翰·邓禄普用一个活门充气的管子包裹车轮，并在外面涂上橡胶做保护层。1888年，他的儿子骑着装有此种轮胎的自行车参加比赛得了第一名，此项发明开始受到了人们的重视。

引擎，让骑车不再费力

首先，1871年，美国人佩鲁在后轮上安装了一个小型蒸汽机，使自行车实现了自动化。 1899年，维尔纳兄弟为自行车配备了内燃机。自行车变机动车，行驶更快更省力。

蒸汽机和运输业的发展

埃及人最早发现了蒸汽的力量，但直到18世纪蒸汽才被加以利用。从19世纪起，蒸汽开始应用于陆地运输，带来了机动车的发展，标志着工业时代的到来。

蒸汽，一种源自水的能量

水加热后从液体变为气体，也就是蒸汽。如果我们压缩这些蒸汽，它就能产生一种重要的能量：蒸汽能。

18世纪，蒸汽的世纪

1679年，法国物理学家丹尼斯·帕潘通过观察加热的蒸汽会掀翻锅盖，从而发明了第一台蒸汽机，但没有实际运用到工业生产上，直到1785年以后，詹姆斯·瓦特改良的蒸汽机，效率大为提高，在工业上得到了广泛应用。

最早的蒸汽船

1783年，全世界第一艘蒸汽船下水，像磨坊一样的轮子在水中翻滚。螺旋桨发明之后，蒸汽船变得更快、更稳定。

最早的火车：从采矿到快乐旅行

蒸汽机最早应用在矿区运煤的马车上。然后，蒸汽机用到了旅行火车上。1825年，在英国，一列由30多节车厢组成的蒸汽火车第一次在铁道线上运行。除了供旅客乘坐的车厢外，还要有专门的车厢装载着煤，这列叫作“旅行者号”的列车靠这些煤为发动机提供动力、为水加热。当时的火车行驶缓慢，乘坐也不舒服，发动机还会冒出大量的浓烟。

最早的蒸汽汽车几乎跑不动

想象一下，一辆三轮车，前面顶着一口大锅炉：这就是第一辆蒸汽动力汽车——居纽板车的样子。它非常重，以至于只能勉强以每小时4千米的速度移动。1885年，卡尔·奔驰制造出一种装有内燃机的三轮车，即“奔驰一号”三轮车，并于1886年1月29日为发明立案，这一天被认为是世界汽车诞生日。由于内燃机取代了蒸汽机，这种车更轻，可以以每小时13千米的速度行驶，大约是步行速度的两倍。

天上飞的

人类最雄心勃勃的梦想就是像鸟儿一样飞翔，为此，人类做过疯狂而危险的实验。直到20世纪初，人类才成功飞上了天。今天，几乎每个人都有机会乘坐飞机。

热气球

1783年6月，法国的造纸商蒙特哥菲尔兄弟将一个充满热空气的纸气球成功地升到了1000多米的高度。几个月后经过他们改进的热气球实现了首次载人飞行。气球之所以能升上天空是因为它们内部充满了比空气更轻的气体。

飞机

20世纪初，出现了第一架使用内燃机发动的飞机。1903年莱特兄弟乘坐这架带有两支机翼的飞机，在美国的一个海滩上空飞行了12秒，并在36米外着陆。

越来越快，越来越大

航空领域的发明可多了。人们研发加压舱，使乘客在空气稀薄的高空也能够自如呼吸。人们造出了“涡轮喷气式”发动机：发动机从前端吸收空气，然后将空气压缩并与燃料、煤油混合，最后整体点燃，燃烧产生的热气膨胀并向发动机后部逸出，产生极大的力量推动飞机前进。第一架使用喷气式发动机的客机“彗星”（Comet）于1949年升空。

直升机

诺曼底的机械师保罗·科努（Paul Cornu）在1907年發明了直升机。他的直升机只能离地1.50米。1936年，德国福克公司对早期直升机进行了改进，制造的设有固定机翼的大型双旋翼横列式直升机，时速可达100～200千米，但直升机技术飞速发展要到1945年以后。它的优点是：起落不需要跑道。服装和纺织纤维

看看你穿的衣服上的标签。你不仅会发现尺寸、洗涤和干燥说明，也会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%聚酯纤维，或70%丙烯酸和30%羊毛，又或是许多其他的组合。

天然材料和人造纤维

棉花、羊毛和亚麻都是天然材料：棉花和亚麻是生长在田间的植物，羊毛是从羊身上采集的。涤纶、腈纶或莱卡是人类为满足生活需要而发明的人造纤维。

用蓖麻油代替石油

纺织品化学与绿色化学是可以兼容的。用棉或亚麻等天然纤维生产服装会占用耕地、消耗水……棉花生长需要大量的水，仅生产一件棉质T恤衫就要“耗费”2900升的淡水！因此，必须用化学方法来创造新的纤维，从而减少资源消耗。但新纤维中有许多是用石油制造的，因此，有必要找到替代品。例如，一家法国公司生产的Rilsan聚合物，是由一种植物——蓖麻的油制成的。这种聚合物已成为尼龙的直接竞争对手。蓖麻只能种植在与沙地接壤的区域，而这些区域原本是无法生产任何粮食作物的。因此，蓖麻不与粮食作物竞争资源，也不需要太多的水。

运动员的服装

在体育领域，化学也是非常重要的。运动员的服装需要具有多重性能：

安全性：如滑雪运动员需要有防寒、防摔、防震的服装……

舒适性：如跑步运动员喜欢穿轻薄的衣服，起到第二层皮肤的效果，能快速干燥，不会产生异味。

提升成绩：如短跑运动员穿着减少空气阻力的衣服比赛，可以将速度提升几百分之一秒，从而登上领奖台。

化学家合成的各种纤维用途广泛，因为以这些纤维为基础的聚合物可以根據需要进行塑形。例如，可以创建类似管道的中空纤维：由于用了更少的材料，纺织品会变得更轻，并能通过空气保存身体热量，因为空气被限制在这些纤维中，成了优秀的隔热剂。

溶剂

溶剂无处不在！ 在家里，它们常以油漆和指甲油（它们都是容易扩散并迅速干燥的液体）的形态出现，还有着自己独特的外观（色彩均匀带光泽）。顺便问一句，你用什么东西卸指甲油？用能溶解指甲油的溶剂！溶剂也广泛用于制药和化妆品行业。在欧洲，人们每年会消费几百万吨溶剂。

大气中的溶剂

在一些油漆罐上，制造商向消费者表明油漆将会释放到大气中的VOC（挥发性有机化合物）的数量。而溶剂一般是具有挥发性的有机化合物，通常是易燃的（如汽油），对人类和环境都是有害的。因此，它们会污染房屋内部的空气（通过油漆、清漆和胶水）以及整个地球，因为制药业产生的废物中，80%至90%都是必须回收的溶剂！

保护环境的解决方案

化学家们关心如何保护我们和我们的环境。他们正在寻找解决方案。

——甘油是生物燃料工业产生的一种废料。将其作为溶剂使用也就相当于是废物再利用：这对地球来说是件好事。

——处于超临界（既不是液体，也不是气体，也不是固体）状态的二氧化碳（即CO2）可用作溶剂。它的优点是既无毒又不易燃。它可用于去除咖啡中的咖啡因：世界上50%的脱咖啡因咖啡生产使用到超临界二氧化碳。

——为了减少我们对环境的影响，化学家们正在寻找来自植物世界的溶剂：农业溶剂。

从甜菜中获得的生物乙醇（也被用作生物燃料）就是一个例子。柠檬烯也可以在某些情况下使用，它天然存在于柑橘类水果的果皮中。柠檬烯可生物降解，且有好闻的气味，你能想象一下闻起来像柠檬的油漆吗？农业溶剂是一种非常有趣的溶剂：它既无毒也不易燃。然而，它还不是理想的溶剂，因为生产农业溶剂要消耗非常多的能量，所以不能被广泛地应用于各个领域。

少用溶剂，或者根本就不用！

当化学家们发现无法替代溶剂时，就会试图减少使用溶剂。例如，制药行业的化学家通过改进一种抗抑郁药（一种用于治疗抑郁症的药物）的制造工艺，将溶剂的使用量减少了四分之三！归根结底，最好的解决方案是停止使用溶剂来生产药物等产品，想要实现不使用溶剂，仍有许多问题需要解决。

微生物来拯救我们！

微生物是在显微镜下才能看到的生命体，它们存在于我们周围。下面我们将介绍两种微生物：帮助农业生产的菌根和用来制造玻璃的硅藻。

菌根的奇迹

植物的生存离不开磷，就像人需要蛋白质、碳水化合物和脂肪一样。问题是，农民们使用的肥料需要含有大量的磷，预计世界上储藏的磷可能在未来40年内耗尽。另外，肥料的过度使用还污染了土地和河流。幸运的是，我们发现了菌根：它是一种微观的真菌，看起来像一条长长的线。它附着在植物的根部，与之形成共生体系。菌根真菌的菌丝向植物根部周围的土壤扩张，增大了营养物质的吸收范围。菌根将吸收的营养物质传递给植物，如磷;同时植物也会为菌根提供生长所需的营养物质，如糖。在墨西哥，通过在玉米田中添加菌根，可以减少75%的肥料使用量！此外，与菌根共生的植物会从空气中吸收更多的二氧化碳。

用硅藻制造玻璃

几千年来，玻璃和陶瓷都是通过在窑炉中以非常高的温度（超过1000℃）加热沙子或粘土制成的。这意味着制造玻璃必须耗费大量的能源。有一种叫作硅藻的微生物可以帮助我们。硅藻是在海洋、湖泊和河流中大量存在的单细胞植物或藻类植物。它们能够在温和得多的条件下制造出美丽的玻璃壳，因此它们可以在室温下生产这些生物材料！通过模拟自然环境，化学家们能够利用硅藻来制造玻璃。