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第3节 第三章

一世英雄亡于“砷”

1815年,拿破仑在滑铁卢战役失败后第二次退位,被流放到圣赫勒拿岛,6年后即死去了。政府的公告说他是患胃癌死去的,但其所谓的遗嘱上说:“我是被英国人及其雇佣的凶手暗害。”人们用中子放射化学分析法对他的遗发进行鉴定,发现其头发中砷的含量比正常人高出40倍,这足以说明他是由于砷中毒而死的。

当人吃进含有毒物的食品或吸进有毒气体时,头发就会有反应,它所含有害物质就会升高。化验头发不仅能够准确地指示中毒物质是什么,而且能准确地指示其中毒时间。因为头发一天生长03毫米,根据毒物在头发中的位置,就能确定摄入的时间了。那么,拿破仑是不是被人毒死的呢?逐段分析拿破仑的头发后发现,在拿破仑死亡前的一段时间里,头发中的含砷量是逐渐增加的,据此可认为,他不可能是被人毒死的,他的死亡是由于岛上的水被含砷化合物污染造成的。

砒霜是一种古老的化学毒物,它是砷的一种氧化物。在古代,砒霜经常被一些野心家、阴谋家用来铲除异己、毒害他人。除此之外,砒霜在刀光剑影的战场上也曾建立殊勋。13世纪,成吉思汗及其后裔率领蒙古大军陆续对中亚、西亚和东欧广大地区发动三次大规模的军事征战,即成吉思汗西征、拔都西征和旭列兀西征。这三次西征席卷万里,砒霜在这些重大的军事行动中扮演了重要的角色。

华沙一战,蒙古军用抛石机射出大量毒烟球,弄得全城都是砒霜和狼毒的烟雾,守军痛苦不堪,最后投降。

蒙古军在进攻匈牙利佩斯城的时候,他们的工兵向敌人兵营里发射了密集的巨石、火箭、毒箭(史料记载蒙古人的毒箭含砒霜巴豆,产生强烈的毒烟)、燃烧油。这些攻击武器大多为西方军队首次见到,其内心恐慌可以想象。蒙古人采用了“围城必阙”的战术,匈牙利人迅速崩溃从缺口逃亡。但是,身着轻装的蒙古军队速度和耐力远远高于逃跑者,可以不停顿地换马四处截杀。蒙古军迅速攻克佩斯城,杀死10万余人。

在法国著名作家福楼拜的小说《包法利夫人》中,也有一个涉及砒霜的故事。富裕农民的女儿爱玛在修道院度过青年时代,成年后嫁给了市镇医生包法利。包法利平庸低能,感情贫乏,令爱玛失望。她羡慕上流社会的豪华奢侈,看不惯小城镇的平淡生活。为了解除她的烦闷,包法利迁居永镇。在那里,爱玛遇上了地主、情场老手罗道耳弗,成为他的情妇并要和他私奔。罗道耳弗本是逢场作戏,为了摆脱她,他暂避外地,爱玛的精神受到很大的打击。不久,又遇到过去在卢昂相识的见习生赖昂,两人开始了躲躲藏藏的偷情生活,这使爱玛不断债台高筑。不久包法利的积蓄和财产都经过爱玛之手进了高利贷者的腰包。此时,赖昂对爱玛也已生厌。

爱玛在高利贷者的逼迫之下,走投无路,只得吞砒霜自杀。

剧毒物砒霜的化学成分是三氧化二砷,而单质砷属于类金属,不溶于水和酸,几乎没有毒性。在常温下砷在水和空气中都比较稳定,不和稀酸作用,但能和强氧化性酸,如热浓硫酸、硝酸和王水等反应,在高温下能和许多非金属作用,并能和绝大多数金属生成合金和化合物,如半导体材料砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)等。若暴露于空气中,极易被氧化成剧毒的三氧化二砷。常见的砷化合物有三氧化二砷(砒霜)、二硫化二砷(雄黄)、三硫化二砷(雌黄)、三氯化砷等。砷在自然界中多以化合物的形态存在于铅、铜、银、锑及铁等金属矿中,空气、水、土壤及动植物体内一般含量很少,不引起危害。但个别水源含砷量很高,长期饮用可引起慢性砷中毒。

砷的氢化物砷化氢(或叫胂,分子式为AsH3)是一种无色、具有大蒜味的剧毒气体。金属砷化物水解,或用强还原剂还原砷的氧化物可制得胂。

Na3As+3H2O

AsH3+3NaOHAs2O3+6Zn+6H2SO4

2AsH3+6ZnSO4+3H2O在缺氧条件下,胂受热分解为单质:

2AsH3

2As+3H2砷的用途很广泛,在农业上用做除草剂、杀虫剂、土壤消毒剂等;医学上用于治疗梅毒、变形虫等;工业上用于木材防腐、羊毛浸洗等。

砷还是第二代半导体———砷化镓的组成元素之一。砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。现在,中国科学家已掌握一种生产这种材料的新技术,使我国成为继日本、德国之后掌握这一技术的又一国家。砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据,因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。另外,因其电子迁移率比硅高6倍,砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。它还被广泛运用于军事领域,是激光制导导弹的重要材料,曾在海湾战争中大显神威。

据悉,砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20~30倍。

尽管价格不菲,目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10多亿美元。在“十五”计划中,我国将实现该产品的产业化,以占据国际市场。

由于砷的广泛应用,带来了环境中砷的积累和污染。砷污染的主要来源是开采、焙烧、冶炼含砷矿石以及生产含砷产品过程中产生的含砷“三废”,另外农业上大量使用含砷农药也可增加环境污染。砷污染水体和土壤后可以被动植物摄取、吸收,并在体内累积,产生生物蓄积效应。

单质砷因不溶于水,进入体内后几乎不被吸收而排出体外,基本无毒性作用。有机砷除砷化氢衍生物外,一般其毒性也较弱。砷化合物毒性最强的是三氧化二砷(砒霜),其次是三氯化砷、亚砷酸、砷化氢。砷急性中毒主要表现为胃肠炎症状,患者出现腹痛、腹泻、恶心、呕吐,继而尿量减少、尿闭、循环衰竭,严重者出现神经系统麻痹,昏迷死亡。环境污染引起的砷中毒多是蓄积性慢性中毒,表现为神经衰竭、多发性神经炎、肝痛、肝大、皮肤色素沉着和皮肤的角质化以及周围血管疾病。现代流行病学研究证实,砷中毒与皮肤病、肝癌、肺癌、肾癌等有密切关系。此外砷化合物对胚胎发育也有一定的影响,可致畸胎。在工业、农业生产及日常生活中,我们要加强环保意识,通过改革工艺流程以无毒或低毒物质代替砷及其化合物。在印刷品、日用品及食品生产中禁止使用含砷颜料和含砷色素,回收和综合利用含砷“三废”,合理使用含砷农药等来减轻环境污染,同时通过加强个人防护以防止砷中毒的发生。

毒气弥漫伊普雷1914年10月至12月,德军与英法联军在位于比利时西南部的伊普雷弧形地带交战,双方都缺乏重炮等压制火器以及摧毁野战筑城工事的兵器,因而经过反复争夺后,双方都挖壕据守。为了改变这种僵持态势,德军最高统帅部根据著名化学家哈伯教授的建议,决定使用工厂中大量库存的液氯作为突破防御工事和夺取敌阵地的手段。在西线用钢瓶吹放氯气,进行化学袭击,地点选在伊普雷附近的毕克斯休特与郎格马克之间的英法联军阵地。受命执行此任务的是工兵三十五联队,指挥官是培特逊。德军从国内调来大钢瓶6000只,小钢瓶24000只,于1915年4月5日开始布设,每20只为一列,每千米阵地正面上有50列。在德军阵地前8千米宽的正面上,共使用5730只钢瓶,装有180吨氯气。4月12日前攻击准备一切就绪,等待着适宜的风向。

恶魔的幽灵已在伊普雷上空徘徊,它在寻找机会。

机会终于来了!1915年4月22日午后,2~3米/秒的北风出现了,17时20分,德军统帅部下达了攻击命令时间:“18时———死亡的钟点。”而此时的英法联军仍然像平常一样坚守着阵地,并没有丝毫戒备,他们根本没有意识到一场灭顶之灾就要降临,还认为徐徐吹来的清风对他们是个好兆头。当时针指向攻击时间时,随着三支红色火箭划破长空,数千名德军几乎同时打开了氯气钢瓶。“恶魔”终于挣脱了束缚,霎时,一人多高的黄绿色烟云如幽灵般铺天盖地滚滚而来,顷刻间就将英法联军的阵地吞噬了。“恶魔”无孔不入,就连掩体、掩蔽部和各种工事内的人员也难以幸免。在毒气攻击的同时,德军为了加强效果,还在阵地侧面,用105毫米口径的火炮,发射催泪弹。

毫无防备的英、法守军,顿时乱作一团,他们灼痛、窒息、尖叫、昏迷。处于正对面阵地防守的是刚刚与法军第二十军换班的法国义勇军17个连和第四十五师的两个阿尔及利亚营。这些部队毫无战斗经验,因而更是惊慌失措。据当时一位目击者说:“当第一阵浓烟笼罩整个地面,人们闷得喘不过气来,拼命挣扎时,最初的感觉是吃惊,随之便是恐惧,最后军队中一片混乱。还能行动的人拔腿逃跑,试图跑在径直向他们追来的氯气前面,但多数人是徒劳的。”德军部队在6000米的正面上戴着浸有药剂的纱布口罩,怀着恐惧的心情跟随毒剂云团,几乎没有遇到抵抗。一小时内就占领4千米纵深阵地,攻破了盟军曾坚守数月的防线。

这是战争史上首次进行大规模化学攻击的著名的“伊普雷毒气战”。

这次毒袭,英法联军共有15000人中毒,其中5000人死亡,2410人被俘。

德军缴获大炮60门,重机关枪70挺。德军方面,由于本身防护差,占领阵地又较迅速,故也有数千人中毒。这一成功的化学武器攻击,使德军统帅部兴高采烈。从此,化学武器这个恶魔降临到人间。1915年4月22日成了人类的忌日。

德军首次使用致死性毒剂进行化学攻击就显示了其大规模杀伤的特点,尽管德军未能充分利用化学攻击的效果,但仍然取得了战术上的成功。这次化学攻击刺激了交战双方,此后,交战双方都把化学武器作为一种重要的作战手段投入战场使用,并且越来越广泛,规模越来越大。

让我们认识一下这个一战中的“死亡使者”吧!氯气(Cl2)在通常情况下呈黄绿色,压强为101×105Pa时,冷却到-346℃,变成液氯,液氯冷却到-101℃,变成固态氯。

氯气有毒,所以在实验室里闻氯气的时候,千万要小心,应该用手轻轻地在瓶口扇动,仅使极少量的氯气飘过鼻孔,可不要把鼻子凑上去使劲闻!

氯原子的最外电子层有7个电子,是一种化学性质活泼的非金属。

同样活泼的钠在氯气里剧烈燃烧,生成白色的氯化钠晶体。这个反应的化学方程式是:

2Na+Cl2

点燃2NaCl不活泼的金属也能跟氯气起反应,比如灼热的细铜丝在氯气里会燃烧,生成氯化铜晶体颗粒。

Cu+Cl2

点燃CuCl2氯气不但能跟金属发生反应,而且还能跟不少非金属发生反应,比如氢气在氯气中燃烧。

H2+Cl2

点燃2HCl我们早已知道,氯化氢溶解于水即得盐酸。

其实不用点燃,仅仅光照就能使氢气和氯气的混合气体发生反应。

H2+Cl2

光照2HCl氯气还可以跟磷起反应,生成三氯化磷和五氯化磷。

2P+3Cl2

点燃2PCl3PCl3+Cl

2PCl5氯气溶解于水,溶解的氯气能够跟水起反应,生成盐酸和次氯酸(HClO)。

Cl2+H2O

HCl+HClO我们知道,自来水常用氯气来杀菌消毒,这是因为次氯酸是一种强氧化剂,能杀死水里的病菌。

漂白粉是我们都很熟悉的一种化工产品。工业上就用氯气和硝石灰制成漂白粉,是根据氯气跟碱溶液起反应,生成次氯酸盐和金属氯化物的原理。制漂白粉的反应可以用化学方程式简单表示如下:

2Ca(OH)2+2Cl2

点燃Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O那么漂白粉为什么能漂白呢?这是因为,在用漂白粉进行漂白的时候,次氯酸钙跟稀酸或空气里的二氧化碳和水蒸气反应,生成次氯酸:

Ca(ClO)2+CO2+H2O

CaCO3↓+2HClO我们说过,次氯酸有强氧化性,所以有漂白作用。

我们在本篇开头介绍了氯气在一战中作为化学武器使用,现在氯也不再被归入化学武器之列了,但不幸的是它又被威力更大、杀伤力更强的化学武器所代替了!

“超级凤凰”引起的风波20世纪80年代,法国建成了世界上最大的“超级凤凰”快中子增殖反应堆。它耗资43亿美元,是法国雄心勃勃的核计划的重要组成部分。它可燃烧废弃核燃料,并使之转变成新的钚燃料发电。由于冷却系统多次发生危险泄漏,因此该反应堆一再关闭,在建成后的十几年中只运行了约30个月,法国政府最终不得不决定拆除“超级凤凰”。做出决定是容易的,但拆除时却遇到了难题,不仅要耗资数十亿美元,而且要花10多年时间。

然而最危险的莫过于取出5000吨液态钠,仅此一项就要花3年时间,因为液态钠遇到空气就会燃烧,碰到水就会爆炸。

日本烧钚的“文殊”快速核反应堆在1995年12月8日发生过一起严重事故,这座反应堆也是使用液态钠作冷却剂的,事故导致了核反应堆的二级冷却系统发生了钠冷却剂的泄漏,并引起火灾。

金属钠是一种很软的金属,可以用刀切割。切开外皮后,可以看到钠的“真面目”———呈银白色,具有美丽的光泽。钠的密度为097g/cm3,比水的密度还小,能浮在水面上,熔点9781℃,沸点8829℃。

钠的化学性质非常活泼,在常温下就能够跟空气里的氧气化合而生成氧化物。切开的光亮的金属断面很快会发暗,主要是因为生成了一薄层氧化物。钠受热以后“脾气”变得更为“火爆”,能够在空气里着火燃烧,在纯净的氧气里燃烧得更为剧烈,燃烧时发出黄色的火焰。钠跟氧气反应可以生成一种不稳定的物质———氧化钠。钠跟氧气剧烈反应,生成淡黄色的过氧化钠,过氧化钠则比较稳定。

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