一、本篇能用到的元素的相對原子質(zhì)量

H—1、C—12、N—14、O—16 、Na—23、K—39、Ca—40、Mn—55

二、本篇能用到的符號及其解釋

s—固態(tài)

l—液態(tài)

aq—水溶液態(tài)

g—氣態(tài)

E—電極電勢值

θ—在本文中代表標準態(tài)

H—焓（單位為kJ/mol或者kJ/kg）

?H—焓變（單位為kJ/mol）

G—吉布斯自由能

?G—吉布斯自由能變（單位為kJ/mol）

K—平衡常數(shù)

T—熱力學(xué)溫度，單位K

t—攝氏溫度，單位℃

ν—化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)，生成物為負、反應(yīng)物為正

[ ]、c（）—某物質(zhì)摩爾濃度，單位mol/L

F—法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96485C/mol

E（氧化型/還原型）—條件電極電勢值

R—理想氣體常數(shù)，其值為8.314J/(mol·K)

三、下圖為本篇文章所要用到的標準摩爾反應(yīng)生成焓數(shù)值

1、取自第十三版《蘭式化學(xué)手冊》里的

2、取自第86版《物理化學(xué)手冊》里的

3、另外所有元素的參考單質(zhì)的標準摩爾生成焓變、標準摩爾反應(yīng)吉布斯自由能均為0，另外H?（H?O?（水合氫離子））的標準摩爾生成焓為0

四、本系列專欄可能要用到的標準電極電勢數(shù)值

五、本系列專欄其他數(shù)據(jù)

六、本系列專欄所要用到的公式

（6） lnx=2.303lgx pH=-lg[H?] 另外ln1=lg1=0

正文部分

? ? ? ?先來問大家?guī)讉€問題，上圖飛機是什么型號的？

? ? ? ?大家肯定會異口同聲的回答，這是二戰(zhàn)德國的Me163戰(zhàn)斗機

? ? ? ?那我在問，Me-163“彗星”戰(zhàn)斗機使用過的燃料有幾種方案，而且Me-163“彗星”戰(zhàn)斗機用過的燃料方案的共同特點是什么？這個問題我猜這個問題肯定沒有幾個人能完全回答的出來，那本篇文章我們就來說一下Me-163“彗星”戰(zhàn)斗機使用過的燃料。

? ? ? ?這先說一下Me163“彗星”所使用的燃料，這里先列出來，一下是以Me163“彗星”戰(zhàn)斗機的三種型號Me163A和M163B和Me163D來舉例（應(yīng)該指出在Me163A、M163B、Me163D這三個機型中間是有個Me163C的，但是Me163C到1945年二戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗的時候都沒有完全造出來，還有Me163D從1944年生產(chǎn)到1945年二戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗投降這一段時間內(nèi)就造了一架原型機，所以Me163C和Me163D就不在本篇文章的討論范圍之內(nèi)了），這里說明一下，不包括Me163“彗星”的原型機的話，Me163A從1943年到1945年戰(zhàn)爭結(jié)束之間一共生產(chǎn)了十架，（另外還要指出這十架Me-163A戰(zhàn)斗機中并不是所有都裝有引擎，有一些只是作為滑翔機在使用，有一些有裝引擎），Me163B從1944年生產(chǎn)到1945年二戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗投降這一段時間內(nèi)一共生產(chǎn)了370架，以下為Me163A、M163B這兩個機型圖片所使用的發(fā)動機以及引擎既燃料一覽表。

? ? ? ?但是大家有沒有注意到無論是在Me163A上還是在Me163B上，在其使用燃料上都有一個共同特點，都有使用T-stoff（80%的過氧化氫 （H?O?）/ 少量的 8-羥基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸鈉/ 20% H?O)，至于T-stoff到底是怎么樣的，本篇就不在贅述了。 但是大家有沒有注意到無論是在Me163A上還是在Me163B上，在其使用燃料上都有一個共同特點，都有使用T-stoff（80%的過氧化氫 （H?O?）/ 少量的 8-羥基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸鈉/ 20% H?O)，至于T-stoff到底是怎么樣的，本篇就不在贅述了。

? ? ? ? 那很多人會有個疑問，雙氧水，也就是H?O?，它怎么就能作為Me163“彗星”火箭燃料組成里呢？那這里。就不得不談到一個人—赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter） 。

? ? ? ? 這個人，有一個設(shè)想，根據(jù)美國國家航空咨詢委員會（NACA）在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中（T-SUBSTANCE 既T-stoff，SUBSTANCE在英文里的意思是物質(zhì)，stoff是德文里的意思是物質(zhì)，既指代同一個物質(zhì)，80%的過氧化氫（H?O?）/ 少量的 8-羥基喹啉以及磷酸和磷酸鈉/ 20% H?O的混合物），這篇文章是赫爾穆特 瓦爾特對于雙氧水火箭燃料發(fā)動機的研究報告。原作者赫爾穆特 瓦爾特對于過氧化氫（雙氧水）能作為火箭燃料的理由是。

1、 過氧化氫具有一定的氧化性，雖說100g純的過氧化氫只相當于47g氧氣（O?）的氧化能力，但是，過氧化氫也能夠像氧氣一樣，能夠與燃料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，為熱機提供動力。

2、赫爾穆特 瓦爾特注意到過氧化氫受熱分解時容易產(chǎn)生水（H?O）和氧氣（O?），但是過氧化氫的受熱分解是放熱反應(yīng)，1kg純的過氧化氫，完全受熱分解生成水和氧氣，會釋放出690千卡（kcal）的熱量，這里生成的水是為液態(tài)水（請看計算過程），并且，會達到950℃的終溫，由圖一所示。

? ? ? ? ? 另外本文還說，當過氧化氫（H?O?）—水（H?O）二元體系中，過氧化氫的質(zhì)量含量在13.5%的時候其飽和液體的液體熱與其過氧化氫（H?O?）—水（H?O）混合物的分解熱是相等的，請見圖一中a線與c線的交點，這一點的意義就是在過氧化氫—水體系中，當過氧化氫的含量為13.5%的時候，其自身分解所放出的熱量可以使含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物發(fā)生沸騰，而過氧化氫（H?O?）—水（H?O）體系中，過氧化氫的質(zhì)量含量在64.5%的時候過氧化氫（H?O?）—水（H?O）飽和氣態(tài)混合物的氣態(tài)焓值與過氧化氫（H?O?）—水（H?O）混合物的分解熱是相等的，請見圖一中a線與b線的交點，它的意義是這一點的意義就是在過氧化氫—水體系中，當過氧化氫的含量大于64.5%的時候，其自身分解所放出的熱量可以使過氧化氫的含量大于64.5%的過氧化氫—水二元液體混合物變成過熱蒸汽，下圖中的superheat指代過熱，這個過熱蒸汽是氧氣、水蒸汽、以及少量過氧化氫蒸汽的混合物。

? ? ??順便一提，在圖一（Figure 1）中a線和b線這兩條線，你從橫坐標上的某一點作一條垂線，去其垂足為A，A的橫坐標為13.5%，點B是指含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物它的液體熱，點C是指含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物它的氣態(tài)焓值，而C點與B點的差值即為單位質(zhì)量下，含有13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物的汽化潛熱值，這里用g表示汽化潛熱（在大多數(shù)涉及到熱力學(xué)的教材里，汽化潛熱是用希臘字母γ表示）（單位kcal/kg），但是在一定壓力下，根據(jù)下圖得知過氧化氫—水二元液體混合物的汽化潛熱隨著過氧化氫濃度的增加而下降，而反應(yīng)放熱量是隨著過氧化氫的濃度的增加而增加（這里應(yīng)該指出，因為過氧化氫分解生成液態(tài)水和氧氣是放熱反應(yīng)，焓變是負值，既?H＜0，放熱量是為正值），對于c線，當其自身分解所放出的熱量大于其體系內(nèi)所需的汽化潛熱時，那該體系可以直接由自身分解放熱使其體系變?yōu)檫^熱蒸汽。

? ? ? ?如果你還不理解而C點與B點的縱坐標差值代表的是汽化潛熱，那我們可以取當過氧化氫濃度為0時的情況，過氧化氫濃度為0的情況，也就是這個體系只含有水，這里取的是100℃時水的液態(tài)焓值,，其值為100kcal/kg，100kcal/kg=418.4kJ/kg，經(jīng)過查飽和水蒸氣表可得知在1個大氣壓下、100℃時飽和水的液態(tài)焓值為419.06kJ/kg，雖說這有點偏差，但是影響不大，還有在1個大氣壓下，根據(jù)Figure 1可知，100℃時的飽和水蒸氣其焓值為638.5kcal/kg，638.5kcal/kg=2671.484kJ/kg，經(jīng)過查水蒸氣表可得知100℃時飽和水蒸氣焓值為2676kJ/kg，如果用Figure 1中所得到的值，算出的飽和水在100℃汽化潛熱值為2253.084kJ/kg，而根據(jù)飽和水蒸氣表所得到的的汽化潛熱值為2256.94kJ/kg，雖說這有點偏差，但是影響不大，另外這里只是通過計算結(jié)果來讓大家理解C點與B點的縱坐標差值代表的是汽化潛熱，當然，這個數(shù)值可能會因為文獻上記載的不同而會有微小偏差，這是比較正常的。

過熱蒸汽是指給定壓力下飽和蒸汽溫度存在的蒸汽,舉個例子，1個大氣壓下，水飽和蒸汽的溫度是在100℃，如果，在1個大氣壓下，這個水蒸氣的溫度是在170℃，那這個水蒸氣就可以被認為這是過熱蒸汽。我們接著再看這篇文章，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在Figure 2中說道，80%的過氧化氫水溶液在1個大氣壓下受熱分解產(chǎn)生的蒸汽溫度為465℃，這個蒸汽也屬于過熱蒸汽。

? ? ? ? 很多人不理解，為什么赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）要使T-stoff分解，并在1個大氣壓下產(chǎn)生465℃的過熱蒸汽呢？而不是100℃的飽和蒸汽呢？我們可以通過下圖的計算去理解，并且我們假設(shè)，這蒸汽最后變成25℃，1個大氣壓下的冷凝水，來作為終態(tài)。

? ? ? ? 所以相同壓力下的過熱蒸汽的作功能力要比相同壓力下的飽和蒸汽做功能力要強.

? ? ? ? 赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）認為雙氧水的這些特性是使制造雙氧水火箭發(fā)動機的依據(jù)。

? ? ? ?接下來，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）為了促進T-stoff的分解，并使其最大化利用，他想了幾個方案，其中一個方案就要涉及到Me163中所使用到的燃料—Z-stoff，Z-stoff在Me163“彗星”里的各種機型里，只有Me163A“彗星”在使用了它。

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1、采用Z-stoff（高錳酸鈣/鈉溶液）與T-stoff反應(yīng)，這個方案的最終成果之一便是以Z-stoff（高錳酸鈣/鈉水溶液）與T-stoff反應(yīng)作為驅(qū)動力的Me163A“彗星”，一說到這，這就讓我想起某百科上的一個說法，說Me163的原型機DFS194的瓦爾特發(fā)動機，是使用高錳酸鉀和過氧化氫作為驅(qū)動力,這個說法其實并不準確，因為Me163的原型機DFS—194使用瓦爾特R I-203火箭發(fā)動機做引擎，而瓦爾特R I-203火箭發(fā)動機是用Z-stoff（高錳酸鈉或者高錳酸鈣水溶液）與T-stoff（80%過氧化氫水溶液）兩種之間的反應(yīng)來作為動力，不是高錳酸鉀(KMnO?)，另外赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在他的編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中，也沒有提到利用高錳酸鉀(KMnO?)與過氧化氫反應(yīng)來促使過氧化氫發(fā)生分解的內(nèi)容，高錳酸鉀的英文為Potassium permanganate、高錳酸鈉的英文為Sodium permanganate，高錳酸鈣的英文為Calcium permanganate，本文就壓根沒有出現(xiàn)過Potassium permanganate一詞。

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? ?? ?還有高錳酸鉀常溫下的水溶性是不如高錳酸鈉或者高錳酸鈣的，這里提一下25℃時1千克的水最多能溶76 g的高錳酸鉀(KMnO?)，65℃時1千克的水能溶 250g的高錳酸鉀(KMnO?),25℃時1千克的水能溶900 g的高錳酸鈉(NaMnO?)，25℃時1千克的水能溶3380 g的高錳酸鈣(Ca（MnO?）?)。（以上數(shù)據(jù)來自維基百科，是根據(jù)維基百科里的數(shù)據(jù)換算而來）?

? ? ?還有常溫下飽和的高錳酸鉀溶液里含有高錳酸根(MnO??)的濃度也達不到600g/L([MnO??] =5.04mol/L),根據(jù)高錳酸鉀常溫下在水溶解度（76g/1L（水））來算飽和的高錳酸鉀溶液里高錳酸根(MnO??)的濃度為57.24g/L（[MnO??] =0.48mol/L），遠遠小于當年德軍的Z-stoff里高錳酸根的濃度600g/L ( [MnO??] =5.04mol/L）左右。另外，航空燃料里，肯定會注重反應(yīng)物間反應(yīng)速率，也不可能使用高錳酸鉀來做Z-stoff的組分，因為飽和的高錳酸鉀溶液里高錳酸根(MnO??)的濃度為57.24g/L（[MnO??] =0.48mol/L），這個溶度水平是比較低的，利用高錳酸鉀水溶液來作為T-stoff的化學(xué)成分與過氧化氫反應(yīng)速率肯定不如高錳酸鈉或者高錳酸鈣溶液與過氧化氫溶液反應(yīng)來的快。

? ? ? ?還有大家關(guān)于Me163A所使用的燃料還有一個說法，就是Z-stoff（既高錳酸鈉(NaMnO?)水溶液或者高錳酸鈣(Ca（MnO?）?水溶液），是T-stoff（80%的過氧化氫 （H?O?）/ 少量的 8-羥基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸鈉/ 20% H?O）分解的催化劑，這個說法也是不正確的，因為在瓦爾特的記載里，他設(shè)想過氧化氫與高錳酸鹽在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧化鈉（NaOH），和軟錳礦（MnO?），其離子反應(yīng)方程式和電極方程式如下。還有我們再來說一下什么是催化劑。催化劑的定義是在化學(xué)反應(yīng)里能提高化學(xué)反應(yīng)速率而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)，催化劑是由參與到反應(yīng)中。但是在過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧根（OH?），和軟錳礦（MnO?）的反應(yīng)過程中，因為Z-stoff（既高錳酸鈉(NaMnO?)水溶液或者高錳酸鈣(Ca（MnO?）?水溶液）參與到反應(yīng)中了，高錳酸鈉或者高錳酸鈣已經(jīng)參與了反應(yīng)并消耗了，所以Z-stoff（既高錳酸鈉(NaMnO?)水溶液或者高錳酸鈣(Ca（MnO?）?水溶液）不能被稱為是促進T-stoff（80%的過氧化氫 （H?O?）/ 少量的 8-羥基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸鈉/ 20% H?O）分解的催化劑。

? ? ? ?以上反應(yīng)熱數(shù)據(jù)是利用第十三版《蘭式化學(xué)手冊》的數(shù)據(jù)和第86版《物理化學(xué)手冊》的數(shù)據(jù)來計算，其中水溶液態(tài)高錳酸根（MnO??(aq)）的標準生成熱數(shù)據(jù)，和水溶液態(tài)過氧化氫（H?O?(aq)）的標準生成熱數(shù)據(jù)、氫氧根（OH?（aq））的生成熱數(shù)據(jù)是取自第十三版《蘭式化學(xué)手冊》，而液態(tài)水（H?O(l)）的標準生成熱數(shù)據(jù)、MnO?（s）的標準生成熱數(shù)據(jù)是取自第86版《物理化學(xué)手冊》 。

? ? ? ?我們再看過氧化氫自身分解的反應(yīng)

? ? ? 如果拿過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧根（OH?），和軟錳礦（MnO?），和液態(tài)水的反應(yīng)和過氧化氫自身分解生成氧氣（O?）和液態(tài)水的反應(yīng),如果，那這兩個反應(yīng)的反應(yīng)熱相比較，你可以發(fā)現(xiàn)，這兩個反應(yīng)都進行1mol反應(yīng)進度（這里就來解釋一下什么叫反應(yīng)進度，反應(yīng)進度是用來描述某一化學(xué)反應(yīng)進行程度的物理量，量綱為mol反應(yīng)，用符號ξ表示。最簡單的理解就是字面意思，反應(yīng)進行的程度）的時候，你會發(fā)現(xiàn)過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧根（OH?），和軟錳礦（MnO?），和液態(tài)水的反應(yīng)的放熱量（1325.07kJ）要遠遠大于過氧化氫自身分解生成氧氣（O?）和液態(tài)水的反應(yīng)的的放熱量（196kJ）,更有助于過氧化氫—水體系變?yōu)檫^熱蒸汽，所以赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）利用過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧根（OH?），和軟錳礦（MnO?），和液態(tài)水的放熱反應(yīng)去引發(fā)過氧化氫的分解，通過對過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下的反應(yīng)去促進過氧化氫的分解放熱從而來作為飛行器的動力來源是有道理的，Me163A“彗星”所使用的瓦爾特 R II 203 b發(fā)動機就是利用這個原理給Me 163A“彗星”提供動力來源。

? ? ? ?另外，很多人會有一個疑問，為什么赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）不去利用過氧化氫與高錳酸根在酸性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、液態(tài)水（H?O），和軟錳礦（MnO?）或者二價錳離子（Mn2?），的反應(yīng)來去引發(fā)過氧化氫的分解，使得過氧化氫作為其動力來源，而是使用利用過氧化氫與高錳酸根在中性的條件下進行反應(yīng)生成氧氣（O?）、氫氧根（OH?），和軟錳礦（MnO?），和液態(tài)水的放熱反應(yīng)去引發(fā)過氧化氫的分解。

? ? ? ? 我們可以從反應(yīng)的焓變、自發(fā)性、酸堿性對于過氧化氫分解速率的影響、以及反應(yīng)的場所——瓦爾特 R II 203 b發(fā)動機的制造使用材料方面去考慮來講。

? ? ? ? 首先是，我們來討論一下，反應(yīng)（1）、反應(yīng)（2）、反應(yīng)（3）的自發(fā)性，其實就是計算一下反應(yīng)（1）、反應(yīng)（2）、反應(yīng)（3）的反應(yīng)自由能，或者是正極反應(yīng)與負極反應(yīng)的電極電勢差。

? ? ? ? 由下圖里的計算可知，反應(yīng)（1）、反應(yīng)（2）、反應(yīng)（3）,都是屬于強放熱，自發(fā)性分非常明顯的反應(yīng)（?G負值非常小，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，?G﹤0的過程屬于自發(fā)過程），如果反應(yīng)（1）、反應(yīng)（2）、反應(yīng)（3）都進行了1mol反應(yīng)進度的條件下，放熱量大小的比較是反應(yīng)（1）＞反應(yīng)（3）＞反應(yīng)（2），但是在中性條件下，反應(yīng)（3），能夠具有較大的反應(yīng)趨勢。

? ? ? ? 至于反應(yīng)的pH值對于反應(yīng)的場所——瓦爾特 R II 203 b發(fā)動機零件的腐蝕，我們可以引入E-pH圖來講，因為，在制作瓦爾特 R II 203 b發(fā)動機零件的時候，鋼材是必不可少的材料。

? ? ? ? 還有，根據(jù)Fe—H?O的E-pH圖來分析，當發(fā)動機的部件處于酸性條件下（嚴格來說，只有在25℃左右的時候pH=7才是中性，pH﹤7才是酸性，pH＞7才是堿性，pH=-lg[H?]），鋼材很容易發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕，而在中性或者是堿性條件下，鋼材發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕的趨勢就明顯減小。其實呢？將鋼材放入強堿性保存可以暫時性的延緩鋼材腐蝕也是這個道理，而且對于反應(yīng)（3）來說，有生成氫氧根（OH?）這個物質(zhì)，氫氧根（OH?）這個物質(zhì)是導(dǎo)致堿性水溶液具有堿性的原因，還有反應(yīng)（3）反應(yīng)達到平衡時，此時溶液是堿性的。

? ? ? ? 為什么可以這么說呢？因為我們還是要詳細講一下Fe—H?O的E-ph圖里的各個線是代表什么意義，并且還要補充相應(yīng)的知識，但是，至于要用到什么知識，就放到下期專欄來說明，Me163“彗星”所使用燃料并不是單靠一期專欄就能講完。

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