《万物有化学》接力出版社
清华大学化工团队携手清华美院的设计团队创作出国内原创的科普化学作品——《万物有化学》,把化学学科核心的概念与原理系统有序地渗入到简洁、生动的文字和插图中,引导小读者们从不同的角度、逐步体会和理解学科本质。
书中有大量有趣的故事讲述化学对生活的影响。比如,你知道柳树叶能治病吗?早在公元前4世纪,古希腊医学家希波克拉底就曾用柳树皮煮水给病人喝来治疗发烧。直到18世纪,化学家终于从柳树皮中分离出了名为“水杨苷”(水杨就是柳树)的物质,并证明柳树皮水镇痛、去热、消炎的功效都源于这种物质。水杨苷广泛存在于柳树皮和柳树叶中,当你掐下一片柳叶放在嘴里咀嚼时,一定会尝到水杨苷的苦味,正是这个苦味,让古人意识到柳树的药用价值。
其实,柳树中的水杨苷并不能直接产生药效,但当水杨苷通过人体血液进入肝脏后,就会在肝脏内水解氧化为水杨酸,水杨酸才是真正产生药性的物质。由于水杨苷需要在体内发生一系列的化学变化才能起到药效,所以直接服用水杨苷,药效产生较慢,但是药效较为持久。
面对已经生病的急症病人,就需要做到“药到病除”,尽快发挥药效。由于水杨酸结构简单,故而,人们自然而然地就想到直接通过人工合成的方法制备水杨酸。
人工制备的水杨酸确实药效明显,能够在短时间内让人恢复健康,但是“是药三分毒”,水杨酸的不良反应也十分显著。水杨酸的酸性较强,当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、泌尿系统都有损害。所以,并不是药力强、见效快就是最好的状态。
为了降低水杨酸的酸性,德国拜尔公司对水杨酸继续进行了分子改造。他们通过让水杨酸的羟基进行酯化反应形成乙酰水杨酸。由于乙酰基团具有很强的吸电子效应,使乙酰水杨酸的酸性大幅下降,从而降低了对胃部的刺激。同时,乙酰水杨酸可以在胃黏膜和血液中酯酶的催化下迅速水解为水杨酸,所以并不会影响药效的发挥,故而乙酰水杨酸取得了巨大的成功,这个药物就是后来的阿司匹林,至今依然是全世界应用最广的药物之一。
阿司匹林的发明虽然已经过去了多年,但是人们对它的研究热情丝毫没有减退,阿司匹林就像一个神奇的宝库,不断地给人类以惊喜。近年来,人们发现阿司匹林不仅具有镇痛、去热、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,这些新奇的发现让这个“百岁药物”再次焕发了勃勃生机,我们也期待这款历史上非常成功的经典药物能够为人类的健康事业做出更多更大的贡献。
你知道“信口雌黄”这个词语中也有化学知识吗?无论在东方还是西方,绘画都喜欢用一种黄色颜料——雌黄。例如在我国甘肃敦煌莫高窟的壁画中,就使用雌黄作为黄色颜料为壁画上色。雌黄,主要成分是三硫化二砷(As2S3),有剧毒,是雄黄(二硫化二砷,可以作为中药,长江中下游地区端午节有喝雄黄酒的习惯)的共生矿物,所以雄黄和雌黄有“矿物鸳鸯”的说法。雌黄除了作为颜料,在中国古代还有一个重要用途。中国古人写字用的是黄纸,如果字写错了,就会用雌黄来涂抹覆盖错别字,重新书写,类似于现在学生用的涂改液。因此,雌黄有篡改文章的意思,并且有“胡说八道”的引申义,后来就形成了一个成语——“信口雌黄”。
由于雌黄具有强烈的毒性,西方就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。铬黄的主要成分是铬酸铅(PbCrO4),含有的两种金属元素——+2价铅元素和+6价铬元素具有生物毒性。凡·高在30多岁就患上了严重的癫痫,这也许与他长期接触铬黄等有毒颜料相关。
伴随中国航天的一次次成功发射,一种由我国科研人员自主研制的高性能纳米气凝胶隔热材料——气凝胶,进入了人们的视野。在《万物有化学》科普丛书的第四册中,有关于气凝胶这种神奇材料的详细讲解。首先,说到气凝胶,大家并不熟悉,但是我们平时吃的果冻、烧仙草,却是另一种凝胶——水凝胶。如果把凝胶里的水替换成空气,就得到了一种高科技材料——气凝胶。
气凝胶中99%以上都是空气,故而密度可以低至仅为空气的2.3倍。剩下的1%则是由纳米颗粒堆积成的多孔网络,可见光透过气凝胶时会发生瑞利散射,使得气凝胶看起来半透明,而且微微泛蓝,就像是一缕轻烟被“冻住了”,因而气凝胶也被称为“冷冻的烟”“困住的云”,十分美丽。气凝胶最大的用途是保温隔热。由于气凝胶内部的孔洞在纳米级别,低于空气分子的平均自由程,因而空气分子在气凝胶中无法运动,处于静止状态。平均自由程可以简单理解为空气分子在气凝胶中迈一步最少要走的距离,而气凝胶的孔洞小到让空气分子连腿都迈不开,只能老老实实地待着。这一特性就使得气凝胶内部无法进行对流传热,赋予了气凝胶优异的隔热性能。由于太空飞行器的工作温度既可能低至-℃,又可能高于0℃,因此,隔热保温能力超强的气凝胶便可以大显神威。
看到化学在生活中的运用,你是否感叹科学真是太神奇了!
(原标题:柳树治病颜料致病气凝胶助飞生活处处有化学)
来源:北京晚报作者:胡杨
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