衣服接觸,并不是分子緊貼著,絕大多數(shù)還是“架空”在那里的,中間有許許多多的空隙。也就是說(shuō),仍然是空隙多,實(shí)碰實(shí)的接觸少。在空隙中的當(dāng)然還是空氣,所以,我們接觸到最多的原子,仍然是氮原子。
我們的身體主要有20多種化學(xué)元素組成,而實(shí)際上能夠找到的包括很微量的元素達(dá)60多種。人體中一大半都是水,如果按質(zhì)量多少排列,前六位的元素是:氧65%、碳18%、氫10%、氮3%、鈣1.5%、磷1%,其余加起來(lái)不到1.5%。如果去掉水,則碳元素最多,占48.4%,畢竟有機(jī)化合物的骨架是碳鏈,氧占23.7%,第三位就是氮,占12.9%,氫原子雖然個(gè)數(shù)多,但是原子最輕,所以質(zhì)量只占6.6%。
這是因?yàn)槿梭w組織最主要的成分是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是一種多聚體,其單體是氨基酸。氮元素就在氨基酸里。
上面所說(shuō)的組分雖然說(shuō)是人體的元素組分,但是所有的生物體也都大同小異,其具體數(shù)量比例會(huì)有差別,但是元素多少的次序卻沒(méi)有多大的差別。
我們體內(nèi)的氮元素是從哪里來(lái)的?
雖然我們每時(shí)每刻都在呼吸,但是呼吸只涉及氧氣和二氧化碳的交換,不涉及氮?dú)猓粑荒苁刮覀兩眢w增加氮元素(也正因?yàn)槿绱耍宕男靿郯阉g成淡氣,后來(lái)寫(xiě)為氮?dú)?。我們身體的氮元素只能從食物中攝取,我們吃動(dòng)物性食物和植物性食物,食肉動(dòng)物主要吃食草動(dòng)物,食草動(dòng)物吃植物。歸根結(jié)底,氮元素還是要從植物那里取得。
那么植物生長(zhǎng)需要到氮元素從哪里來(lái)?人們會(huì)說(shuō),從土壤中吸取啊,也正是如此,我們才需要給農(nóng)作物施氮肥。
我們沒(méi)有施氮肥之前,甚至沒(méi)有我們?nèi)祟愔埃寥乐械牡貜哪睦飦?lái)?
雖然氮元素在空氣中占到五分之四之多,但是,在地殼中,氮元素的含量卻很低,只占到第41位,比被稱為“稀土元素”的鈰、釹、釔、鑭等還要少,只有很少的地方有硝酸鹽礦藏。所以,從巖石風(fēng)化得到原始沙土中,氮元素的含量很低,基本上沒(méi)有。
如今土壤中的氮元素大致有兩個(gè)主要來(lái)源。一個(gè)是雷電引起氮?dú)庋趸韵跛嵝问诫S雨水降下,在土壤中留下硝酸鹽。另一個(gè),是有一些細(xì)菌能夠利用空氣中的氮元素,即固氮細(xì)菌的作用。如今被人們熟知的與豆科植物共生的根瘤菌就是一種固氮細(xì)菌,當(dāng)然它是后起的。億萬(wàn)年來(lái),雷電和固氮微生物,使土壤中有了越來(lái)越多的氮元素,逐步能夠使植物能夠生長(zhǎng)在土地上。
植物死亡腐爛后,一部分氮元素留著了沙土中,動(dòng)物吃了植物,尸體也留著在沙土中,被細(xì)菌所分解,沙土中的有機(jī)物越來(lái)越多,就成了土壤。
幾千年來(lái),我們懂得,動(dòng)植物的尸體腐爛了能夠作肥料。動(dòng)植物尸體之所以能夠作氮肥,是因?yàn)閯?dòng)植物本身含有氮元素。我們?nèi)撕蛣?dòng)物的糞便也可以作氮肥,也正因?yàn)槿撕蛣?dòng)物都要吃食物。食物中的氮元素被吸收,生成蛋白質(zhì)以補(bǔ)充我們的細(xì)胞,而死亡細(xì)胞中的蛋白質(zhì)分解后一部分氮元素作為尿素從尿里排出,更主要的是通過(guò)大量死亡的腸道細(xì)菌從糞便中排出。
尿素沒(méi)有氣味,可是它可以分解產(chǎn)生氨氣(NH3,英語(yǔ)ammonia,舊時(shí)音譯阿摩尼亞),氨有強(qiáng)烈的刺激性氣味,所謂尿騷味,主要就是氨的氣味。現(xiàn)在的少年人吃肉多,攝入的蛋白質(zhì)豐富,新陳代謝旺盛,尿也特別騷。
這樣,糞便和尿液中都含有氮元素,可以做肥料。
由于土壤中的氮元素歸根結(jié)底只有打雷放電和固氮菌的作用,而同時(shí)卻還有一些化學(xué)反應(yīng)使得含氮化合物分解成為氮?dú)猓裕^(guò)去含氮的肥料是很缺乏從而是寶貴的,農(nóng)民要想盡辦法積肥,城市里的人糞尿都是一種商品。
氮肥缺乏的問(wèn)題在20世紀(jì)初合成氨工業(yè)的興起被一舉破解。合成氨就是把氮?dú)夂蜌錃庠诖呋瘎┑淖饔孟禄希砂薄?/p>
氮是元素周期表中的第7號(hào)元素,核外有7個(gè)電子,其中2個(gè)是內(nèi)層電子,不參與化學(xué)反應(yīng),5個(gè)是價(jià)電子。氮原子有3個(gè)價(jià)電子分別與氫原子成鍵,另外2個(gè)電子形成孤電子對(duì)。
由圖,我們可以把氨的分子視為氮原子伸出三只“手”分別與氫原子成鍵,形成一個(gè)三角錐形的分子,氮原子的“背”上背著一對(duì)孤對(duì)電子。
同樣,利用這個(gè)圖像,如果不存在三個(gè)氫原子,而存在另一個(gè)氮原子,也“伸出三只手”,與原先氮原子的“三只手”成鍵。這就是兩個(gè)氮原子形成氮?dú)夥肿拥膬r(jià)鍵圖像。當(dāng)然,我們一般也可以用兩個(gè)氮原子分別形成一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵來(lái)解釋氮?dú)夥肿印_@樣形成的氮?dú)夥肿邮且粋€(gè)非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),致使氮?dú)夥肿邮且粋€(gè)非常惰性的分子。也正是氮?dú)夥肿拥姆€(wěn)定和惰性,致使絕大多數(shù)氮元素只以單質(zhì)形態(tài)存在于大氣中,而很少以化合物存在于地殼里。
如果氨分子中間的氫原子被其他有機(jī)基團(tuán)(例如烷基、羧基、苯基、羥基等)取代,或者說(shuō),是氨基與其他有機(jī)基團(tuán)相連,就稱為胺。例如氨分子中的一個(gè)氫原子被甲基取代,就稱為甲胺;兩個(gè)氫原子被甲基取代,就是二甲胺;一個(gè)氫原子被苯基取代,稱為苯胺等等。這樣就可以形成許多胺類有機(jī)化合物。例如苯胺就是非常有用的化合物,它的衍生物形成一系列染料、藥物、農(nóng)藥等等。現(xiàn)代社會(huì)各種物品如服裝的五彩斑斕,許多都是苯胺的衍生物所致。
上面圖上氨分子“背上”的一對(duì)孤對(duì)電子中如果失去了一個(gè),剩下的一個(gè)也是與氫原子成鍵,就形成了NH4正離子,與酸根負(fù)離子一起就成為一個(gè)鹽,稱為銨鹽。銨鹽比如硝酸銨(俗稱硝銨)、硫酸銨(俗稱硫銨)都可以作氮肥。
這樣,就得到了氨胺銨三個(gè)字。氨是英語(yǔ)ammonia的音譯。胺則是英語(yǔ)amine的音譯。銨則對(duì)應(yīng)于ammonium。這三個(gè)字在字典上的讀音,雖然拼音都是an,但是聲調(diào)卻不同:氨是陰平,音如安;胺是去聲,音如暗;銨是上聲,音如俺。
字典上是這樣寫(xiě)的,可是除了播音員和極少幾個(gè)比較“較真”的中學(xué)教師之外,大概沒(méi)有幾個(gè)人會(huì)這樣去讀。化學(xué)工作者和一般人都把這三個(gè)字都讀成“安”。這樣讀好像也沒(méi)有出現(xiàn)什么問(wèn)題。
含氮的化合物中與之類似有讀音問(wèn)題的字還有一對(duì),它們是氰和腈。
氰是碳和氮的化合物。把氮?dú)庵械囊粋€(gè)氮原子換成碳原子,由于碳原子比氮原子少一個(gè)電子,這樣形成的一個(gè)基團(tuán),稱為氰基,-CN。
氰基中的碳原子與氫原子成鍵,就形成了氫氰酸HCN。氫氰酸和它的鹽氰化鉀KCN,氰化鈉NaCN,都是毒性很大的化合物。氰化鉀和氰化鈉在過(guò)去的諜戰(zhàn)影視劇中多見(jiàn),諜報(bào)人員自殺多用此物。在某些果核如苦杏仁、生銀杏中,往往含有少量的氫氰酸類化合物,生食這些果核,往往容易引起兒童們中毒甚至死亡。
如果氰基與有機(jī)基團(tuán)相連,這樣的化合物就稱為腈。最有名的腈類化合物是丙烯腈,是氰基與丙烯基相鍵連。丙烯腈可以聚合成高分子,稱聚丙烯腈,它的商品名是腈綸。腈綸纖維保暖性能好,被稱為人造毛。過(guò)去認(rèn)為它吸水性能不好,如今紡成超細(xì)的纖維,其吸水性能也非常好了。
氰是英語(yǔ)cyanogen的音譯,讀作qing1。把氰基與有機(jī)基團(tuán)相連稱為腈,與上面所說(shuō)的氨與胺相類比,腈照理也應(yīng)當(dāng)與氰讀一樣的音,只是變一個(gè)聲調(diào)。但是,腈是一個(gè)原來(lái)就有的古字,意思是精肉,讀為jing4。雖然現(xiàn)在不用了,但是搞文字的人仍然按照古字書(shū)上的讀音,在字典上表作jing4。
當(dāng)然,現(xiàn)在也只有播音員和少部分教師按照字典上的讀音讀。大多數(shù)化學(xué)工作者仍然把腈讀作“青”。商店里也總是把腈綸讀成“青綸”,江浙滬一帶過(guò)去甚至根據(jù)吳方言的讀音寫(xiě)為“晴綸”。
我主張,這些字的讀音,還是應(yīng)當(dāng)遵從大多數(shù)化學(xué)工作者的讀法,從眾為好。
回過(guò)頭來(lái)繼續(xù)說(shuō)氨。氨基與羧基以及其他有機(jī)基團(tuán)相連,就形成氨基酸。例如,乙酸上的一個(gè)氫原子被氨基取代,就形成了甘氨酸。丙酸中一個(gè)氫原子被氨基取代,就成了丙氨酸。又如,戊二酸有5個(gè)碳原子,兩頭都是羧基,第二個(gè)碳原子上的一個(gè)氫原子被氨基取代,就是谷氨酸。谷氨酸的鈉鹽就是味精。這些都是氨基酸的例子。
蛋白質(zhì)就是由氨基酸縮水而聚合起來(lái)的。在人們的消化道里,它水解成了氨基酸,被人們吸收。人體內(nèi)蛋白質(zhì)的種類很多,性質(zhì)、功能各異,但都是由20來(lái)種氨基酸按不同比例和次序組合而成的。這20種氨基酸有些可以由人體自己合成,有8種則必須從食物中取得,這8種稱為必需氨基酸。
我們的食物中,8種氨基酸都齊全的蛋白質(zhì)稱完全蛋白。最齊全而且比例最合適的完全蛋白是乳中的酪蛋白及乳白蛋白、蛋中的卵白蛋白及卵黃蛋白。肉中的白蛋白和肌蛋白次之。這些都是最好的蛋白質(zhì)。大豆蛋白也是完全蛋白,但是吸收率比上面所說(shuō)的幾種差。像米、面、蔬菜、肉皮、筋等含有的蛋白質(zhì)一般都是不完全蛋白,也就是說(shuō)會(huì)缺乏這種或那種氨基酸。但是,如果我們吃得雜一些,各種食品蛋白質(zhì)中的氨基酸會(huì)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,所以,食物一定要吃得雜一些。
上面所說(shuō),主要是氮元素與我們的食品和衣著,吃和穿有關(guān)。實(shí)際上,氮元素還與我們的住和行密切相關(guān)。
我們只需要簡(jiǎn)單地說(shuō)一點(diǎn),如今用得最多的炸藥之一,TNT,是三硝基甲苯TriNitroToluene的簡(jiǎn)寫(xiě)。硝基-NO2,是一種含氮的基團(tuán),在許多炸藥中都含有它。硝化甘油最早也是炸藥(現(xiàn)在用于冠心病急救的也就是它)。當(dāng)然更早的還可以前推到黑色火藥中的“火硝”,即硝酸鉀。
有了炸藥,我們才能夠大規(guī)模地開(kāi)山挖礦、修路、開(kāi)石頭、蓋高樓大廈。
當(dāng)然,如今搞破壞、進(jìn)行戰(zhàn)爭(zhēng)的也用炸藥。我們要和平,反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)。
我們今天的衣食住行,哪一樣都離不開(kāi)氮元素。