天天喊补钙,你知道“钙”让他费尽了多少心血

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-11-22

补钙补钙,可知道当初化学大咖为发现它费尽心思,还生了一场病。

钙是人体不可或缺的元素,被称为生命中的钢筋混凝土”,可以提高身体的抵抗力。人体的牙齿、骨骼中,钙元素约占99%。

补钙

补钙,健康的必备。(网络图)

其实,钙元素是大科学家戴维费尽心思发现的。发现钙元素的过程中有什么有趣的故事?钙元素有哪些用途?……要找到这些问题的答案,得从200多年前的一个春天说起。

难题困扰二十年

1808年3月,伦敦春天,处处生机盎然。给人新的希望,新的理想。英国皇家研究所的实验室里,时任英国皇家学会秘书的汉弗里·戴维也望从面前的一堆“土”里找到新的希望。

这堆“土”不是一般的土,而是前辈化学家安东尼·拉瓦锡提过的碱土,他现在要做的就是从碱土中提取新元素。去年年底,他用电解法从草木灰中发现钾元素,从苏打中发现钠元素。钾、钠现形,让他名气大增。加之他经常在皇家学院主讲化学,所以深受政府和皇家学院重视,很快成为英国的上流人物。现在,这位身名显赫的青年决定再接再厉,攻克这个困扰欧洲科学界二十年的难题。

元素发现是化学研究史的大事。元素发现过程中,科学家们或困惑、忧虑,或相互争论,或亲密合作,佳话不断。1789年,“化学之父”拉瓦锡经过反复研究,完成了一篇关于化学元素的论文。文中将元素归为气体、金属、非金属及碱土四类。经过科学家们十多年的努力,前三类都或多或少被发现,但碱土类迟迟未现形。戴维发现钾、钠元素后,认为拉瓦锡制订的元素表上,苛性钾(钾的化合物)和苛性钠(钠的化合物)两种物质的表格邻近记有几种碱土化合物,分别是石灰、苦土、重晶石和碳酸某矿。

拉瓦锡制作的元素表,摘自《皇家科学院回忆录》。

拉瓦锡制作的元素表,摘自《皇家科学院回忆录》。(网络图)

之所以叫碱土,一是因为很多土块里都含有它们,它们就像土一样,不怕火烧,不易溶于水;二是它们与酸发生中和反应,会生成盐

“先分解石灰吧,这东西比较常见。但愿它能带给我新的希望,得到新的元素。”戴维告诉自己。

成功制得碱金属

戴维最先想到的是煅烧法分解石灰,煅烧法也是当时提取新元素最常用的方法。可是他失败了。火温低了,石灰不变样;火温调到2000摄氏度,石灰分解出来的物质很快燃烧掉了,无法保存。

看来还是强力电解法吧,这方法摄取出了钾、钠元素呢。可是,当他把那500对电极组成的庞大电池组用来做电解石灰试验的时候,居然什么也没得到!

戴维制作的强大电池组。

戴维制作的强大电池组。(网络图)

接下来一个多月,戴维用钾还原法、石灰与氧化物混合电解法等进行试验,都没有得到满意的答案。这让他感到有些烦躁,甚至有些想放弃。因为一年一度的贝开尔会议要到了,那是他展示口才获得民望的最好机会。随着年龄的增长,戴维心里的名利欲也开始滋长了。他开始对皇家学院里简陋的宿舍,收入菲薄的教授年薪产生不满,他也希望像平素交往的权贵一样过上富裕的生活。只是他知道自己还要付出很多。

一边是没有进展的石灰电解试验,一边是准备论文演讲,间或有空还要参加应酬,戴维忙得不可开交。这种情况下,他终于病倒了。住院前,他让助手把研究石灰的事儿告诉了一些同行或朋友。

当年5月,戴维刚病愈,就收到一封来自瑞典科学家贝采里乌斯的信件。信中说,瑞典皇家医生蓬丁在一次医学试验中,用石灰和水银的混合物进行电解,分离出未知金属,这个消息或许对你病愈有用处。

当时戴维用的电解装置

当时戴维用的电解装置。(网络图)

“太有用了!”戴维兴奋地朝实验室跑去。经过多次试验,他终于找到了正确分离石灰的方法。他先将湿石灰与氧化汞(水银的氧化物)按3:1进行混合,加热到约300摄氏度后得到熔化物;再电解此熔化物,得到未知元素和水银构成的化合物;加热此化合物,蒸发掉水银后得到一种白色的金属单质。他确定这是一种新元素。

“如何为这种新东西命名呢?”为新元素命名是戴维最自豪的事儿,因为这些名字将出现在很多很多后人的口中或笔下。他想,石灰的拉丁文是calx,何不把它变成calc,再加上名词后缀(iun),成为一个新名词Calcium(意为从石灰中得到的金属)。很快,他把此词写入论文中,并将此元素的化学符号定为“Ca”。若干年后西学东渐,清末科学家翻译西方国家的化学元素周期表,将Ca译成“钙”,沿用至今。

钙颗粒与块状钙。(网络图)

钙颗粒与块状钙。(网络图)

多个领域用途广

话说戴维发现钙元素并为其命名后,一鼓作气,又发现了镁(源于苦土)、钡(源于重晶石)和锶(碳酸某矿)三种碱土元素;同年还发现了硅、硼元素。加上之前发现的钾、钠元素,一共八种。作为发现元素数量最多的科学家,他为化学发展做出了重要贡献。

戴维去世以后,科学家们经过努力,研究得出钙元素的诸多用途。当然,用途最大的还是工业、建筑领域的石灰。他在试验中所用的石灰,又叫生石灰,其实是钙的氧化物(CaO),来源于一种叫石灰石(CaCO3)的矿物。山里开采的石灰石经高温煅烧生成生石灰,正所谓“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”(明于谦《石灰吟》)。块状的生石灰与水反应,生成粉状的熟石灰Ca(OH)2。熟石灰与水的混合物刷上墙后,与空气中的二氧化碳化学反应生成坚硬而洁白的碳酸钙。这就是用石灰粉刷的房间墙壁特别白的化学原理。

煅烧石灰。(网络图)

煅烧石灰。(网络图)

      随着社会的发展,科学家们进一步研究得知,钙元素在生物学、医学等领域也有重要的用途。作为人体中最普遍的元素之一,钙元素占了总体重的1.5%-2.0%,被称为“生命元素”。人体中钙不足或过量都会影响生长发育和身体健康,尤其是婴幼儿(0-3岁),体内更是需要适量的钙。可以通过牛奶或奶制品、动物骨油、蔬菜等途径给他们补钙。所以,我们每一个人都要感谢当年想尽方法让钙元素现形的化学大咖戴维先生!

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