第3章 我們身邊的化學(1)(2 / 3)

人們早就知道世界上存在著“電”這種東西。早在公元前,人們就觀察到了電魚能把接觸到的動物擊暈甚至致死。但是研究運用它,則是18世紀末19世紀初才開始的。美國獨立時期的巨人富蘭克林1751年出版了電學基礎理論《電學的實驗與觀察》之後,人們才開始對電現象進行研究。1786年,意大利醫生伽伐尼發現掛在銅鉤子上的青蛙腿在接觸鐵器時會痙攣,於是提出了“生物電”的概念。意大利化學家伏打經過仔細研究,證明這不是生物電,而是化學效應引起的電流,並在此原理基礎上發明了“伏打電堆”——從這時候開始,電和化學就發生了相互關聯。但是,電化學誕生之後的很長時間,對於人們的生產生活似乎沒有任何作用,隻是一些化學家在實驗室裏麵的“遊戲”,或者對人演示的“魔術”。一段時間內,盡管利用電解發現了一些新元素,也對溶液導電機製進行了研究,人們仍然不清楚在電現象和化學現象之間有什麼聯係。一直到英國科學家法拉第發現了法拉第定律——電解當量定律:電解出的物質量與通過的電流量之間存在著正比關係。這個比值稱為法拉第常數,數值為大約96484庫侖/摩爾。法拉第定律的出現,也標誌著電化學作為一門科學正式誕生。法拉第還發現了電磁感應定律,發明了第一台將機械能轉化為電能的發電機,為電氣時代的出現拉開了幃幕。法拉第畢生致力於科學研究,辭退了一切榮譽職稱,高風亮節令世人矚目。

不過,當年的電學和電化學仍然在生產生活中沒有什麼實際應用。一位貴婦人觀摩了法拉第的演示實驗之後,問法拉第:“這些玩意有什麼用處呢?”法拉第沒有為之慚愧,更沒有惱羞成怒,而是平靜地反問:“請問夫人,一個初生的嬰兒能幹什麼呢?”

幾百年過去了。初生的嬰兒如今已經長大成人。我們的社會,現在已經是電氣的社會。同樣成長了的,還有它的孿生夥伴,電化學。在法拉第之後,前蘇聯科學家Frumkin讓電化學在理論和實驗上有了長足的進步。今天,電化學廣泛運用於金屬冶煉、電源、有機合成、分析檢測等社會的各個方麵。尤其在能源危機、溫室效應步步進逼的今天,電化學更是成為了人們眼中的希望之星,肩負著提供清潔高效易用的能源的重任。世界各國都投入了大量人力物力,研究使用燃料電池作為動力的汽車。每隔幾年豐田等大公司都會展示一下自己在這方麵取得的成就。

人們希望,通過電化學研究,能夠製成高效廉價無汙染的燃料電池,取代現有的內燃機。人類文明的存續,現在看來似乎是要倚賴於這個當年一無是處的嬰兒了呢。

值得一提的是,在寫下上麵這段話不久,筆者看到一個振奮人心的消息。美國化學家成功地製造了利用紫外光能從水中電解出氫氣的材料。這種材料進一步地發展,就有可能解決燃料電池的燃料提供問題。看來,在幾十年後,我們也許就都能坐上無噪聲無汙染的汽車了呢。

四、血不總是紅的

血液是生命的源泉。人類失去的血液就會有生命危險。古代中美洲的瑪雅和印第安人相信,血液具有神奇的力量,太陽和萬物都賴以生存,因此進行血祭;中世紀的歐洲人相信,所有的疾病都是源於血液的腐壞;中醫說,血和氣就是生命之本。甚至,遠古的尼安德特人和科洛馬農人都用紅色顏料來模擬血液繪畫,認為這樣的畫有神奇的力量。

可是,血液為什麼是紅色的?是因為紅色具有特殊的意義麼?可是自然界中的動物血液顏色卻是五彩繽紛,青色、綠色、藍色、玫瑰紅、淡藍都有,甚至還有無色的這又是為什麼?

科學昌明的現代,有點生理常識的人都知道,血液最主要的功能在於向全身輸送氧氣和營養,並運走代謝產物。氧氣是供全身的細胞進行呼吸作用,裨以維持各種生命活動。輸送氧氣靠的是血液中的血細胞當中的血蛋白,大部分情況下決定血液顏色的也正是血蛋白的顏色。紅色,是因為血細胞是含有以鐵離子為中心的血紅蛋白,所以呈紅色;綠色是含有釩離子的血綠蛋白的顏色;藍色則是因為血細胞當中包含的是以銅離子為中心的血藍蛋白……脊椎動物、軟件動物、環節動物的血液顏色都是由血蛋白的顏色決定的。動脈血和靜脈血的氧氣含量不同,血紅蛋白的狀態和顏色也不一樣,因此血液的顏色也會發生相應的變化。

不過,昆蟲的情況就不一樣了。昆蟲的血液不負責輸送氧氣,因此也不包含血蛋白。它們的血液顏色是由血漿當中含有的色素決定的。這些色素常常是從它們攝入的食物中取得,因此大部分是植物色素。各種不同顏色的色素也使得昆蟲的血液顏色更加繽紛多彩,黃色、橙紅色、藍綠色和綠色……不一而足。更有趣的是,甚至不同性別的昆蟲的血液顏色也會有所不同,如菜粉蝶的血液,雌的為綠色,雄的則為黃色或無色。

值得一提的是,現在世界上還有一種白色的血液——人造血液。這是一種以聚四氟乙烯類型的化學合成液體為主要原料,加入了蛋白和乳化劑的複合液體。它能跟血液混合,能代替血液向人體組織輸送氧氣,被稱為複合DA。自1979年首次臨床使用以來,複合DA已經廣泛用於沒有血型適合的獻血者時的緊急輸血,以及給一些因為宗教信仰原因拒絕接受他人血液的病人的輸血,挽救了許多病人的生命。

五、救命的化學

大航海時代之後,歐洲人向全世界各地殖民。在熱帶的殖民者遇到了一個致命的對頭:瘧疾。即使現在,我們還能從當年的小說報章中感受到當初瘧疾的恐怖。

結束這種恐怖的,是藥物金雞納霜(又叫奎寧)。關於奎寧,有一個有趣的故事。據說南美洲的印第安人發現了金雞納樹的樹皮能治瘧疾病後,他們將樹皮剝下,晾幹後研成粉末,用以治療瘧疾。約定大家要嚴守“金雞納”的秘密,如果誰把藥的秘密泄露給外族人,就要受到嚴厲的製裁。17世紀時,一位西班牙伯爵帶著他心愛的妻子一起來到秘魯。不久,夫人不幸染上了瘧疾病,一位看護她的善良印第安姑娘見她的病情日益加重,用印第安人的秘方悄悄為她治病。伯爵發現了這位姑娘的舉動,從她嘴裏逼問出了“金雞納”的秘密。夫人痊愈後,伯爵就把用這種樹皮治療瘧疾的方法帶回到了歐洲。17世紀末,奎寧由歐洲傳入我國,曾稱為“金雞納霜”,當時是非常罕見的藥。後來,瑞典化學家納尤斯對這種植物的樹皮進行了認真的研究,提取了其中的有效成分,起名為“奎寧”——秘魯文字中樹皮的意思。