舰娘中的元素周期表——氧篇

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导语：说到舰队collection相信各位一定不会陌生，它是一款以旧日本海军舰船拟人为题材的卡牌收集类游戏，无论是在中国亦或是在日本都引起了大范围的关注，而元素周期表则是每位朋友在中学时代学习化学的起点，当两者相遇又能擦出什么样的火花呢？本系列文章就以舰队collection中的化学知识为切入点，让我们一起来谈谈舰娘中的元素周期表，而今天就让我们一起来看看使我们赖以生存的氧元素吧。

一、从潜艇的供氧系统看供氧方式

相信各位一定清楚氧气是人类赖以生存的气体，一旦失去了氧气，人类便会迅速死亡，同样的我们的舰娘也需要呼吸嘛！而在日常的生活中我们的氧气来源一般是空气，但是我们知道潜艇在水下是处在完全密闭状态的，一旦潜艇下潜到深水，此时潜艇的供氧系统就直接关系到作战人员的生命安全。

少有人知的海军361潜艇事件正是由于舰体在上浮启动发动主机时未能打开指挥台上方的进气阀门，造成柴油主机吸走了艇内大量的空气，并又由于舰艇内部的气体被短时间大量抽空，造成艇内变成负压，舱门便无法正常打开舱口盖，因此便导致了70位艇员全部在战位上短时间内窒息牺牲的事故，由此可见在潜艇中供氧系统是十分重要的一部分。

而在舰队collection中潜水艇一直有着相当高的人气，所以相信很多朋友一定想要了解自己的舰娘在水下是如何呼吸的吧！那么今天我们便一起来简单的看看她们在水下是如何呼吸的吧！

1）通气管换气供氧
由于早期潜艇潜航时间短，所以一般不会在其内部单独装备供氧装置，只使用通气管换气装置，当潜艇在水下潜行一段时间后，艇内氧气消耗殆尽，此时只能不断上浮，将通气管伸出海面，与外界进行气体交换，将艇内的废气排出，同时向艇内补充大量富氧的新鲜空气。 其作用原理就类似于潜水呼吸管，人虽然在水下，但另一端管口则在水面上能够给人源源不断的提供新鲜空气。

通气管换气技术结构简便，设备较小，功耗及使用成本很低。但由于其没有别的供氧系统，故潜艇需频繁地上浮，并将通气管伸出海面，借此给艇内供给新鲜空气，这将大幅增加了潜艇暴露的机率。（想象一下如一根管子从海面深了出来，这是得有多明显）
不过现代的各国潜艇，当潜艇在水面航行时或者完成潜航任务上浮等，都会使用通气管换气，借此降低功耗和供氧成本。
2）氧气瓶供氧
此种方法的原理其实也类似于潜水员在水下所背的氧气罐，这是将装有压缩氧气的高压气瓶放置到到潜艇上，需要氧气时，便通过减压阀释放到舱室中供人员呼吸使用。其实在舰娘游戏的立绘中也突显了氧气瓶供养的作用，在游戏中为大家所熟知的潜水カ级的立绘中的一根输送管，就极有可能是氧气瓶的输送管。

对于小型潜艇，该技术经济实用、操作简单、使用方便，而且供氧的过程中不需要消耗电源，氧气又纯度高，不会对舱室带来二次污染。

压缩氧气瓶的压力有一定的限度，压力太高容易带来存储不少安全隐患。由于氧气瓶携带的氧气量有限，对于需氧量较大的潜艇，该方式满足不了需求。而且我们知道高压气体瓶一旦受到撞击则有可能发生剧烈的爆炸，这样的爆炸即使是在平时的陆地上都会造成相当剧烈的损坏，更别提在水下的潜水艇舱里，轻则使其搁浅，重则会使舰体破裂造成严重的事故。
3） 过氧化物供氧
学过高中化学必修一的朋友一定会记得在学钠及钠的氧化物时，老师一定提到过氧化钠可以在潜水艇中充当供氧剂，其化学反应方程式为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2．通过这个方程式我们能够看出过氧化物能够和二氧化碳反应，既能生成艇员所需的氧气又能吸收其呼出的二氧化碳。

利用该技术可以制作成药板装备于潜艇上，使用时将药板取出装入专用的装置内，靠风机或自然对流驱动，使废气接触到药板，使其发生化学反应，完成产氧和吸收二氧化碳的双重任务。　　

当然过氧化钠经常被用作紧急事态下供氧面罩的内装物，正如上面所介绍的那样，吸收人呼出的二氧化碳转化为氧气。所以笔者推测潜水カ级的那根输送管也能有可能是含有过氧化纳的供氧面罩

该技术理论上是一种非常理想的应用于密闭舱室的空气再生技术，不但能够完成产氧的任务同时还可以将呼吸出的二氧化碳吸收掉。因此各国都对其进行了研究，并有多种型号产品装艇使用。
 
4）电解水供氧
相信在初中化学讲到水这一节时，绝大多数老师都会为学生演示电解水这样的一个实验，将水加入仪器，倒入少量稀硫酸（其作用是增强其导电性，我们知道纯水是不导电的，需要加入一些电解质溶液，至于为啥会选用稀硫酸，我们最后解释）通电，就会发现一端会产生氢气，一端会产生氧气。那么这样的技术能否应用到潜艇的供氧中呢？

答案是肯定的，在潜艇中将充满电解液的电解槽接通电源后，在电解槽的阳极板和阴极板上分别产生氢气和氧气，其分别经过气液分离器、洗涤净化器和冷却器后，干燥纯化的氧气将送入舱室供人员呼吸使用。而氢气的话则会被直接排除到潜艇外部。

那么又回到了刚才的问题，在电解水中加入的电解质为什么是稀硫酸呢？难道不能是氯化钠溶液之类的别的东西？如果高中是理科的朋友应该会知道电解是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成。电流流进负电极(阴极)，溶液中带正电荷的阳离子迁移到阴极，并与电子结合，变成中性的元素或分子；带负电荷的阴离子迁移到另一电极(阳极)，给出电子，变成中性元素或分子。那么既然如此那么阴阳离子一定存在放电的先后顺序，首先是阳离子其放电顺序恰好为金属活动性顺序倒序（但特例是三价铁离子其放电顺序位于银离子和汞离子之间）而反观阴离子则会相对比较复杂，其一般顺序为I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞SO42－＞NO3－＞F－，通过这个顺序的介绍我们能够了解到·

我们知道水是由H+和OH-两种离子组成，同时电解质也会电离出阴阳离子，因此在电解时，这多种阴阳离子会按照上述顺序先后电离。掌握了这些基础知识我们来看，稀硫酸会电离出H+和SO42-所以按照上述顺序，当水中加入少量稀硫酸后，依然时H+和OH-放电，并不会有任何的影响。那如果是加入少量氯化钠结果会怎样呢？我们知道氯化钠加入水中会电离出Na+和Cl-，按照上述顺序，则变成了H+和Cl-放电，这样的话我们会在阴极得到氢气，在阳极得到氯气，而剩余的Na+和OH-将结合生成NaOH，这样就无法得到我们所需的氧气了。不过电解饱和食盐水倒是工业获得氯气和氢氧化钠的途径，也就是我们所说的氯碱工业的原理了。

这些便是常见的一些潜艇制氧的原理了，相信各位能够有了些新的了解，说了这么多制氧方面的知识，我们接下来再来看看氧气在海军武器中的应用吧！
二、从酸素鱼雷看氧气在武器中的应用

玩过舰娘的朋友一定熟悉酸素鱼雷这个名称，它是驱逐舰和潜艇最主要的攻击武器之一，从游戏中的数据我们不难看出同样是61厘米四联装鱼雷，酸素鱼雷比普通鱼雷高出了3点的属性，而为什么游戏当中为什么会这样设计呢？酸素鱼雷又有哪些优势呢？今天我们便一起来看看吧。

其实在舰娘的番剧里对酸素鱼雷也有很详细的介绍
如poi和吹雪所介绍的那样，酸素鱼雷有着很多的优点，那么究竟是什么原因使得其有了这么多普通鱼类无法比拟的好处呢？下面就让我们走进酸素鱼雷的内部吧！

酸素在日语中意为氧气，而我们知道氧气在燃烧过程中起到了助燃的作用，同时在初中我们老师会进行这样一个演示实验，将铁丝在空气中持续加热铁丝变红，但将加热的铁丝放置到含有纯氧的集气瓶中会出现剧烈燃烧，火星四射，铁丝熔成黑色小球落入瓶底。这个实验可以说明纯氧会使燃烧更加剧烈。

根据这样的原理，酸素（纯氧）鱼雷应运而生，我们知道传统的鱼雷推进剂都是在空气中燃烧，但是若将空气换成纯氧，助推器则会大幅度增加鱼雷的航速与射程，同时节省了推进剂，有助于增加鱼雷的装药量。同时由于其内部气体只含氧气故在燃烧过程中只会产生二氧化碳，而二氧化碳会有一部分溶于水，也不会产生大量的气泡，使其更加隐蔽。同时，由于燃烧充分故在鱼雷内部可以放置更多的战斗装药，可以对敌舰造成更大的伤害，也正因为如此所以在舰娘这款游戏中酸素鱼雷的数据会高于普通鱼雷。

但如果直接将纯氧加入助推燃烧室内极易引发过度燃烧，从而引发爆炸。因此日本“鱼雷专家”岸本鹿子治及其研究团队将其改造为先让助推剂在空气状态下燃烧，当燃烧稳定后，在加入纯净的氧气这样，不但可以防止过度燃烧导致的爆炸，而且能够使其达到理想效果。具体来说就是添加一个较小的压缩空气室以储存普通空气，通过调压阀将压缩空气引导至燃烧室，同时点火；待压缩空气烧完之后，再自动打开结合阀，从主气室里导入纯氧气，从而避免爆燃。

不过正如之前所介绍，氧气瓶特别是高压氧气瓶，在受到撞击或者挤压则有可能发生剧烈的爆炸，所以酸素鱼雷中的氧气极难储存，更不可能在鱼雷出厂时就提前充入，故只能在需要使用的军舰上提前准备制氧机。所以会使酸素鱼雷储存较为不便。

不过说到鱼雷我倒是想到了日军在二战后期使用的回天鱼雷，一种由人手直接操舵的鱼雷。因为其使用起来有点类似于潜艇，故便在这里简要和大家聊一聊。回天鱼雷由水面舰用的鱼雷改造。完成的回天鱼雷直径1米，鱼雷内部可装载乘员1名，乘员可由小型潜望镜确认敌舰的位置与操纵鱼雷，目的为增加对敌舰的命中率。“回天”所装载的炸药量比一般鱼雷多3倍。其类似于“神风敢死队”相当于艇员操纵这微型的潜艇（鱼雷）直接撞向敌舰。不过由于此时已处在二次世界大战末期，所以基本上回天无力。
结语：通过今天的介绍，希望能够让各位读者在舰娘中了解到氧气的作用，在接下来的文章中我们将会通过舰娘这一切入点一起来看看更多的元素，了解更多的科学知识。当然笔者能力有限，如若文章中存在问题或者不实之处，望各位能够不惜指正。在下先行谢过。

（部分图片来自网络）