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《元素家族》
从“宇宙射线”说到“生命来自火星”
鲁超   
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与前几种元素不一样,它跟宇宙大爆炸无关,也不是在恒星内聚变合成的元素。

上一集讲到铍的时候,我们已经看到,在恒星内部,氦原子核聚变成铍8并进而聚变成碳12,这中间跳过了5号元素硼,因此在恒星中很少发现有硼。

但是地球上的硼竟然比锂、铍还要多,这是从哪里来的呢?那就是神秘的宇宙射线。浩瀚的宇宙中,分布着各种各样的星体,它们在不断的发展变化,类似太阳的普通恒星表面也会有高能量的活动,更不用说众多星系中随时会有超新星爆炸、脉冲星的辐射,甚至传说中拥有超级能量的类星体和黑洞,这些都可能是宇宙射线的来源。这些高能量的宇宙射线穿越地球时,会与地球上的原子核发生反应,生成新的原子核和新的辐射,硼元素就是这样来的。

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【神秘的宇宙射线。宇宙太大,说不清它是从哪里来的。它不仅制造了很多元素,还是基因变异、生命进化的催化剂,当然,也会导致癌症。】


你可能会嗤之以鼻,这看不见摸不着的宇宙射线似乎很难证明,其实它是可以看得见的。我们可爱的地球母亲拥有地磁场防护罩,将很多宇宙射线偏移到了两极,否则癌症的发病率还要提高n倍。宇宙射线在穿越大气的时候,与大气中的分子原子发生反应,形成了美丽的极光!

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【近年来,北极南极旅游成为高富帅们的选择,美丽的极光就是北极南极著名的景点之一。】


话题扯的有点远,由于地球是一个富含氧的环境,硼在地球上只能以化合物的形式存在。人类认识硼化合物的历史很早,传说从古埃及开始,人类就会使用硼砂制造玻璃和冶炼金属,中国汉朝的时候就会生产硼砂玻璃,这是最早有记载的,后来马可波罗把中国的硼砂玻璃带到西方引起了轰动。

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【天然的硼砂晶体。】


有人说中国历史只有技术,没有科学,这似乎也是一个例子,西方比我们晚接触硼化合物,但是他们试图研究里面的道理。

著名的大帅哥化学家戴维(不要着急,后面我们会有详细的故事介绍这位英国欧巴)1808年试图电解硼酸盐的水溶液,得到了一些棕色的沉积物,他认为这可能是一种元素。后来他用钾去还原三氧化二硼,得到了一定数量棕色的硼,他也借此宣布这是一种新元素,成为硼元素的发现者。

后来法国科学家盖吕萨克在高温下用铁还原硼酸得到了硼,证明了硼酸是硼的氧化物。但是,由于硼在高温下极易与氧化合,因此他俩制得的硼都不纯,一直到1909年,美国化学家Ezekiel Weintraub才制得了纯硼。

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【高纯的硼是这样的,从分解出硼到纯硼的制得,花了100年时间。】


世界上的硼资源72%分布在土耳其,为什么这么集中没人能回答,我想这也可以是地球史科学家去探索地球往事的一个课题吧。近年来中国对硼的需求量增长很大,这也让土耳其的很多人发了财。当然这后面有很多故事,硼在各方面的应用发展很快。


一、复合材料的后起之秀:硼纤维

如果说锂是轻而软,铍是轻而硬,硼就是轻而耐磨、强度大!硼的比重只有2.3左右,而且硬度极高,莫氏硬度9.5,这已经接近金刚石了!

所以工程师们用气相沉积法将硼沉积在钨丝、碳纤维、环氧树脂等复合材料上,增强高性能复合材料的强度。这种硼纤维的密度只有2.5g/cm3,是钢的1/3还不到,但是强度却比钢高五倍。

在复材市场上,无论是和已经快过气的环氧、玻璃纤维相比,还是跟如日中天的碳纤维、芳纶纤维较量,硼纤维还属于后起之秀。由于高昂的开采成本,硼的价格居高不下,这也限制了它的应用。目前硼纤维主要用在钓鱼竿、高尔夫球杆、高级电缆管道等等,但是未来,谁知道呢?

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【越来越多的老人开始爱好钓鱼,极品钓鱼竿一定是硼纤维的,轻而且高强度。】


二、从化学仪器到主妇厨具:硼硅玻璃

在玻璃中加入12-15%的硼,可以降低玻璃的热膨胀率,提高玻璃的耐热性能,这就很强大了!无图无真相,让我们先看图。

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【硼硅玻璃可以让我们的实验室里少听到一些爆炸声。】

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【天文望远镜的镜片如果用普通玻璃,会对热较为敏感,白天和晚上的折光率会有些许不同。天文学家们对“差之毫厘谬以千里”这句话特别敏感,这些许不同会让他们很痒痒,所以优秀的天文望远镜镜片都必须采用硼硅玻璃。】

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【无论在日常交际还是商务洽谈中,品茶已经是中国的文化。作为一个老板,在自己的房间里有一套高质量的茶具是必须的,尤其在南方。在采购的时候可以注意一下茶具玻璃里的硼含量。】

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【含有硼元素的玻璃厨具美观耐用,绝对是家庭主妇的上选。】


三、作物必需:硼肥

低等生物几乎不需要硼,而对高等植物来说,硼是必须的,现在国内以硼命名的化肥公司和化肥品种就不下少数。

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【中国很多土壤都缺硼,硼肥市场巨大!】


四、硼与生命

2013年,有人提出一个惊人假说:最早的RNA是在火星上由硼和钼作为催化剂而合成的,在距今大约30亿年前,这些RNA经过陨石运输到地球上。

这可真够雷人的!众所周知,RNA是DNA的前体,这就是说RNA从火星来到地球,然后进化出了生命了,生命竟然来自于火星!

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【火星上拍到的“人脸”,你相信生命来源于火星吗?】


这种假说的前提在于,科学家发现硼对于核酸的稳定很重要,这也能说明为什么硼对于作物成长有那么巨大的作用。而对于人类来说,已经发现硼元素对于防止老人钙质流失很重要,另外还发现缺硼会缺少男人味,这就很重要了!但是我不建议男士们为了增加自己的男人味去找老农们要硼肥带回来吃,多吃水果蔬菜可能是更好的选择。

目前,对于硼究竟怎样在生命中发挥作用还没有完全搞清楚,这又是未来一个诺贝尔生物奖的课题。

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【保持男人味,多吃水果和蔬菜!】


小测试:

1, 硼元素的发现者是()

A) 大帅哥戴维

B) 法拉第

C) 盖吕萨克

D) 周杰伦

2, 下面的说法中,哪个是正确的?()

A) 极光是欧若拉女神画出来的。

B) 男人应该多吃硼化肥,增加男人味

C) 硼是在恒星里由更轻的元素聚变而成的。

D) 硼的特点是轻、耐磨、强度大。

3, 我们身边有哪些地方会发现硼的踪迹?(多选)

A) 玻璃厨具

B) 化学仪器

C) 高档钓鱼竿

D) 高档茶具

-完-
我要评论
小分子团水 2018-01-24 11:34
作为一个化学系本科生,所学的知识都是非常专业性的,科普性不足。元素家族以幽默风趣的讲述方式,以化学元素为基本来讲述化学对人类、对社会方方面面的影响,十分不错!
钱一二 回复 小分子团水 不错
2018-02-26 15:41 回复
笑笑 2017-12-28 20:32
个人一点心得愚见,算几点体会:文章节奏特别稳当,彰显了作者深厚的文字功底和隐藏的相关知识的广博,文中俏皮地使用了一些幽默的句子,还选定了化学元素这一主题,非常契合学生业余生活的需要,引导大家深入记忆这些元素。另外跟本人正相反,使用了大量图片,这些图片本人仔细研究了一下,不是从网上复制的,而且图片整体效果规整,高人耶~
科普作品
元素家族
| 目录  (共17章)
评委点评 评语汇总

虽然,化学元素的科普,是一个很老的题材。但作者显然将最新的科研进展,融合到化学元素的科普中,时效性、时代性都很强。 写作风格幽默风趣,配图恰当,适合手机、网络等新媒体传播。

2018-01-08 20:01 郑永春 ——

全作以较为通俗的语言讲述了,十种元素从发现,到部分生活中的实际应用等方面的内容,从文字角度应该是不错的作品,老少皆宜。但在选取图片上,感觉部分图片选取的质量不高,需要改进。

2018-01-10 13:37 匿名 ——

一篇内容非常丰富的科普文章,相信如果不限制字数的他作者完全可以把现在所有已知元素全部写一遍。而且文中的科普内容不光是这些元素的化学性质,还有他们奇妙的特性以及科学家们发现他们的故事。可以勾起读者继续把他读完的欲望。而且据我所知作者鲁超自己也在运营一个科普相关的公众账号,这种不计回报的科普精神值得学习。

2018-01-24 15:39 匿名 ——

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