有趣的化学

很多人不喜欢化学，觉得太多不相关的内容罗列在一起。这些内容真的不相关吗？我们来看一下生命系统是如何利用化学知识的。

 所有的生物，都以碳作为骨架。为什么是碳？我们来看一下元素周期表的前三行。第二行中最中间的元素正好是碳，碳有四个化学键，可以联成长长的分子，难怪所有的生物都以碳作为骨架。

有了骨架，周边需要填料。用什么来作填料呢？总是越轻越好，所以用轻原子，或氢原子。生物体中，氢原子的含量最高，甚至比碳原子还高。

生物需要氢原子，到哪里去找？到水里去找，水（氧化氢）里面都是氢。但生物早期并不是从氧化氢中得到氢原子，而是从硫化氢中。为什么？从周期表的第六列，硫排在氧下面，硫原子比氧原子大，因而对氢原子的吸引力小，生物容易从硫化氢那里得到氢原子。所有的生物做事，都是从易到难。我们现在开采的硫矿，很多都是当年细菌利用硫化氢后留下的废物。

但是使用硫化氢有一个问题，硫是固体废料。想象一下一个人整天需要坐在大便上，你就理解那些细菌的感觉。后来，那些光合作用的细菌终于能够利用太阳光中更高能量的光子，以断开氢和氧之间的化学键，得到那些氢原子。剩下的废料是氧气，飘走了，不象硫一样堆在边上。我们现在，化工厂通常造在河边，或是贫穷的外国，就是同样的道理。

氧气虽然是光合作用的废物，但仍然有大量的剩余能量，不久生物就发明了方法利用在空气中的氧气能量：有氧呼吸。现在，如果我们几分钟没有氧气，就会死掉。氧气是真正的养气。

我们在家里，使用很多电器，电器的一大好处是容易控制。生物早就知道这一点。生物体内总是利用很多电流。那么，用什么传导电流呢？我们生活中通常用的，是金属电线。但是，制造金属，需要至少几百度的高温，这是生物体所不能做到的。生物一般都用离子导电，而最稳定的正离子和负离子分别是第一列和第七列的元素，这样，我们食用的氯化钠（盐）由第一列和第七列的元素组成，就很自然了。

为什么我们需要特意食用钠离子，而非钾离子？一个等价的问题是，为什么细胞内部钾离子浓度高，外部钠离子浓度高？由于钠离子比钾离子小，钠离子对周围负电性的离子吸引力较大，在水中，一个钠离子能够吸引好多水分子，形成一大块原子团，而钾离子形成的原子团较小，所以，钾离子原子团能过的通道，钠离子团不一定能过。当细胞在外膜制造通道时，大小恰当，就能让钾离子进入细胞，把钠离子挡在外面，形成能级差，帮助细胞进行各种活动。如果硬要钠离子在内，钾离子在外，需要的能量得大得多，很不经济。由于钾离子大都在细胞内，钠离子大都在细胞外，我们身上每天流失的，大都是钠离子，这就是为什么我们经常需要补充更多的钠离子。

碳是生命的骨架，人工智能是生命的延续。人工智能的骨架是硅，硅和碳属于同一列的元素，但是在碳的下面。因为硅原子比碳原子大，对外层电子的吸引力较弱，电子自由度较大，以硅为骨架的人工智能，其运算速度快于以碳为骨架的生命。

最后我们来看一下物质的酸碱性。读书的时候，我常不懂为什么某些物质是酸或是碱，为什么有些物质的酸性高过其他的。水（氧化氢）是中性的，其他含氢物质的酸碱性和酸碱度取决于相对于各元素相对于氧的位置。比如说，硫在氧的下面，硫原子大过氧原子 ，硫对氢离子的吸引力弱过氧，因此硫化氢是酸性。同样的道理，氟化氢是酸性，而氨（氮化氢）是碱性。我们还可以知道氟化氢的酸性弱于氯化氢，这是由于氟离子小于氯离子，所以，氟对氢离子的吸引力较大，游离的氢离子较少。

上面的分析可知，从一些很简单的物理性质，象原子的大小，我们可以推断出很多化学性质。