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氮元素:滋养文明、毁灭生命

已有 200 次阅读 2026-5-30 11:20 |个人分类:《元素的文明征程》化学诗歌集|系统分类:科普集锦

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氮是大气的背景,

不动声色。

氮是战争的阴霾,

硝烟弥漫。

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在河南安阳殷墟出土的铸造作坊遗址,

发现有使用硝石(硝酸钾)和草木灰作为青铜熔铸时的覆盖熔剂。

硝石在高温下熔化时形成一层融盐,

减少铜合金的氧化损失并与杂质结合。

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唐代的炼丹术士发现硝石炼药时爆燃,

发明了最早的黑火药。

蒙古西征把火药传到西方,

罗杰培根记录下欧洲的第一个火药配方。

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阿拉伯炼金术士哈扬干馏硝石时发现硝酸,

他把盐酸与硝酸混合得到“王水”

居然可以溶解黄金。

格劳伯(Glauber)将硝石和浓硫酸混合加热制硝酸。

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1405年凯泽的《攻城术》中记录了“硝床法”生产硝石,

比林古乔在1538年的《矿冶学》中记录了火药的制作,

并对硝床法技术细化。

阿格里科拉重述了硝床法。

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德意志地区盛行硝床法生产硝石,

火药价格在16世纪大幅下降。

英格兰多次重金引进硝床法技术,

因气候原因产量始终达不到要求。

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氮是农作物的粮食,

硝石是枪炮的粮食。

为了保证硝石来源,

国王们甚至把厕所国有化。

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印度硝石产量巨大,

荷兰、英国、法国的东印度公司们,

纷纷把它当成主要贸易品,

最终英国在1765年后独占了印度硝石的经营权。

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染料商人误将牛血、草木灰和硫酸铁混合,

得到第一种合成染料普鲁士蓝。

化学式中含有氰基,

氰基由碳原子和氮原子通过三键连接而成,

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1774年舍勒从硝石中发现氧,

拉瑟福德把空气中氧、二氧化碳除去,

得到有害气(氮气),

布莱克称之为“燃素化气体”。

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月光社成员普里斯特利用金属与硝酸反应,

得到一氧化氮(NO),

他加热硝酸胺,

又得到一氧化二氮(N₂O)。

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他把NO与空气反应,

生成了二氧化氮(NO2)

他发现或研究过多种气体,

自称“空气哲学家”。

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柏林、瑞士、巴黎等科学院多次征集硝石生产技术论文,

拉瓦锡1776年的论文获奖,

他主持了法国的硝石工厂扩增计划,

使法国硝石从年产800吨,增加到1788年的1800吨。

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1794年查塔尔担任巴黎格雷内尔火药厂生产监督,

优化硝石生产工艺,

他发现其中氮的线索,

为之取名“氮”(nitrogen),即“硝石的生成者”。

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1799年戴维进入月光社成员贝多斯的气体研究所,

发现一氧化二氮的生物学作用,

被命名为笑气,

后一度用于牙科麻醉。

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1812年法国库图瓦制备硝石时,

用硫酸冲洗器皿时发现碘。

南美鸟粪中的硝石,

让欧洲战争蔓延不断。

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1815年盖吕萨克研究氢氰酸、氰化银、氰化汞,

发现氰基在反应前后不变,

从而提出“基团”概念。

这是第一个化学基团。

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1828年维勒合成了含氮尿素,

动摇有机化学的“活力论”。

1835年杜马通过高温燃烧转化“定氮法”,

使有机物中氮转换为氮气测定。

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1846年施翁贝(Schönbein)发现棉花沾硝酸,

可以生成硝化纤维(火棉),

科幻作家凡尔纳(Verne)对这一难生产的物质感兴趣,

1865年他的《从地球到月球》描述用大炮和火棉将航天器发射到太空。

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1847年意大利化学家索伯雷(Sobrero),

用浓硝酸与浓硫酸的混合溶液处理甘油,

获得了一种黄色、油状的透明液体,

这就是硝化甘油。

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1850年代霍夫曼发现煤焦油与靛蓝染料的分解物,

都含有苯胺,并最早合成了季胺。

酰胺在卤素、强碱作用下生成少一个碳原子的伯胺,

这一方法即“霍夫曼重排”。

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1860 年普鲁士军队率先将火棉制成无烟发射药,

用于步枪和火炮。

1865年英国阿贝尔(Abel)改进工艺,

生产稳定的胶化火棉。

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诺贝尔将硝酸甘油作为“爆炸油”出售,

因不稳定引发多次事故,被多国禁止入境。

1866年他用硅藻土吸附硝酸甘油,

再用雷酸汞引爆,称达纳炸药(dynamite)。

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1865年海厄特(Hyatt)为寻找象牙的替代品,

将低硝化度硝酸纤维素与樟脑混合,

加热制成赛璐珞(celluloid),

他开办公司生产赛璐珞台球。

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台湾樟脑占全球七成,

1868年英国通过“樟脑战争”控制了台湾的樟脑贸易。

1884年法国化学家维埃利(Vielle)将硝化棉在醇醚混合物中胶化,

加入石蜡制成了无烟火药发射药“Poudre B”。

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1888年诺贝尔用硝酸甘油和硝化纤维混合,

再加10%的樟脑制作双基无烟炸药(ballistite)。

新的硝基化合物不断发明,

含氮量越高爆炸威力越强。

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英国基于诺贝尔的双基炸药,

发明了长条炸药(cordite)。

樟脑从医人的药品,

转变为杀人的武器。

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威尔布兰德(Wilbrand)发现TNT(三硝基甲苯),

斯普伦(Sprengel)发现苦味酸(三硝基苯酚)有高爆性,

1893年下瀬雅允开发苦味酸工艺,

制成的爆炸弹用于甲午战争。

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英国医生布伦顿(Brunton)使用吸入式硝酸戊酯,

降低患者血压。

梅瑞尔(Murrell)发现低剂量硝酸甘油,

可以缓解心绞痛。

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凯氏浓硫酸消化蛋白质,

测定蛋白质的氮含量。

在测定空气中氮气密度时,

发现了隐藏的惰性气体。

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氮-氮三键的超强稳定性,

让大气固氮法极为困难,

直到哈伯-博施高压合成氨。

氮才能从气态变为化肥。

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卡罗瑟斯开发的尼龙的分子,

主链上含有重复的酰胺基团(-CONH-),

二元酸与二元胺的缩聚反应,

或内酰胺的开环聚合反应合成尼龙。

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杜邦公司的尼龙于1938年工业化生产,

这一半结晶态聚合物,

结晶区赋予尼龙较高的强度和耐热性,

而非晶区则提供韧性和柔性。

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尼龙丝袜革新了时尚,

二战爆发后尼龙被用于降落伞等军工品,

美国战争生产委员会征用所有尼龙库存,

还开展收集旧丝袜、倡导“捐袜救国”活动。

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鲍林发现蛋白质的碳-氮键有平面性,

提出蛋白分子的二级结构。

嘌呤由六元的吡啶环和五元的咪唑环构成,

嘧啶是1,3-二氮杂苯。

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穆拉德(Ferid Murad)1970年发现,

硝酸盐引起血管扩张。

伊格纳罗(Louis Ignarro)验证了血管内皮因子 EDRF,

其实就是舒张血管的一氧化氮(NO)。

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即含有一定比例(10%—17%)硫酸的红烟硝酸(RFNA)

能与多种燃料发生剧烈的自燃反应。

这种氧化剂与燃料相互接触就会自发点燃。

用于火箭等航天发射器。

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生物研究液氮少不了,

聚合氮分子能量高,

氮是芯片制造的“生命气”,

氢能系统用氮气隔绝氧。

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医药、航天、食品……

高纯氮气应用真不少。

氮从以前的“有害气”,

变成今天高端制造的应用宝。

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氮是蛋白质与核酸这两大核心生物分子的关键构成要素,

氮源营养是所有生命体所必需,

人工合成的氮肥、含氮药物滋养着人类文明,

氮化合物蕴含的能量释放在战场上却毁灭生命。



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