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生命的基础—氮

在空气中占总体积78.16％的是氮气。氮是在1771年被瑞典化学家舍勒发现的。

纯净的氮气，在常温下是无色无味的气体，此空气略轻；在摄氏零下195.5度时成无色的液体。如果温度低至摄氏零下240度以下，液体氮就凝结为雪花般的白色晶体。

氮气在平常的温度下，化学性质很不活泼，既不助燃，也不能帮助呼吸。这样，社勒最初把它命名为“无用的空气”。有离态的氮气，用途并不很广--人们只是利用它的孤独的脾气：在电灯泡里灌有氮气，可以减慢钨丝的挥发速度。在博物馆里，那些贵重而罕有的画页、书卷，常常保存在充满氮气的圆筒里，因为蛀虫在氮气中不能生存，当然也就无法捣乱了。医治肺结核的“人工气胸术”，也是把氮气(或空气)打进肺结核病人的胸腔里，压缩有病灶的肺叶，使它得到休息。我国还应用氮气来保存粮食，叫做“真空无氮储粮”。

然而，氮气真的是“无用的空气”吗?不，恰恰相反！

氮气在高温下十分活泼，能与许多东西化合。例如，在高温、高压与催化剂的作用下，氮气能与氢气化合变成氨。氨是制造氮肥的重要原料。氨与硫酸化合，便制成最常用的化肥--硫酸铵(浴称肥田粉)。氨与二氧化碳化合可制成尿素--碳酸酰胺。氨溶解在水中。便成了氨水。氨水是成本低廉、肥效很好的速效氮肥。其他氮肥如氯化铵、硝酸氨、碳酸按，磷酸按(氮磷复合肥料)等都是以氨为原料的。不过，氨具有强烈的刺激性，对人体是有毒的。空气中如果含有0.5％的氨，便会强烈刺激人的鼻黏膜。严重氨中毒时，会使人气喘，发生眼睛和呼吸系统的疾病，以至使人昏迷。

氨经氧化以后，可制造著名的强酸--硝酸。硝酸是无色的液体，具有很强的酸性与氧化性。稀硝酸能迅速腐蚀铁，而浓硝酸却可装在铁器中--因为浓硝酸会氧化铁器的表面，生成一层氧化膜，而使内部的铁不被腐蚀。用硝酸可制造黄色炸药--梯恩梯(三硝基甲苯)、五光十色的各种染料、著名的消炎药物--磺胺。

这样，氮成了氮肥、炸药、染料、制药工业的“主角”。

氮还是“生命的基础”!一切生命现象，都离不了蛋白质，而氮就是组成蛋白质的重要成分。羊毛、蚕丝、头发、指甲、羽毛以及人体中的各种酶、激素、血红蛋白，都是蛋白质。牛奶、鸡蛋、黄豆等都含有大量的蛋白质。蛋白质则是由氨基酸组成的。味精，就是一种氨基酸--麸氨酸(常用的是它的钠盐)。

蛋白质是与生命现象紧密联系在一起的：不论在什么地方，只要我们遇到生命，那里就有蛋白质；不论在什么地方，只要我们遇到不处于解体过程的蛋白质，我们也无例外地可发现生命现象。恩格斯在《反杜林论》中指出：“如果化学有一天能够用人工方法制造蛋白质，那末这样的蛋白质就一定会显示出生命现象……”研究人工合成蛋白质，具有重要的意义。1965年我国在世界上第一次人工合成了具有生物活力的蛋白质--结晶牛胰岛素。在无产阶级文化大革命中，成功地用x光衍射法完成了分辨率为2.5艾的猪胰岛素晶体结构的测定工作。现在正为进一步揭开生命现象的本质而努力。

正因为氮是“生命的基础”，所以植物也离不了氮。缺少了氮，庄稼便长得又瘦又小，叶子发黄，花小而不易受孕，果实小而不饱满。因为氮不仅是庄稼制造叶绿素的原料。而且是庄稼制造蛋白质的原料。据统计，全世界的庄稼，在一年之内，要从土壤里摄取四千多万吨氮！也正因为这样，被誉为庄稼生长的“三大要素”--氮、磷、钾--中的一个。氮不仅在工业上很重要，在农业上也很重要。

在豆科植物的根部，常常长着许多小疙瘩--根瘤。根瘤里住着根瘤菌。根瘤菌能够直接从空气中吸取氮气，制造氮肥。正因为这样，在种植豆科作物时，常不需施用太多的氮肥。目前，在我国农村广泛使用的“5406”菌肥，也是一种固氮菌肥。

在大自然中，氮约占地壳总重量的0.04％，共中绝大部分集中在空气中。另外，硝石(即硝酸钠)中也含有很多氮。氮的希腊文原意，便是“来自硝石”。拉丁美洲的智利盛产硝石。在土壤中，一般也含有微量的硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙等氮化物。

(氮气的化学性质不活泼，源于氮原子之间的三对共用电子对，牢固的氮氮三键，破坏它需要很高的能量）

与“鬼火”相关的元素---磷

磷有白磷、红磷、黑磷三种同素异构体。白磷又叫黄磷为白色至黄色蜡性固体。熔点44.1°C，沸点280°C，密度1.82克/厘米3;白磷活性很高，必须储存在水里，人吸入0.1克白磷就会中毒死亡。白磷在没有空气的条件下，加热到260°C或在光照下就会转变成红磷，而红磷在加热到416°C变成蒸汽之后冷凝就会变成白磷。红磷无毒，加热到240°C以上才着火。在高压下，白磷可转变为黑磷，它具有层状网络结构，能导电，是磷的同素异形体中最稳定的。

如果氧气不足，在潮湿情况下，白磷氧化很慢，并伴随有磷光现象。白磷可溶于热的浓碱溶液，生成磷化氢和次磷酸二氢盐；干燥的氯气与过量的磷反应生成三氯化磷，过量的氯气与磷反应生成五氯化磷。磷在充足的空气中燃烧可生成五氧化二磷，如果空气不足则生成三氧化二磷。

约三分之二的磷用于磷肥。磷还用于制造磷酸、烟火、燃烧弹、杀虫剂等。三聚磷酸盐用于合成洗涤剂。

关于磷元素的发现，1669年德国汉堡一位叫布朗特（Brand H）的商人在强热蒸发人尿的过程中，他没有制得黄金，却意外地得到一种像白蜡一样的物质，在黑暗的小屋里闪闪发光。这从未见过的白蜡模样的东西，虽不是布朗特梦寐以求的黄金，可那神奇的蓝绿色的火光却令他兴奋得手舞足蹈。他发现这种绿火不发热，不引燃其它物质，是一种冷光。于是，他就以“冷光”的意思命名这种新发现的物质为“磷”。

磷在食物中分布很广，无论动物性食物或食物性食物，在其细胞中都含有丰富的磷，动物的乳汁中也含有磷，磷是与蛋白质并存的，瘦肉、蛋、奶、动物的肝、肾含量都很高，海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆类、坚果粗粮含磷也较丰富。但粮谷中的磷为植酸磷，不经过加工处理，吸收利用率低。

（含氟磷灰石是一种磷酸盐矿石，可以作为宝石）

雄黄和砒霜里的元素——砷

按照我国民间习俗，人们常在酒中放些雄黄，喷洒在屋角墙角，用来杀菌、驱虫、驱蛇。

我国人民早在四千多年前，便知道雄黄了。在云南、广西、四川一带，盛产雄黄。雄黄，是桔黄色的粉末，不溶于水。按照化学成分来说，是四硫化砷。在古代，雄黄被我国的炼丹家用作炼制“长生丹”的原料，也用作黄色的颜料。除了雄黄外，还有一种人们不常听说的雌黄。雌黄也是鲜黄色的粉末，化学成分为三硫化二砷。雌黄和雄黄都是重要的砷矿，它们在大自然共生在一起。在地壳中，砷的含量约为百万分之一。

我国人民早在四千多年前，便知道雄黄了。在云南、广西、四川一带，盛产雄黄。雄黄，是桔黄色的粉末，不溶于水。按照化学成分来说，是四硫化砷。在古代，雄黄被我国的炼丹家用作炼制“长生丹”的原料，也用作黄色的颜料。除了雄黄外，还有一种人们不常听说的雌黄。雌黄也是鲜黄色的粉末，化学成分为三硫化二砷。雌黄和雄黄都是重要的砷矿，它们在大自然==生在一起。在地壳中，砷的含量约为百万分之一。

纯净的砷，是德国炼丹家阿尔别尔特·玛卡诺斯在1250年制得的。砷，是灰色的晶体。它是非金属，却具有金属般的光泽，并善于传热导电，只是此较脆，易被捣成粉末。砷很容易挥发，加热到610℃，便可不经液态，直接升华，变成蒸气。砷蒸气具有一股难闻的大蒜臭味。

砷除了灰色的砷以外，还有黑色无定形的砷和黄砷。黑砷加热到285℃时会变成灰砷；黄砷在暗处会发光，受到光线照时，也很易变成灰砷。

砷不溶于水。在常温下，砷在空气中会缓慢地氧化，但是加热时，会迅速地燃烧，生成白色的亚砷酐——三氧化二砷，也有股大蒜的臭味。在高温下，砷还能和硫、氯、氟等元素直接化合。

纯砷的用途很有限。在铅中加入0.5％的砷，可增加铅的硬度，常用来铸造弹丸。

砷最重要的化合物是三氧化二砷，俗称砒霜。谁都知道, 砒霜是剧烈的毒药。砷的化合物，都是有毒的。正因为这样，在古代、炼金家们用毒蛇作为代表砷的符号(图22)。我国有句成语叫“饮鸩止渴”，意即自寻灭亡。这“鸩酒”，便是指放了砒霜的酒。现在，砒霜成了著名的无机农药。

在我国农村，特别是华北一带，每年下种以前，总是先往田里撒些“信谷”、“信米”，来诱杀田里的蝼蛄、田鼠之类的害虫害兽。这“信谷”、“信米”，其实就是用砒霜稀溶液浸过的谷子、小米。当田鼠、蝼蛄之类吃了信谷、信米，很快就中毒死了。砒霜对人畜剧毒，如果人畜因不慎而误中砷毒，可服用氧化镁和硫酸亚铁溶液强烈摇动而生成的新鲜的氢氧化亚铁悬浮液来解毒。

砷的其他化合物，如亚砷酸钠、亚砷酸钙、砷酸铅、砷酸钙、砷酸锰等，也都是常用的农药。亚砷酸钠对害虫有剧烈的胃毒作用，常用来配制毒饵，毒杀蝼蛄、地老虎、粘虫、蝗虫、白蚁等；亚砷酸钙常用来防治森林毛虫、草地螟、柞卷叶蛾、松叶蜂等咀嚼口器害虫，砷酸铅和砷酸钙，用来防治金龟子、棉卷叶虫、棉铃虫等食叶害虫；砷酸锰用来防治烟草、马铃薯或棉花上的一些害虫。

由于砷的化合物剧毒，在制造这些含砷农药的工厂里，空气中的含砷量必须低于0.3毫克／立方米。

此外，雄黄在制革工业上，用作脱毛剂。砷的有机化合物，被称为“胂”；正如磷的有机化合物称为“膦”，氨的有机化合物称为“胺”。著名药剂六零六，便是胂中的一种。

（雄黄与雌黄共生的矿石）

热缩冷胀的金属——锑

我国是世界上锑矿最多的国家，也是世界上产锑最多的国家。我国的锑矿，分布在湖南、广东、广西、云南、贵州、四川等省，其中以湖南省新化县锡矿山的锑矿储量最大。早在明朝，新化当地的居民就发现山上有锑矿，不过，当时以为它是锡矿，因此便叫它为“锡矿山”，这名字一直沿用到今天。

最重要的锑矿是辉锑矿，有着锡一般的金属光泽，它的化学成分是三硫化二锑，含锑20％以上。在工业上，人们用碳还原辉锑矿，制得金属锑。

锑，是银灰色的金属，很脆，易熔。除了常见的灰色的锑以外，还有黄色的黄锑，黑色的黑锑和很易爆炸的爆炸锑。不过，这三种锑的同素异性体都不很稳定：黄锑在-80℃以上，就很快变成黑锑，而黑锑加热就变成普通的灰锑；爆炸锑甚至用较硬的东西撞击，也会放出大量的热和火花，很快变成灰锑。

锑，大都用来与铅熔在一起，制成合金使用。加了锑的合金，叫做“硬铅”。我们平常遇到的许多“铅”做的东西，其实大都是用硬铅做的。例如铅笛电池里的铅板，便是用硬铅做的。如果用纯铅做就太软了，放在汽车上，一受颤动，很容易变形。据试验，用硬铅制成铅板，比纯铅的使用寿命至少延长十五倍！在化学工业上，一些耐强酸的材料，如铅管、反应罐，常用硬铅来铸造或作衬垫。制硫酸的“铅室法”，那铅室也是用硬铅做的。在第一次世界大战时，人们还曾用硬铅来制造在空中爆炸的榴散弹。

锑有一个反常的特性——热缩冷胀。一般的物体都是热胀冷缩，然而，液态的锑在受冷凝固时，体积反而稍为膨胀。这样，人们在制造铅字时，便往铅字合金里加入一些锑。当熔化了的铅字合金浇入铜模里冷却凝固时，合金也就稍为膨胀，使每一个细小的笔划都十分清晰地凸出来。不仅如此，加入锑后，还能使铅字合金更为坚硬、耐磨，弥补了铅的一些不足之处。锑除了与铅制成合金外，还用来与其他金属制成合金。例如，含有90％锡、7％锑、3％铜的巴必脱合金，含90％锡和l0％锑的不列颠合金等，常用来制造轴承。

锑的化合物也有许多用途。在火柴工业上，用三硫化锑或五硫化锑作火柴盒的摩擦剂。在橡胶工业上，用五硫化二锑作着色剂。用五硫化二锑处理过的橡胶，具有特殊的红色。在医药上，锑用来制造许多药物，例如，治肺病、血吸虫病、黑热病等的一些特效药，都是锑的有机化合物。我国医药工作者研究制成了治疗血吸虫病的“锑剂”，为彻底消灭血吸虫病作出了贡献。另外，锑的一些化合物常用作颜料。在我国古代，锑的化合物早就用作化妆品和颜料。现在，锑的一些氧化物和硫化物，仍被大量用作颜料。硫化锑还是很好的半导体材料。

(辉锑矿的簇状晶花）