“砷”生不息

牛樹(shù)航，方泉海，顏靜,＊，蔡寧?kù)o，閆毅,＊

1西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，西安 710129

2西北工業(yè)大學(xué)倫敦瑪麗女王大學(xué)工程學(xué)院，西安 710072

在元素世界中，有一個(gè)歷史悠久但名聲不太好的家族——砷家族[1]。在人類(lèi)歷史上砷殘害了很多生靈導(dǎo)致人們談砷色變。然而，人們對(duì)砷元素的很多性質(zhì)和用途都是一知半解，而一些砷的誤用中毒事件也加劇了人們對(duì)它的偏見(jiàn)和誤解。為了尋求生存，砷家族內(nèi)部涌現(xiàn)出兩大派別，傳統(tǒng)人士希望砷家族保持高傲孤僻的姿態(tài)，繼續(xù)以毒藥的形象面對(duì)大眾；改良派則認(rèn)為應(yīng)該發(fā)掘自身對(duì)人類(lèi)的價(jià)值，只有變革才能更好地發(fā)展。

為了砷家族(圖1)的生生不息，兩派打算在四年一度的家族會(huì)議中采取行動(dòng)。一場(chǎng)假借“砷少主”選擇導(dǎo)師而引發(fā)的陰謀正在醞釀中。

圖1 砷家族人物簡(jiǎn)介

1 各路英雄，競(jìng)選導(dǎo)師

成為少主的導(dǎo)師是很多砷族人的夢(mèng)想。有人希望以此提高自己的名聲和威望，頑固派希望能把少主教育成像他們一樣的殺人狂魔，而改良派則希望砷家族能從此改邪歸正。

在大家的注視下，砷族長(zhǎng)帶著砷少主步入會(huì)場(chǎng)。他們都是灰色，身后跟著黑色和黃色的砷單質(zhì)隨從。因?yàn)閱钨|(zhì)砷較活潑，易與氧氣反應(yīng)，所以房間內(nèi)溫度較低，充滿氬氣[2]。族長(zhǎng)清了清嗓子說(shuō)：“我們砷家族族人眾多，在自然界中廣泛分布[3]。我們今天聚在這里，就是要為少主選出一名最優(yōu)秀的導(dǎo)師，他會(huì)在我們尋求生生不息的發(fā)展道路上發(fā)揮重要作用。希望所有候選人都能展示出最好的自己！下面，請(qǐng)第一位候選人三氧化二砷上場(chǎng)。”

只見(jiàn)一位滿臉撲著白色粉末的男子上場(chǎng)了，他露出陰險(xiǎn)的笑容，看向砷少主，說(shuō)道：“大家好，我是三氧化二砷，又被稱(chēng)為砒霜、鶴頂紅或白砷。”眾族人大驚失色。三氧化二砷輕蔑地笑了笑說(shuō)：“我對(duì)人類(lèi)比較了解，如果我成為少主的導(dǎo)師，我定將畢生所學(xué)傾囊相授，當(dāng)然包括我的下毒絕招[4]。”說(shuō)罷，他又奸詐地笑了笑。

“但是你只是微溶于水，很難藏進(jìn)水中。”一名白衣男子站起來(lái)說(shuō)。

“原來(lái)是五氧化二砷啊！確實(shí)，你是可以溶于水，但我們?nèi)齼r(jià)砷的毒性可比你們五價(jià)砷大很多，而且我既可以溶于酸，也可以溶于堿[5]。”三氧化二砷似乎對(duì)五氧化二砷的打斷很生氣。

“確實(shí)是這樣，但我們的毒性對(duì)人類(lèi)也是致命的。我不參選，只是想補(bǔ)充一下，請(qǐng)你繼續(xù)。”

這時(shí)，少主突然問(wèn)了一句：“前輩，請(qǐng)問(wèn)我們砷單質(zhì)有毒嗎？”

“你們砷單質(zhì)很容易變成砷化合物。比如在空氣中很容易被氧化成我們?nèi)趸閇6]。”

“原來(lái)如此，我還有一個(gè)問(wèn)題，為什么我們砷家族對(duì)人類(lèi)有那么大的毒性呀？”

“這就是我們的高明之處！你知道我們的鄰居磷元素嗎？他是人體重要元素，也是DNA的重要組成元素。一般來(lái)說(shuō)，五價(jià)砷和人體內(nèi)磷的化學(xué)性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)相似，如果進(jìn)入人體，就會(huì)取代一部分磷，進(jìn)而攪亂人體機(jī)能，使其中毒。而三價(jià)砷則主要通過(guò)與細(xì)胞中大分子的巰基結(jié)合而產(chǎn)生毒性效應(yīng)，對(duì)人類(lèi)傷害很大[7,8]。”

砷少主若有所思地點(diǎn)了點(diǎn)頭。三氧化二砷擺擺手走下講臺(tái)，示意下一位上臺(tái)。

接下來(lái)上臺(tái)的是一位帥氣的男子，身著鮮艷橙紅色披風(fēng)，他說(shuō)：“大家好，我是四硫化四砷，人們常稱(chēng)我為雄黃或者雞冠石。砒霜毒性很強(qiáng)，但是自然界卻少有。古代制取砒霜最常用的方法就是煅燒砒石，而我雄黃就是砒石的主要成分之一。”他停頓了一下，看了三氧化二砷一眼，說(shuō)：“但是我并不希望我們像砒霜那樣毒害人類(lèi)。如果我成為少主的導(dǎo)師，我會(huì)讓他變得更理性、更有頭腦，為砷家族的未來(lái)做出改變。對(duì)了，我們雄黃是一味中藥，端午節(jié)人類(lèi)有喝雄黃酒的風(fēng)俗，他們還用雄黃驅(qū)除害蟲(chóng)、止癢、殺菌。”

“但是你們也有毒呀！雄黃酒就會(huì)導(dǎo)致中毒。”三氧化二砷刻薄地說(shuō)。

“我們毒性比你們小得多，很多的中毒案例都是我們經(jīng)過(guò)光照或加熱后部分轉(zhuǎn)化成砒霜導(dǎo)致的。所以我不建議家庭自制雄黃酒[9,10]！”

三氧化二砷張大嘴巴正要反駁，四硫化四砷卻下臺(tái)了，一位漂亮的女士上臺(tái)。她身呈鮮艷黃色，優(yōu)雅地說(shuō)：“各位族人們好，我是三硫化二砷，人稱(chēng)雌黃，是砒石的另一種重要組成部分，人們常稱(chēng)我和雄黃為‘礦物鴛鴦’。如果我成為少主的導(dǎo)師，我會(huì)引導(dǎo)他向正確的方向發(fā)展。我們雌黃也是一味中藥。而且我們還可以用作顏料，莫高窟的很多壁畫(huà)都是用我創(chuàng)作的[11]。我相信，經(jīng)過(guò)我們的探索，能夠?yàn)槿祟?lèi)和世界的發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)，也會(huì)改變?nèi)祟?lèi)對(duì)我們砷家族的看法。”

“哈哈，你又在信口雌黃，人類(lèi)都造出成語(yǔ)諷刺你了！”三氧化二砷反駁道。

“你這個(gè)殺人狂理智一點(diǎn)。信口雌黃這個(gè)成語(yǔ)是因?yàn)楣湃擞么泣S涂改錯(cuò)別字才演變來(lái)的[12]。”

臺(tái)下議論紛紛，爭(zhēng)吵不斷。砷族長(zhǎng)走上臺(tái)嚴(yán)肅地說(shuō)：“感謝各位候選人的精彩發(fā)言，我和兒子已經(jīng)商量過(guò)了，他的導(dǎo)師就選三氧化二砷！”

臺(tái)下有族人鼓掌，也有很多族人大失所望。

三氧化二砷走上講臺(tái)，詭笑著說(shuō)：“感謝族長(zhǎng)和少主的信任，我一定會(huì)把少主教導(dǎo)好！”

2 游歷四方，逐步成長(zhǎng)

三氧化二砷對(duì)砷少主說(shuō)：“毒人之道，在于用計(jì)。不宜直取，而應(yīng)像刺客一樣潛入，然后毒殺目標(biāo)。我們砷家族的元素符號(hào)是As，而刺客(Assassin)的開(kāi)頭字母也是As。我們要利用好人類(lèi)，借人類(lèi)的手殺人。”

砷少主問(wèn)道：“難道他們不知道我們砷的毒性嗎？”“人類(lèi)發(fā)現(xiàn)砷還是比較早的，中國(guó)4世紀(jì)的煉丹家葛洪在《抱樸子》中多次提到含有雄黃和雌黃的配方，西方的馬格努斯(Albert Magnus)在13世紀(jì)制出了單質(zhì)砷。”“那他們還用砷自相殘殺？”“沒(méi)錯(cuò)，人類(lèi)內(nèi)部有很多矛盾，有時(shí)甚至要置對(duì)方于死地。砷作為他們發(fā)現(xiàn)較早的元素，理所當(dāng)然成為了他們熟練運(yùn)用的毒藥[13]。”

幾年后，砷少主在三氧化二砷的帶領(lǐng)下來(lái)到了法國(guó)的圣赫勒拿島，他們此行的目標(biāo)是刺殺被流放的法國(guó)皇帝拿破侖。綠色墻紙是當(dāng)時(shí)很多西方人的喜好，拿破侖也不例外。他們用的顏料被稱(chēng)為巴黎綠，成分為乙酰亞砷酸銅(Cu(C2H3O2)2·3Cu(AsO2)2)。這種物質(zhì)能與空氣反應(yīng)生成砷的化合物，會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。三氧化二砷便打算以此害死拿破侖。最后，不管拿破侖是真的因?yàn)樯橹卸径龌蚴撬烙谖赴樯僦骱腿趸榈哪康倪_(dá)成了[14]。但是這次刺殺讓少主開(kāi)始思考自己的所作所為，這真的有利于家族的生生不息嗎？

當(dāng)然他們也失敗過(guò)。在刺殺達(dá)爾文的行動(dòng)中，不僅沒(méi)有殺死目標(biāo)，反而治愈了他的濕疹。這讓三氧化二砷非常生氣，而砷少主卻在想：我們砷家族雖然被看作魔鬼，但是也有天使的一面[3]。

此后砷少主便開(kāi)始自學(xué)如何檢測(cè)出食物中的砷或者鑒定砷中毒，一種被稱(chēng)為“馬氏試砷法”的檢測(cè)技術(shù)引起了他的注意。馬氏試砷法是用鋅、鹽酸和試樣混在一起，將生成的氣體導(dǎo)入熱石英管。若試樣中存在砷化合物，就會(huì)生成AsH3，這種物質(zhì)在加熱部位分解產(chǎn)生單質(zhì)砷，從而形成亮黑色的“砷鏡”。“砷鏡”如果能溶于次氯酸鈉溶液，則證明是砷[15]。此過(guò)程發(fā)生的化學(xué)方程式為：

學(xué)習(xí)期間砷少主回過(guò)一次家族，向族長(zhǎng)匯報(bào)自己的學(xué)習(xí)成績(jī)。他還找來(lái)雌黃女士詢問(wèn)家族近況，雌黃說(shuō)：“最近沒(méi)有什么大事，不過(guò)我和雄黃還是一直致力于家族的改革。雄黃發(fā)現(xiàn)自己可以用于制作玻璃和煙火，而我則為了改善家族的生存環(huán)境，負(fù)責(zé)清理周?chē)南跛岢兀芏嗉易宄蓡T比如雄黃和你們砷單質(zhì)都溶于硝酸。”他還虛心向五氧化二砷博士討教，五氧化二砷說(shuō)：“我呀，跟雄黃、雌黃、三氧化二砷還有你們砷單質(zhì)比，最獨(dú)特的性質(zhì)就是易溶于水吧。高溫下我會(huì)分解，易腐蝕受熱的玻璃。我還易吸潮，遇空氣中的水分形成砷酸。”砷少主接著問(wèn)：“博士，你和三氧化二砷導(dǎo)師都是砷的氧化物，相互之間可以轉(zhuǎn)化嗎？”“當(dāng)然可以，我們之間的轉(zhuǎn)化就是三價(jià)砷和五價(jià)砷之間的轉(zhuǎn)化，舉幾個(gè)例子：我可以將二氧化硫氧化成三氧化硫，同時(shí)我就轉(zhuǎn)化成三氧化二砷。我和氫氣反應(yīng)也能生成三氧化二砷和水。三氧化二砷在一定溫度下可以被空氣氧化成五氧化二砷。”

之后，砷少主和三氧化二砷來(lái)到了中國(guó)。三氧化二砷對(duì)少主說(shuō)：“在這里，你轉(zhuǎn)化成砒霜可能更容易下手，因?yàn)榕沁@里的一種藥劑。”

砷少主便和氧氣結(jié)合變成了三氧化二砷。三氧化二砷導(dǎo)師說(shuō)：“不純的砒霜呈紅色，在中國(guó)被稱(chēng)為鶴頂紅。而中國(guó)常用的驗(yàn)毒方法是用銀針檢測(cè)，銀針變黑就說(shuō)明有毒。但是銀針變黑是銀和硫反應(yīng)所致，和我們砷無(wú)關(guān)。所以只要我們足夠純凈就很難被他們發(fā)現(xiàn)。”變成三氧化二砷的砷少主點(diǎn)點(diǎn)頭說(shuō)：“導(dǎo)師，雖然我知道你可能不喜歡聽(tīng)，但是我真的不想再殺人了。我們這樣濫殺無(wú)辜會(huì)讓很多人家破人亡啊。”“那這是最后一次，好嗎？殺死光緒皇帝我們就回去[16]。”

3 亂象頻出，真相大白

幾年后，砷少主獨(dú)自回到家族，告訴族人三氧化二砷在一次行動(dòng)中犧牲了。雄黃、雌黃二人立即與砷少主見(jiàn)面，希望他不再殺人。然而砷少主只是輕蔑地笑了笑。

兩天之后，砷家族發(fā)生了一件不幸的事情，砷族長(zhǎng)出行時(shí)不慎墜入濃硝酸溫泉中[2]，砷少主繼位成為新的族長(zhǎng)。在他召開(kāi)的第一屆族人大會(huì)上，有族人問(wèn)他以后的政策會(huì)有什么變化，他只是陰險(xiǎn)地笑了笑，說(shuō)：“諸位拭目以待吧。”

過(guò)了一段時(shí)間，新的砷族長(zhǎng)宣布砷家族要參與越南戰(zhàn)爭(zhēng)。他命令很多族人轉(zhuǎn)化成二甲次胂酸。這種被稱(chēng)為“藍(lán)劑”的物質(zhì)是一種落葉劑，使水稻大大減產(chǎn)，給越軍帶來(lái)了很大的打擊。

當(dāng)新的砷族長(zhǎng)帶領(lǐng)他的手下們回到家族后，他驚訝地發(fā)現(xiàn)老族長(zhǎng)竟然完好無(wú)損地站在他面前。原來(lái)，雄黃和雌黃聽(tīng)說(shuō)老族長(zhǎng)墜入濃硝酸溫泉后，立刻趕到現(xiàn)場(chǎng)舀出大部分溫泉水。老族長(zhǎng)雖然與濃硝酸反應(yīng)變成了砷酸，但經(jīng)過(guò)加熱后變成三氧化二砷，最后雄黃用木炭將其還原成了單質(zhì)砷[2]。

老砷族長(zhǎng)指著新族長(zhǎng)的鼻子說(shuō)道：“你不是我兒子！一回來(lái)我就覺(jué)得你不對(duì)勁，雖然長(zhǎng)相相似，但性格和我兒子大相徑庭。當(dāng)時(shí)我也拿不準(zhǔn)，只好繼續(xù)暗中觀察。怎料在我外出時(shí)被你伏擊，最終落入濃硝酸溫泉。不過(guò)這也驗(yàn)證了我的疑慮。”

“哈哈哈，沒(méi)錯(cuò)，我確實(shí)不是少主，我是他的導(dǎo)師三氧化二砷。本來(lái)我好心好意教他，可惜后來(lái)他不聽(tīng)我的教導(dǎo)，不愿意毒殺人類(lèi)，這種人怎么能把我們家族管理好？人類(lèi)作惡多端，看看他們把曾經(jīng)美好的自然破壞成了什么樣？我在他們身上看不到希望。”冒充少主的三氧化二砷狡辯道。

“是啊，他們確實(shí)做了很多壞事，我以前也是那么認(rèn)為的，這也是我當(dāng)初選你做少主導(dǎo)師的原因。但是現(xiàn)在我想我們應(yīng)該做出改變了！據(jù)我的了解，人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)始治理環(huán)境，簽訂了各種氣候協(xié)定。他們?yōu)榱俗约旱纳幌⒁苍谧龀龈淖儭ｋm然并不是每個(gè)人和每個(gè)國(guó)家都能做到，但是我愿意給他們一次機(jī)會(huì)。對(duì)了，我已經(jīng)派五氧化二砷去找少主了，不管他被你變成什么樣，博士都會(huì)找到的。”

假冒少主的三氧化二砷被批得無(wú)地自容，正要離開(kāi)。雄黃、雌黃卻希望他能留下來(lái)，用自己的改變來(lái)更好地服務(wù)家族的發(fā)展。真正的砷少主和五氧化二砷博士也一起回來(lái)了(少主被三氧化二砷變成砒霜后困在了光緒皇帝的陵墓)。看到三氧化二砷懊悔地低下了頭，少主最終原諒了自己的導(dǎo)師。

4 積極變革，迎難而上

為了家族的生生不息，砷家族決定放棄以前作為毒藥的傳統(tǒng)，積極變革，為人類(lèi)謀福利。但是，由于本身帶有的毒性，砷家族必須經(jīng)歷一段艱苦的過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

一些家族成員利用自身毒性投身于殺蟲(chóng)劑行業(yè)，比如一開(kāi)始的砷酸鉛和后來(lái)的甲胂酸鈉，但是二者的毒性還是較大，目前被一些毒性更小的殺蟲(chóng)劑取代了[17]。除此之外，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲得者埃爾利希(Paul Ehrlich)也依靠砷家族發(fā)明了有效治療梅毒的藥物606 (砷凡納明)[18]。

正當(dāng)砷家族積極改革時(shí)，一個(gè)壞消息突然傳來(lái)。原來(lái)，不法分子在山西省平陸縣民工的食物中放入了“信石”，其中的砒霜使工人們集體食物中毒，生命垂危。正當(dāng)砷族長(zhǎng)召集族人商討策略的時(shí)候，又有斥候帶來(lái)好消息，工人們已經(jīng)得救了。經(jīng)過(guò)調(diào)查，他們發(fā)現(xiàn)原來(lái)是輾轉(zhuǎn)千里的“二巰基丙醇”救了工人們。二巰基丙醇含有兩個(gè)巰基，能夠緊緊“鉗住”體內(nèi)的砷元素。結(jié)合之后的產(chǎn)物可以通過(guò)尿液排出體內(nèi)，從而達(dá)到解毒的功效[19]。

三氧化二砷導(dǎo)師也再次來(lái)到中國(guó)，和哈爾濱醫(yī)科大學(xué)的韓太云醫(yī)師、張亭棟教授合作研發(fā)出了治療白血病的特效藥物“癌靈I號(hào)”[20]，在慢性粒細(xì)胞白血病治療方面起到了重要作用。

經(jīng)過(guò)了不懈努力，砷元素的潛力正在被一點(diǎn)點(diǎn)發(fā)掘。長(zhǎng)路漫漫，為了改善自己的形象、為了給世界做出更多貢獻(xiàn)、為了家族的生生不息，砷家族還會(huì)繼續(xù)負(fù)重前行。