化学趣味小故事（二十八）故事九十五:化学发展与生产紧密相连氮可以作肥料,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,所以酸生土壤也极需钼肥。

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12.1% ,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% 。

有趣的是,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DD T、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。