化學生看《石紀元》:它並不荒誕反而浪漫十足

2020-12-05 bigfun的小火汁

文丨Canbuno@bigfun社區

1895年,化學家阿爾福雷德·諾貝爾在自己彌留之際立下遺囑:「在我死後,請將全部財產設為基金,每年用這個基金的利息作為獎金,獎勵那些在前一年為人類做出最大貢獻的人。」

他所設立的獎項就是我們今天所說的諾貝爾獎。

一百多年來,諾貝爾獎見證了人類科學事業的蓬勃發展。自1901年正式頒發諾貝爾獎起,無數終其一生勇攀科學高峰的科學家們先後獲得了諾獎這一殊榮。118年來,從瑞典首都斯德哥爾摩傳來的科學的光,照亮了人類璀璨的今天。

10月9日,今年的諾貝爾化學獎正式揭曉。不過與往年不同,今年的諾貝爾化學獎可算是「久違」地給到了化學家的手上,獎勵在鋰電池研究領域作出傑出貢獻的Goodenough、Whittingham、Yoshino三人。

(都說諾獎拼長壽,Goodenough老先生可算熬出頭了)

不過,說到化學,不少人卻對它有著不小的誤解,甚至「化學有害論」依舊有著不少的信徒。我想,要是窮盡一生普及科學發明、便利人類生活的諾貝爾還能在世,興許也會仰天長嘆,痛惜信謠者的愚昧無知吧。

說來也巧,與我們隔海相望的日本中,就有著一位想用漫畫揭露科學「神秘面紗」的漫畫家稻垣理一郎。

他用天馬行空的想像力與對科學的喜愛創作了一部科幻搞笑漫畫作品——《石紀元》,而這部作品裡也包含了各種各樣的化學知識。

在這個人類全體石化、文明回歸原始的時代,化學又能為我們做些什麼?在諾獎頒布之際我們不妨嚴肅一波,看看這部夾著熱血與浪漫的少年漫畫到底蘊藏著哪些奇妙的化學知識。

工業腐蝕劑——硝酸酒精溶液

現代網際網路的發展,離不開電鍍工業與半導體晶片,而在工業生產中,有一類試劑必不可少,那就是——工業腐蝕劑。

《石紀元》動畫第一話中出現的「奇蹟之水」——硝酸酒精溶液,其實就是最常用的工業腐蝕劑之一,原理則是利用了硝酸的酸性和氧化性。

動畫中,千空利用從蝙蝠糞便收集到的硝酸(其實硝酸鹽更多)與從自己釀造的葡萄酒中提純的酒精,混合製得硝酸酒精溶液(動畫中的配比為硝酸:酒精=30:70)。最後滴在「神秘」的石化像上,成功解除了石化。

不過,動畫中用硝酸酒精溶液解除「神秘石化」的原理可就有些玄乎了,畢竟現實中是不會和「石頭」發生什麼反應的。動畫中,千空也承認了這點——解除石化的原理尚未清晰,也許原作者當初是通過合金髮生金相腐蝕時出現的金相裂紋,而臨時找到的創作靈感吧。

肥皂——高級脂肪酸鈉

肥皂的製作工藝倒也是有趣,作為對抗汙垢的利器,它的主要原料卻是油脂,可謂解鈴還須繫鈴人了(笑)

有說法稱,4000年前,在古希臘的一個小島上,人們就偶然發現了木材的灰燼竟能和動物脂肪生成一種肥皂狀的黃色物質,並且用這種物質洗滌衣服可以更加乾淨。然而直到1823時,法國科學家Eugène Chevreul才發現了它的水解本質。

皂化反應方程式(熟石灰可提供氫氧根離子形成鹼性條件)

在《石紀元》動畫的第二話中,千空通過採集的貝殼得到了碳酸鈣(CaCO3),之後經過煅燒得到生石灰(CaO),而生石灰後續也可以製得熟石灰(Ca(OH)2)。最後,將熟石灰、碳酸鈉、油脂混合加熱,即可發生皂化反應(加成消除反應)生成高級脂肪酸鈉,再經析出、過濾、乾燥等製成肥皂。

肥皂在古代的意義巨大,除卻中醫能醫治的疾病以外,肥皂則接替了更為重要的疾病預防工作,不僅能殺菌,還能去汙、添香。

黑火藥——硝酸鉀、硫磺、木炭粉末混合物

動畫第四話中,千空為製造能抵禦司的武器,採集了火山上的硫磺,與木炭、第一話中收集到的硝酸鉀磨細混合,最後得到黑火藥。

火藥則是中國古代的四大發明之一,距今已有一千多年歷史。在古代,火藥因硫磺與硝酸鉀的配比組成不同而各有用途,比如製造煙花、煙幕,以及作為軍事用途的**,而其中比較接近後世黑火藥的配比為硝酸鉀佔3/4(質量比)。

作為武器,火藥的誕生並沒有嚴格的對錯。中國的火藥推動了世界歷史的進程,不僅加快了封建制度的更替,還是宗教改革、歐洲文藝復興的支柱之一。

金槍——鎏金工藝

古代的金屬裝飾工藝有很多,而中國古代八大金工藝之一的鎏金工藝則是古代非常流行的傳統金屬裝飾工藝,始於戰國時期,至今也仍在民間流行。

動畫的第七話中,千空為成功進村,將砂金與水銀加熱混合,然後將金狼的槍放入溶液中,最後加熱得到金光閃閃的「金槍」,以此來賄賂金狼,而這一過程其實就是鎏金工藝。

傳統的工藝步驟與動畫的簡易表現自然有很大的區別,然而萬變不離其宗,原理都是利用金與汞加熱形成「金汞齊」,最後塗於物件上,加熱便可蒸去水銀,從而固定金。汞有劇毒,動畫中還有趣地提到讓金狼不要吸入蒸發的氣體,可以說是很「寓教於樂」了。

鎏金工藝的盛行給我們帶來了許多富麗堂皇的藝術品,在電鍍早已取代鎏金工藝的今天,重新品味一下古代工匠們的鬼斧神工,也許也是對傳統文化的最好支持。

制鐵——煉鐵工藝

說到人類歷史發展的時代劃分,鐵器時代必然是其中極為重要的一節,人類在逐漸掌握了青銅冶煉的工藝後,自然要朝著煉鐵進發。

現代的鋼鐵冶煉工藝主要為高爐煉鐵,利用焦炭在高溫條件下生成的一氧化碳(CO),還原鐵礦石(Fe2O3或者Fe3O4等)得到鐵。煉鐵工藝的要求十分高,不僅對風速(反應溫度)有要求,爐高、爐型等也對生產有著極大影響。

動畫第八話,其實就是對人力鼓風煉鐵的否定,反應溫度遠遠不夠(雖然最後加了人手還是搞定了ww)。煉鐵結束後,千空將煉製的鐵放在高處,經過雷擊最後得到了強力磁石,也因此在動畫的第九話「手握科學的明燈」末尾,給我們獻上了一幕「夜幕中的電燈」的溫馨畫面。

鐵器時代,是人類近代工業的基石,今天如此雄偉的工業規模都是因為鋼鐵冶煉而騰飛。

眼鏡——玻璃製造工藝

老實說,在動畫的十一話前,我一直覺得《石紀元》只是個賣弄化學反應機理,不考慮反應限度、速度、純度的搞笑娛樂動畫。直到看見了十一話中,千空製造出了眼鏡,為近視人群帶來了清晰的世界,我才猛地發現了這部動畫純質的魅力——科學為人類帶來幸福。

第十一話裡,千空帶著小隊從花崗巖地形中採得了矽砂(主要成分為二氧化矽),後續經過研細,與碳酸鈣、碳酸鈉混合後加熱融化,最後添加氧化鉛,製成鉛玻璃(便於加工且美觀)。

成型的玻璃再經過加工打磨即可變為有曲率的凹透鏡——近視眼鏡,而眼鏡的誕生,也讓無數人重見清晰的世界。

相信被這一幕感動到的觀眾,也絕不止我一個。

(畢竟是近視人群的共鳴)

《石紀元》是一部少見的以「重建科學文明」為中心的趣味科幻動畫,它拋棄了生硬難啃的填鴨式知識輸出,取而代之的是以誇張的手法表現了科學的魅力。

(胡來的「有機全合成」)

單論「科普」, 其實日本動畫中的佼佼者並不在少數,不僅有同為科學知識的《工作細胞》,還有與文化相關的科普作品《昭和元祿落語心中》、《花牌情緣》,當然算上與登山有關的《向山進發》、與露營有關的《搖曳露營》等等那可就數不勝數了。

然而,《石紀元》之所以能被眾人認可,成為「JUMP新四大天王」之一,我想,是因為動畫中滿溢而出的「浪漫」。它是「種田文」劇情,可它有著對人類科學文明深深的熱忱;它是科學「幻想」,可它比絕大部分科幻作品都尊重科學。

這是一部熱血與搞笑兼備,嚴謹與趣味兼得的優秀作品。如今,不妨借著諾貝爾化學獎頒發的熱潮,去見見他詩意浪漫的一面,去看看那些身邊無處不在的科學!

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