Biology 版 (精华区)

发信人: rainy (DEC), 信区: Biology
标  题: 纤维素和炸药
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年08月24日08:15:39 星期五), 站内信件

                
                


    除了我们的食物——它们主要由高聚物所构成——之外，人类使
用最久的一种聚合物恐怕就是纤维素了。纤维素是木头的主要成分，
作为燃料和建筑材料，它们一向是必不可少的。纤维素还用来造纸。
以纯纤维素形式存在的纤维素棉花和亚麻，一直是人类最重要的纺织
原料。因此，19世纪中叶的化学家们自然要转向纤维素，用它作为制
造其他巨型分子的原料。

    改造纤维素的方法之一是将硝酸根（1个氮原子和3个氧原子）与
葡萄糖中的氢氧根（羟基）连接。这样做了之后，再用硝酸和硫酸的
混合物来处理纤维素，于是就制造出了一种在当时来说是无与伦比的
烈性炸药。这种炸药是德国出生的瑞士化学家舍恩拜因（他曾于1839
年发现臭氧）于1846年偶然发现的。据说，有一天，他在厨房里（他
被禁止在那里做实验，但他常趁妻子不在家时在那里做实验）弄洒了
一种酸的混合物，他赶忙抓起他妻子的棉布。围裙去擦污迹，当他将
围裙挂在火炉上方烘烤时，围裙便“扑”地一声着了起来，烧得一点
不剩。

    舍恩拜因立即意识到了这种化合物的潜力，这可从他给这种化合
物起的名字——火药棉——上看出来。（这种化合物还叫做硝化纤维
素。）舍恩拜因向好几个国家的政府兜售他的这个秘方。普通火药在
点燃时会产生浓烟，熏黑炮手，弄脏大炮，因而发射几次后就需要清
扫一次。另外，在发射第一排炮弹之后，阵地上便升起滚滚浓烟，致
使战斗不得不在盲目的估计下进行。因此，各国的军事部门都争相采
用这种威力更大而又无黑烟的炸药。于是，制造火药棉的工厂雨后春
笋般地建立了起来。然而，这些工厂几乎就像它们兴建时的速度那样，
很快就被炸掉了。火药棉太容易爆炸了，往往等不到大炮发射。到了
19世纪60年代初期，“走火”的火药棉的隆隆声终于沉寂下来，不论
是从数字还是从文字上看，情况都确实如此。

    然而，后来找到了一些方法，能够清除掉使火药棉走火的少量杂
质。这样，火药棉的制造和使用就变得足够安全了。1889年，英国化
学家迪尤尔（他以使气体液化而闻名于世）和他的合作者阿贝耳引进
了一项技术，即将火药棉与硝化甘油混合，然后再在这种混合物中加
入凡士林，最后将其压制成线状（这种混合物就叫做无烟线状火药）。
这种火药棉最后终于成为一种有用的无烟火药。1898年西班牙与美国
之间的那场战争就是用普通火药来打仗的最后一场战争。

    [机器时代也为令人战栗的射击技术尽了一份力量。19世纪60年
代，美国发明家加特林制造出了第一支能够迅速连发子弹的连发枪；
19世纪80年代，美国另一位发明家马克沁对这种枪进行了改进。加特
林连发枪俗称左轮。这种枪和它的改进型马克沁机枪使得19世纪晚期
的厚颜无耻的帝国主义者对于非洲和亚洲的那些“劣等种族”（吉卜
林①的带有侮辱性的话）具有空前的优势。正如当时流行的一句歪诗
所说，“不管发生什么情况，我们有马克沁机枪，而他们都没有。”]

    这方面的“进步”在20世纪仍在继续。第一次世界大战期间，最
重要的炸药是三硝基甲苯，即人们所熟悉的缩写TNT。第二次世界大
战期间，威力更大的旋凤炸药（三次甲基三硝基胺）投入使用。这两
种炸药都含有硝基，而不含硝酸根。不过，对于战争贩子来说，任何
化学炸药都比不上1945年的原子弹（见第十章）。

    顺便提一下，硝化甘油与火药棉是在同一年发现的。那一年，一
位名字叫索伯雷罗的意大利化学家用硝酸和硫酸的混合物来处理甘油，
当他意识到发现了什么的时候，险些被随之而来的爆炸要了命。索伯
雷罗没有舍恩拜因那种由发明而产生的冲动，他觉得硝化甘油过分危
险，不好对付，于是就将这一发现搁置起来，未予公布。此后不到10
年，一个姓诺贝尔的瑞典家族开始以“爆炸油”的名称生产这种产品，
并把它用于采砂和建筑工程。经历了一连串事故（其中一次还夺去了
这个家族的一个成员的性命）之后，死者的兄弟A．诺贝尔发现了一
种方法，即在硝化甘油中掺入一种叫做硅藻土（主要由一种叫做硅藻
的单细胞生物的遗骸构成）的吸附剂。这种混合物由3份硝化甘油和1
份硅藻土组成，由于后者具有吸附能力，这种混合物实际上是干燥的
粉末。一筒掺有硝化甘油的硅藻土（达那炸药）即使受到磕碰、锤击
乃至火烧也不会爆炸。但是，如果引发雷管（在远处用电流）使达那
炸药爆炸，那么，这就会显示出与纯硝化甘油完全相同的爆破力。

    雷管装有极易爆炸的炸药，在受热或受到机械撞击时就会爆炸，
因此称之为起爆管。雷管爆炸所产生的强烈振动能引起不易爆炸的达
那炸药爆炸。这样看来，危险似乎只不过是从硝化甘油转移到了起爆
管。不过，事情并不像听起来那么糟糕，因为起爆管用量很少，而且
最常用的起爆药是雷酸汞（HgC2N2O2）和叠氮化铅（PbN6）。

    一筒筒的达那炸药终于能够使美国西部地区以空前的速度铺设铁
路、修建公路、开发矿山和修筑堤坝。诺贝尔（他发觉，同他的人道
主义愿望相反，他被看成是“贩卖死亡的商人”）所发明的达那炸药
和其他炸药使他成为一个离群索居、不受欢迎的百万富翁。他在1896
年逝世时留下一笔基金，以其利息作为著名的诺贝尔奖的奖金。这种
奖分物理、化学、医学与生理学、文学及和平事业五个领域，每年颁
发一次。获奖者除赢得崇高荣誉以外，还被授予约4万美元的奖金
（自设奖以来这个金额一直在不断增加）。第一次颁奖是1901年12月
10日，即诺贝尔逝世5周年纪念日。现在，诺贝尔奖已成为一个科学
家所能获得的最高荣誉。

    考虑到人类社会的性质，一些大科学家们仍将花费相当大的精力
来继续研究炸药。由于几乎所有炸药都含氮，因此氮元素及其化合物
的物质组成及化学性质对于炸药研究是至关重要的。（必须承认，对
于生命也极为重要。）

    对化学理论而不是对炸药感兴趣的德国化学家奥斯特瓦尔德研究
了化学反应的速度。他将与物理学有关的数学原理应用于化学，从而
成为物理化学的奠基人之一。在上世纪末与本世纪初，他研究出一种
将氨（NH3）转变为氧化氮（NO）的方法，后者可以用来制造炸药。
由于奥斯特瓦尔德在化学理论特别是在催化剂方面的  研究成果，他
获得了1909年的诺贝尔化学奖。

    在20世纪的头几十年，可供利用的氮主要来自智利北部地区沙漠
中的硝石矿。在第一次世界大战期间，由于英国海军的封锁，德国无
法得到这些矿区的硝石。然而，德国化学家哈伯研究出了一种方法，
能够使空气中的分子氮在高压下与氢结合，形成奥斯特瓦尔德法所需
要的氮。稍后，德国化学家博施——他在第一次世界大战期间曾负责
监造氮制造厂——对哈伯法进行了改进。哈伯获得了1918年的诺贝尔
化学奖，而博施则与别人分享了1931年的诺贝尔化学奖。到了20世纪
60年代末，仅美国每年用哈伯法生产的氨就有1200万吨之多。

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   ①R．吉卜林（1865—1936）．英国小说家，1907年诺贝尔文学奖
获得者。


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