绿色化学的兴起

第二节 NO——昔日“罪魁祸首”，今朝“ 明星分子”
一、NO的生理功能 NOx(和SO2)是形成酸雨的重要污染源，直接后果是造成大气
污染，损害人体的呼吸系统。
近年来消除NO并生成苯酚的新方法，反应如下：
催化剂
NO
OH
N2
20世纪80年代，科学家发现，NO可激发人体产生许多生物 响应，在各种生化过程中起着关键作用，具有神奇的生理 调节功能，如有助于控制血压，可进行免疫调节和神经传 递、抑制血小板凝聚等生理功能。
德国化学家哈伯一生致力于化学平衡及气体反应等方面的 研究。1918年提出借热化学循环来求出晶体点阵能的方法 ，称为哈勃循环。
氨合成和最早的化学武器——氯气
(三)化肥——农业与环境 肥料有助于改善土壤，有助于产生营养物(如氮等)，是农 作物生长必不可少的。花费在为人类提供食物方面发挥了 很大作用。 但是，环境专家认为使用化肥，可能使供水受到污染；也 使大量的能源耗于氨的生产。因此，农业，经济，人口与 环境之间的矛盾，使化学孤单的过去与未来都充满困惑。
4.运行更快的卫星
二氧化碳的增加改变著大气电离层的密度，这对在该层运行的 卫星会产生一定的影响。由于大气中的二氧化碳量不断上升， 低空的二氧化碳分子相撞时释放热量，导致空气变暖，而在高 空二氧化碳分子稀薄，相互撞击的机会不够频繁，所以热量就 向四周辐射，让周围的空气变得凉爽（电离层气体的温度比低 空要高）。随著更多二氧化碳到达高空，更多冷却过程发生， 空气流动性变差，所以大气变得更加稀薄，对卫星的拉力更小， 导致卫星运行速度加快。
磺胺
SO2NH2 NH2 N HN O
COOH
N
CH2 HN
对氨基苯甲酸
叶酸
CH2CH2COOH CO NH C COOH
H
(三)更多的药物离不开化学 磺胺药物的发现，开创了今天的抗生素领域，但这并不是 化学对人类健康的第一个贡献。用于表皮创伤的消毒剂， 如碘(I2)或苯酚(C6H5OH)比磺胺药物还要早些用于人类。 此外，还有麻醉剂。 酒精(C2H5OH)是最早使用的麻醉剂之一，过去曾经让患者 在手术之前先喝醉以避免疼痛。后来发现，乙醚 (C2H5OC2H5)麻醉效果更加有效。
三、氟利昂成为“臭氧杀手”的秘密 氟利昂到达大气上层后，在紫外线照射下分解出自由氯原 子，氯原子与臭氧发生反应，使臭氧分解，以F11-三氯氟 甲烷(CFCl3)为例，其作用机理用化学方程式可表示为：
CFCl3 紫外线
Cl O3 O3
ClO O
Cl 自由氯原子
ClO O
Cl
CFCl3
只有第三个反应是光照下的可逆反应。因此，净 反应为：
二、氟利昂——制冷界的“昔日明星” 氟利昂是用于制冷的饱和碳氢化合物的卤(氟、氯、 溴)代物的总称(商品名)，尤其是氯氟烃类(Chlorof luoron-carbon,缩写CFC),共有数十种。其中，F12和 F22为中压中温制冷剂，具有无色、无味、基本无毒 、不燃烧、不爆炸、不腐蚀金属等特点，是极其安全 的制冷剂
上面提到的十大环境问题大都涉及化学变化，但其中涉及 的物质真的都十完全有害的吗？
第一节 “可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源
一、温室气体 H2O(水蒸气)、CO2(二氧化碳)、NOX(氮氧化物)、CH4(甲烷) 等都是温室气体，其中最重要的是CO2、CH4。
二、甲烷及其水合物
水分子与甲烷和低分子量的烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷，在 低温高压环境下形成的类似冰状的固态结晶物质——天然气 水合物，其大量存在于海底和北极永久冻土层内。 常温常压下，天然气水合物分解为水和甲烷等烷烃，1cm3的 水合物可释放出164cm3的天然气，极易燃烧，俗称“可燃 冰”。 可燃冰在自然界分布非常广泛，海底以下0到1500米深的大陆 架或北极等地的永久冻土带，都有可能存在。自20世纪60年 代以来，世界上有79个国家和地区都发现了可燃冰。 2019年，日本、加拿大、美国、德国、印度展开共同研究活 动，在加拿大首先实现了从地下的可燃冰层里向地表输送甲 烷气体。2019年，日本东京大学和海洋研究开发机构的研究 小组，在日本新潟县附近海域发现东亚第一个露出海底可燃 冰区。
灾害性天气的出现： 厄尔尼诺”（EI Nino）在气象学中使用起源于秘鲁和厄瓜多尔。在 秘鲁和厄瓜多尔海岸，每年从圣诞节起至第二年3月份，都会发生季 节性的沿岸海水水温升高的现象，3月份以后，暖流消失，水温逐渐 变冷。 与“厄尔尼诺现象”相反，海面水温低于往年的现象被称为“拉尼 娜（La Nina，西班牙语意为‘圣女’）现象”。由于“拉尼娜现象” 正好与“厄尔尼诺现象’相反，所以又被称为“反厄尔尼诺现象”。
第二章 人类十大环境危机中的化学困惑 ——绿色化学的兴起
人类面临的十大环境问题: 全球变暖（温室效应）、臭氧层 破坏、大气污染、生物多样性减少（物种濒危）、森林锐减、 土地荒漠化、水体污染（水资源不足）海洋污染（海洋生态 危机）、固体废物、人口猛增。
1. 温室效应 2. 由于人们焚化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时
5.改变动物基因图谱
由于植物今年提早开花，那些按照以前的时间迁徙的动物或 许会错过所有的食物。而那些能够调整自己的内部生物钟早 早适应变化的动物更有机会生育有更强生存能力的子女，从 而传递它们的基因信息，因此最终改变整个种类的基因图
6.冻土解冻令地表不平
全球变暖使得永久冻土层解冻，导致地表收缩，变得凹凸 不平，从而产生一些地坑，对铁路、高速公路和房屋等建 筑造成损害。而对于高山来说，冻土层的融化甚至可能导 致泥石流。
因此，一氧化氮迅速发展成为生命科学前沿领域中最活跃 的研究对象。2019年，NO被美国著名的《时代》杂志评为 “明星分子”。
二、NO的自然辩证法
NO之所以成为一把“双刃剑”，关键取决于一氧化氮的量 ，高浓度NO(包括直接存在的NO气体)是一种污染气体，低 浓度NO却具有生理功能。但是，在许多组织中，NO真正的 释放量目前尚难于检测，只是确知其会释放出不同浓度的 一氧化氮，且浓度的变化与集体的生理机能密切相关。— —这就是自然界的辩证法！
9.动物向更高地势迁徙
从19世纪初开始，花栗鼠、老鼠等动物就开始向高处迁 徙。研究发现，这些动物之所以向更高的地方迁徙，可 能是因为全球变暖导致它们的栖息地环境发生变化。栖 息地环境的改变还威胁著北极熊等极地动物，因为它们 栖息的冰层在慢慢融化。
10.过敏症加剧
研究显示，空气中更高浓度的二氧化碳量以及更高的气温 也是导致过敏的因素之一。全球变暖令植物比以前早开花， 而二氧化碳浓度增加，会让植物制造出更多的花粉，令空 气中的花粉浓度增加。过敏源早来，过敏季节又迟迟不走。 过敏症就只能越来越严重了
7.湖泊Байду номын сангаас失
过去几十年中，北极周边地区有125个湖泊消失。科学家 经过研究发现，这些湖泊之所以消失可能是由于湖底永久 冻结带解冻。由于这些永久冻结带解冻，湖水已经渗透到 了土壤里。
8.极地植物现生机
北极冰层的融化为北极的生物带来了光明前景。研究发 现，现在的北极土壤中叶绿素的浓度比古代土壤要高， 显示了近几十年来北极地区的生物繁荣。
(二)磺胺药物的神奇机理 通过生物化学方面的研究，科学家已经弄清楚了磺胺能够 杀菌并对人体无毒害的原因：人和细菌的新陈代谢是不同 的。细菌要制造叶酸这种基础维生素，没有叶酸细菌不能 存活，而磺胺则能够阻碍细菌制造叶酸，其机理如下：
在体内
NH2
NN
SO2NH2
NH2
SO2NH2
NH2
百浪多息
磺胺
NH2 NH2
硝化甘油与诺贝尔
第三节 氟利昂——从“制冷明星”到臭氧杀手
一、臭氧层破坏的后果 在我们身边，在头顶上，空气中有一种叫“臭氧”的气体 。臭氧分子包括3个氧原子。这种有毒的气体在大气中非 常稀薄。90％以上的臭氧存在于大气层的上部，或平流层 ，离地面有10到50公里。电视台每日公布的空气质量中， 有一项就是臭氧。地面上的臭氧来源于汽车尾气和其他污 染源。
臭氧层破坏是紫外线等短波辐射增强，导致皮肤癌患者 增加，给自然生态系统带来严重影响。维护臭氧层的平衡 ，已成为一个全球性的环境问题。
在智利南部，过去喜欢又蹦又跳的兔子，现在成天闷闷不 乐，哼哼着不爱动弹了。 这些可怜的兔子患了白内障。 那是因为它们生活在南极的臭氧空洞下。
2019年，各国政府批准了《破坏臭氧层物质的蒙特利尔议 定书》和它的修正案对每一个“地球村民”（各个国家） 的破坏臭氧层行为有了法律约束。
化学家们对环境危机思考的结果就是提出了兴利除弊的绿 色化学思想，最终导致绿色化学的兴起。
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1. 生物农药和生态农药的争议，你的观点。
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二、农药 农药是最重要的对付饥饿和保护人类生命的武器之一，然 而，由于农药的毒性，其引起的负面影响也非常严重。
三、医药
(一)磺胺药物的偶然发现
19世纪20年代，细菌感染常导致病人死亡，德国科学家 Gerhard Domagk发现一家染料厂的工人较少因细菌感染患 病，因此决定对多种人工合成的染料化合物进行试验，观 察其中是否有可以杀死细菌的化合物。 1932年，他发现一种叫做Prontosil(百浪多息)的带有氨 磺酰基官能团的红棕色染料，能有效治愈手细菌感染的老 鼠。于是，他将此药剂用于一位因患细菌性血中毒已处于 无望状态的孩子，使孩子得以康复。
2O3
3O2
在化学上，上述类型的反应称自由基历程反应， 是一个连锁反应。
第四节 化肥、农药、医药——人口猛增的 “功臣”
一、化肥
(一)固氮的意义
植物的生长需要氮(N)、磷(P)、钾(K)等元素。将空气中 的氮气(N2)高效地转化为植物生长所需的氮元素的过程， 称为“固氮”。
(二)哈伯——贡献与遗憾
后果： 1.更多森林大火
全球变暖除了让冰川融化，飓风肆虐外，还加剧了森林大 火。过去几十年中，在美国的西部各州，有更多森林大火 发生，影响的区域更广。科学家发现，气温升高、冰雪提 早融化都跟野火肆虐有关系。由于冰雪提早融化，森林地 带变得更乾燥，而且乾燥时间变长，增加了起火的可能性。
2.古迹彻底毁掉
产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自 太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的 长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，
近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两 波动，总的看为上升趋势。进入八十年代后，全球气 明显上升。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分， 冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统 的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。
全球变暖很可能会令文明古迹彻底毁掉。海平面上升以 及更恶劣的天气都有可能破坏这些无可替代的历史古迹。 目前，全球变暖导致的洪涝灾害已经破坏了有600年历史 的素可泰古城，这里曾经是泰国古代王朝的首都。
3.「回弹」的群山
普通登山者可能留意不到，由于山顶的冰雪融化，阿尔卑 斯山和其他山脉的高度在过去一个世纪中都经历了缓慢的 回弹过程。几千年来，这些冰山长期压著地表，导致地表 受到压制。随著冰川融化，压在地面上的重量得以减轻， 地表慢慢回弹。由于近年来全球变暖加速了冰川的融化， 这些山脉回弹的速度加快。