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硅藻助诺贝尔成巨富

时间:2014-10-22 13:47来源:科学网博客   作者:未知 阅读:

阿尔弗雷德·诺贝尔一生有多达355项发明,但促成他在商业上取得成功的最重要的发明,莫过于以硅藻土吸附硝化甘油制成的达纳炸药(Dynamite)。硅藻土就是地质史上硅藻细胞的遗骸沉积物。

1833年10月21日,阿尔弗雷德·诺贝尔出生于瑞典斯德哥尔摩。在父亲的支持下,他从17岁时起游学欧美多国研习化学工程。在法国巴黎跟随化学家佩娄兹学习期间,遇到了年轻的意大利化学家、硝化甘油的发明者——索布雷罗,这引发了他对硝化甘油的强烈兴趣。硝化甘油是由甘油与硝酸反应制成的,4分子硝化甘油反应生成12分子二氧化碳、6分子氮、1分子氧和10分子水,瞬间形成巨大的爆炸力。硝化甘油遇热、压、震动都极易爆炸,难以控制,所以在当时被认为无实用价值。19岁那年,诺贝尔回到了父亲在圣·彼得堡创办的企业,次年又随父亲回到斯德哥尔摩,开始研究如何安全生产、使用硝化甘油。1864年的一次爆炸事故中,诺贝尔痛失弟弟和几名助手,但他并没有放弃,而是转移到郊外湖中的一艘驳船上继续试验。在尝试不同添加物后,他发现加入大量的硅藻土可以有效地驯服硝化甘油,大大提高其安全性,并且适合于填充到钻孔中进行工程爆破。诺贝尔称这种安全的炸药为dynamite,也就是达纳炸药。他还利用雷酸汞发明了雷管,解决了引爆问题。达纳炸药对于开矿筑路、开凿隧道、兴修运河等都带来极大的便利,很快远销欧美诸国。诺贝尔先后在20多个国家90多处开设工厂、实验室,积聚了大量财富。1896年12月10日,这位伟大的发明家在意大利与世长辞。他留下遗嘱,将他可兑换的财产用于设立基金会,用基金产生的利息每年奖励给前一年在物理学、化学、医学和生理学、文学、和平方面做出杰出贡献的人。

 那么,为什么硅藻土有如此神奇的功效使诺贝尔得以驯服硝化甘油呢?原来硅藻土具有质轻松软、多孔和吸附能力强的特点,吸附在这种多孔物质中的硝化甘油不易因外界碰撞、摩擦引发反应,因而安全性能大大提高。

硅藻土的这一特点要归功于硅藻细胞壁的结构。硅藻细胞壁是由上下两瓣构成,有点像扣合的盒子盖。在光学显微镜下,不同的硅藻种类从盒面看呈圆形、舟形(有的弯曲)、针形等等,经过处理的细胞在光镜下能看到辐射对称或两侧对称的各类纹饰。在扫描电镜下可以看到这些花纹大多是由精细的网孔排列形成的,还有沟、肋、棘等结构,导致比表面积大大增加。硅藻吸收硅酸并以水合二氧化硅的形式沉积在细胞壁中。细胞壁中的蛋白和多胺影响二氧化硅的沉积,导致形成种间各不相同的复杂纹饰。硅藻的上下两半细胞壁在分裂之后各自作为子细胞壁的上片,即较大的那一半。因此,经过多代分裂繁殖之后,整个群体呈现越来越小的趋势。此时,硅藻通过有性生殖形成复大孢子,再形成较大的细胞以恢复种群的细胞大小。

硅藻是一类单细胞或有一串细胞相连的低等植物,其光合作用量约占现今海洋的一半,占地球的1/5,因而对大气中二氧化碳浓度的平衡有着十分重要的作用。海洋中的硅藻大部分进入食物链和物质循环,但仍有一小部分沉积到海底,将有机碳长期贮存,并在地质史上参与岩石和石油的形成。大约在距今1.9-2.5亿年之间,硅藻在海洋中兴起,导致大气中二氧化碳浓度下降而氧浓度上升。当时,硅藻在沿岸和浅海区繁衍、沉积,是现今探明的石油矿藏的主要来源。大约6千5百万年前,硅藻演化出的新种类得以向远海区域扩展,进一步增加了对全球碳循环的影响。硅藻同时还控制着大洋中生物硅质的循环。大洋中每个硅原子在沉积到海底之前大约要被吸收结合到硅藻细胞壁中39次。硅藻细胞遗骸沉积形成硅藻土,在有些地区厚度可达1千米以上。

硅藻与炸药研制,它们的相遇似乎十分偶然。当我们把一部自然史和一部知识演进史合在一起来读时,不禁想像,当自然界演化出硅藻细胞壁上那些奇特精致的花纹时,似乎其功用之一就是留待人类出现以后降生某位有心人,他用亿万年前沉积形成的这种多孔材料去降服炸药,为人类开山劈路,并用积累起的财富设置奖励基金,去激励更多人把自然界这本深奥有趣的大书一页又一页地读懂,读透。一百多年来,他的名字和科学界一长串光辉的名字连接在一起,共同彪炳史册。

(责任编辑:泉水)
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