科普：饅頭、炸藥和藍天

你一定在好奇，這是一篇什麼樣的科普文章，竟然把炸藥、饅頭和藍天這三種看上去不挨邊的東西放在一起呢?聯繫著毀滅、生存和美麗的主角就是本文要講述的化學元素——氮。

說起氮氣大家並不陌生，這種氣體是大氣的主要成分之一，佔到總量的78%。我們都知道，氮元素是合成胺基酸的重要元素，所以說氮也是構成生命的重要物質。

儘管氮氣有很多，並不稀缺，但在通常情況下，氮氣是一種惰性氣體，不與任何物質發生化學反應，不會為生物所利用。大自然中的氮只有在雷電等的特殊作用下才會變成各種化合物，所以靠大自然產生可以被生物利用的氮很少。

這也是為什麼在合成氨工業發展起來之前，地球上的人口遠低於現在的重要原因之一。因為沒有足夠的氮元素，支持足夠的農作物養活更多的人。

這種情況到了20世紀初發生了改變，一個叫哈伯的人開發了以空氣中的氮氣為原料製造化肥和炸藥的工藝，作為發明人，他要為數百萬人的死亡負責，但他同時也為20世紀幾十億人能吃飽肚子做出了很大的貢獻。

氮就是這樣一個富有多面性的元素。它可以讓湖水酸化，也能把建築變成碎石。在地球漫漫的進化歷程中，它將植物、動物、人類與土壤中的細菌、閃電和藍天聯繫了起來。

在太空中看地球，這是一顆鑲嵌在黑色背景中藍色的珠子，這其中的原因就是因為氮氣。在地球引力的作用下，所有的大氣都聚集在距離地表16千米以內的區域內，其中就包括佔78%的氮氣。就像一個包裹著地球的氣膜，與直徑1.27萬千米相比，這層膜的厚度不值一提。

在晴朗的日子裡仰望天空，同樣也能發現，這層16公裡厚的膜就像一個藍色罩子。然而藍天為什麼是藍的，這個常見得不能再常見現象背後的秘密被發現才100年多一點的時間。發現這個秘密的人是哈伯的朋友——愛因斯坦。

儘管愛因斯坦最偉大的科學貢獻是相對論，但他於1910年的一篇論文，揭示了氮氣在讓天空產生顏色的過程中所發揮的作用。

空氣中的氮氣會做三種基本的運動，其一是整體移動，即隨風而動；其二是不規則的熱運動，只要是有溫度的物體內部微粒都存在這種運動；其三是分子的振動。

當包含著彩虹中所有顏色的陽光穿越了1.5億千米的距離到達地球，就會與大氣中的氮氣分子發生接觸，氮氣分子中的電子云與陽光（電磁波）發生作用，開始扭曲。注意，這種扭曲不是固定的扭曲，而是一種振動的狀態。

這種扭曲的結果就是，電子相對於原子核發生了相對的運動，而這種運動會產生電磁擾動。大氣的主要成分是氮氣和氧氣，這兩種氣體的分子都比較小，而且比可見光的波長要小很多。當陽光與它們發生作用的時候，光就會向四面八方發生散射。

氮氣的分子可以對可見光中全波長的陽光產生散射，但波長較短的藍光和紫光被散射得更明顯，而且紫光會被散射得更厲害。由於人眼的視覺感應範圍，對紫色不敏感，所以我們抬頭只能看到藍色。說到底，藍天之所以是藍色的，還是由我們的眼睛決定的。

關於氮元素，我們就說這麼多。雖然沒有像其他科普文章那樣去介紹氮的化學性質，物理結構，但這裡揭示了氮元素不同尋常的多面性。它不但能滋養生命，也能毀滅，更可以帶給我們美麗的藍天。

關於氮，大家還有什麼要說的嗎？歡迎在評論區內留言。

文/郭哥聊科學，圖片來自網絡，侵刪。