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靠它续命的现代人怎么就毁了人类的未来?

作者:小编    发布时间:2024-07-08 19:01:29    浏览量:

  

靠它续命的现代人怎么就毁了人类的未来?

  然而随之而来的,是越来越多的“刺客”和智商税,比如便利店里的天价雪糕、出租屋里的高能耗空调……

  除了在每时每刻影响制冷的效果,它还在危及地球的未来。制冷剂是怎么发明的、氟利昂又是怎么成为万恶之源的,在《拿破仑的纽扣》里,我们能看到小小分子如何改变人类进程。

  至少从公元前2000年开始,人们就在用冰块来保持清凉,因为固体冰融化时会吸收周围环境的热量。冰融化时所产生的液态水要排掉,然后再补充冰。

  不过,人工制冷过程涉及的物态不是固态和液态,而是液态和气态。液体蒸发时,会从周围环境中吸收热量,蒸发时产生的蒸汽随后被压缩,回到液态。整个过程的关键之处,在于要有能源来驱动机械压缩机。

  从技术角度来看,需要不断人工添加冰块的老式“冰盒子”算不上一个“refrigerator”(制冷装置)。真正意义上的制冷装置(比如我们常见的冰箱)需要制冷剂,也就是一种不断经历“蒸发—压缩”循环的化合物。

  理想的制冷剂分子要在实用性方面满足特别的要求。这种分子必须能在适当的温度范围内汽化;必须能通过压缩液化——同样要在适当的温度范围内;并且必须能在汽化过程中吸收相对较多的热量。

  氨、、甲基氯、二氧化硫和类似的分子都满足这些技术要求,也都是良好的制冷剂。但从实用性的角度来看,这些分子要么易分解,要么有火灾隐患,要么有毒,要么气味难闻,有些分子更是兼具上述这些缺点。

  为了解决制冷剂有毒或易爆等隐患,已经功成名就的机械工程师小托马斯·米基利(Thomas Midgley, Jr.)和化学家阿尔伯特·亨纳(Albert Henne)一直在寻找解决方案。

  大多数符合标准的已知化合物都已经得到了利用,或者已经被认定缺乏实用价值,但还有一种可能性尚未被人考虑过,那就是氟化合物。氟气体有剧毒,有很强的腐蚀性,而且那时人们已经合成的含氟有机化合物少之又少。

  米基利和亨纳决定制备几种不一样的分子,这些分子含有一到两个碳原子和数量不定的氟原子和氯原子,而不是氢原子。由此产生的化合物氯氟烃(CFC)很好地满足了制冷剂的所有技术要求,不但非常稳定、不易燃、无毒、制造成本低,而且几乎没有什么味道。

  1930年,在佐治亚州亚特兰大市举行的美国化学学会会议上,米基利用非常戏剧化的方式证明了这种新型制冷剂的安全性。他把一些液态氯氟烃倒入一个敞口的容器中并加热,在制冷剂汽化的时候,他把脸置于蒸汽中,张开嘴,深深地吸了一口气。他转头面向事先点燃的蜡烛,慢慢呼出氯氟烃气体,蜡烛的火焰随之熄灭。这场别出心裁的表演非常有说服力地展示了氯氟烃的两大特性:不易爆、无毒。

  在此之后,数种不同的氯氟烃分子被用作制冷剂,包括二氯二氟甲烷(杜邦公司生产的这种分子的商品名为氟利昂12,后来此名家喻户晓)、三氯一氟甲烷(氟利昂11)以及1,1,2,2-四氟-1,2-二氯乙烷(氟利昂114)。

  氯氟烃是完美的制冷剂。这类化合物彻底改变了制冷业的面貌,并为家用制冷业务的快速增长奠定了基础,特别是在越来越多的家庭用上电之后。到20世纪50年代,冰箱已经成为发达国家的标配家用电器。氯氟烃改变了我们购买食物、准备食物的方式,甚至改变了我们的饮食习惯。此外,有了制冷技术,对热敏感的抗生素、疫苗和其他药物就能够妥善储存并运往世界各地。

  充足的安全制冷剂分子供应也让制冷的对象扩展到食物以外,比如人们周遭的环境。几个世纪以来,人们应对炎热天气的主要方法,是制造自然风(通过风扇让空气流动起来)来利用水分蒸发时的冷却效果降温。氯氟烃横空出世后,新兴的空调行业迅速发展起来。在热带地区以及夏季极其炎热的其他地区,空调吹出的风能够让家庭、医院、办公室、工厂、商场、汽车——可以说是人们生活和工作的任何地方——更加舒适。

  后来人们逐渐发现了氯氟烃的其他用途。由于几乎不与任何物质发生反应,氯氟烃成为几乎所有可以通过喷壶使用的东西的理想推进剂,比如头发定型喷雾、剃须泡、古龙水、防晒霜、奶油喷罐、家具抛光剂、地毯清洁剂、浴缸除霉剂和杀虫剂,这些实例只是名目繁多的一大类产品中的一小部分,它们的共同特点是,氯氟烃气体体积膨胀,使得这些产品从细小的开口喷挤出来。

  有些氯氟烃是完美的发泡剂,在制造超轻多孔的聚合物方面大有用武之地,这类聚合物可用作包装材料、建筑物的绝缘泡沫、快餐盒以及“保丽龙”咖啡杯。其他种类的氯氟烃——如氟利昂113——的溶剂特性使其成为电路板和其他电子零件的理想清洁剂。

  到20世纪70年代早期,全球的氯氟烃及有关化合物的年产量大约有100万种。看起来这些分子的确非常让人满意,不仅完美契合他们在现代世界扮演的角色,似乎也没有任何缺点。看来它们的确让这个世界变得更美好了。

  与不太稳定的化合物不同,氯氟烃自身不会被普通的化学反应分解,当初正是这一特性使这类化合物令人趋之若鹜。释放到低层大气中的氯氟烃会在空气中飘浮数年,甚至数十年,然后上升到平流层,并在平流层被太阳辐射分解。在平流层内,距离地表约15到30千米的地方是臭氧层。

  臭氧是氧元素结合成氧气的一种形式。在臭氧层内,受到高能紫外线辐射的臭氧分子会分解,形成1个氧分子和1个氧原子。

  这样一来,在臭氧层中,臭氧不断形成,同时也不断分解。经过漫长的时间,这两个过程维持着平衡状态,因此,地球大气中的臭氧浓度保持相对稳定。

  这对地球上的生命有着重要的影响:臭氧层中的臭氧吸收了来自太阳光中对生物最有害的紫外线辐射。因此有人说,臭氧层是人类的保护伞,为我们挡住了太阳的致命辐射。

  第一步,氯原子与臭氧反应后会生成1个一氧化氯分子(ClO)以及1个氧分子。

  罗兰和莫利纳提出,整体而言这系列反应会破坏臭氧和氧分子之间的平衡,因为氯原子加速了臭氧的分解,但对臭氧的制造过程没有影响。氯原子加快了反应速度,但本身不会被消耗。这是氯原子对臭氧层影响最令人震惊的方面——不单是臭氧分子被氯所破坏,同一个氯原子甚至可以一次又一次地催化这种分解。

  据估算,平均而言,每一个通过氯氟烃分子进入高层大气的氯原子,在失去活性前会破坏10万个臭氧分子。臭氧层每消耗1%,就可能有额外2% 的紫外线辐射穿透地球的大气层,产生破坏性后果。

  1985年,来自南极洲的研究表明,南极上空的臭氧层消耗越来越严重。在一个几乎无人居住的大陆上空,冬季的时候竟然会出现已知的最大的臭氧层空洞,这件事实在是匪夷所思,毕竟在南极洲几乎用不到制冷剂或气溶胶喷发剂。

  显然,这件事意味着,向大气排放氯氟烃是一个全球都应关注的问题,而不仅仅是一个局部问题。1987年,一架在南极地区上空飞行的高空勘测机在臭氧低值区发现了一氧化氯分子,这为罗兰和莫利纳的预测提供了事实证据。(八年后,他们因认识到氯氟烃对平流层和地球环境的长期影响,共同获得了1995年的诺贝尔化学奖。)

  1987年,世界各国签署了《蒙特利尔议定书》(Montreal Protocol),所有签约国承诺逐步停止使用氯氟烃,最终完全禁用。今天,我们使用的制冷剂已经是氢氟碳化物和氢氯氟碳化物,而不再是氯氟碳化物。

  但是,这些替代品的制冷效果不如氯氟烃,在制冷循环系统中所需的额外能量最多要多3%。

  如今,大气中仍然存在数以十亿计的氯氟烃分子,所有这些氯氟烃将缓慢但不可避免地流向上空,对臭氧层造成破坏。

  直到未来数百年,这些曾经广受赞誉的分子的影响可能仍然存在。如果到达地球表面的高能紫外线辐射强度持续增加,对细胞及细胞中的DNA分子造成损害的可能性也会增加,那么人类罹患癌症的概率以及DNA突变的可能性也会提高。

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