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編譯 七君
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中學(xué)化學(xué)老師肯定會(huì)告誡你,強(qiáng)酸能夠腐蝕人體,所以做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一定要特別小心。
可是,是不是弱酸就可以讓人放心了呢,今天來(lái)介紹一種具有極強(qiáng)腐蝕性的弱酸,因?yàn)樗鼈θ梭w,靠的并不是它的酸性。
它,就是氫氟酸(HF)。
氫氟酸
英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、大英帝國(guó)勛章獲得者、諾丁漢大學(xué)的化學(xué)教授 Martyn Poliakoff 介紹,實(shí)際上,化學(xué)家們基本都知道,氫氟酸會(huì)“吃人”——?dú)浞崮軌蚩焖俑g神經(jīng),快到一旦你把手指浸入氫氟酸,你手指上的神經(jīng)元就被殺死了,以至于你都無(wú)法感到疼痛。
Martyn Poliakoff
Poliakoff 說(shuō),有許多案例報(bào)告,那些手套破了洞還不知道的人,接觸了氫氟酸后,拿下手套時(shí)發(fā)現(xiàn)手少了一塊。
在美劇《絕命毒師》(Breaking bad)里面,老白他們用的毀尸滅跡的“化尸水”就是氫氟酸。
《絕命毒師》
氫氟酸真有這么厲害嗎?當(dāng)然不可能找活人來(lái)實(shí)驗(yàn)咯,用小動(dòng)物也太不人道了。
所以呢,Poliakoff 和BBC的媒體制作人 Brady Haran 就替我們做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
他們把3根生的大雞腿放在了盛有氫氟酸(濃度為48%),鹽酸(濃度為37%)和硫酸(濃度為95%)的燒杯里。
氫氟酸泡雞腿——
鹽酸泡雞腿——
濃硫酸泡雞腿——
來(lái)張合照。注意到中間氫氟酸用的容器和大家都不太一了嗎?之后會(huì)解釋為什么。
好,浸了5分鐘了,來(lái)看看大雞腿的情況。
emmm,氫氟酸的這根好像變得有些灰白,類似于被煮過(guò)——
硫酸大雞腿沒(méi)有什么明顯的變化——
過(guò)了半個(gè)小時(shí),雞腿們還沒(méi)有發(fā)生什么重大的變化。
氫氟酸大雞腿——
鹽酸大雞腿——
濃硫酸大雞腿——
在泡了大概一個(gè)晚上(18個(gè)小時(shí))以后,3種酸終于顯現(xiàn)出了不同的效果。
先來(lái)個(gè)合照(從左到右分別是鹽酸,氫氟酸,硫酸)——
看,這是泡在硫酸里的大雞腿,紅色物質(zhì)被泡了出來(lái)——
硫酸里的這根,撈起來(lái)變成了啫喱狀——
鹽酸里的大雞腿也有明顯的紅色物質(zhì)析出。不過(guò),沒(méi)有泡到鹽酸的部分看起來(lái)還是很新鮮的——
撈出來(lái)的時(shí)候也有一丟丟啫喱——
但是,氫氟酸里的這根雞腿就不同了, 它看起來(lái)死氣沉沉的,不管是浸入酸液的部分,還是酸液以上的部分,都是可怕的青灰色。而且氫氟酸本身并沒(méi)有明顯地變色。
靠近看——
看起來(lái),它的底部就像是被手術(shù)刀切過(guò)一樣平整。細(xì)思極恐。
三根雞腿的對(duì)比圖(左中右分別是鹽酸,氫氟酸,硫酸)——
從這個(gè)對(duì)比圖可以看出,氫氟酸似乎對(duì)大雞腿里的紅色部分,也就是肌紅蛋白做了什么。肌紅蛋白和血液里的血紅蛋白類似,不過(guò)它主要在肌肉里負(fù)責(zé)儲(chǔ)存氧氣。實(shí)際上,許多半生的牛排流出的紅色汁液不是血液,而是肌紅蛋白。
Poliakoff 指出,氫氟酸能夠分解鐵卟啉族的化合物,也就是肌紅蛋白和血紅蛋白,所以泡在氫氟酸里的大雞腿變得慘白。
好吧,這樣處理過(guò)的大雞腿是干垃圾還是濕垃圾呢?總之不能直接丟掉。
把它們先泡到碳酸鉀(弱堿性)里面,這樣大雞腿里的酸就會(huì)和它發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳。
有趣的是,被硫酸泡過(guò)的大雞腿一下子就沉下去了——
但是被氫氟酸泡過(guò)的大雞腿卻浮了起來(lái)——
鹽酸泡過(guò)的大雞腿也漂了起來(lái)——
氫氟酸泡過(guò)的大雞腿吐出了更多泡泡,說(shuō)明它吸收的酸液更多,氫氟酸的腐蝕性比其他兩種酸更強(qiáng)。
為什么氫氟酸這么強(qiáng)?
氫氟酸的強(qiáng)腐蝕性,并不是依靠它的酸性。
氫氟酸的酸性并不如鹽酸,硫酸那么強(qiáng),因?yàn)镠-F鍵并不容易離解,但是氫氟酸卻是性質(zhì)十分活潑的物質(zhì),而這全是因?yàn)榉@種元素。我們之前介紹過(guò)的C-F鍵(碳-氟鍵)就是世界上最難破壞的單鍵,就是這個(gè)緣故(點(diǎn)我查看)。
氫氟酸不但可以和金屬、水泥、陶器,橡膠,皮革等物質(zhì)反應(yīng),甚至可以和玻璃、搪瓷反應(yīng)。所以你在實(shí)驗(yàn)里看到,盛裝氫氟酸的不是玻璃杯。
不過(guò),也是因?yàn)闅浞峋哂谢顫姷男再|(zhì),許多工業(yè)都要用到氫氟酸,比如玻璃制造、半導(dǎo)體、不銹鋼制造等等。因?yàn)榭梢愿g陶瓷,所以氫氟酸也被用來(lái)做陶瓷材料的蝕刻劑。
甚至在醫(yī)療領(lǐng)域,氫氟酸也有應(yīng)用。牙科就經(jīng)常用到氫氟酸。在裝烤瓷牙的時(shí)候,牙醫(yī)會(huì)用氫氟酸腐蝕烤瓷牙內(nèi)部表面,使其容易和需要修補(bǔ)的部位貼合。
日常生活中,清潔大理石、磚石、馬桶、空調(diào)時(shí),有時(shí)也會(huì)用到氫氟酸作為清潔劑。
用于牙科的氫氟酸+硅烷偶聯(lián)劑
那么,化學(xué)性質(zhì)如此活潑的氫氟酸,除了能分解肌紅蛋白和血紅蛋白,它在人體內(nèi)還會(huì)做什么呢?
氫氟酸和普通的酸不一樣,普通酸的破壞力在于其酸性——?dú)潆x子,氫離子會(huì)使組織凝固性壞死(coagulative necrosis),壞死組織的蛋白質(zhì)變性,但保持原樣死在那里,所以酸液的破壞性可被死亡組織阻擋。
但是,氫氟酸的腐蝕性不在于其酸性(氫離子)。實(shí)際上,根據(jù)澳大利亞職業(yè)安全研究院(Australian Institute of Occupational Hygienists Newsletter),1980年一個(gè)死于濃度為70%的氫氟酸的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員的全身皮膚只有2.5%燒傷;1994年一名澳大利亞的地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)員全身只有9%燒傷,當(dāng)時(shí)他不小心把100毫升的濃度為70%的氫氟酸倒在了大腿上。
實(shí)際上,就像 Poliakoff 說(shuō)的那樣,氫氟酸可以輕易進(jìn)入人體而不留下明顯的傷口和疼痛,這就讓它變得更加危險(xiǎn)了。
一方面,進(jìn)入人體后,和細(xì)胞里的鈣和鎂接觸后,氟會(huì)和它們形成不溶于水的氟化鈣(CaF2)和氟化鎂(MgF2),導(dǎo)致細(xì)胞離子通道紊亂。
另一方面,氫氟酸具有很高的親脂性,因此神經(jīng)元和血管,肌腱等組織很快就會(huì)死亡。只要口服15毫升濃度為9%的氫氟酸溶液,就會(huì)引發(fā)死亡。
所以一句話,見(jiàn)識(shí)過(guò)氫氟酸厲害的同學(xué)們要注意了,接觸含有氫氟酸的化工產(chǎn)品一定要萬(wàn)分小心。
最后來(lái)個(gè)彩蛋。
只有酸泡大雞腿怎么能過(guò)癮呢?和垃圾食品有仇的 Poliakoff 小分隊(duì)又把金拱門的奶酪漢堡泡到了鹽酸里。每個(gè)人的胃里都有鹽酸,它是幫助分解食物的物質(zhì)。
好了,3個(gè)半小時(shí)過(guò)去了,來(lái)看看大漢堡怎么樣了。
當(dāng)然,你的身體里還有更多分解食物的物質(zhì),比如各種消化酶,而且胃里的鹽酸濃度大概是0.5%,沒(méi)上圖的濃度高,所以你胃里的情況可能比這個(gè)畫(huà)面要好看那么一點(diǎn)點(diǎn)。
你現(xiàn)在大概能理解為什么便便是松松垮垮的樣子了吧。
不過(guò),Poliakoff 教授好像搞錯(cuò)了方向,我想許多同學(xué)想看的是,傳說(shuō)中的“明天見(jiàn)”金針菇是怎樣在酸液里保持原本的形態(tài)的,對(duì)吧?