第章人类十大环境危机中的化学-绿色化学的兴起

第二章

人类十大环境危机中的化学困惑——绿色化学的兴起

第二章绿色化学的兴起

20世纪的高度工业化，为人类带来丰富的物质生活。当人们陶醉在现代文明的舒适享受中时，人类对大自然的破坏已经引起大自然的报复。蓦然回首，人类发现自己已深陷十大环境危机中：全球变暖（温室效应）、臭氧层破坏、生物多样性减少（物种濒危）、森林锐减、土地荒漠化、大气污染（酸雨蔓延）、水体污染（水资源不足）、海洋污染（海洋生态危机）、固体废物（垃圾越来越多）、人口猛增。天灾人祸谁之过？第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今朝“明星分子”第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手”第四节化肥、农药、医药——人口猛增的“功臣”

第二章绿色化学的兴起本章思考题以怨报德何其多！

其中，问题的“主角”典型地涉及化学的有温室效应、臭氧层破坏、酸雨蔓延、人口猛增等几大危机。但这些问题的“主角”真的都是如此“坏”吗？第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源

一、温室气体：

1、温室气体的种类

H2O（水蒸气）、CO2、NOX（氮氧化物）、CH4等都是温室气体，但其中最重要的是CO2和CH4。

工业的发展使CO2的排放量增加很多，有学者预测若大气中CO2浓度翻一番，全球将变暖5℃。全球变暖的结果是，导致海平面上升、高山雪线上移、厄尔尼诺等现象的产生。第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源

一、温室气体：

2、甲烷的危害虽然大气中CH4的浓度很低，但它在大气中聚热的效果是CO2的25倍。最近200年，大气中CH4浓度增加了一倍以上。在全球变暖的作用中，CH4占5%以上。由于甲烷在空气中的寿命比二氧化碳短得多，控制其排放对减缓全球增温容易收到明显效果，因此近年来甲烷的排放问题（养牛、种水稻）受到特别的重视。水分子与甲烷和低分子量的烷烃，如乙、丙、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，其大量存在海底和北极永久冻土层内，中国南海、东海也有发现。常温、常压下，天然气水合物分解为水与甲烷等烷烃，1cm3的水合物可释放出164cm3的天然气，极易燃烧，也称为“可燃冰”。第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源二、甲烷及其水合物：

1、可燃冰及其好处因为“可燃冰”燃烧时几乎不产生任何残渣或废弃物，被认为是未来重要而清洁的潜在能源。但是，天然气水合物开发上技术困难。目前，仅俄罗斯进行了工业开发，日本、印度也很重视，中国尚未真正开采出天然的“可燃冰”样品。同时，温室效应与海洋地质灾害（如海啸）难以预料。第一节“可燃冰”——未来重要而清洁的潜在能源二、甲烷及其水合物：

2、可燃冰的风险与挑战

一氧化氮（NO）是长期以来被公认是著名的大气污染物（导致酸雨、危害呼吸系统）之一。化学家们长期为NO的消除而发愁，近来找到了一种消除NO并生成苯酚的新方法：

第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”一、NO的危害：

SO2和NOx（氮氧化物）是形成酸雨的重要污染源之一，直接后果是造成大气污染。大气污染可以直接损害人体的呼吸系统早为人知。近年来，一些研究还表明大气污染与心脏病和癌症等恶性疾病的发病率关系密切。在大气污染严重时，还容易爆发流行性疾病。现在，世界上已形成三个重大酸雨区：北美、欧洲、亚洲。而亚洲地区的酸雨危害在三个地区中呈后来居上之势。酸雨对农作物直接造成的危害，每年带来几百亿元的损失。大气污染与酸雨蔓延然而，自20世纪80年代末，科学家发现，NO居然是一种重要的信使分子：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的作用，如有助于控制血压、免疫调节、神经传递和血小板凝聚抑制等生理功能等（伟哥——NO：与性有关的物质）。因此，对一氧化氮的研究，迅速发展成为一门目前最活跃的生命科学前沿领域。1998年，NO被《时代》杂志评为“明星分子”。第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”二、NO的神奇：

1、NO中的哲学：关键是一氧化氮的量——自然界的辩证法！在许多组织中，尽管其真正的释放量目前尚难于检测，但已确知会释放出不同浓度的一氧化氮，且浓度的变化与机体的生理机能紧密相关。2、NO中的疑惑：

硝化甘油——炸药（电影《垂直极限》）——药物（心机梗塞）——诺贝尔的疑惑？第二节NO——昔日“罪魁祸首”，今日“明星分子”三、NO的困惑：

高空臭氧层的存在，使人类免受紫外线的侵害，为人类的正常生存提供了必不可少的保障。因此，臭氧层被称为地球的“保护伞”。但是卫星预测资料显示，高空臭氧（O3）生成和消亡的自平衡关系，已被人类活动（如氟利昂大规模使用、核爆炸和喷气式飞机高空飞行）所破坏，其浓度正在降低。臭氧层的破坏，将使紫外线等短波辐射增强，导致皮肤癌患者增加，同时对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。第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手”一、臭氧层破坏的后果：

氟利昂作为制冷剂（空调、冰箱中）、抛射剂（气雾剂产品中）等，在工业生产中具有重要地位，它还可作为发泡剂（发泡塑料制造）、清洁剂（电子产品清洗）和灭火剂。氟利昂的发现，曾一度被认为是元素周期表应用的重要成果。第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手”二、氟利昂——制冷界的“昔日明星”

1、氟利昂的用途与发现

（2）结构：根据氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon，取其字头组成缩写CFC，用CFC代码作为氯氟烃的统称。第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手”二、氟利昂——制冷界的“昔日明星”

2、氟利昂的种类与结构（1）种类：氟利昂是饱和碳氢化合物的卤（氟、氯、溴）代物的总称。其种类有数十种，其中F12和F22（R12和R22）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。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，氯原子与臭氧反应，使臭氧分解，具体反应过程为：

起点：CFCl3+紫外线→自由氯原子（Cl）

a.Cl+O3→ClO+O2b.O3

↔O+O2

（光照下的可逆反应）

c.ClO+O→Cl+O2

净反应：2O3→3O2由于氯原子在发生上述反应后能重新分解出来，所以高空中即使有少量氯原子，也会使臭氧层受到严重破坏（每个氯原子能催化破坏数千个到10万个臭氧分子）。第三节氟利昂——从“制冷界明星”到“臭氧杀手”/三、氟利昂成为“杀手”的秘密第四翼节匠化肥偏、农劫药、斜医药——人口康猛增诊的“吴功臣走”一、雄固氮榜功臣父是非辩多——哈伯二、宏虫口娘夺粮滤靠什垃么——农药三、政人间竖七十恭已不煤稀——医药植物倡的生触长需铃要氮（N）、磷（P）、钾（K）元素进。将空临气中踩的氮气零（N2）高效灾转化冰为植附物生扬长所奴需的榨氮元铲素这稼一过晨程称出之为悟“固氮”。一般叉固氮肚多为捕生物呜固氮嗽。生物断固氮祖（天罗然）是指农固氮寺微生碰物将嘴大气猛中的昆氮还贪原成动氨的条过程寒，但赖远远脉不能惰满足午人类够的需掘要。因此娱，化学蜂固氮激（人骂工固标氮）的研暗究对凶于解芬决粮柿食问香题具涂有十踪蝶分重扫要的妥意义观。1、垒化学猎固氮柿的意贴义第四墙节化残肥、循农药斗、医尤药—姿—人农口猛机增的员“功吵臣”瞒/一、矩固氮昨功臣冻是非也多—纷—哈为伯德国扬化学变家哈雾伯，溪一生纱致力士于化采学平魂衡及恼气体齐反应端等方水面的谁研究辅。19企18年，零他提友出借忽热化棚学循访环来重求出宪晶体班点阵匙能的鱼方法配，被车称为哈伯捏循环。哈伯滴最大膜的贡起献，附是19壶09年在哑卡尔股斯鲁康厄任窄教期灭间所摊完成绸的氨（NH3）合成铜法。他厅采用反了过纯渡金萌属锇状为催强化剂残，并查使未圆反应惧的气聋体原昨料循难环使伍用、遣首次遭取得译具有巷工业烟化价皱值的边合成败氨方输法，符并立础即为蔽德国膝巴登文苯胺穿纯碱驳公司钓所采允用。因此储，哈浙伯获削得了19票18柳年诺史贝尔殃化学绣奖。2、脚哈伯劳的历绢史贡辫献第四只节化粒肥、粱农药冤、医涛药—耽—人旺口猛失增的拨“功侮臣”豪/一、必固氮塔功臣累是非京多—免—哈哲伯19杂18霞年的之化学坟奖颁例给了裳哈伯碧，科患学史桌上引榨起了据无数蹲的争员议：吨因为拖他在倚第一它次世容界大矛战期病间发勒明了会毒气——最早康的化与学武进器氯气嫩（Cl2），使战册争中霸死于娘毒气姜的人膜不计惜其数屠。当时出，许货多科橡学家研都不床屑与抽之为熄伍。多战后欣，哈膛伯自干己也渣感到绸罪孽硬深重章，以徒致于权怕被被人认啄出来撒而蓄亡起了匆胡子经，并赚到外太国去号避了遵一段尾时间繁的风铸头。但是哥，因粉哈伯慨是犹兴太人猛，二插战中过他被常祖国明德国虑“抛毯弃”钳而被闪迫流妖亡瑞驶士，锅最终陪客死四他乡口。——科学密、爱绸国与皇正义绸的冲惜突？3、柿哈伯慈的个疤人遗递憾第四券节化铲肥、唯农药旅、医遵药—太—人攻口猛肌增的云“功苍臣”扒/一、冲固氮随功臣拒是非脱多—车—哈骨伯肥料坛有助瞒于改阔善土根壤有博助于累产生翠营养粉物，堂诸如被氮等北，对洞农作邻物的仁生长怖是必稍不可侮少的午。化肥踪蝶在为恩世界役增长去的人墙口，历特别恩是像竞印度纪这些宗人口劲剧增拍的国月家，泛在提麦供食葡物方纵面发透挥了投很大身的作磁用。但是悲，环境柱专家抨击训使用涌化肥删，因骡为供足水可孕能因添此受竿到污染；再映者，讯大量病的能源耗于停氨的困生产绢。——因此介，农业、经济、人口与环境之间牢的矛刻盾，蠢使化捎学固辣氮的辩过去察与未蓝来都贼充满帜了困惑。4、命如今当化肥蛙是非处多第四骂节化休肥、对农药啄、医拉药—裹—人悄口猛现增的楼“功谱臣”巴/一、亿固氮婆功臣辈是非秤多—节—哈坝伯农药丛的使幻玉用是隙农业这增产吩的重透要因旅素，莫是解晋决世声界上60亿人口掏温饱嫩问题直的有奥力措眠施。据统觉计，朗世界趴谷物恳生产皆每年浸因虫继害损阔失14符%，病党害损剑失10删%，草碰害损禁失11锤%。我温国的豆农作材物从障种植塑到储粪藏，弦因病羞、虫岔、草咬、鼠恳的危搞害，页粮食上最少誓损失10掏%～侄15绒%，棉喉花约15坟%，水各果、布蔬菜20芳%～浇30菌%。农药脂的使夹用可泄以挽般回大敲部分楚的损垂失，猾在农尘业抵邮抗病拍虫害占方面非起着醉积极断的作茄用。1、膏惊人换的数后字第四干节化气肥、臂农药礼、医第药—娘—人采口猛弟增的草“功吸臣”亮/二、议虫口坦夺粮晃靠什览么—肤—农晴药历史协上曾船经发泡生过劝很多层次大展灾害盯，都友是由蔬于缺耽乏有素效的拳防治徒手段饭的结摩果。例如扩，18基45年由于马铃瓣薯晚鉴疫病护大流断行所造辩成的时震惊巧世界厉的爱尔膝兰大铅饥荒，18槽70远～1关88前0年间由于葡萄昏霜霉救病大胃流行所导愉致的法国遮葡萄概种植脖业的崩护溃以约及葡萄笼酒酿寻造业的倒冲闭，而我国左历史捉上十赤多次郊由于“南觉螟北析蝗”造成粘的全族国大鹿饥荒拥等，牧都是惊由于运缺乏崖有效哄的防寇治手叙段的烧结果繁。2、伤历史搭上的资灾害第四萄节化任肥、挡农药逆、医莫药—竟—人枣口猛跳增的斩“功硬臣”铅/二、该虫口杏夺粮重靠什不么—允—农思药由于恶世界粗人口哗激增惠，粮钞食生杨产仍无低于侵需求肥，在赚一些洗贫困蛋国家荒，仍弊有很羞多人填在挨骑饥受垦饿，平均柳每3锐.6帐秒就有吐一个泽人饿死。所锋以，末农药兄作为竹植物割保护阀的重蹄要手旅段，壳今后炒还是兔必要相的。此外女，杀占虫剂沫在疾筐病载白体控眠制，插以及帜健康信和生讲命保桨护的覆卫生换项目责中，姑也起晓着决狱定性胸的作帆用。吩例如露，疟宿疾问龟题中崇的疟翁蚊的梅防治细，农趟药挽坛救了抵世界兴各地屋数以财百万促计人犹的生华命，铸而且晒今后咳还将搞如此浙。总之皮，农药妻也是狸最重斜要的黑对付方饥饿锦和保佳护人慈类生体命的怖武器宋之一。然描而，侮由于孔农药唤毒性插引起快的负诉面影挽响也败非常政严重乞。3、妥任重刃而道餐远的基农药第四勾节化营肥、铸农药陆、医毁药—填—人挂口猛近增的它“功娃臣”梁/二、后虫口叫夺粮筐靠什鲜么—妙—农菜药19摊00年，游在美乖国出妄生的渗一名渡男子级的期角望寿产命只究有47岁（中雅国33近岁左右纷）。但是渠，2越00身0年僻出生栋在这膛个国送家的孟一名惯男子逗的期税望寿槽命大磨约是75岁（中访国72悟岁左右义）迟。这个奸难以什置信政的进窜步，迷可以嗓主要伏归功宿于药物恢化学胃家的贡苹献，果其中规最重销要的适当数抗菌愿素的开星发。1、捧年龄扫与药葛物的你关系第四巩节化左肥、涨农药赏、医掉药—燃—人蜂口猛丘增的麻“功尊臣”订/三、赚人生密七十睛已不赚稀—膏—医程药19辟世纪20年代群，细菌泪感染常导际致人掀生病塘死亡秆。此时凳，随慨着染软料工艘业的伞发展迷，化乏学家定开始巾合成谜许多友用于钟布料坡的染料，包相括某垄些带百有称优做氨毯磺酰醋基官蚕能团渡的化沿合物猾。德国筝科学伏家Ge浊rh晓ar筛dDo骨ma促gk发现号一家法染料柴厂的赛工人瓶较少破因细谁菌感痕染患剩病，孕因此去他决年定对巷多种饱人工裳合成去的染渗料化孙合物殿进行唤试验域，观耻察其颜中是扰否有爹可以眯杀死坦细菌闷的化卵合物腔。19暑32击年，照他找歉到了咱一种律叫做Pr接on鼠to孙si竟l（百浪给多息）的晴红棕岗色的洗染料角，有予效地订治愈税了受脖细菌采致命甘感染上的老鼠。2、融磺胺秆药物秀的偶趣然发界现（上挺）第四都节化还肥、西农药封、医孝药—差—人姥口猛锦增的瓦“功偶臣”执/三、猜人生箭七十席已不吹稀—溉—医见药于是遗，他什用此洒药对校一位扭因患迁细菌醒性血宏中毒播已处具于无惹望状沫态的孩子进行貌了试颗验，穴使她朗得以笔康复锡。在此涝启发仍下（Do构ma鉴gk因此为获得尸了19晃39年诺库贝尔置生理确医学莲奖），肌化学溪家制仍备了铸许多销含有琴氨磺童酰基历的新存型药症物，定即磺胺贪药物。磺胺助曾经侦广为孙使用念，现笔在有隆时仍剧用于深临床要。某悔些药爽物可以矿杀死虏细菌幻玉而不厚伤害秆人畜的发掘现，晶开辟谜了一板个主足要的聚新研脊究领批域，套于是隔许许馆多多楼性能资更好寇的抗怕菌化谷合物屠就此邻不断校地被茂创造底或发净现出阵来。2、宏磺胺晃药物降的偶超然发仿现（下印）第四饰节化棋肥、欺农药邪、医狮药—绞—人液口猛闻增的漂“功财臣”思/三、馆人生始七十嫁已不坊稀—浊—医罪药生物颜化学绞方面挡的研笔究已芦经弄对清楚库了磺年胺能可够杀绪菌而静对人吸无毒窃的原弓因—用—人牙和细互菌的生物替化学是不吓同的林。细菌荐要制晴造叶酸的基蛮础维块生素炕，而宪磺胺阵能够箱阻碍贯细菌浆中制瞧造叶近酸的筐酶；毙没有调叶酸私，细抵菌基粮因不郊能存注活。但人渡体内把没有违这种浩酶。竞——摸从某奥种意贿义上啦来看厦，因塘为人肝在生升物化蔑学方交面的缺陷，反蛙而使区人得静到安趋全。律这种昂缺陷扇是，缠我们田不能们制造杰一种椒重要塞的维私生素吗（但摊是我奴们可武以从食宵物中扑获取拍叶酸）。3、请磺胺辜药物梯的神膊奇机舅理（上贼）第四党节化垃肥、框农药孙、医楚药—蜂—人和口猛兔增的币“功恰臣”木/三、攀人生密七十团已不仰稀—胆—医副药——殖人类对利用涂自己膛的聪闸明，设使细贩菌“上当赤受骗”而沙亡。3、阵磺胺训药物剑的神驴奇机孩理（下欧）第四搭节化杂肥、壤农药浅、医妄药—沸—人闭口猛滩增的刻“功街臣”破/三、党人生衫七十炎已不孟稀—睬—医冰药磺胺哪药物系的发杠现，严开创迅了今艰天的抗生做素领域晓，但换是这灯还不苍是化笼学对采健康赵的第扭一个宁贡献氧。例如部，用花于表悼皮创独伤的消毒拢剂，如碘（I2）或苯酚肚（C6H5OH泻）比磺奔胺药纠物还侨要早纹些，亲此外梨还有麻醉斧剂。酒精站（C2H5OH恩）是最阶早的爽麻醉窄剂之跟一，摄过去颂曾经幸用过级让患粘者在吩疼痛孝的手依术之徒前先撕使之哲酒醉愚的办艰法。后来晒发现震，乙醚猎（C2H5OC2H5）更加序有效骨，从霞而使远无痛押外科攻手术福和牙胳科手继术成测为可懒能。4、秧更多饶的药迷物离钻不开卡化学（上遍）第四律节化柳肥、武农药友、医和药—猫—人兆口猛合增的货“功后臣”吗/三、丹人生腿七十再已不妄稀—高—医吩药自那寸以后床，又弓发明拿了许跟多更千好的麻醉贸剂，包容括像棋普鲁队卡因位（No姻vo弹ca吴in御）这样尺的局碑部麻馋醉剂办在内店。如净果没浮有麻朗醉剂躺，现乐代的撞外科爸手术荐是不匪可能也实现录的。目前草，用唇来治容疗人启类各挎种疾互病的锄药用抵化合兔物已舒基本五齐全钞，但固是对快于许拿多重召要的藏疾病称还不屋是完合全有侍效，耳因此略有许半多的按工作夹是旨冲在征聋服它陕们的漠。4、逼更多夫的药型物离铁不开鹿化学（下败）第四磨节化蔬肥、严农药侨、医胡药—查—人务口猛播增的拴“功盗臣”决/三、庸人生粱七十葛已不组稀—奋—医担药——人人扣都希息望自摩己病凯了有药吃，做但许弊多人倾却不员喜欢制药的人——化学途工作挖者；——类似潜地，木人人养都期迎望自响己的除孩子立受良躬好的教育，但雹却不功愿意蜜自己词的孩颈子去银做教师！——有意堵、无断意的燃自私想行为！——可怜续的中国选教师！可案怜的中国懂人！可毕怜的人！可盲怜的……！5、床吃药肾后的胳反思（上星）第四脸节化摔肥、面农药绒、医表药—术—人堆口猛税增的考“功心臣”郑/三、额人生冒七十烤已不处稀—族—医缺药中草瘦药所含袖化学少成分银很复画杂，显每一蝴种中容草药绒都可联能含促有多补种成隆分。该在这凭些成礼分中习，有沫一部妥分具骗有明现显生阁物活烛性并雄起医拦疗作土用的锯，常规称为有效配成分，如拥生物黑碱、蜜甙类快、挥寨发油午、氨面基酸界等。但是掘，中屯药的贡药用猛只是卫在华人中得如到认宝可。乏因为中药有效听成分混的用刷量并柜没有锤一个酒明确身的标漠准尺露度，赵故国型际上协并不列明文搁认可佩它的沙医学盟价值脾。中药烛应定拾量化易，现钩代化廉！5、赶吃药悠后的魂反思（中皮）第四乔节化盗肥、柏农药白、医暂药—湖—人柿口猛佛增的惑“功提臣”仅/三、村人生旷七十茶已不税稀—略—医乱药关于闪药物惭更多岁的忧虑阁与困睁惑：A、人口迁老年西化严复重：保胃健离胀不开药物（脑白折金）B、人类卫免疫鬼力下费降：对滔个人响是医虑学上英的奇迹，对堂全体肢呢？——你吃序不吃导药？C、人口竿的持押续猛喉增：计划庄生育要不前要？猴（避孕训药、性荣激素冈等离坡不开化学）——西方而反对另计划炊生育恨、堕胎——人口伴的逆淘赏汰？！5、牢吃药牵后的锻反思（下此）第四叼节化宣肥