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图/视觉中国 |
文/羊城晚报记者 孙磊 凡·高的《向日葵》里有毒，防弹衣可以像丝绸一样柔软，人类可以运用化学方法合成血液和骨骼，甚至是让自己“消失”的隐身衣，而火星也可以通过高科技材料进行改造，变为另一个人类家园…… 最近，由接力出版社推出的“万物有化学”系列丛书《走进元素世界》《生命中的化学》《艺术中的化学》《科技中的化学》《军事中的化学》等，围绕118种化学元素，展开了关于生命、艺术、科技、军事四大主题的奇妙探讨，带我们踏入六大学科领域——化工、物理、生物、历史、艺术、军事，走进千变万化的化学世界。 这应该是国内迄今为止首套从化学的视角揭秘万物的科普图书，它告诉我们，小到纳米级芯片设计，大到重型火箭制造、宇宙空间站运转，化学存在于万事万物之中，与我们的生活息息相关，其中还介绍了许多非常有趣的化学小知识—— 药可成毒，毒可为药 基因突变、机体老化、微生物侵入等，可能会导致人体生病，药物的介入却会帮助我们恢复健康。但你知道吗？药可能成为毒，而毒也能成为药。 小时候摔伤破皮后，经常使用一种红色药水，它的学名叫作汞溴红。其中的汞元素（Hg）就具有毒性，故而可以有效消灭微生物，防止伤口感染。但是汞元素对人体同样有毒，尤其对肾脏的损害较大，所以不能大面积使用。目前这种药水已经被淘汰了。 砷元素（As）是砒霜的主要成分，是砒霜毒性的来源。同样的，砷元素对人体以及许多致病微生物来说，也同样有毒。含有砷元素的砒霜、雄黄，也可以用于治疗皮肤病、昏睡病、血液病，甚至是癌症等顽疾。 1909年，美国人埃利希推出了历史上有名的治疗性病梅毒的含砷药物——砷凡纳明，就是人类历史上第一款针对梅毒的特效药，它挽救了数以万计的梅毒患者的生命。埃利希也因此获得了1908年诺贝尔生理学或医学奖。但由于砷凡纳明具有较大的副作用，20世纪40年代，随着青霉素的出现，砷凡纳明便被逐渐取代了。 最经典的还有柳树皮中的“水杨苷”。在公元前4世纪，被誉为“西方医学之父”的古希腊医学家希波克拉底就曾用柳树皮煮水给病人喝，用来退烧。到了18世纪，化学家才从柳树皮中分离出了名为“水杨苷”的物质，并证明柳树皮水的镇痛、退热、消炎等功效都源于这种物质。但柳树中的水杨苷并不能直接发挥药效，水杨苷需要发生一系列的化学变化，成为水杨酸后才能产生药效。但“是药三分毒”，水杨酸的酸性较强，进入胃后会产生强烈刺激，引发恶心、呕吐等症状，过量服用还会对神经系统、心血管系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统有损害。后来，德国拜耳公司对水杨酸进行了分子改造，令其酸性大幅下降，从而降低了对胃部的刺激。这种药物就是后来的阿司匹林，它至今依然是全世界应用最广的药物之一，近年，人们还发现阿司匹林不仅具有镇痛、祛热、消炎的功效，还具有抗血小板过度凝集、预防心肌梗死，甚至是预防癌症的功效。 古人都懂笔和墨的化学特性 毛笔，是中国古人的一项伟大发明，人们利用不同的动物毛制成软硬不同的毛笔，用于不同场合的书写，其中，羊毫较软，狼毫和兔毫则较硬。 其实动物毛的主要成分为角蛋白。角蛋白是蛋白质的一种，含有较高比例的半胱氨酸，半胱氨酸中的巯基可以通过二硫键实现相互的交联，高度交联的结构赋予了角蛋白坚硬且有韧性的物理特性，被誉为蛋白质世界的“钢筋”。普通蛋白质易溶于水，如果用普通蛋白质做毛笔笔头，写字过程中笔头就会逐渐消失。而角蛋白既保持了作为蛋白质的亲水特性，又由于高度的交联结构而不溶于水、稀酸或稀碱，从而保证了毛笔在蘸墨汁书写过程中的稳定性。而且，坚韧的角蛋白还能够使毛笔笔头具有良好的回弹性能、抗摩擦性能，从而大大提升了毛笔的书写流畅性和使用寿命。 而古人写字用的墨则是将炭粉黏合形成的块体，这种炭粉我们称之为炭黑。炭黑在当今社会最广泛的应用是作为轮胎橡胶的填充材料，所以我们看到的汽车轮胎大都是黑色的。但古人通过燃烧的方法得到炭黑墨粉，然后用来写字。 三国时期的文学家曹植就曾在所创作的《乐府》中写道“墨出青松烟”，意思是说，墨是通过燃烧松木形成的烟而制成的。松木燃烧的时候，由于燃烧不完全，便会烧出滚滚黑烟，这种黑烟就是松烟。古人用一块挡板将松烟挡住，松烟就会逐渐在挡板上沉积，当沉积到一定的厚度，就可以将烟粉清扫并收集起来，然后将其与鸡蛋清等胶类物质、香料、药材等辅料混合，再用铁杵捶打上万次形成墨团，最后放入模具中压制，晾干，便得到了墨锭。 除了墨色，古人还懂得使用不同的矿石来调出画画用的不同颜色。例如孔雀石是一种在东西方都广泛使用的绿色矿物颜料；古人所说的“丹青”中的“青”则是指一种蓝色矿物颜料石青；我国甘肃敦煌莫高窟的壁画中，则使用了大量雌黄作为黄色颜料为壁画上色，雌黄除了作为颜料，在中国古代还有一个重要用途就是字写错时，可用来涂抹覆盖错别字，类似于现在学生用的涂改液，后来还因此而形成了一个成语——信口雌黄。雌黄毒性很重，西方人又发明了铬黄来代替雌黄。凡·高著名的油画《向日葵》就大量使用了铬黄来描绘金色的向日葵。但是，铬黄中含有的两种金属元素——+2价铅元素和+6价铬元素也依然具有生物毒性。凡·高在三十多岁就患上了严重的癫痫，也许就与他长期接触铬黄等有毒颜料密切相关。 丝绸一样软的防弹衣和无坚不摧的穿甲弹 小朋友们在电视或者书本上见到的骑士们都穿戴着厚重的铠甲和头盔，那是中世纪冷兵器时代的金属护甲，也是最早的“防弹衣”。然而，19世纪以后，随着火器的进步，这些金属护甲变得不堪一击，而且厚重的护甲只会使得穿戴者的移动能力大大减弱，在战场上逐渐失去了使用价值。有人开始尝试将轻薄柔软的丝绸制成防弹衣。到了20世纪40年代，化学纤维已逐渐成为防弹衣材料的主流。比如美国在朝鲜战争中率先使用了尼龙纤维（用于制造冲锋衣、运动衫、丝袜的纤维材料）制成防弹衣。上世纪70年代，美国杜邦公司发明了一种名为“凯夫拉”的芳纶纤维（简称凯夫拉）的防弹材料，它具有十分优异的抗拉伸性能，与相同质量的钢铁相比，柔软的凯夫拉的强度竟是钢铁的5倍。用这种材料制作的软质防弹材料，能让子弹的冲击能量在纤维的形变过程中被吸收，就像是往一张床单上扔一块石头。 但战争中的主要武器，例如坦克、装甲车、军舰，还是使用坚固耐用的装甲才是保全自己的最有效的方式。普通的钢密度、硬度都有限，于是人们在钢材中掺进熔点高、密度大的金属钨和硬度更高的金属铬，制作出防御功能更强的钨钢与铬钢，又极大地提升了战车的防御水平。 凡事都有两面性，有了防御武器，当然也有进攻武器。用于击穿钨钢装甲的炮弹弹芯材料又可以是什么呢？人们找到了碳化钨。碳化钨拥有接近金刚石的硬度，常用来制作切削金属的刀具。将碳化钨与钴元素合金加工成炮弹的弹芯，我们就得到了可以击穿钨钢装甲的钨芯穿甲弹。 但碳化钨合金做的“穿甲弹”会产生一种“自钝效应”——在击穿装甲的过程中，弹身的纵向会承受极大的剪切作用力，弹头会变成蘑菇状，导致弹头变钝。人们又开始继续寻找既具有高硬度和高强度，又不会发生“自钝效应”的金属材料。92号铀元素是人类发现的第一种放射性元素，人们在核工业中需要分享铀元素的不同原子，因而发现分离后不能作为核燃料的部分相对原子质量较重的铀-238（又称贫铀），却是可用于制造更完美的“穿甲弹”的秘密武器，它会呈现“自锐效应”，用它制成的“穿甲弹”性能比钨芯弹要高出15%以上。但随后，人们又发现另一种能制作出比钨芯穿甲弹的性能高出20%以上的攻击武器的另一种金属玻璃工艺——将钨合金制作成金属玻璃，再将钨合金玻璃制作成穿甲弹，这种金属玻璃穿甲弹如今已被认为是“未来可能最强”的穿甲武器。
