「盤點個性鮮明的滷族元素」化學武器始祖：氯

2020-09-07 知識就是力量雜誌

作者/曲建翹 吳義梅


滷族元素

科學家在發現氯氣前，就發明了鹽酸。把食鹽加入濃硫酸，所產生的氣體用水吸收後，便會形成一種有酸性的液體——鹽酸。

氯氣呈黃綠色、有刺激性氣味


單質的氯第一次是用鹽酸加軟錳粉制出來的。18世紀70年代，瑞典化學家舍勒將軟錳礦（主要成分是MnO₂）與濃鹽酸混合加熱，產生了一種黃綠色、有刺激性氣味的氣體。受當時流行學說的影響，舍勒未能確認這種氣體。直到1810年，英國化學家戴維以大量事實為依據，才確認這種氣體是一種新元素組成的單質——氯氣。從氯氣的發現到氯被確認為是一種新的元素，過程長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。

英國化學家戴維（圖片來源/維基百科）

氯的應用十分廣泛，尤其在消毒方面對人類貢獻極大，如在各種自然災害（洪澇、地震等）過後，含氯消毒劑就會派上用場，同時，生活飲用水、醫院汙水、廢水處理廠等也均離不開含氯消毒劑。


二氧化氯

1974年，科學家分別從荷蘭和美國的城市自來水中檢出了以氯仿為主的三氯甲烷有機物，此後，隨著相關研究的不斷深入，研究人員發現自來水中有765種有害於人體健康的有機物，其中致癌物有20種，可疑致癌物23種，促癌物有18種，誘變物質有56種。除致癌物外，還有可引起人肝中毒、神經中毒、代謝紊亂等危害的物質，因此，研究人員開展了大量氯代用品的研究工作，其中二氧化氯是最有前途的一種消毒代替品。

含有氯氣的池水


不含天然氯氣的純天然泉水

二氧化氯是一種高效氧化劑，其氧化能力是氯的2.5倍，對細胞具有較強的吸附和穿透力，可有效氧化細胞內含巰基的酶，還可以快速抑制微生物蛋白質的合成，從而破壞微生物。二氧化氯除對一般細胞有殺死作用外，對芽孢、病毒、藻類、鐵細菌、硫酸鹽還原菌和真菌等均有很好的殺滅作用。

二氧化氯是第四代消毒產品（第一代消毒產品有效成分是氯酸鈉，生活中常見的產品為84消毒液；第二代消毒產品有效成分是對氯間二甲苯酚，其成本較高，有輕微毒性，同時也有輕微腐蝕性，生活中常見的產品為滴露消毒液、威露士消毒液等；第三代消毒產品有效成分是單雙鏈複合季銨鹽，生活中常見的產品為安潔全效除菌液等，其消毒殺菌率很高，但長期使用易使細菌病毒產生抗藥性），被世界衛生組織和世界糧食組織列為A1級安全高效消毒劑。為控制飲用水中「三致物質」（致癌、致畸、致突變）的產生，歐美發達國家已廣泛應用二氧化氯替代氯氣進行飲用水的消毒。

自來水的製備示意圖

化學武器的始祖

1915年4月22日，在第一次世界大戰的比利時戰場上，英法聯軍在戰壕裡與德軍對峙著。突然，從處於上風口的德軍陣地上升起一股黃綠色的雲團，一直飄向處於下風口的英法陣地，隨著黃綠色的氣體湧來，毫無準備的兩萬餘名英法聯軍士兵猝不及防，先是出現咳嗽，喘息，繼而大多士兵因中毒而死亡。這些黃綠色的雲團就是氯氣，而這也是氯氣在人類戰爭史上的第一次「亮相」，也正是這次行動標誌著人類放出了化學武器這個恐怖的惡魔。

戰爭催生科技的發展。事後，科學家們注意到了一個奇怪的現象。原來，在德軍施放毒氣彈的地區，除了聯軍士兵和居民的屍體外，各種飛禽、牛、羊、馬、狗也慘遭毒害。可是，豬卻大量地活著，並沒有中毒的跡象。那麼，豬為什麼沒有中毒呢？

原來，豬比其他畜牧的嗅覺靈敏得多，它們很早就能聞到異味，馬上拼命逃竄。當逃不出去時，它們就拼命地刨土，然後把長鼻子插入刨松的泥土中「閉目養神」。毒氣散盡後，其他動物都死了，它們卻不慌不忙地從土中拔出鼻子，用力把鼻孔中的土粒噴出，然後就跟沒事一樣跑了起來。由此，科學家研發出世界上第一個類似豬鼻子形狀的防毒面具，此後，防毒面具又經過不斷改良，現在，新型、優良的防毒面具已裝備到各國的軍隊以應對生化武器危害。

一戰時佩戴防毒面具的士兵和戰馬（圖片來源/維基百科）


在滷族元素的大家庭中

不光只有日常生活離不開的氯

還有「死亡元素」氟、智力元素碘

及砹、石田

在課本裡看似枯燥的化學元素

只要和生活結合

就變得豐富、有趣


在童話般的「微觀世界」——原子王國裡，

原子是真正的主角

本書根據原子的化學性質，

賦予其不同的個性，

從原子的角度講述化學基礎知識，

沒有艱深的化學反應式

讓孩子既有「仰望星空」的樂趣，

也能體味化學在生活中的角色，

避免了使故事淪為集郵冊般的百科知識。


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