致命化学物质

大自然中有危险的化学物质，如果不知道其毒性，很有可能危及性命。

放射化学和放射物理学的创始人和奠基人玛丽·居里一生两次获得诺贝尔奖，是女性科学家中唯一得此殊荣者。然而，因为当时没有人了解放射性物质的危害，放射学研究最终夺走了她的生命。她和她的丈夫皮埃尔·居里（Pierre Curie）长期以来一直徒手处理放射性矿物，将辐射粉末溶解在酸中。钋于1898年被发现，几个月后玛丽发现了镭。当时，科学界对放射性现象还很陌生，玛丽·居里最终因持续暴露在辐射中而死于再生障碍性贫血。后人付出了巨大的代价证实放射性物质的极端危险性。

危险来自原子内部结构，主要表现放射性危险、毒性危险和反应性危险。

放射性元素之所以特殊，是因为它们的原子核结构相对不稳定。原子核就像是由质子和中子组成的"微型积木"，在放射性元素中，这些"积木"会自发地发生改变，释放出高能粒子或射线。这个过程我们称之为放射性衰变。

与此同时，原子核外还有电子在特定轨道上运动，就像行星环绕太阳一样。不同的元素，其电子排布方式各不相同。正是原子核的特性与电子排布的独特组合，决定了元素会如何与其他物质发生反应。有些反应可能产生辐射，有些则可能释放大量能量，这些都需要我们特别警惕。

许多有毒元素的毒性正是源于它们与人体必需的元素在化学性质上的相似性。它们可以冒充必需元素被细胞误吸收，占据必需元素的位置。一旦进入生物分子或关键位置，它们无法像必需元素那样正常工作，或者会破坏分子的结构和功能。

有些危害则由元素的反应性引起，元素的反应性通常源于其强烈的得失电子的倾向（即氧化还原反应）。通常发生在元素将电子强塞给其他原子，或从其他原子夺取电子时。这种强烈的电子转移过程通常涉及大量能量释放，就会表现为起火、爆炸等危险现象。然而，反应消耗的能量越多，新产生的化合物就会相对地越安全稳定。就好比具有毒性的氯和遇水会爆炸的金属钠却能结合成氯化钠这种安全到可供食用的盐。

但当原子组合成硝化甘油等分子时，其特性可能就更为复杂了。硝化甘油是继火药后最强大的炸药。如同三硝基甲苯（trinitrotoluene，简称TNT）等诸多炸药，硝化甘油的威力来自硝基（-NO₂）——由一个氮原子与两个氧原子通过化学键结合而成的特定原子团。因此，硝化甘油分子中除了碳、氢、氮原子，还含有丰富的氧原子。当硝化甘油发生剧烈分解时，其高含氧量代表原子为了生成相对稳定的化合物，会产生爆炸反应。

阿佛烈．诺贝尔因制造炸药而致富，其中包括以硝化甘油制成的炸药

硝基也在人体内扮演重要角色。硝基会分解形成一氧化氮（NO），进而扩张血管，降低心脏前后负荷及心肌耗氧量。因此。硝化甘油就被用来缓解患者因心脏问题所引发的疼痛。

认识到化学物质的潜在危险是预防伤害的第一步。了解致命元素的特性十分重要。接下来，让我们一起了解10种致命元素：

氢

■易燃

由于空气中有21%的成分是氧，氢就成了具危险性的元素。这两种元素各自组成的H2和O2会快速发生燃烧反应，进而产生水。

铯

■易爆／易燃

铯具有极强的反应性，这种金属只要暴露在空气中就会自燃，遇到水则会发生剧烈爆炸，需要谨慎处理。

铬

■致癌

铬金属状态稳定、色泽闪亮，因此会用在汽车零件中。然而，当铬原子失去六个电子形成六价铬化合物时，其性质会发生变化，具有强致癌性。

钸

■易爆／易燃

钚具有高度放射性，其原子核会自发衰变，释放出高能粒子和射线。这些辐射能穿透组织并破坏细胞内的遗传物质，对人体造成严重危害。

砷

■毒物

这种知名毒药的特性与生命的必要元素“磷”十分相似，因此也会令人体细胞产生混淆，砷通过模拟磷的化学行为侵入生命系统，产生致命毒性。在周期表中，磷和砷元素是同族元素，它的位置就在砷上方。

氟

■具腐蚀性

作为电负性最高的元素，氟具有极强的反应性，能通过夺取电子与绝大多数物质发生剧烈反应，可造成严重组织腐蚀和深度化学烧伤，吸入或接触均致命。

锑

■毒物

锑与砷也是同族元素，这两种元素的毒性效果也比较类似。这种元素可抑制酶活性，破坏能量代谢；长期暴露导致肝脏损伤、心肌病变及持续性呕吐。

铅

■毒物

这种物质曾普遍用于颜料和汽油中，研究发现铅离子会干扰神经递质释放与血红素合成。慢性中毒引发不可逆脑损伤、肾衰竭及贫血，故已禁用含铅汽油与涂料。

铊

■毒物

构造与人类赖以维生的钾元素类似，但铊会破坏钠钾泵功能并干扰ATP合成。急性中毒表现为神经剧痛、脱发及多器官衰竭，微量即可致命。

镉

■毒物

镉通过模拟锌离子占据金属酶活性位点使其失活，同时阻碍钙沉积导致骨质疏松，也会引发进行性肾小管坏死。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：孙明轩 上海工程技术大学 教授