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科學講堂:「窒息」族元素利害兼有

2016-10-26
■現在許多餐廳提供以液態氮即時製作的雪糕 。  網上圖片■現在許多餐廳提供以液態氮即時製作的雪糕 。 網上圖片

液態氮助儲存降溫 砷「拔『雞』助長」可致癌

第十五族(舊制第五族)的元素稱為氮族元素(pnictogen),當中包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)及鉍(Bi)。Pnictogen 一詞來自希臘文,意謂「窒息」,指氮氣令人窒息的感覺。

氮(Nitrogen):組成DNA氨基酸 18世紀從空氣中分隔

大氣層中有78%為氮氣, 對維持地球上的生命十分重要。我們體內的DNA及氨基酸均由氮所組成,而植物亦需要氮維生。氮的化學物早於古埃及已被發現及使用,在中世紀時,煉金術士亦很清楚它們的特性,但直至18世紀,科學家把氮從空氣中分隔出來,才知道這是新的元素氮。

把氮氣降溫加壓變成液態氮,可作幫助儲存或降溫之用。例如血液要在零下一百多度儲存,不然會變壞;又或者把凍肉運送到其他地方,為了保存肉類,就要使用液態氮。

大型的機械器材,會因不斷摩擦或電子活動而生熱,太過高溫會使機器的功能下降,故此液態氮冷卻系統在這些機器中扮演重要的角色。有些巨型的天文望遠鏡,就有液態氮不斷循環流動,幫助降溫。

磷(Phosphorus):製火柴手榴彈肥料

17世紀時,當時的人一直希望尋找「賢者之石」,普遍誤以為金黃色的物質內會找得到。某德國科學家信以為真,他把尿液加熱,把當中水分蒸發後,得到白色臘狀的物質,最後竟發現了新的元素磷。因為這種物質可以在黑暗中發亮,故phosphorus意謂「傳遞光明」。

磷為生命中重要的元素,存在於我們的DNA,許多食物如魚、雞及蛋中均可以找到磷。磷用於製作火柴及燃燒手榴彈,亦大量用作肥料,以供植物生長。

砷(Arsenic):古時製砒霜 今成速長劑

砷為類金屬,名字來自波斯語,意謂「金黃色」,後來輾轉傳到英語,成為今日的arsenic。砷的化合物早於五千年前已經被使用,古希臘及中國時已發現及使用砷的化合物,包括雄黃(四硫化四砷)及雌黃(三硫化二砷),當時的人更懂得把雄黃加熱變砒霜(三氧化二砷)。

砒霜為古時最常見的毒藥,有傳說指拿破崙就是被人用砒霜毒殺。砷亦可作顏料,但因有劇毒,現已棄用。

縱然砷有毒,然而某些砷的有機化合物卻可以使雞隻加速生長。2015年,美國食品及藥品管理局承認超過70%的雞隻均有可致癌的砷。一名70公斤重的成年人身體內約有7毫克的砷,而服食200毫克的砷可以致命。

銻(Antimony):有毒類金屬

銻為類金屬,古時已經被人使用。現時在羅浮宮存有一個有五千年歷史純銻製成的花瓶,巴比倫時期銻的化合物已被用作為染料。

上世紀30年代,中國某些地方以銻作錢幣,但因其質軟及有毒而棄用。今日,銻與鉛的合金可製作子彈。

鉍(Bismuth):18世紀證非鉛

鉍為銀白色金屬,於15世紀被煉金術士發現 ,及後使用於印刷及首飾盒裝飾,位於南美洲的印加帝國亦於16世紀使用鉍製作的刀。起初鉍被誤以為是鉛,直至1753年,法國化學家證明兩者並非同一物質。

小 結

過去數期科學講堂均討論周期表內不同族的元素,有趣的是,縱然是同族的元素,它們卻有茪ㄕP的外表,亦有茪ㄕP的物理性質。元素是組成生命的重要物質,人類的日常生活亦靠茪ㄕP的元素。下期開始,我們將討論不同形態的元素,它們的改變及循環會對地球產生的影響。 ■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾任教於加州的州立大學及香港大學,現於洛杉磯Pierce College化學系任助理教授。讀者可通過www.facebook.com/drbennyng聯繫作者。

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