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杂说生活中的氯 精选

已有 6242 次阅读 2022-5-27 08:33 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

杂说生活中的氯

新冠病毒在全世界肆虐已经两年多了。两年多来,如口罩、酒精、消毒液一类物质的需求大增。84消毒液作为一种含氯的消毒液也是许多家庭常常用到的。84消毒液是1984年研制成功的,在这以前,用得较多而作用原理与之相近似的消毒用品是漂白粉。

虽然一个称消毒液、一个称漂白粉,其实都同时具有消毒和漂白的作用。二者起作用的物质也非常相似,84消毒液起作用的物质是次氯酸钠,而漂白粉其作用的物质是次氯酸钙。它们仅仅是金属离子不同,而其消毒和漂白作用的主要物质是一样的,都是次氯酸根离子。

次氯酸钠和次氯酸钙都是很容易溶解在水里的,在水里,次氯酸钠就解离成钠离子(正离子)和次氯酸根离子(负离子),同样,次氯酸钙在水里解离成钙离子和次氯酸根离子。次氯酸根是由一个氯原子和一个氧原子组成的负离子。它很不稳定,容易分解为氯离子和氧原子。

这种刚产生的氧原子与氧气分子的活泼程度相差很大。氧原子外层有6个电子,很容易夺取其他体系的两个电子或者与其他原子组成共价键,所以性质非常活泼。而氧气分子由两个氧原子组成,由于两个氧原子“手拉手”以很牢固的共价键结合起来了,如果氧气分子要参与化学反应,则往往首先要花大力气把它们之间的共价键拆开,才能够参加反应。

也正因为氧原子与氧气分子活泼程度差别很大,很多物质在空气中能够稳定存在,但是,很容易与氧原子反应。

例如,绝大多数微生物在空气中能够稳定存活,但是,组成这些微生物的分子很容易与氧原子反应,微生物也就被氧原子杀死了。又如,很多染料在空气中是很稳定的,红红绿绿的衣服能够在许多天里都是红红绿绿的。但是,这些染料分子能够与氧原子反应,把这些染料分子中呈现各种颜色的基团都破坏掉。

也正因为次氯酸根在水溶液中容易分解成氯离子和氧原子,这些氧原子能够杀灭水里的微生物,这就是次氯酸根能够“消毒”的原因。同样,如果在溶液中有显色的基团(例如泡了一件花衣服),氧原子也能够与这些显色的基团反应,花衣服就变白了。所以,84消毒液或漂白粉的消毒和漂白作用,都是它们分子中的次氯酸根分解出氧原子的缘故。

现在,用84消毒液的家庭很多,如果使用不当,也会出问题的。由于84消毒液能够漂白,有的人家的厕所刷不干净发黄了,就想用84消毒液去漂白。看看效果还不显著,又倒进了清厕剂。这就糟糕了。清厕剂里面有盐酸,与次氯酸钠反应,放出了氯气,呛得要命,通风不及时就中毒了。

氯气有强烈的刺激性气味,有剧毒。一百多年前的第一次世界大战时,氯气就曾经被用作毒气弹,许多士兵丧了性命。过去,氯气(液态氯)又曾经被用作自来水的消毒。这是因为氯气可以与水反应产生次氯酸和盐酸。如上面所说,次氯酸容易分解放出氧原子,杀死在水中的微生物。现在自来水消毒中已经逐渐淘汰液氯,改用更安全的二氧化氯。

顺便说一下,所谓毒,往往只是对人类而言的,对人类有害的就称毒。有些微生物能够使人生病,把这些微生物杀死或者阻止其繁殖就是消毒。但是,能够杀死微生物的物质,差不多也都能对人体细胞造成伤害,所以这些可以消毒的物质也差不多都是有毒的。

有一类重要的消毒的方法是夺取组成生物细胞的分子中的电子,破坏这些分子,从而杀死这些细胞。这种方法称为氧化。次氯酸钙,次氯酸钠都是强氧化剂,它们消毒的机理就是氧化。氯气、二氧化氯、臭氧、双氧水、高锰酸钾等也都是强氧化剂,它们也常常作为消毒剂使用,其消毒的机理也是氧化。同样,它们对人体细胞也有毒性,所以在使用时也必须注意使用方法和剂量。

我们日常遇到的最常见的含氯化合物毫无疑问是食盐,即氯化钠。氯化钠也具有一定的杀菌和消毒能力,从而起到防腐的作用。

过去,我们的古人把一时吃不掉的鱼肉蔬菜之类的食物用食盐腌起来,就不容易腐烂。现在好像卖咸鱼不大多了,过去,街上的“咸鱼行”很多。“如入鲍鱼之肆,久而不闻其臭”中的“鲍鱼之肆”就是咸鱼行。咸鱼为什么不再腐烂?就是因为氯化钠有抑菌和消毒作用。但是,氯化钠的抑制细菌作用不是上面所说的氧化,而是渗透。

动植物的细胞膜或细胞壁都是半透膜,如果半透膜两边溶液的浓度不同,水分子可以通过这些半透膜从比较稀的溶液渗透到比较浓的溶液中。买来的蔬菜时间长了失去水分发蔫,把它泡在水里,不一会儿,水就能够渗透到蔬菜的细胞中,蔬菜又挺起来了,这就是渗透作用。用食盐腌制食物,食物细胞中的水就渗透到细胞外很浓的食盐溶液中。同样,附着在食物中的细菌等微生物细胞中的水也由于渗透作用被抽提出来。失去了大量水分的细菌等微生物于是就失去了分裂繁殖甚至生存的能力。没有了这些微生物,食物就不容易腐烂了。这就是氯化钠杀菌防腐的原理。

氯化钠是我们人体不可缺少的营养成分。并不是因为有咸味我们才必须吃盐,而恰恰是因为我们的身体需要食盐,我们才有了感觉咸味的能力。当然,这种能力并不是我们人类所独有的,而是几乎所有的陆生高等动物都有辨别咸味的能力,这说明这种能力起源于我们和它们的共同祖先。

陆生高等动物为什么需要食盐呢?这是因为钠离子和氯离子在这些生物体内起到了重要的作用。

很重要的一种作用就是保持细胞内外的渗透压平衡。在细胞内,由于许多化学反应都需要钾离子参与,所以钾离子的浓度比较高,上面说到,水能够从浓度低的方面渗透到浓度高的另一边。这样,细胞外的体液中,就需要有比较多的钠离子,以取得钠钾的离子平衡。如果不平衡,细胞外体液中没有钠离子,水不断渗透到细胞中,就会把细胞“撑大”甚至“撑破”。而钠离子和钾离子都是正离子,带有正电荷,为了使得电荷平衡,细胞内外都需要有带负电荷的离子。细胞内有磷酸氢根离子等多种负离子,细胞外的负离子则以氯离子最多。这是氯离子的一个重要作用。

另一方面,我们的体液,需要酸碱度平衡。我们的体液的酸碱度应当保持大体上的中性。体液中的分子和离子对组成了酸碱平衡的缓冲液。在这种缓冲液中,分子有碳酸,正离子有氢离子,负离子有碳酸氢根、氯离子等。平衡的控制由肺呼出二氧化碳,肾脏排出多余的酸和碱,多余的氯离子也由尿液排出。

氯离子也是胃酸的重要组成部分。胃酸中有大量的氢离子,这是胃酸能够消化食物的最重要成分。氢离子带正电荷,必须有带负电荷的离子,整个胃液才能够呈现电中性,这里带负电荷的离子就是氯离子。所以,胃酸实际上就是由氢离子和氯离子组成的盐酸。

身体里的这些氯离子,最重要的来源就是食盐。所以,所有的陆生高等动物都需要食盐。也正是这个原因,使得我们有了品尝咸味的感觉,而认为适当的咸味是一种美味。

由于亿万年来,陆生高等动物得到食盐的途径十分困难,由于进化中的“适者生存”,它们(当然也包括我们人类)的身体中都具有节约和回收钠离子的功能,所以它们(包括我们)只需要很少一点食盐的摄入即可。

但是,我们人类的开发能力太强大了。通过晒海盐和开盐矿,如今我们太容易得到过多的食盐。而过多的食盐对我们的身体是有害的。

假定我们食用过多的食盐,吸收到血液中就使得血液中的钠离子和氯离子浓度过高,会把细胞中的水分抽提出来。为了避免这种情况,我们就要饮用更多的水,以稀释血液中的钠离子和氯离子浓度。但是,整个人体血管的容积就这么大,其中液体的增加,必定引起血压的上升。长期血压的上升,就会使心血系统出现各种问题。就像气球里吹进了太多的气,气球的寿命一定下降是同一个道理。所以,我们应当听从营养学家的意见,不要过多的摄入食盐。

氯化钠不但可以作食盐,而且也各种化合物中氯元素的最重要来源。含氯的杀虫剂就是一类曾经与我们的生活有过十分紧密联系的化合物。

许多昆虫能够传染疾病,例如,蚊子、苍蝇等就是疟疾、霍乱、痢疾等疾病的重要传媒。而含氯的杀虫剂对于蚊虫等昆虫的杀灭效果就非常好。

在70年代以前,两种含氯的杀虫剂曾经被我们大量使用。一种是六六六,化学名称六氯环己烷,经常用到的是粉剂,所以又称六六粉,作为农药使用得很多。另一种效果更好的是DDT(滴滴涕),化学名称二氯二苯基三氯乙烷(DDT中的D是二,T是三),经常用到的是其煤油乳液。DDT对于蚊子、苍蝇、跳蚤等有害于人类健康的昆虫杀灭效果非常好,而且长效,对人畜的直接危害又小,所以,在全世界被大量使用,由此,疟疾、霍乱等传染病大量减少,拯救了数以百万计人们的生命。为此,DDT的发明者瑞士化学家穆勒获得了诺贝尔医学或生理学奖。

可是,也正因为DDT的稳定、长效,不容易分解,当它被大量应用以后,残留在土壤、水体中,造成了极为不容易消除的污染。由于“大鱼吃小鱼,鸟类吃鱼类”这样的生物富集作用,对于许多生物特别是鸟类以及处在食物链最顶端的我们人类,DDT在这些生物体内大量积累,产生了极大的危害。经过媒体的宣传,引起了人们(当然,首先是发达国家人们)的严重关切,兴起了环境保护的热潮。于是,从发达国家开始,各国政府先后作出禁用和禁止生产DDT等含氯杀虫剂的决定。

但是,像DDT那样有效、低价的杀灭蚊子等昆虫的杀虫剂难以得到替代。在禁止使用DDT以后,在热带特别是非洲,蚊子又猖獗起来,其结果是每年又有上亿人患疟疾,而死亡百万人以上。这样,2002年,世界卫生组织又宣布有限度地、有控制地使用DDT,以预防和阻止疟疾等传染病在全世界大规模的卷土重来。

从滥用到禁用,再到有控制地使用,这也是人类认识事物的一个过程。在一次次类似的经验和教训之中,人们仍然在不断地进步。






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