书城科普读物探究式科普丛书-生活中离不开的化学
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第11章 化学与人类社会(2)

第四节有腐蚀性的酸雨

多燃石油的国家下硝酸雨,而我国多燃煤,所以酸雨多是硫酸型酸雨。此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。近年来,我国一些地区已经成为酸雨多发区,酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。

酸雨是被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的降水。酸雨主要是人为地向大气中排放大量酸性物质造成的。

酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。

酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。

工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫,燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物,经过“云内成雨过程”——水汽凝结,在硫酸根、硝酸根等凝结核上发生反应,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴。

之后,含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体,形成较大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨。

酸雨形成的影响因素:

一般说来,某地二氧化硫(SO2)污染越严重,降水中硫酸根离子浓度就越高,导致pH值越低。

大气中的氨(NH3)对酸雨形成是非常重要的。氨是大气中唯一溶于水后显碱性的气体。由于它的水溶性,能与酸性气溶胶或雨水中的酸发生反应,起中和作用而降低酸度。

大气中的污染物除酸性气体二氧化硫(SO2))和二氧化氮(NO2)外,还有一个重要成员——颗粒物。颗粒物的来源主要有煤尘和风沙扬尘。

颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用,一是所含的催化金属促使二氧化硫氧化成酸;二是对酸起中和作用。但如果颗粒物本身是酸性的,就不能起到中和作用,而且还会成为酸雨的来源之一。

酸雨的危害:

硫和氮是营养元素。弱酸性降水可溶解地面中矿物质,供植物吸收。如酸度过高,pH值降到5.6以下时,就会造成严重危害。它可以直接使大片森林死亡,农作物枯萎。也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化。还可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中,毒害鱼类。酸雨还会加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程。此外,酸雨还可能危及人体健康。

酸雨的治理措施:

控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。

一方面,人类社会要相互合作,共同采取措施来减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。另一方面,人们还要不断改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。同时,人们可以对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。

此外,还可以积极开发新能源,如太阳能、风能、核能、可燃冰等,使人类逐渐摆脱对煤炭和石油等资源的依赖。

第五节前景广阔的氢能源

当今世界,开发新能源迫在眉睫。这是因为目前所用的能源,如石油、天然气、煤等均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。

氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其他能源制取的。它不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫,可分别产生温室效应和酸雨,对大气环境产生巨大的破坏作用。而氢能则是一种清洁能源。

随着石化燃料耗量的日益增加,其储量日益减少。终有一天,这些资源将要枯竭。这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的、新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机出现和开发新的二次能源的同时,人们期待的新的二次能源。

氢位于元素周期表之首,原子序数为1。常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新的能源,氢具有许多优点:氢是重量最轻的元素,导热性较好的气体,在自然界的存在十分普遍。除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。它的燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快并且无毒害。氢气燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境。

氢的利用形式很多,可以以气态、液态或者固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。它还可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。

另外,氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高。它还可以减轻燃料自重以及取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。

(氢的燃烧产物只有水)目前,世界各国正在研究如何能大量而廉价地生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向,在光的作用下将水分解成氢气和氧气,关键在于找到一种合适的催化剂。

因此,氢能蕴涵着广阔的应用前景。发展氢能源,将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要的一步。

第六节可怕的三聚氰胺和苏丹红

1.三聚氰胺

三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体,无味,密度约1.57克/立方厘米(16℃)。

常压下的熔点约为354℃(分解),快速加热升华,升华温度约为300℃。

三聚氰胺在水中溶解度随温度的升高而增大,在20℃时,约为3.3克/升。即微溶于冷水,溶于热水,极微溶于热乙醇,不溶于醚、苯和四氯化碳,可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。

三聚氰胺呈弱碱性,与盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸等都能形成三聚氰胺盐。

三聚氰胺是一种用途广泛的基本有机化工中间产品,最主要的用途是作为生产三聚氰胺甲醛树脂(MF)的原料。三聚氰胺还可以作阻燃剂、减水剂、甲醛清洁剂等。该树脂硬度比脲醛树脂高,不易燃,耐水、耐热、耐老化、耐电弧、耐化学腐蚀,有良好的绝缘性能、光泽度和机械强度。广泛运用于木材、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电气、医药等行业。

三聚氰胺是一种低毒的化工原料。动物实验结果表明,三聚氰胺在动物体内代谢很快且不会存留,主要影响泌尿系统。

三聚氰胺量剂和临床疾病之间存在明显的量效关系。专家对受污染婴幼儿配方奶粉进行的风险评估显示,以体重7千克的婴儿为例,假设每日摄入奶粉150克,其安全预值即最大耐受量为15毫克/千克奶粉。

根据美国食物及药物管理局的标准,三聚氰胺可容忍摄入量为每日0.63毫克/千克体重。

假蛋白原理:

由于中国采用估测食品和饲料工业蛋白质含量方法的缺陷,三聚氰胺也常被不法商人掺杂进食品或饲料中,以提升食品或饲料检测中的蛋白质含量指标,因此三聚氰胺也被作假的人称为“蛋白精”。

蛋白质主要由氨基酸组成,其平均含氮量为16%左右,而三聚氰胺的含氮量为66%左右。常用的蛋白质测试方法“凯氏定氮法”,是通过测出含氮量乘以6.25来估算蛋白质含量。

相关致病案例:

2007年,美国爆发宠物食品受污染事件。事后调查表明,掺杂了小于等于6.6%的三聚氰胺的小麦蛋白粉是宠物食品导致中毒的原因。

2008年9月,中国爆发了震惊中外的“三鹿”婴幼儿奶粉受污染事件,食用了受污染奶粉的婴幼儿产生肾结石病症,其原因也是奶粉中含有三聚氰胺。

2.苏丹红

苏丹红并不是食品添加剂,而是一种化学染色剂。它不溶于水,微溶于乙醇,易溶于油脂、矿物油、丙酮和苯。其在乙醇溶液中呈紫红色,在浓硫酸中呈品红色,稀释后成橙色沉淀。

苏丹红的化学成分中含有一种叫萘的化合物,该物质具有偶氮结构,由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性,对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。

苏丹红主要用于石油、机油和其他的一些工业溶剂中,目的是使其增色,也可以用于鞋、地板等的增光。

进入体内的苏丹红,主要通过胃肠道微生物还原酶、肝和肝外组织微粒体与细胞质的还原酶进行代谢,在体内代谢成相应的胺类物质。

在多项体外致突变试验和动物致癌试验中发现,苏丹红的致突变性和致癌性与代谢生成的胺类物质有关。

由于苏丹红是一种人工合成的工业染料,1995年,欧盟(EU)等国家已禁止将其作为色素在食品中进行添加。对此,我国也明令禁止。但由于其染色鲜艳,印度等一些国家在加工辣椒粉的过程中,还允许添加“苏丹红一号”。

一些人将作为化工原料的苏丹红添加到食品中,尤其是运用于辣椒产品加工当中,是有其原因的:一是由于苏丹红用后不容易褪色,这样可以弥补辣椒放置久后变色的现象,保持辣椒鲜亮的色泽;二是一些企业将玉米等植物粉末用苏丹红染色后,可以混在辣椒粉中,以降低成本牟取暴利。

人们通过研究发现,“苏丹红一号”具有致癌性,会导致鼠类患癌。

它在人类肝细胞研究中也显现出可能致癌的特性。由于这种被当成食用色素的染色剂只会缓慢影响食用者的健康,并不会快速致病,因此隐蔽性很强。

另外,长期食用含苏丹红的食品,可能会使肝部DNA结构发生变化,导致肝部病症的发生。