第八回 发展与生产紧密相连硕果累累 理论和实践相得益彰成绩辉煌

氮可以作肥料，不可思议的是：锰、钼、铜等金属也能作肥料。喹啉可治愈疟疾，它的发现，充满传奇色彩。此外还有塑料、橡胶、洗涤剂，等等。化学的作用真是魅力无比，前景灿烂。

却说在整个化学史中，化学的发展与生产之间存在着密切的联系，它渗透到生活的每一个领域，为农业、纺织、能源、医药等等部门的发展做出了巨大的贡献。

且说在农业方面。我们知道，氮是农作物生长发育不可少的营养物质。首先，生命是蛋白质存在的形式，而蛋白质就是氮的化合物，没有氮就

没有蛋白质，也就没有生命。其次，农作物进行光合作用的叶绿体也是氮的化合物。植物体内许多酶、维生素、生物碱等也都必须同氮结合，才能有效地作用。

空气中氮约占 4/5，由于氮气分子结合得十分牢固，要破坏它需要很大能量。因此必须将空气中的游离氮，制成硝酸盐、尿素等氮肥，才能为大多数农作物吸收。

氮肥的主要成分是氮。它是 1906 年德国化学家哈伯开始研究合成的。

哈伯利用高温高压法合成氨，经过三年的努力，他得到了 100 克产品。后来他的同胞、德国化学家博希和伯杰亚斯共同发展了哈伯的方法，才使它用于工业生产。他们将氮合成了氨，使粮食成倍增产，揭开了农业发展的新序幕。

但是，高温高压法合成氨，需要 300℃－600℃的高温、400—1000 大气压以及复杂设备，且氮的转化率通常只有 7—20％，成本既高，效率又低。而有一种可将空气中的氮固定下来供植物使用的细菌，它又方便，又省

力，难道不可以模仿这种细菌固定氮的模式，在常温常压下合成氨么？想法是美妙的，但要成为现实却不那么容易。

到了 1960 年，才有人从固氮菌中提取出元细胞物固氮成功。此后对固氮酶的生物化学研究就有了迅速的发展。

在 1975 年，科学家艾伦和塞诺夫利用肼的水合物与三氯化钌反应，首次成功地合成了氮的一个典型络合物。其后，艾伦和另一位科学家史蒂文合成了锇的类似化合物。

至 1969 年，他们又合成了氮的钼络合物，这一合成很有意义，因为已知在固氮菌中发现的固氮酶，就存在钼里。

现在科学家们正在加紧研究细菌固氮作用，试图直接将大气中的氮转化为硝酸盐，用作农作物的肥料。除了大量种植豆科作物以固定空气中的氮外， 还侧重于固氮酶的生物模拟研究。

这方面已有不少可喜的实验成果，我们相信，经过科学家的辛苦劳动， 不断努力，终有一天我们可以直接从空气中取得氮肥。

却说氮可以作为肥料，某些金属是不是也可以作肥料呢？

很久以前，新西兰的一个牧场上出现了一件怪事：牧民们种下的牧草长得又矮又小，整个牧场就象一片凋黄的沙漠。但在这“沙漠”之中，竟然有一个葱茏青翠的“小岛”，岛上牧草长得格外茂盛。

这使牧场主人十分惊奇。经过仔细观察后，原来那“小岛”旁边，是一

个钼矿厂，许多贪图走近路的人，常常从那“小岛”走过去，工人们的皮靴上沾着许多钼矿粉，便撒落在“小岛”上。

又经过仔细的研究得出结论，钼是植物生长必不可少的微量元素。那牧场是缺钼的，一旦补充了所需要的养分，牧草就长得格外好。这就是那牧场“小岛”的秘密。

原来微量金属是植物生长必不可少的肥料哩！除了钼之外，后来又发现锰、铜、锌、钴等都是，我们称它们为“金属肥料”。

关于钼对植物生长的影响，科学家发现，含钼素最多的是由水成岩分化形成的粘土。粘土中的钼素是不溶解的，植物不能吸收。

在含有机质较多的土壤中，环境使六价钼的化合物还原成低价的钼化合物，再被有机质吸附，使钼素在土壤中积累，但溶解度极小，也不能作钼肥。

在酸性土壤中，钼总是以低价状态存在，这是一种难溶的化合物，所以酸性土壤也极需钼肥。只有在中性或微碱性环境中，六价钼的化合物才能溶解于水，为植物所吸收。

钼对植物中的禾本科植物和豆科植物尤为必要。根据很多数据，施钼肥植物的产量明显高于未施钼肥植物的产量。

除禾本科和豆科植物需要钼肥外，现已发现许多低等植物和高等植物均需不同程度的钼素。例如油菜、马铃薯、小麦、胡萝卜等几十种植物都对钼素有反应。

锰肥对植物的作用，早在本世纪头 10 年就开始研究了。曾经发现，某些植物缺乏锰时，常害“花斑病”，导致植物生长迟缓，以至停止生长甚至死亡。小麦因缺锰而易患“灰斑病”，向日葵缺锰易害“黄斑病”；果树缺锰时，发叶较少，树冠上部叶子很早脱落，枝条死亡，果实色泽较淡，甚至还会出现裂纹等。

对玉米的实验表明，在施锰肥后，可增产 40—78·9％，而且还增加了玉米中的淀粉含量。锰肥对草莓的影响特别大，不但可以增产，而且含糖量也明显增加。

锰肥很容易取得。在制造锰化物的化工厂中，有大量的含锰废物硫酸锰， 可浓缩到 37％左右的浓度。此外，氧化锰的粉末不易受潮，便于运输，也是很好的锰肥。

植物也不能缺铜，微量的铜是植物生长必需的。特别是沼泽地的土壤， 施用微量铜肥，可显著提高作物产量。

如果用 0.02％的硫酸铜溶液处理播种前的亚麻种子，则亚麻秆增产 25.

9％，种子增产 12. l％，纤维也增长了。而且硫酸铜溶液处理过的小麦种子，同样使产量极大增加。

在干旱地区使用铜肥，效果尤好，因铜肥提高了植物的耐旱性。有人曾在干旱的土壤中，施用铜肥于马铃薯，结果使块茎增产 21％。

有趣的时，铜肥还能提高植物的耐寒能力。曾用 0.005％的硫酸铜溶液浸泡棉籽 12 小时，发现在降温条件下，铜素加速了棉籽在土壤中的发芽，出苗更快，产量更高。还有人对玉米种子进行了实验，结果表明，未经硫酸铜处理过的种子，到 6℃时大部分被冻坏，产量也明显降低，而处理过的却显著增产。

植物所需的微量肥料，还有钴肥、硼肥、锌肥等等。这些肥料的施用必须是微量的，否则过犹不及，反而成为植物的公害了。

近年来出现了复合元素肥料。这种肥料中含 3—4 种大量元素，6－7 种微量元素，如含氮 18％、氧化钾 12％、氧化镁 0.7％及锰、铜、硼、锌、钼、钴等的复合肥料。

它们能完全溶于水，可制成液体肥料。它们肥效高、成本低、适用于各种作物，对农业的增产有明显的成效。

以上所有这些，不能不说是化学对人类的一大“功劳”。

却说在农业生产中，害虫、病菌和杂草是三大敌害。我们周围的作物和家畜处在一个极复杂的生态环境中，其中有 5 万种真菌，可引起 1500 多种病

害，全世界约 3 万种杂草，其中每年有 1800 种以上造成经济上的损失；约

15000 种线虫危害各种农作物， 1500 种以上造成农业上的损失。

我们不得不使用化学农药来防治这些病虫草害。如果不使用化学农药， 全世界粮食总收成的一半就会为害虫所残害，被杂草所吞噬。由于使用了农药，粮食大大地减少了损失。

任何事物都是一分为二的。化学农药能使农业显著增产，但农药大都是些毒性物质，生产和使用都不可避免地造成环境污染，危害生物和人类。

造成环境污染的，主要是一些有机氯农药和铅、汞、砷等贵重金属的制剂。据一份资料显示，美国人体内 DDT 含量平均达 1299m，日本人体内六六六含量比一般人高 10 倍。这些农药除了使人体神经系统和肝功能遭到损坏外，还可能导致某些癌症。

有机氯农药主要是 DDT、氯丹等，由于它们的结构比较稳定，在空气中经酸、碱、氧和紫外光作用后不易分解，脂溶性强，水溶性小，在生物体内不易被酶所分解，长期使用后造成药物残留而污染环境。

含铅、汞、砷等重金属的制剂，在土壤中残留时间较长，有的半寿命期

（物质分解一半的量所需要的时间）竟达 10—30 年。这里有一件事例：

有家人患了奇怪的遗传病。父亲死于肾功能衰竭，四个孩子中有三个出生不久也死了，妻子不久也得了病。后来的研究表明，那是因为有砷的颗粒悬浮于水中，喝了这种水就中砷毒。

却说科学家们在做化学实验时，对合成具有生理作用和医疗作用的物质产生了极大的兴趣。

这类物质中最先获得应用的是水杨酸，水杨酸是一种有效的药物，但在服用后常常有副作用。化学家柯尔贝第一次制得了它的钠盐，其后化学家们又发现，水杨酸钠与乙酰氯作用，能生成乙酰基水杨酸，医学上叫阿斯匹林。

19 世纪末和 20 世纪初，化学家开始寻找新的药物，特别是麻醉药、安眠药等，化学家们对药物的研究工作，越来越重视。

从帕拉塞斯时期以来，砷剂通常用来治疗贫血、皮肤病、寒热病以及其他疾病。科学家们自然会想到生产这类药物。

1902 年，砷酸钠开始被用于治疗一种叫非洲蝇的昆虫所引起的昏睡病， 还有疟疾病、梅毒等。然而，人们在使用这类药物时发现，它有副作用，能使患者失明。

在这种情况下，德国的化学联合企业决定开展专门研究，来合成具有高生理效能，但没有副作用的这类药物。

这一任务被交给化学家兼药学家埃里希去完成，并且在法兰克福给他建立了专门的实验室。在多次失败后，终于制得了六 0 六药品，又叫做洒尔佛散。

这种化合物的结构与重氮染料相似。1912 年，埃里希又合成了一种更有效的药物新洒尔佛散，两种药品很快由一家工厂获得了专利权，并开始大规模生产。

磺胺药物的发现历史要复杂得多，有机化学一章已有所叙述，这里从略。19 世纪初，化学家对合成喹啉开始产生了浓厚的兴趣。这里讲一则有趣

的故事：

早在 17—18 世纪，英国和欧洲一些国家疟疾流行。当时因为没有找到特效药，致使不少人丧命。那时的疟疾就像现在的癌症一样令人可怕。

可是，生活在另外半个地球上的南美印第安人，却有很灵的办法对付疟疾。他们用一种树皮煮水喝下去，常常是药到病除。

这种树被称为是拯救人们的“生命树”。印第安人订下一条禁规；谁也不准向外人泄露这个秘密，否则就把他当众砍死。

那个时候，美洲大陆已经开发，去美洲创业谋生的人与日俱增。有一位西班牙伯爵带着他的夫人也去了南美洲，不幸夫人染上了可怕的疟疾。

在她生命垂危之际，有位印第安姑娘给她送来了树皮汤。伯爵夫人喝了以后，不久病就痊愈了。从此她们结下了深厚的情谊。伯爵夫人回国前，这个姑娘把这个秘密告诉了她。

后来，这个秘密逐渐传开了，那时凡是去南美洲的人，都把这种树皮当作珍宝带回欧洲去。

渐渐地，这种神奇的树皮引起了科学家们的重视。19 世纪初，瑞典化学家纳尤斯最先对这种树皮进行研究，发现这种树的根、茎和皮之所以能治疗疟疾，是因为含有一种叫喹啉的化学物质。

不久，化学家们又发现，这种称为“鸡纳树”的根、枝、干及皮内含有25 种以上的碱。化学家们从鸡纳树皮内取得了两种最重要的碱，即辛可宁碱和金鸡纳碱。

且说 19 世纪的英国，无论在工业生产还是科学技术方面，都处于世界领先地位。鉴于英国没有鸡纳树，而疟疾仍时有发生，因而英国皇家学院希望能够用人工方法制取治疟疾的药物。

但是直到 20 世纪 30 年代，喹啉的结构只是部分地被确定。其后化学家们开始寻找喹啉的代替物，1926 年，出产了扑虐喹啉，而 1930 年出产了虐涤平。这些药物，得到了广泛的应用。一直到 1944 年，美国化学家伍德沃德和德林格才实现了喹啉的全合成。

且说霉是民间医学古老药物之一，特别用于治疗伤口，一些江湖医生常采用它来治疗各种疾病。

早在 2500 年前，我们的祖先就知道利用豆腐上的霉来治疗疮、痛等病， 到 13、14 世纪时，当对的医生们曾用“丹曲”（主要用大米培养红曲霉制成的）治疗赤白痢和湿热泄痢。明末《天工开物》一书中记载：“凡丹曲一种， 其义奥腐神奇，其法气精变化。世间鱼肉最腐配物，而此物薄施涂抹，能固其质于炎暑之中，历经旬日，蛆蝇不敢近，色味不离初，盖奇药也。”

到了 19 世纪时，正规医学中已不再用霉治疗，但是 1871 年，英国外科医生李斯特指出霉能使细菌处于受抑制状态，而且他还做了实验，可惜没有将实验进行到获得结果为止。

1928 年，在伦敦一家医院工作的微生物学家弗莱明注意到，在琼脂培养基上生长的葡萄球菌菌落产生了溶化现象。

他重复做了多次实验，最后确信，霉含有某种抗菌物质，他称之为青霉素。英文字母为 Penicilin，拉丁文原意为霉菌。

这一发现公布后，连弗莱明所在医院的同事们也对此持怀疑态度。8 年以后，牛津大学的两位医生兼生理学家弗洛里和钱恩检验了弗莱明的实验结果，肯定了他的结论是正确的。这一发明被工业生产上采用，在 1946 年，英国和美国都用这种方法生产青霉素。

从 1884 年起，古柯碱就被用作局部止痛的麻醉剂。它的化学结构是由科学家威尔施台特确定了的。

在 1906 年，另一位化学家艾因霍恩发现，氨基羧基苯甲酸酯具有与古柯碱类似的作用，这一类型的新化合物叫做奴佛卡因，现仍然被广泛应用。

巴比酸是 1864 年化学家拜耳发现的，它的衍生物被用作安眠药。费歇尔

在 1903 年，制得的乙基巴比酸现在用于医疗中，叫做维罗那。另外还有鲁米那也作安眠药用。

后来，特别是第二次世界大战后，已经有了数百种具有特效的药物在临床方面使用。

却说 20 世纪初，生产染料和其他化学品的芳香原料主要从煤焦油中取得。由于这些原料受到限制，各国科学家都在寻找新的原料，以进行化工生产。

从本世纪 50 年代起，芳香族碳氢化合物的主要来源已是石油了。

早在 19 世纪 70 年代，许多化学家就对不同产地的石油进行了研究。1886 年，第一辆使用汽油发动机的汽车出现了，交通工具的迅速发展，人们对汽油的需要迅速增加。

由于上述原因，人们对石油、石油的成分和石油加工产生了浓厚的兴趣。在 1875 年，一位研究石油的科学家列特尼发现，在 300℃的温度下，部

分重的石油余渣变成了较轻产物。他还在高温分解石油剩下的煤焦油中，发现了苯、二甲苯、甲苯以及其他烃类。

1903 年以后，随着航空事业的诞生和科学技术的日新月异，相继出现了大型客机及喷气式飞机，要消耗大量的汽油，在海上，远洋船舶和海军舰艇也都逐步用石油为燃料，取代了锅炉用煤，因此，不论是陆上、空中或海洋， 对提供动力来说，石油都起着越来越大的作用。

在第一次世界大战期间，汽油供应已经十分紧缺了。当时主要靠将石油分馏来得到汽油。其后，人们开始研究石油裂化的方法，就是将石油中重的碳氢化合物裂解为较轻的烃类，这些是汽油的主要成分。

在一定条件下，石油裂化时除了生成汽油外，还生成一些低的气态乙烯、丙烯等。这些碳氢化合物对工业上大规模生产各种有用材料起着重大作用。如用聚合方法能将乙烯变成聚乙烯。乙烯又与苯作用生成乙苯，从乙苯脱去氢得到苯乙烯，把苯乙烯再通过某种反应，最后制成聚苯乙烯，加工成各种化合物。

却说本世纪 20 年代开始的石油化学合成的研究，取得了巨大的成就。最早把石油用于照明或作为燃料，现在看来显然是一种极大的浪费，因

此必需把石油合理地利用。1919 年，美国新泽西州的一家石油公司，采用硫酸水合法，建立了生产异丙醇的工业装置，这可以说是石油化学利用的开端。

在石油化学产品的历史上，乙二醇是继异丙醇之后的第二大工业产品，

美国化学家们采用氯醇法生产乙二醇，生产出的乙二醇当时绝大部分被制成硝化乙二醇，用于生产炸药。之后，他们又以乙烯为原料，进行了合成乙醇的生产。

此外，美国的化学家们经过多年的努力，开始了氯丙烯法合成甘油的研究工作。其主要是从丙烯出发，通过 3—氯丙烯和 1，2—环氧丙烷而合成。作为石油化工原料的另一个较早的资源是天然气。早在本世纪初，由天

然气制得的碳黑就开始作为轮胎的填充料。以后通过费希尔和陀罗普希法制乙醇和醋酸。

到本世纪 60 年代，有机化学产品已有 80—90％是以石油和天然气为原料生产的，石油化学工业已成为现代化学工业的主要基础。三大合成材料的原料，几乎全部来自石油化工，石油化工和三大合成材料工业已融为一体。至于石油化工的产品制造方面，目前更加注意对合成法进行简化。例如

乙醇和丙醇的合成，以前是用乙烯、丙烯和硫酸等，经过多步反应才制得， 现在大都采用乙烯、丙烯在催化剂作用下直接水合得到。

随着石油工业的发展，环境污染造成的公害也是面临的一个严重问题。因此，我们必须开展环境保护的研究。一方面对石油化工中的三废采取治理， 另一方面改革工艺流程，使其不产生或少产生污染物。

却说洗涤剂、橡胶以及塑料的合成。

由于纺织工业的需要，人们合成了许多辅助物质，这其中包括一些能去除污垢的物质，他们称之为洗涤剂。

后来，化学家们在以烷烃氧化制造脂肪和醇类中，发现了一种合成洗涤剂的新途径，这类洗涤剂主要成分是烷基磺酰氯。

在 20 世纪 30 年代，英国、美国、德国的料学家对这一化合物进行了认真研究，使得它有了实际用途。英国化学家制成了带有长侧链的烷基苯磺酸

——16 烷基苯磺酸；美国化学家在他们之后，将烷烃同时进行磺化和氯化， 得到了各种磺酸，用碱皂化，生成磺基皂，这是一种效果更好的洗涤剂。

现在合成洗涤剂在洗涤衣物中，已取代了包括肥皂在内的许多其他旧的去污物品。

有关塑料的合成，最初使用的塑料是赛璐珞，它由硝化纤维与樟脑、酒精和植物油等混合加工制成，它的最大缺点是容易着火。

比赛璐珞稍后一些时候，出现了酪素塑料，这是一种颜色显白，用酪蛋白与甲醛作用制成的。

在酪素塑料之后，又曾出现一种叫酚醛的塑料，它是著名化学家拜耳发明的。他将苯甲醛与酚在酒精溶液中混合加热，得到一种像树脂状的物质。他又将其他的酚类与醛类相互作用，也制得了类似的产品，于是命名为酚醛。

在本世纪初，比利时的化学家贝克兰将酚醛树脂大批量地生产，晚一些时候，俄国科学家彼得罗夫，用酚类与甲醛在芳香族磺酸存在的条件下起缩合作用，制得了各种塑料。这种塑料被称为卡波立塑料。

从 1933 年，英国一家公司开始以聚乙烯制造成塑料。由此塑料的制造起了崭新的变化，以惊人的速度向前发展。

塑料现已广泛地应用于日常生活中，深受人们的宠爱。它轻便、防水、耐腐，不能不说这是一绝。

日常生活中，我们除了使用洗涤剂和塑料外，各种人造纤维和合成纤维

也同我们密切相关。

自古以来，制取人造纤维的原料是纤维素。将纤维素（主要用棉花）进行硝化，然后溶于乙醇与乙醚的混合溶剂中，得到一种胶体，最后将溶剂蒸发，即制得了人造纤维。

本世纪内，特别是 40 年代以后，出现了种类繁多的合成纤维。其中以美国杜邦公司的化学家卡罗泽斯发明尼龙最为著名。

卡罗泽斯在化学实验中发现，从大分子量聚酰胺的溶液中，能够得到强度特别高的纤维，这种纤维像蚕丝一样轻柔，且很牢固，断面呈菱形，他取名叫“尼龙”。

第二年，杜邦公司获得了生产超聚酰胺纤维的专利，它是由己二酸与己二胺一起聚合而成的。英国在第二次世界大战后，也开始生产这一类合成纤维，称为英国尼龙。

随着合成纤维技术以及纤维加工技术的迅速发展，各种化纤品也开始层出不穷地出现。现在除了一般的合成纤维外，还有超细纤维、受热猛缩的高缩纤维，等等。

每当看到人们穿着漂亮的服饰，色彩鲜艳的各种纤维织品，我们总感到一种由衷的敬佩和赞叹。

橡胶是在 15 世纪末，发现美洲以后才为人们所知道。长期以来，由于种种原因，人们错误地认为橡胶没有什么用途。

最先打开天然橡胶用场的，是英国著名化学家、氧的发现者普里斯特利。1770 年，他第一次用橡胶擦去了铅笔字迹，从此，它和铅笔一样被人们普遍采用。

不久，又有人用橡胶做成医用胶管。1823 年，英国一位商人马肯托什把胶汁涂在布上，做成雨衣在市场上出售。1839 年，美国化学家古德依尔解决了橡胶硫化问题，使天然橡胶不再发粘了，从而橡胶制品日益增多。

1. 世纪下半期，人们开始研究橡胶的成分。化学家威廉斯将橡胶干馏， 得到了异戊间二烯。他发现此种成分在空气中逐渐凝固，变成了白色海绵状物质，燃烧时发出橡胶的糊味。

1845 年，美国著名科学家汤姆生制成了世界上的第一只橡胶轮胎，并将它套在木轮车上，又减震又耐磨，引起了商人们的极大兴趣。

1. 世纪以来，人们开始对天然橡胶的结构进行了研究。得出结论是：橡胶是聚异戊二烯。根据这一学说，科学家们开始了工业合成橡胶的工作。

1900 年，德国杰出的化学家霍夫曼和他的同事们于实验室中研究出了热聚反应。第二年他们采用这种方法，成功地合成了叫做甲基橡胶的产品，并少量地生产。

现在的合成橡胶接用途可分为两大类：一类是生产大有用途的“通用橡胶”。在这类橡胶中，目前产量最大的是丁苯橡胶；发展速度最快的是顺丁橡胶；能与天然橡胶相媲美的是异戊橡胶；耐磨、耐油、不燃烧，素有“万能橡胶”之称的是氯丁橡胶。

另一类是“特种橡胶”，它的特点是性能特殊，主要用在飞机、导弹、卫星和潜艇等的特殊场合，如耐油性能特别好的丁腈橡胶；耐强酸和强碱腐蚀的聚异丁烯橡胶；能在—100℃—300℃的温度下长时期使用的硅橡胶等等。

今天，橡胶已同我们的生活紧密地联系在一起了。如胶鞋、医用手套、

汽车、飞机、自行车的轮胎等，全都是用橡胶制成的。在现代，橡胶是任何国家都必不可缺少的建设物质。

且说化学与能源：

在现代，石油的用途越来越广泛，但是最终石油枯竭，会不会造成能源危机？这一问题引起了瑞典化学家们的注意，他们于本世纪 70 年代，率先开展了水煤浆的研究。

他们研究得比较多的是重新排列煤的化学结构，将煤加热气化制成高热值的煤气，或将煤与水蒸汽及氧反应转化为甲醇燃料或汽油。但由于这些方法技术难度高、投资大，目前还不能大量建厂投产。

他们又将煤经过脱硫、粉碎后，制成直径只有几十微米的微球体，然后加入少量添加剂，最后用水混合成胶状的水煤浆。

这种水煤浆的特点是：第一，运输方便，可以通过管道像石油那样进行远距离输送。第二，经济上合算，水煤浆的热值与优质煤差不多，每克热值约为 5000—6000 卡，虽然只有石油热值的 60％左右，但 1 吨原煤可以做 1.3 吨水煤浆，故它的价格只有石油的 1/3。第三，水煤浆制造工艺简单，投资少，易推广。

还有，因为水煤浆经过了脱硫净化处理，所以粉尘和二氧化硫的污染问题可大大减少。因此，它既可作工业和铁路机车的锅炉燃料、水泥窑燃料、冶炼钢铁燃料，又可作船舶的柴油发动机燃料和载重汽车燃料等。

正因为这种新型燃料具有上述优点，所以，继瑞典之后，美国、日本、前苏联等国都竟相进行开发。瑞典的卡尔博格公司经过艰苦的努力，于 1981 年建成小型试验装置，煤和水的重量比达到 70：30。

1984 年，瑞典同加拿大签订合同，设计年产量为 250 万吨的水煤浆工厂，

瑞典政府打算利用水煤浆代替一部分石油， 1989 年后使石油进口量减少1/3。

那么，怎样才能使水和煤始终保持“浆”的状态而不分层、沉淀呢？这是制造水煤浆的核心技术、各国都是严格保密的。不过，大概说来，这种技术主要有三方面；

首先是煤变成颗粒以后，对形成稳定的胶体状态有利。例如将 1 立方毫米（一粒小米大小）的煤粒碎成只有 l/10 毫米的细煤粉，它的表面积就会增加 1000 倍。若把它们分散在水中，则与水的接触面也就增加 1000 倍。也就是说，颗粒越细，它与介质（如水）所发生的物理的或化学的作用就越大， 这样做成的水煤浆当然就更稳定，更不容易沉淀。

其次，水煤浆中煤的颗粒一样大的不好，而是要有两种不同大小的颗粒， 大的承受整体负荷，小的分散在大颗粒之间的缝隙中。据报道，只有这样， 才能形成比较稳定的体系。至于什么道理，化学家们仍在探索中。

第三，要加入少量的添加剂。如有机液化物等，以增强水对煤粉的湿润性以及水与煤的表面作用力。

现在，制造水煤浆技术水平最高的国家是瑞典和美国。瑞典制造的水煤浆存放一年以后仍不分层，美国的煤同水之比最高，达 75：25。

据科学家们估计，在不久的将来，水煤浆将成为被人类普遍采用的新燃料。

再说 21 世纪的新能源——氢。

氢是所有元素中最轻的，在 0℃、1 个大气压下，每升氢只有 0.09g 重， 仅相当于空气重量的 1/14.5。在地壳中，100 个原子里就有 17 个是氢原子； 水是氢的“仓库”——100 份水中含 11 份氢；泥土中也有 l.5％的氢；空气中的氢约占总体积的千万分之五。氢是地球上相当丰富的一种元素，因此氢就成了人们向往和研究的新能源。

用氢气作为燃料，有很多优点：

一是氢用途广泛，适用性强。它除了用作燃料外，还可转化为其他化工产品和新型燃料，如乙炔、氨、甲烷以及别的碳氢化合物。

二是干净，不会造成环境污染。它与氧气燃料只生成水，不象石油、煤那样生成危害环境的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。氢燃烧时，虽有少量的氧化氮产生，但可以通过低温催化燃烧法加以消除。

三是氢燃料储运方便。它既能以液态状储运于罐中，也能以气体状态用管道输送。如美国宇航局发射的“阿波罗”飞船，使用的就是液态的氢。

由于氢作燃料的优点很多，但约 90％的氢来自天然气，只有 4％来自水的电解，因此需要广泛研究提取氢燃料的方法。

原则上，凡是能破坏 H—O—H 键的方法都可用来制取氢。目前研究较多的是电解法、光解法、热化学法、光催化法等。

制取氢最好用分解水的方法取得，因为整个地球上水的储藏量极为丰富。可谓取之不尽、用之不竭的氢的源泉。

电解法是广泛采用的方法。每制取 1 立方米的氢约消耗 0.9 升水，纯度可达 99.99 至 99.999％。缺点是原料要纯水，而海水中含大量的氯离子和钙离子，需要预先将海水纯制。另外，效率低，要消耗大量电力，投资和生产费用高，经济上不合算等。

光催化法是利用太阳能将水分解。太阳能以 2 卡/厘米 ²·秒或 1353 瓦

/米 ² 的固定常数射到地球，由于大气层的吸收，实际能量比这要小。但只要设法集中使用，已经足够大了。

事实上，两周内射到地球上的太阳能就相当于全世界现有有机燃料的储量。除约 0.03％从光合作用转化为化学能外，绝大部分用以加热大陆和海洋的表面。光催化法需要辅以无机材料如 TiO2、S2TiO3 等。目前正处在研究之中，不久可望被应用。

氢虽然是一种理想的燃料，但实践起来还有不少困难，用它来取代现有燃料还有个过程，因此我们说它是 21 世纪的燃料。

却说在近代，由于人类大量使用石油、煤炭和天然气等矿物燃料，排入大气中的二氧化碳越来越多。

从科学观点来看，这并非令人愉快的消息。因为二氧化碳会反射地面的红外辐射，像一个大玻璃罩一样覆盖在地球上空，使地球表面的温度逐渐升高。科学家们把这种现象称作“温室效应”。

科学家们指出，如果不严格控制二氧比碳的排放量，如大气中的二氧化碳浓度增加 1 倍的话，则地球表面温度将比现在平均升高 3—4℃。

现在，世界各国的化学工业，例如合成橡胶、合成塑料、合成纤维、洗涤剂等，都是以石油、煤或天然气等这些含碳的物质作原料的。但是，随着这些物质的逐渐减少，化学工业所需要的碳源就会出现危机。为了解决这个问题，化学家们于本世纪 70 年代，开始致力于将二氧化碳转变成化学产品的

开发研究。

从理论上讲，二氧化碳可以转换成几十种有机化合物，如甲烷、甲醇、乙醇、乙二醇、乙烯、丙酮、环氧丙烷等等。而用这些有机物中的任何一种， 通过化学方法又可生成许多别的有机化合物。

例如乙二醇，目前从乙二醇出发可以开发出电镀光洁剂、维生素 E、吸水性和弹性都极好的新型纤维、耐磨性非常好的飞机轮胎等。因此二氧化碳是末来化学工业的宝库，是许许多多有机化学品的新发源地。

可是，由于二氧化碳是一种相当稳定的分子，碳和氧之间的化学键很难打开。所以，上述各种理论，现在还没有进入实用阶段，让我们翘首以待吧。

再说二氧化碳的另一种功能——光合作用。

郁郁葱葱的大地，绿色植物千姿百态；波光粼粼的水面，各种藻类生长繁衍。这一切都离不开光合作用。

光合作用，一般指在日光照射下，借植物叶绿素的帮助，吸收光能将二氧化碳和水合成碳水化合物的过程。用方程式表示就是：

6CO2 + 6H2 O ^光→ C6 H12 O6 + 6O2 ↑

叶绿素

我们今天所吃的粮食、蔬菜、水果，所用的木材、棉花等，都是光合作用的直接产物；所用的煤、石油等燃料，也是光合作用所留下的遗产。即使鱼虾鳖蟹、飞禽走兽也都直接或间接地依赖光合作用而生存。

光合作用的主要原料是二氧化碳和水，能源就是太阳光。据科学研究表明，太阳能每年射到地面上的约为 3200 夸特（1 夸特等于 2.52 × 10¹⁴ 千

卡），这样多的太阳能，相当于燃烧 11400 亿吨煤所放出的热量，太阳能可以说是用之不尽的。

而二氧化碳在大气中约有 2300 亿吨，有约 60 亿吨供植物进行光合作用， 这个原料也是不用发愁的。但是，由于人们对森林大肆砍伐，对草地的无端破坏，使地面上的二氧化碳和光合作用放出的氧气失去平衡，长此下去，光合作用遭到破坏，倒有使人类面临灾难的危险。

近几十年，人们对光合作用的机理已有所了解，已经知道，光能、水、二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐在植物叶子的叶绿体内结合，产生有机物质。幼叶的功能主要是合成蛋白质的基本原料——氨基酸；比较成熟的叶子则集中制造植物其他器官营养所需的碳水化合物。而叶绿素及其他色素分子起着吸收光的作用，它们吸收太阳能，并把太阳能传递到产生氧和有机物的植物细胞的反应中心。

人们根据光合作用原理，设计了人工模拟光合作用。如果模拟成功，将对人工合成食物打下基础，而且对研究生命起源和光合作用的真实机理都有重要的意义。

如果在实验室中，能在光合作用下把水中的氢和二氧化碳结合，使之成为碳水化合物，进而转化为糖、淀粉、脂肪等，还可进一步转变成氨基酸、蛋白质。这样，人类所需的食物，就有可能用人工的方法来获得。这是多么美妙的理想啊！

顺便谈一谈二氧化碳的物理性质。由于二氧化碳不能供人类和动物呼吸。在岩洞、地窖里所存的二氧化碳，常不能很好地散发出去，所以通常人进入时，要用火引路，一旦火熄灭了，人就不能上前，否则易窒息而死。

此外，固体的二氧化碳叫干冰，用氢气球将它和碘化银一起带到空中， 就可进行人工降雨。

最后说一说化学和医学奇迹。

血液循环对人类来说一直是个谜。直到 17 世纪中期，这个谜才被英国医生哈维经过长期努力揭开。

他证实了人体的血液通过血液循环进行周身循环，它把从肺部摄取的氧气和从小肠的绒毛壁上得到的营养物质源源不断地输送到身体各个组织，同时又把身体各个组织所产生的废物，如二氧化碳、有机酸等通过肺和肾排除体外，使人吐故纳新，充满活力。

如果用现代检测技术观察人体血液循环的话，血管里的血，就像春天的江水一样，汹涌澎湃，源源不断。之所以会这样，一是靠心脏的收缩和舒张， 二是靠体内有足够的血液。

一个成年人，体内血液总量约为 5000ml，占体重的 8％。一旦血容量降低到 500ml 以下，血液循环就会中止。如果不立即输血，人很快就会死亡。 1902 年以前，人们还不知道人有血型之分，随便输血，导致了许多人命

案。幸亏这年病理学家兰斯坦纳发现了 A、B、AB、O 四种血型。此后，医学上的输血技术便得以安全地推广应用。

然而，世界上所有血库里的血都是从健康人体抽取的，血源量极为有限， 远远不能满足需要。于是科学家们便在本世纪 40 年代，开始了人造血的研究。

他们首先对“人血液”的成分和运行机制进行了一番系统地探讨：

血液是由血细胞和血浆组成。血细胞包括红细胞、白细胞、血小板。其中红细胞含有丰富的血红蛋白，主要功能是携带氧气和二氧化碳。血浆主要功能是运送营养物质和维持血容量，使血液循环得以正常进行。

美国化学家们当初曾进行模仿红细胞构造的研究，但由于难度太大，未能成功。50 年代末，医务工作者和化学家合作，用羟乙基淀粉等作为血浆在临床应用。它们能起到维持血压和补充血容量等作用，但是不能运送氧气和携带二氧化碳，所以只适用于失血较少的患者。

1966 年 7 月，奇迹般的事情出现了：美国辛辛那提医院的小儿科教授克拉克在做实验时，不知什么时候一只老鼠掉进一种白色溶液里，他当时并不知道。几个小时之后，他回到实验室时，竟然看到老鼠像鱼一样在液体中欢蹦乱跳地活着。他高兴极了，意识到这种液体很可能成为“人造血”。

其后，日本科学家也得知了这种物质，组织了 150 多名专家进行突击研

究。经过不懈的努力，花费 11 年时间，终于在 1979 年 4 月宣布首先研究成功“人造血”。

克拉克教授意识到的那种白色“人造血”是全氟三丙胺等。因为在这引进化合物的分子中只有氟原子和碳原子，故又名“氟碳人造血”。

具体制造过程是：先将全氟三丙胺等经雾化处理，制成直径只有 0.1 微米的微球体。然后加入少量葡萄糖、钾、钠、钙、镁等电解质。于是，就成为白色的人造血了。

“人造血”同人血相比，比重高于人血，但粘滞性基本差不多。它有许多的优点：

首先对人体无害。因为“人造血”不需要肝脏化解代谢，也不会产生有

毒的物质损坏肾脏。在病人自身的造血机能开始恢复时，它能自动地通过肺部的呼吸和尿液排出体外。

其次化学稳定性好。“人造血”可存放二至三年时间也不会变性，而血库里的血一般只能放二三个月。

另外“人造血”还有优良的运载氧气和二氧化碳的能力。它输给病人时， 由于没有血型之分，所以无论何人何时均可输注，十分安全和方便。

此外“人造血”还有一种奇妙的功能。当人煤气中毒（即一氧化碳）以后，只要注入“人造血”，它便可把血液中的一氧化碳夺过来，让红细胞复活，使中毒者起死回生。

“人造血”正以它的巨大作用，成为“失血者的救星”。科学家们充满信心地预言，不久的将来，血库依靠献血的时代将宣告结束，取而代之的将是“人造血”。

化学对医学的作用还远不止这些，现代研究表明，人的健康与人血液中各种化学元素的含量密切相关。在人体中，不管缺少哪一种元素，人的健康都会受到影响。

本世纪 60 年代，英国科学家汉密尔顿通过测定人体血液中各种化学元素的平均含量，把人体中的各种元素分为两类。他把含量较高的称作“生命结构元素”，含量较低的称作“微量元素”。这两类化学元素在人体中共有 25 种以上。

例如缺碘就会得甲状腺肿，又叫“粗脖子病”，缺锌就会引起贫血、缺钙就会侏儒症，等等。化学元素在人体中的作用，并不是以含量多少来论高低，而是看它在生命过程中是否起决定作用。

如锌，在人体中它属“微量元素”，它与人体中 100 多种酶有关，它能激活生殖细胞，影啊人的先天遗传，如缺乏锌，则会导致胎儿畸形，智力低下，精力不足等等症状，因而被人们称为“活力元素”。

又如硒，在人体中的含量也不多，但它的作用却非同小可。现已证明， 硒在体内是谷◻甘肽过氧化物酶的辅助因子，因而在抗肿瘤、抗衰老和防治大骨节病的药物中，有时要补硒剂。

在现代，随着科学技术的发展，只要对人体的化学元素进行普查分析， 不仅能诊断出许多常见病、多发病和地方病的病因，而且能通过进补化学元素的方法给予有效的治疗。这是化学对人类健康的一大贡献。

外科医生在实行外科手术之后，通常过一段时间还要拆线。这个手术后的拆线过程，能不能省去呢？这就要看化学家的本领了。

医用高分子的研究人员终于找到一种材料，它是以聚乳酸纤维为基本材料，并涂有蔗糖脂肪酸酯的缝合线。

这种缝合线试验效果很好，不仅具有一定强度和伸缩性，易于缝合，而且在体内可维持 3 个月时间不分解。3 个月后，开始分解并逐渐被吸收。

有了它，在实行缝合手术之后，就无需再拆线了。这是化学对医学的又一贡献。

欲知后事如何，且听下回分解。