作者：郝凤桐医师（首都医科大学附属北京朝阳医院职业病与中毒医学科主任医师）

蓖麻的花与幼果

记得小时候，住所的院子里经常种有许多蓖麻，每到秋季就和伙伴们去采摘蓖麻籽，并且知道蓖麻籽不能吃，所榨取的油脂是飞机上使用的高级润滑油。现在利用零散地方栽种蓖麻的现象已经很少见了，不少儿童不认识蓖麻，不了解其毒性，所以一旦误食，往往造成意外中毒。

蓖麻原产于非洲东部的埃寒俄比亚，先后传入亚洲、欧洲和美洲，现在遍及全球的热带、温带地区，是一种经济价值很高的油料作物。我国的蓖麻是1400年前由印度引进，至上世纪末期，印度、中国、巴西三国的蓖麻籽产量已经占到世界总产量的80％以上。

蓖麻籽含油量一般在50%左右，蓖麻油在－18℃低温状态下不凝固，在500℃-600℃高温条件下不变质、不燃烧，用于高级润滑油的生产；在化工、冶金、机电、纺织、印刷、染料等行业用作助染剂、润滑剂、增塑刑、乳化刑和制造涂料、油漆、皂类及油墨的原料。

蓖麻的整个植株都有一定的经济价值。蓖麻茎皮含有麻纤维，是生产绳索、纸张和板材的原料。因蓖麻秆中含有蓖麻碱和毒蛋白，不会藏有虫卵和害虫，用蓖麻茎皮生产的包装材料，是国际免检产品。蓖麻叶可饲养蓖麻蚕，蓖麻蚕丝是优良的轻纺材料。蓖麻油粕经脱毒处理后,是优质的蛋白质饲料，也可以用作肥料及活性炭的生产原料。

在医药领域，蓖麻籽也具有药用价值，但是蓖麻子毒性很强，一般以外用为主。在2003年，曾经发生过听信传言“蓖麻子可防非典”,导致30余名小学生误食篦麻子中毒的事件。

蓖麻毒素有很强的细胞毒性，研究人员从去壳蓖麻籽中提取天然蓖麻毒素，以白血病K562细胞、大肠癌SW480 细胞、结肠癌Colon205细胞和正常小鼠成纤维细胞NIH3T3为受试对象，发现蓖麻毒素在低浓度下也能对细胞发挥毒性作用。蓖麻毒素因其极高的细胞毒性引起科学家的兴趣，人们开始考虑将蓖麻毒素应用于抗肿瘤治疗。

目前的研究表明，蓖麻籽的主要毒性成分是蓖麻毒蛋白和蓖麻碱。其中蓖麻毒蛋白是蓖麻毒素的主要成份，具有无色无味的特征，能够抑制蛋白质合成，产生红细胞凝集现象，主要由于抑制蛋白质的合成而导致细胞死亡。有研究者认为蓖麻毒素毒性极强，70-100微克就足以使人致命，其毒性是有机磷神经毒剂的300多倍、氰化物的6000倍、眼镜蛇神经毒的2-3倍。有文献报道，儿童误食蓖麻子2-6粒,成人误食20粒可以发生中毒并导致死亡。

误食蓖麻子中毒，依据摄入量和摄入方式的不同，可以有1-5小时的潜伏期。潜伏期过后出现恶心、呕吐、腹痛、腹泻、便血、头痛、抽搐、昏迷、少尿, 黄疸等表现。突出表现为中毒性肝病、中毒性肾病、出血性胃肠炎和中毒性脑病,严重者可以因为大量失水造成血压下降、休克及呼吸抑制导致死亡。

蓖麻籽

误食蓖麻子是否导致中毒，除去摄入量，尤其与误食者是否剥去蓖麻子外皮、是否经过咀嚼有关。有文献报道，如果蓖麻籽的外壳没有破坏，直接被误食者吞入腹中，通常会完好地通过人体消化道排出体外，不会对人体造成损害。但如果蓖麻籽被嚼碎后吞咽，毒素就会进入人体。

迄今为止，对于蓖麻中毒还没有特效解毒剂，临床上主要根据患者不同的中毒症状,给予对症治疗。对于确认口服摄入者,应当尽早用大量清水或稀释的高锰酸钾液洗胃，洗胃结束后可以使用活性炭吸附毒物；有作者提出给予柠檬酸镁盐或硫酸镁导泻，考虑到部分中毒患者会出现严重的急性出血性胃肠炎，如果有导致脱水及电解质紊乱的可能，建议慎重使用导泻治疗。蓖麻毒素可以导致中毒性肝病、中毒性肾病乃至多脏器功能障碍综合征，对于病情危重者，除必要的药物治疗，可以考虑血浆置换等血液净化治疗措施，以挽救患者的生命。

（本文授权转载自郝医师个人博客，欲再转载者请联系原作者）

作者：郝凤桐医师（首都医科大学附属北京朝阳医院职业病与中毒医学科主任医师）

图片出处：维基百科 作者：Alchemist-hp

锰（Mn）是一种化学性质活泼的银灰色金属。1774年瑞典化学家Schecle首次发现锰元素，1931年，Kemmem等人发现锰为大鼠、小鼠维持正常生长和生殖机能所必需。自此，人们认识到锰是动物生长、发育和生存所必需的一种徽量元素。

动物缺锰可导致采食量下降、生长减慢、饲料利用率降低、骨异常和繁殖功能异常等。与哺乳类动物比较，家禽锰的吸收率低，故饲粮中的需要量较高。有学者在2002年报道，从鹅种蛋孵化到养至15日龄的雏鹅的过程中，喂以微量元素锰明显缺乏的日粮，发现鹅群精神差，不爱活动，采食量减少，踝关节处明显肿大，骨骼粗短，站立及行走困难。1991年曾有学者报道，用缺锰的玉米一豆饼为基础的日粮饲喂肉用仔鸡，腿病发生率高达56.7％。

锰是精氨酸酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶、丙酮酸羧化酶等的组成成分。同时，锰也是体内磷酸化酶、醛缩酶、转移酶类、水解酶类的激活因子。由此可见，锰是通过动物体内酶的作用而参与蛋白质，核酸的合成。维持碳水化合物、脂肪代谢，促进生长发育、骨骼形成和造血过程，并能促进性激素的合成。

锰与造血功能密切相关，在胚胎早期肝脏里就聚集了多量的锰，胚胎期的肝脏是重要的造血器官。动物实验表明：10～15天的动物胚胎中锰的含量很丰富，骨骼和肝脏含有较多的锰，很可能与它们参与造血功能有关。给贫血动物以小剂量的锰盐或者含锰蛋白，可使血红蛋白，中幼红细胞，成熟红细胞及血液总量增多，锰参与造血功能的机制可能是改善机体对铁的吸收、利用及红细胞的成熟、释放。

锰是对心、脑血管有益的微量元素，具有促进脂肪代谢的作用，能加速细胞内脂肪的氧化，改善动脉粥样硬化病人的脂质代谢，并可减少肝脏内脂肪的堆积，有利于保护心、脑血管生理状态。有人现察到动脉硬化患者心脏及主动脉内锰含量明显低于健康人，而认为心血管疾病与锰的吸收不足有关，推测缺锰可能导致动脉粥样硬化。

过量锰进入体内则会引起中毒。锰中毒机制可能与下列三方面有关:(1)锰对线粒体有特殊的亲和力,锰在富含线粒体的神经细胞和神经突触中,抑制了ATP的合成,产生细胞能量代谢障碍,导致神经细胞病变。(2)在生物体内适量锰可以对抗自由基氧化作用,过多则激活细胞色素氧化酶P450的活性,继而产生自由基,引起细胞死亡。(3)锰使脑中ATP合成减少,干扰细胞膜对钙的转运机制,使细胞内钙增加,进而激活钙依赖蛋白酶、核酸酶和磷酸酶,导致细胞变性坏死;钙离子升高又可促进自由基的生成,形成一种恶性循环。

锰可以通过呼吸道和消化道吸收进入体内。呼吸道是职业性锰接触的主要吸收途径，锰烟雾及锰尘经上呼吸道进入肺泡壁内，被巨噬细胞吞噬后经淋巴管进入血液并以二价形式存在；全部小肠都能吸收锰，进入消化道的锰，吸收概率大约为3%-5%。锰几乎完全经肠道排泄，仅有微量经尿排泄。

锰中毒的病例在1837年Glascow大学Couper教授首先发现5位锰矿工,因吸入大量的锰尘而引起神经系统的症状。其后世界各地陆续有锰中毒的报告,如智利、古巴、印度和摩洛哥及前苏联。

慢性锰中毒早期主要表现为神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱，如头晕、头痛、容易疲乏、睡眠障碍、健忘、肢体疼痛、下肢无力和沉重感、以及多汗、心悸等植物神经功能紊乱的表现;继续发展可出现锥体外系受损的帕金森氏综合征，表现四肢肌张力增高，伴有静止性震颤，可引发出齿轮样强直，并可出现对指或轮替试验不灵活、不准确,闭目难立征阳性，言语障碍，或步态异常、后退困难等运动障碍。并可有中毒性精神障碍，如显著的精神情绪改变,如感情淡漠、反应迟钝、不自主哭笑、强迫观念、冲动行为等。

长期过量吸入锰，对机体将产生毒性作用，其对免疫系统的损害也可能有生物蓄积作用。观察通过饲喂不同剂量锰的小鼠，随着锰剂量的增加，小鼠的天然杀伤细胞（NKC）明显减少。

随着生殖毒理、生殖生化等领域研究的进展，锰的生殖毒性日益受到重视。目前的研究认为，过量锰接触对男性的生殖系统存在潜在的不良影响。许多动物实验研究结果表明，锰对生殖系统有明显的影响。有研究报道，通过静脉注射锰，发现小鼠精子总数、活动度随染毒剂量升高而降低；精子畸形率、睾丸锰含量随染毒剂量增加而升高。

目前锰中毒的治疗主要是络合剂治疗和左旋多巴类药物替代治疗,有研究报道轻度锰中毒患者驱锰后可改善震颤麻痹症状。有临床观察报告,对氨基水杨酸钠有明显的驱锰作用,能改善病人症状和体征并且副作用小。关于对氨基水杨酸钠对锰中毒的疗效,因目前尚未广泛应用,其疗效有待于进一步临床观察。

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作者：郝凤桐医师（首都医科大学附属北京朝阳医院职业病与中毒医学科主任医师）

美国消费者组织——安全化妆品运动联盟日前公布强生婴儿产品调查报告，称两年多以前已在强生婴儿洗头水中发现二恶烷及季铵盐-15，当时已要求停用。近日检验显示，中国、印尼及澳大利亚等地出售的婴儿洗头水，仍含有这些物质；丹麦、芬兰等北欧国家、日本和英国等地，已调整洗头水配方。国家食品药品监督管理局已于3日组织化妆品安全专家委员会就化妆品中季铵盐-15的使用等有关问题进行研讨。

二恶烷属于微毒类物质，其生物学活性如同其他众多化学品一样，取决于接触剂量。目前世界各国在技术上无法完全避免微量二恶烷作为杂质带入产品，换言之，卫浴产品中的二恶烷难以降到零含量。澳大利亚卫生局的官方网站对二恶烷的评估技术文件及推荐标准认为，除食品和药品外，在日常消费品中，二恶烷的理想限值是30ppm，含量不超过100ppm时，在毒理学上是可以接受的。那么季铵盐-15也属于无法避免的“被添加”物质吗？

人类最早使用的洗涤用品和化妆品来源于天然植物、矿物，这些物质成分相对简单，功效有限，但是其优点是大多不存在防腐需求。伴随生活水平的提高，人们对于卫浴产品和化妆品的功能需求带有更加明确的追求。如美白产品需要加入具有抑制酪氨酸酶活性的物质, 因为酪氨酸酶是黑色素形成的关键酶。而卫浴产品和化妆品的保湿、肌肤润泽等功能需要添加越来越多的营养成分。从生物进化的观点来看，对人体有营养的物质，作为生物学的共性，往往对致病微生物也有益。所以，现代卫浴产品和化妆品普遍存在安全防腐的需求。

当消费者购买卫浴产品和化妆品时, 往往首先注意产品的功能、香型、质地、包装等表象。但是数周或数月后, 这个产品是否仍然完好，一般会被忽略。然而产品的设计者、制造商必须要认真考虑这个问题。如果缺少了有效的防腐成分, 产品质量将无法保证。

为适应大规模的生产方式，卫浴产品和化妆品防腐手段使用最多的是化学防腐法。从生物进化的观点来看，对致病微生物具有杀伤、抑制作用的防腐剂，在一定剂量条件下对人体也会有毒性, 所以防腐剂在卫浴产品和化妆品中的应用要有一定限制，在保证防腐作用的前提下，剂量越低越好。根据美国食品与药品管理局和美国化妆品盥洗用品及香味用品协会的出版报道，化妆品允许使用的化学防腐剂约有120种，国内应用的有60多种。我国《化妆品卫生规范》中，对56类防腐剂在化妆品中的限量和使用做了规定。

季铵盐-15，化学名称为氯化3-氯烯丙基六亚甲基四胺, 属甲醛供体类防腐剂。大鼠急性毒性试验证实，其半数致死剂量为500毫克/公斤体重，研究证实在一定剂量条件下，其具有实验动物的皮肤刺激作用和致敏作用。在化妆品应用方面，我国及欧美国家规定的最大允许浓度皆为0.2%。季铵盐-15在上世纪80年代之前，是卫浴产品和化妆品中应用广泛的防腐剂，其使用频率排在前五位之内, 近年来实际应用有所下降。

面对舆论压力，强生公司已经表态会调整婴儿产品配方，由于没有披露详细的信息，我们无法猜测其替代物质是什么，但是可以肯定，目前生产的卫浴产品和化妆品，无法排除防腐剂的使用。文献报道，羟基苯甲酸酯由于其无刺激、不致敏和相对安全的特征，在许多国家都获得了认同。如果在卫浴产品和化妆品检测出羟基苯甲酸酯，社会公众会认同它的安全性吗？

人类生存的历程，恐怕永远面临与致病微生物抗争的课题。防腐剂种类繁多，但是每一种防腐剂在抗菌谱方面都有其局限性。在卫浴产品和化妆品种类繁多而且所用原料不断变化的今天，多种防腐剂进行复配、混合应用正在发展成一种趋势，并且带来了新的矛盾。一方面，有研究证实，多种防腐剂进行复配、混合应用，弥补了单一防腐剂抗菌谱方面的局限性，可以进一步减少每种防腐剂的使用剂量，提高产品的保质期限。另一方面，多种防腐剂进行复配、混合应用，增加了政府质监部门管理的难度和监管成本支出。

于是，人们就会想到，卫浴产品和化妆品生产企业应当是具有较高诚信度的企业，让人们少思考一些敢不敢服、敢不敢吃、敢不敢洗、敢不敢用的问题。

原文已发表于北京青年报

作者：少个螺丝

相信有不少朋友都和我一样，小时候看猫和老鼠的时候，都很好奇那块杰瑞所无法抗拒的黄色的还带着好多孔的奶酪吧。那种奶酪为什么会有那么多孔呢？那就请跟我一起，看看牛奶是怎么变成奶酪的吧。

也许你没听说过奶酪，但是你一定至少听说过如下几个说法：干酪，乳酪，芝士，起司。没错，这些不同的名字都是指的同一种东西——奶酪。

奶酪是一种非常古老的食品，考古学家们在公元前2000年的古埃及墓穴的墙壁上就已经发现了当时生产奶酪的证据。虽然现在没法确定最早的奶酪出现在什么时候以及什么地点，但是一般认为可能早在公元前3000年以前人们就已经开始制作奶酪了。说起来，很多传统的食品，最初都是起源于Happy accident，奶酪很可能也是这样。当时的人们经常用动物的胃做成的水袋来装水或者牛奶，某天某个人惊讶地发现袋子里的牛奶变成了一坨半固体状的东西和一些半透明的液体。当然，换成别人，也许认为是牛奶坏掉了就直接扔了。而我们这位恰好好奇心十足，想当第一个尝奶酪的人，于是鼓起勇气尝了下这块固体，发现居然别有一番风味。自此之后，奶酪就开始慢慢走进了人们的生活。

那么水袋中的牛奶为什么会凝固呢？要回答这个问题，需要先从牛奶为什么不会凝固说起。如大家所知，牛奶中接近90%的成分是水，剩下的部分主要包括蛋白质、脂肪、乳糖以及一些矿物质。其中，乳糖和大部分矿物质溶于水中，形成一个稳定的溶液相。脂肪以小脂肪球的形式靠着一层具有极性的磷脂膜与水形成一个乳浊液。而蛋白质，则分为了两部分：一部分溶于水中，被称为可溶性蛋白；另一部分，则以小颗粒的形式悬浮在水中形成胶体，我们把这种蛋白称为酪蛋白。

酪蛋白是哺乳动物的乳汁中特有的一类蛋白质，占牛奶蛋白质总量的80%以上。人以类聚，物以群分，这些酪蛋白也不例外，它们总是聚集在一起形成一些个平均直径180纳米左右的酪蛋白球。那么这些酪蛋白球为什么不继续聚集在一起形成一个更大的球呢？这主要有两个原因。首先，就是酪蛋白的等电点在4.6附近，而牛奶的pH值通常在6.6-6.8之间。正常情况下这些酪蛋白球是带负电的。同性相斥，于是这些酪蛋白球在静电斥力的作用下就很难聚成一堆了。其次，一种叫卡巴的酪蛋白大量存在于酪蛋白球的表面上。它疏水的一端埋在球里，亲水的另一端则像毛发一样伸在外面，使得酪蛋白球看起来就像一个个的仙人球。水分子很容易附着在这些亲水的毛发上，从而形成一个水化层，起到稳定酪蛋白球的作用。

如果我们想做奶酪，就需要让牛奶中的酪蛋白白凝集成一张网，从而网住牛奶中其他那些成分。让酪蛋白凝集的方法有好几种，看了上文的描述，我想你肯定猜到一种方法了。没错！我们只需要把牛奶的pH值降低到酪蛋白的等电点附近，这时候酪蛋白球就会因为静电斥力的降低而聚集凝结在一起形成一个网状的凝胶。这种通过降低pH值让酪蛋白凝集的方法被称为酸凝乳。

除此之外，还有另外一种方法可以让酪蛋白凝集。有一种蛋白水解酶，专门水解卡巴酪蛋白105位的苯丙氨酸和106位的蛋氨酸之间的肽键。这种酶就像一把推子，一下子就把满头秀发的酪蛋白球给剃成秃子了。缺少了亲水的这一头秀发，酪蛋白颗粒的水活度就会大大降低。于是，在疏水作用下，秃子们便倾向于互相聚集在一起，形成一张巨大的酪蛋白网，凝胶便形成了。这种方式则被称为凝乳酶凝乳。看到这里你可能会问了，这种神奇的凝乳酶是哪里来的呢？实际上，这种凝乳酶最初就是从小牛的皱胃里发现的。这下你明白当初那个水袋中的牛奶为什么会变成固体了吧！Happy accident！

生产奶酪，简单来说，就是利用了上面说的这两种凝乳方法，从而让牛奶变成奶酪的。而凝乳后析出的液体，则被称为乳清。根据所用的凝乳方法和工艺的不同，可以把奶酪分为三大类：新鲜奶酪、软质奶酪和硬质奶酪。下面我们以三种有特色的奶酪为例，来看看这三类奶酪有什么主要区别。

小瑞士——小清新的新鲜奶酪

【带包装的小瑞士，看起来跟酸奶很像吧。图片来自：leshop.ch。】

【只穿“内衣”的小瑞士。图片来自：guide-fromages.com。】

也许你会遇到这样一种东西：看外包装很像酸奶，也是装在塑料小杯里；吃到嘴里感觉要比酸奶更浓厚细腻，酸而不甜。很可能你遇到的就是这种名为小瑞士（Petit Suisse）的新鲜奶酪了。别看名字叫小瑞士，它可不是在瑞士生产的，而是产自法国诺曼底地区。这种奶酪虽然长着一副小清新的模样，吃起来也很爽口，它脂肪含量可不低，每100克中含有20克脂肪。

生产这类新鲜奶酪主要是依靠酸凝乳：利用嗜温或者嗜热乳酸菌，把牛奶中的乳糖发酵成乳酸来降低牛奶的pH值。当凝乳完成后，通过漏网或者筛子除掉一部分析出的乳清，半固体状的奶酪便做好了。新鲜奶酪含有的水分比较高，通常在65-75%左右，最低也一般不会低于50%。因此，通常大约3-5千克牛奶就可以生产1千克新鲜奶酪。

通常从外观上看，新鲜奶酪很像酸奶。二者的区别主要在于，首先，酸奶是由特定的两种菌发酵的，而且对其中含有的活菌数量是有要求的，而新鲜奶酪没有这些要求。其次，新鲜奶酪的蛋白质含量要高于酸奶，但是钙质含量要略低于酸奶。

新鲜奶酪的品种相对少一些，法国的白奶酪（Fromage blanc），美国的奶油奶酪（Cream Cheese）都属于新鲜奶酪。

卡门培尔——长满霉菌的软质奶酪

【披着一身“毛皮”的卡门培尔奶酪。图片来自：yumibooks.com。】

食物上长了霉菌通常意味着不能再吃了，得扔掉。然而奶酪却是个例外。很多软质奶酪都长有霉菌，有的长在表面，有的长在内部。比如发源于诺曼底一个名为卡门培尔（Camembert）小镇的一种以小镇名字命名的软质奶酪，表面就长满了白色的毛茸茸的霉菌。吃的时候，你可以和着淡淡的霉味连外皮一起吃掉，也可以切掉外皮，只吃里面的部分。

生产这种软质奶酪则是同时利用了酸凝乳和凝乳酶凝乳，通常先通过乳酸菌把牛奶的pH值降低一些，然后加入凝乳酶凝乳。当牛奶凝结成一大块“软豆腐”时，再把它切成小块装到特定大小的模具里。乳清则顺着模具上的小孔流走了，留在模具里的小凝乳块则靠着自身的重力粘在一起，于是奶酪的雏形就有了。由于经过了在模具里多次的翻转沥水，软质奶酪的含水量要远低于新鲜奶酪，通常在50-55%左右。因此，通常需要8千克的牛奶才能生产1千克的软质奶酪。与新鲜奶酪相比，最重要的区别就是，软质奶酪在从模具里拿出来之后是不能直接吃的，而是要先放在恒温恒湿的地方过一段时间才能吃，这一过程称为成熟，通常需要几周时间。比如卡门培尔奶酪，就需要成熟10-15天之后才可以包装上市。在成熟期间，奶酪外表面的青霉菌就开始利用奶酪中的营养物质生长，同时慢慢改变奶酪的风味。当霉菌产生的白丝铺满了奶酪表面，奶酪内部也基本上成熟了。

软质奶酪种类丰富，在这里面既有同样表面长满白色霉菌的布里（Brie）奶酪，又有里面长满蓝色霉菌的蓝纹（Bleu）奶酪，另外，大家最熟悉的常在批萨上见到的莫苏里拉（Mozzarella）奶酪也是这一类的哦～

埃门塔尔——大而多孔的硬质奶酪

【对杰瑞来说，真是生命诚可贵，埃门塔尔奶酪价更高啊。图片来自：gfx.galawallpapers.net 。】

不用说大家也能猜出来，硬质奶酪就主要是利用凝乳酶凝乳了。硬质奶酪与软质奶酪最大的区别，就是它更硬一些。它为什么就更硬呢？这是因为在沥水的过程中，硬质奶酪靠的不仅仅是凝乳自身的重力，人们还对它施加了一个额外的压榨力。如果把新鲜奶酪比作豆腐脑，软质奶酪比作豆腐，那么硬质奶酪就可以看作是豆腐干了。与仅靠自身重力而成型的软质奶酪相比，经过了压榨的硬质奶酪更紧密，因而其含水量更低，仅仅40-50%左右，通常需要10-12千克的牛奶才能生产出1千克硬质奶酪。同时，结实的结构也使得这种奶酪可以做的更大。比如原产于瑞士的最大的奶酪，埃门塔尔（Emmental），重达80公斤。做一个这样的奶酪就需要1吨牛奶！由于个头太大，很少有家庭会整个地买，因而这种奶酪通常是切成小块出售的。猫和老鼠里常见的那种奶酪就是它哦～

硬质奶酪不仅个头大，成熟时间也长。通常需要2-3个月以上的成熟期，个别的甚至需要成熟一年以上甚至两年！当然，大部分硬质奶酪里面是没有那些孔洞的，只有在生产的时侯加入了丙酸菌的奶酪才能形成气孔。这是由于在漫长的成熟的过程中，丙酸菌可以发酵乳酸产生二氧化碳，从而在奶酪内部就形成那些大大小小的孔洞。

硬质奶酪种类也很多，除了上文提到的埃门塔尔奶酪，大家熟知的车达（Cheddar）奶酪也是硬质奶酪家族的一员。

【还是埃门塔尔奶酪。图片来自：123savoie.com。】

奶酪种类繁多，食用的方法也多种多样，可以搭配葡萄酒直接食用，也可以夹在面包中做三明治，还可以切成小块做蔬菜沙拉等等。就营养价值来说，奶酪，尤其是硬质奶酪，几乎相当于把牛奶浓缩了10倍，非常适合用来补钙。别人需要喝300毫升牛奶才能摄入300毫克的钙质，你只需要吃一小块（30克）埃门塔尔奶酪就解决了。而且奶酪中的乳糖部分随着乳清排出了，部分在成熟的过程中被微生物分解掉了，因而不会引起乳糖不耐受。然而，奶酪也同时含有比较高的脂肪，通常每100克奶酪含有20-30克脂肪，而且主要是饱和脂肪酸。因此，吃太多的奶酪，也还是会发胖的。

“法国人常说，吃奶酪不能没有葡萄酒。大概类似于中国人就着豆腐干喝二锅头吧。”

本文删节版已经发布于果壳网  健康朝九晚五主题站《手把手教你识奶酪》

作者：rabyan
前文见 《[催化剂系列之一]化学反应的“变速器”》以及《[催化剂系列之二]催化剂是怎样“工作”的？》
没有催化剂就没有现代化的工业，这是许多有识之士的共同观点。如果没有催化剂，大量的化学反应就不可能达到理想的速度，因而也无法实现大规模的化工生产。所以说，催化剂是随着现代化学工业的发展而产生的，而同时，催化技术的发展也推动了现代化学的发展。

工业生产中，催化剂是提高化学反应速度、控制化学反应方向的最为有效的手段之一。对于一个有用的化学反应，是否能实现工业生产，必须要考虑产率问题和速度问题。产率关心的是反应能进行到什么样的程度。而速度衡量的是化学反应进行的快慢，即反应达到合适的产率需要多长的时间。设想，如果一个化学反应在工业上达到适合的产率需要花很长的时间，那么这个反应是否具有工业生产价值就存在疑问，因为工业生产是要讲求效率的。在工厂、设备规模限定的前提下，提高产量最有效的途径，就是在单位时间内获得更多的产物，也就是增大化学反应的速度。而这，恰恰是催化剂所擅长的。

工业生产中催化剂的选择

在许多工业生产中，催化剂作为一种必不可少的原料，是生产最重要的条件之一。这就意味着，要获得较高的生产效率，必须选择与生产相适应的催化剂。实际工业生产中，对于催化剂的选择是一门重要的学问。或许你会说，这有什么难的，选择催化剂不就应该选择催化效率最高的吗？是的，不可否认，催化效率是选择催化剂要考虑的重要因素，但不是惟一因素，光有高的催化效率是不够的，有时候太高的催化效率反而会影响生产效率。你一定感到糊涂了吧，没关系，看下去你就会明白的。

根据经验，一个好的工业催化剂应该同时具备适宜的催化效率、较高的选择性和较长的使用寿命。

首先是催化效率。通常，为了提高工业生产的效率，应该选择使用催化效率更高的催化剂，但这并不是绝对的。比如，对于某些热效应较大（即反应过程中会释放较多的热量）的化学反应，如前面述及的二氧化硫的氧化反应，催化剂的催化效率如果过高的话，反应会在单位时间内放出大量的热量。如果这些热量不能及时、有效地从反应容器中被排走，则会导致反应容器中的温度急剧升高。温度的升高不仅会影响反应的产率，而且过高的温度会破坏催化剂的最适宜的温度条件，引起催化剂的烧结，从而丧失催化功能。所以，“过犹不及”同样适用于催化工业生产。

其次是催化剂的选择性。催化剂如果具有较高的选择性，则可以选择性地催化工业生产所需的主反应，而大大减少副反应的发生和副产物的生成。这不仅可以增大原料的利用率，而且可以简化反应后产物的净化、提纯处理等流程，节约成本。设想一下，如果一种催化剂对主反应具有很高的催化效率，但这个催化剂“不分敌我”，对于各个副反应也同样具有很高的催化效率，甚至催化效率比主反应还要高，那么这个催化剂的高效率只能是“帮倒忙”，不具有现实意义。

你一定熟悉拳王阿里吧。1996年亚特兰大奥运会开幕式上，拳王阿里用颤抖的手点燃火炬的一幕令人动容。曾经在拳台上天下无敌的阿里患有帕金森氏症。有一种称为多巴的药物，能有效地治疗帕金森氏症。但多巴存在两种结构，一种称之为左旋分子，对治疗帕金森氏症具有疗效；另一种是右旋分子，没有治疗效果。由于这两种分子的组成完全一样，只是在结构上存在细微的差别（化学上称这两种物质为对映异构体），因此用常规的手段很难分离开。要分离这两种物质，必须用成本极高的分离手段。1974年，美国孟山都公司开发出了具有很高的选择性的催化剂，能在合成反应中选择性地催化左旋多巴的生成反应，使得产物几乎不含右旋多巴，这一成果使左旋多巴成为治疗帕金森氏症的首选药物，时至今日，左旋多巴仍“活跃”在治疗帕金森氏症这一“战线”，造福了无数患者。这一革新的例子，可以说是化学生产中利用催化剂的选择性的经典之作。而当时供职于孟山都公司、对这一合成反应居功至伟的威廉•诺尔斯，也终于因这一研究而获得2001年诺贝尔化学奖。当时他已经84岁了，诺贝尔化学奖对他而言或许是个迟到的荣誉，但也确是名至实归。

第三是催化剂的寿命，也就是催化剂的稳定性。催化剂虽然不是反应物，不会随着反应的进行而被消耗掉。但由于实际工业生产环境的影响，如高温、反应物中存在杂质等，都可能导致催化剂中毒、烧结、积炭等现象出现，而令催化剂的催化能力减弱或失去，这种现象叫做催化剂的失活。

催化剂失活后，为了恢复催化剂的催化效率，就必须对催化剂进行处理以恢复催化活性（即催化剂的再生），或者更换新的催化剂。但无论哪种办法，都会造成生产的停顿，导致生产效率的下降。而对于一些要连续性工作的大型生产装置，停工更换催化剂，造成的损失是难以弥补的。这就要求工业生产中的催化剂，尤其是连续生产装置中使用的催化剂，应该具有较好的“免疫力”，有优良的稳定性，具备较长的使用寿命。如果某种催化剂具有较高的催化效率，而且选择性也很高，但就是太过“娇贵”，好似“温室里的花朵”，经受不起工业生产的“恶劣条件”，动不动就要“罢工”——失活，那么，这种催化剂也不具备应用于工业生产的价值。

在现代石油炼制及石油化工中，催化剂的耗费占了生产成本中很大一部分。有很多催化剂价格很高，尤其部分以铂、钯等贵金属为原料的催化剂则更加昂贵。所以，催化剂的稳定性和使用寿命对于降低成本、提高生产效率具有重要的意义。当然，即使再耐用、稳定的催化剂，在反应中也有可能发生极其微小的催化能力的改变，经过长时间的运转而累积起来，最终也会造成催化能力下降乃至失活。所以，如果我们一定要开发出“永不磨损”、“一颗永流传”的催化剂，实现“一劳永逸”，显然也是不现实的。

其他诸如价格等，也是选择工业催化剂时必须考虑的因素，这里不再赘述。当然，很多时候由于受实际条件的限制，要寻找到一种“十全十美、面面俱到”的催化剂是很难的。“又要马儿跑，又要马儿不吃草”，虽然这是追求的目标，但在工业生产上往往可遇而不可求。而这时，就应该综合考虑整个工业生产过程，把握住关键的方面，在某些方面作出牺牲。

工业催化剂的选择和开发是一项技术性很强的工作，一种催化剂要能够真正投入生产应用，必须经过大量的试验，综合各方面的情况加以评价。随着技术的不断进步，每年都会有许多新的催化剂被研制开发出来，应用到实际生产中，替代老的催化剂。在工业催化剂的选择上，没有最好，只有更好，从这个意义上说，工业催化剂的更新换代是永无止境的。

餐桌上的催化：人造奶油与油脂氢化

你一定吃过很多种奶油制品吧，奶油的那种自然、香浓、让人垂涎三尺的美味一定令你回味悠长。奶油，又常称为白脱、黄油，是一种大家都喜欢的食品。顾名思义,奶油是从牛奶中提取出来的，其中大部分是油脂，还含有水分、乳糖、蛋白质、矿物质、维生素等等。虽然现在很多人对奶油敬而远之，但你是否知道，在历史上，享用奶油曾经只能是贵族的特权，而且一度人们还为吃不到奶油而犯愁！

早在公元前3000多年，人们就已掌握了奶油的制作方法：将牛奶放置在桶里，一段时间后，牛奶表面就会产生一层奶皮；把奶皮捞出来装在一个口袋里，经过反复的拍打和搓揉，就能制得奶油。当然，这种方法既费时费力，奶油的产出量也少。随着奶油制造工艺的不断进步，奶油的产量越来越大，品质也越来越好。奶油逐步成为人们厨房中、餐桌上的必备品。

但是，不管奶油的制造工艺如何改进，其原料——牛奶都是必不可少的。这就引发了一个问题，一旦牛奶的产量受影响，奶油的生产也就不可避免地受到影响。这不是杞人忧天，事实上，历史上因为这个原因导致的“奶油”荒曾多次发生。正如很多其他物品一样，拥有时并不珍惜，一旦失去就能感受到它的价值。为此，科学家们曾花大力气研究生产奶油的其他方法，以减少奶油生产对于牛奶的依赖性。当然，这还得从奶油本身说起。

说起奶油的主要成分——油脂，我们并不陌生，它是人体必需的一种营养素。在我们的日常生活中，富含油脂的东西并不少。牛油、猪油等动物中含有的油脂通常是固态的，人们也把它称为脂肪；而从大豆、花生、葵花籽等富含油脂的植物及其果实中也能提取出液态的油脂，人们把它称为油。其实，油脂也就是呈固态的脂肪和呈液态的油的统称。

在牛油、猪油、奶油等固体动物油脂中，含有较多的饱和脂肪酸酯类。饱和脂肪酸酯是饱和脂肪酸形成的酯，也就是说，其分子中不含有碳碳双键，其含氢的原子数达到最多（即饱和）。相反地，大豆油、花生油等液体植物油脂，含有较多的不饱和脂肪酸酯类。不饱和脂肪酸酯意味着分子中含有一定数量的碳碳双键，其氢原子数还没有饱和。分子中氢原子数有没有达到饱和，是导致了动物油脂呈固态而植物油脂呈液态的主要原因。

既然如此，那么事情似乎就变得很简单了，我们只要使不饱和脂肪酸酯变成饱和脂肪酸酯，不就可以实现植物性油脂到动物性油脂的“历史性转变”了吗？这一变化在理论上是可行的，使不饱和脂肪酸酯与氢气发生反应，反应过程中碳碳双键变成单键，在原双键碳原子上各增加了一个氢原子。这一反应在化学上称为“加成反应”或“加氢反应”。

“加氢反应”看似简单，但要切实地实现这个反应过程，却还有些难度。简单地将植物性油脂与氢气混合在一起，可能历经几小时、几天甚至更长的时间，都不会看到有发生反应的迹象。你可能已经想到，要顺利地实现这个反应，离不开催化剂的帮忙。

19世纪末期，法国化学家萨巴第埃在研究有机化合物的催化反应时，发现了金属镍粉具有很高的加氢催化活性，并以镍粉为催化剂实现了催化加氢反应。萨巴第埃因为他的这一重要发现而获得 1912 年的诺贝尔化学奖。萨巴蒂埃一生致力于对有机催化的研究，除了催化加氢外，他在催化脱氢、水合、脱水等有机反应研究上也有众多建树。1902 年，德国化学家诺曼将萨巴第埃的理论应用到油脂工业上，进行了油脂的催化加氢研究。他用镍粉作为催化剂，使植物油发生“加氢反应”而逐渐硬化，得到了饱和的油脂，称为“氢化植物油”。

利用这种“氢化植物油”生产的奶油，我们称之为“人造奶油”（margarine，中文又译为“麦淇淋”）。因为其生产原料不再依赖于动物脂肪，而可以实现用廉价的棉子油、花生油等植物油生产“奶油”，所以这一方法一经问世便得到了大力的推广。自此，各种各样“人造奶油”制成的食品问世，并在很多场合替代了天然奶油，其产量已超过天然奶油。（氢化植物油因含有较多的反式脂肪酸，所以其在食品中的使用也引发了不少争议。可以参见云无心的文章《植物奶油，“用人不当”被严打》。本文不在此赘述）

现在，不饱和油脂的催化加氢已经进入大规模的工业生产，而催化加氢催化剂成为这一工业生产得以实现的最为关键的因素。而且，不仅仅是生产“人造奶油”用以食品工业，液态植物油经过加氢反应后所得到的固体脂肪还可以用来制造各种化妆品、肥皂等。

催化技术发展对工业生产的影响

回顾整个现代工业发展过程，可以毫不夸张地说，现代工业的蓬勃发展与催化技术的进步、新型催化剂的研制有着不可分割的密切联系。催化剂的更新换代促进了工业生产不断向前发展；而同时，对改进工业生产的迫切愿望也促使科学家们研制更新、更好的催化剂。每当有新的催化剂和新的催化工艺研制成功，都会令工业生产的工艺发生改革，从而简化、优化生产设备和工艺流程，大幅度地降低成本，并为我们提供更好的新产品和新材料。在这方面，聚乙烯材料走过的“辉煌路程”就是一个很好的明证。

说到乙烯，我们都一定不会感到陌生。乙烯是一种重要的烃，科学家们还发现，乙烯也是一种不饱和烃，分子中有一个碳碳双键。正是这个不饱和的双键，使得乙烯的化学性质相当活泼，能反应生成许多种重要的有机化工产品。乙烯能生产氯乙烯（制造聚氯乙烯塑料的原料）；乙烯与水通过浸渍有磷酸的固体催化剂的催化，发生反应生成乙醇（酒精），这是工业上除粮食酿造法外最重要的生产乙醇的方法；在以银为活性成分的催化剂的催化作用下，乙烯能与氧气发生反应生成环氧乙烷，环氧乙烷除用作杀菌剂、消毒剂、熏蒸剂外，也是一种重要的化工原料。所以说，乙烯是现代石油化工的重要基础原料，因此经常用乙烯的产量来标志一个国家石油化工发展的水平。

当然，乙烯最重要的用途是制成聚乙烯。1933年，英国科学家经过研究发现，乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。当然，这和其他很多发现一样，也是“歪打正着”的结果。1939年，这一化学变化实现了工业化生产，从此，聚乙烯就走进了我们的生活。高压法生产的聚乙烯密度约为0.915～0.925g/cm³，称为低密度聚乙烯。这样得到的低密度聚乙烯，其结晶性较差，密度低，化学稳定性、电绝缘性和柔软性较好，易于加工，但硬度和机械强度较差。低密度聚乙烯最大的用途是生产各种薄膜，农业上用的大棚、地膜等塑料薄膜以及各种塑料袋，都是用低密度聚乙烯生产的。低密度聚乙烯尽管性能上有很多优点，但它不耐热、强度差的特点也是一个致命伤，严重影响了它的应用范围。

聚乙烯生产历史上最为激动人心的事件，莫过于齐格勒催化剂的发明了。1953年，化学家齐格勒发现，在四氯化钛和烷基铝组成的催化剂的催化作用下，乙烯在较低的压力下也可以聚合成聚乙烯。这种聚乙烯的密度大于0.940 g/cm³，比高压法生产的聚乙烯密度大，称为高密度聚乙烯。为此，齐格勒获得了1963年的诺贝尔化学奖。由于生产工艺的不同，高密度聚乙烯与低密度聚乙烯有很多性质不同，用途也不尽相同。高密度聚乙烯结晶性好，密度高，化学稳定性、电绝缘性也很好，而且更耐热，硬度和机械强度较高。用高密度聚乙烯制成的容器可耐受高温，如煮沸消毒，这是用低密度聚乙烯制成的产品所不能的。高密度聚乙烯产品重要的用途是制造各类瓶、桶、罐、包装箱等包装材料以及管材、电线电缆等建筑材料。

低压法生产聚乙烯的核心技术在于聚合催化剂。齐格勒的四氯化钛和烷基铝催化剂为低压法的第一代聚合催化剂，还存在着很多缺点，例如，其催化效率比较低，生产成本很高，而且得到的聚乙烯必须经过非常复杂的后续处理，工艺流程比较繁琐。

20世纪60年代，比利时索尔维公司首创以镁化合物为载体的第二代聚合催化剂，催化效率远高于第一代催化剂。随后，许多国家也纷纷研制出具有较高催化活性的聚合催化剂。第二代催化剂与第一代相比，通过改良催化剂的活性中心和载体，极大地扩大了催化剂的表面积，活性中心增加了，使得催化效率有显著的提高。催化剂的更新不仅提高了生产效率，使聚乙烯产品的品质大幅提高外，还简化了工艺流程，使得聚乙烯产品与催化剂的分离、产品的纯化等更为简便。

20世纪70年代，第三代聚合催化剂研制成功。第三代聚合催化剂除了具有更高的活性和催化效率外，还能直接得到具有规则形状的聚乙烯粒子（原先工艺得到的都是聚乙烯粉末），而且粒子的大小、形状可以调节。第三代催化剂除了提高了生产效率外，更是省去了造粒的步骤，进一步简化了生产流程，节省了成本。
随着聚合催化剂的不断更新，催化工艺的不断进步，如今，我们不仅能生产用于制造各种塑料制品的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯，而且，科学家们还研制出相对分子质量达到300万到600万的超高相对分子质量聚乙烯。这种聚乙烯具有极其优异的性能，其强度非常高，已被广泛地用作防弹衣的材料。

如果没有催化剂，或者说没有不断发展的催化剂及催化技术，聚乙烯或许还只是个稀罕物儿，由于其高昂的价格而只能为少部分人享有，更不可能诞生出品种多样、用途各异的聚乙烯材料。我们得感谢催化剂，是它，使得今天人人都能够用到廉价的、性能优良的聚乙烯塑料。不过，似乎我们中的很多人正在滥用这种权利——过度使用、随意丢弃的塑料袋就是代表。

聚乙烯材料千好万好，但并非十全十美，它有一个严重的缺点——难以降解。随意丢弃塑料袋的危害已深入人心，无须再老生常谈。但一味地抨击塑料等化工制品的危害，夸大化学工业对环境造成的危害，则近乎于“乱谈”和“胡谈”。我们能够做的，除了力所能及地少用几个塑料袋外，更重要的是开发出成本低廉的、能降解的“环境友好型”塑料制品。

从发明合成氨催化剂的哈伯，到研制出催化加氢催化剂的萨巴第埃，还有研制了以其名字命名的乙烯聚合催化剂的齐格勒，以及在手性催化领域作出突出贡献的诺里斯，纵观整个诺贝尔化学奖，我们发现，许多获奖者的研究内容都与催化剂和催化原理、催化过程、催化反应有关，或直接相关，或间接涉及。对此，你可千万别误以为诺贝尔化学奖的评奖者对于催化剂研究者特别青睐，那是因为催化剂和催化技术对于化学理论与实践研究，对于整个化学工业的发展，乃至人类社会的发展，有着至关重要的作用。催化剂是造福全人类的科学技术。

作者： rabyan

10月23日是什么纪念日？这问题，恐怕绝大多数人都回答不上来。细心的人或许还会去翻翻日历，寻个究竟。当天，科学松鼠会的一条微博揭示了真相：“10月23日早晨6：02到傍晚6：02间属于‘摩尔日’，一起来纪念当年的意大利化学家阿伏加德罗……”

“你曾经对我说，10月23是摩尔日，摩尔这东西我明白，但摩尔日是什么？”本着“内事不决问百度，外事不决问谷歌”的精神，我上网搜了一下，终于弄明白：“摩尔日是一个流传于北美化学家间的非正式节日，通常他们在10月23日的上午6:02到下午6:02之间庆祝。”

物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，摩尔是物质的量的单位。1 摩尔任何物质中都含有阿伏加德罗常数个微粒，而阿伏加德罗常数的近似值为6.02×10²³ 。根据阿伏加德罗常数的数值，10月23日就成了“摩尔日”，而6.02更是被创造性地移植成6：02。

化学是一门严谨的科学，但化学绝不是刻板的代名词。既然周其凤校长都能高歌一曲《化学是你，化学是我》，网友们以这样娱乐化的庆祝方式纪念“摩尔”倒也并无不可。至少，它让更多的人了解了“摩尔”以及阿伏加德罗。

“阿伏加德罗常数”以阿伏加德罗冠名，但阿伏加德罗并非该常数的所有者。阿伏加德罗（Ameldeo Avogadro,1776～1856）是意大利著名的物理学家、化学家，他的最大贡献，是提出了分子假说。

一、阿伏加德罗与分子假说

分子是构成物质的一种微粒，这在现在是众所周知，不过，这一理论的提出、并被人们接受，经历了漫长而曲折的过程。

19世纪初期，英国化学家约翰·道尔顿在他的皇皇巨著《化学哲学的新体系》中，阐述了他的原子论，其中的要点主要有三方面：①元素都是由非常微小的、不能再分的微粒组成，这种微粒称为原子。原子在一切化学变化中都不能再分。②同种元素的所有原子，其质量和性质是相同的；不同元素的原子，其质量和性质都不相同。原子的质量是元素的基本特征之一。③不同的元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。化合物的原子是复杂原子，其质量等于组成它的各原子的质量之和。

尽管无法亲眼看到原子，很多信奉眼见为实的科学家还将信将疑，但原子论的确能完美地解释当时的许多科学事实——比方说质量守恒定律、倍比定律等——所以很快就被主流的科学所接受。只是，道尔顿的原子论刚火热了没多久，就有人来“砸场子”了。此公就是法国化学家盖·吕萨克。

盖·吕萨克一生建树众多，涉足的研究领域也很广，而他有一个最大的优点，即酷爱实验，而且精于实验。他的许多研究成果，直接来源于他的精确的实验。1809年，在对大量气体反应进行测定的基础上，盖·吕萨克在他的那篇著名论文《论气体物质彼此化合》中总结出了一条经验规律：当气体互相化合时，各气体的体积成简单的整数比（当然，需要在同温同压下）。

大量的气体化合反应（其实不仅仅是化合反应）都支持这一规律。比方说，氢气与氧气化合成水蒸气时，其体积比为2∶1∶2；氢气和氯气化合成氯化氢气体时，其体积比为1∶1∶2；氮气与氢气化合成氨气时，其体积比为1∶3∶2。这样的例子举不胜举，再写下去有骗取稿费的嫌疑了，打住。

而同时，盖·吕萨克为配合原子论，提出了“在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子”这一假设。按常理说，气体化合反应，各气体体积成简单整数比，是对道尔顿的原子学说——不同的元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物——的一个强有力的证明，理应得到道尔顿的认可和推崇。不想，马屁拍在了马脚上，道尔顿一点也不领情，反而认为盖·吕萨克是在拆他的台。

下面就以氢气与氧气化合成水蒸气这一反应为例。2体积氢气与1体积氧气化合生成2体积水蒸气，可以推论得到2个氢原子与1体积氧原子反应得到2个水蒸气原子（道尔顿称其为复杂原子）。

很明显，如果反应是照左图所示进行的话，那么每一个水蒸气原子，必然是由一个氢原子和半个氧原子组成的！半个氧原子，开玩笑，“原子是构成物质的最小微粒、不可再分”可是道尔顿原子论的核心！“把原子劈开，你好大的胆子！”（此处为杜撰的道尔顿的心理描写）而事实上，根据盖·吕萨克的实验，不仅要一分为二，有些反应中原子甚至要一分为三……谅道尔顿脾气再好，也无法接受这一切。况且他的脾气并不咋地。

分歧之下，盖·吕萨克自然坚持己见。有点恼羞成怒的道尔顿指责盖·吕萨克的实验可能做得不准确，导致实验数据有误。这玩笑开得有些大了，说盖·吕萨克做实验不严谨，就类似于说关云长武功差、博尔特跑得慢、爱因斯坦不聪明、比尔盖茨穷光蛋一般。

为了调和道尔顿和盖·吕萨克的矛盾，阿伏加德罗“粉墨登场”，抛出了他潜心研究得出的理论——分子假说。

阿伏加德罗认为：第一，气体并非由原子直接构成，而是由分子构成。分子是构成气体的基本结构单元。气体单质大多数是双原子分子，如氢分子由两个氢原子组成，氧分子由两个氧原子组成，氮分子由两个氮原子组成（当然也有例外）。气体化合物则是由不同的原子构成分子。第二，同温同压下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子（这后来被称为阿伏加德罗定律）。

这样一来，氢气与氧气化合成水蒸气的反应中的死结就迎刃而解。即氢分子由两个氢原子组成，氧分子由两个氧原子组成，水蒸气分子由两个氧原子和一个氢原子组成。如下图所示：

这样即没有让原子莫名其妙地分裂，氧原子的一半，永远还是另一半“不可分割的一部分”，而同时也能完美地吻合盖·吕萨克的实验结果。不料，这个论断虽然帮得了道尔顿和盖·吕萨克，却得不到大多数科学家的认可。因为分子这玩意儿，以当时的认知，是不可能存在的。当时正是贝采利乌斯的“电化二元论”盛行之时。“电化二元论”认为：每个原子都带有正负两种电荷，例如氧原子有极强的负电性，金属原子（如钾原子）有极强的正电性。化学反应，其实是正负电荷之间的相互吸引。（电化二元论的核心内容还有很多，此处不展开）两个同样带负电性的氧原子结合在一起构成分子，是难以想象的。电化二元论能比较完美地解释电解反应、酸碱中和反应等过程，又很容易理解和接受，所以风靡一时。但电化二元论也有其局限性，在同种原子能否构成分子这个问题上，电化二元论纯属“误导”。（直至20世纪初期，美国化学家路易斯创立了共价键理论，揭示了原子间通过共用电子对构成分子的方式，才比较好地解释了气体单质分子是如何构成的）

科学往往是这样。某些事实超出当时科学家们的认知范畴，就会被认为是不合理的，只有经过科学技术不断发展，认知不断进步，才会逐渐闪烁出其光芒。又如，卢瑟福通过α粒子散射实验，确定了带正电荷的质子集中于原子中心极其小的体积内（原子核内）。不过，那些带正电的质子被束缚在空间极其狭小的原子核内，按当时经典物理学的理论来看，一定是不稳定的。但原子并没有因此而时不时地“自爆”，相反，大多数原子都寿命极长。或许，人的一生对于原子而言，只是打个哈欠而已。

言归正传。真理有时候会被埋没很长时间，但终究会被重新发掘出来，并大放异彩。阿伏加德罗的分子假说没人在意，但科学界的矛盾却日益加剧。因为对于气体物质构成的错误认识，使得原子量的测定的数值、物质的表示方式极其混乱，每个人都自成一套体系，并不买其他人的账。

真相就要大白于天下了。在1860年德国卡尔斯鲁厄召开的国际化学会议上，散发了一本由意大利化学家康尼查罗写的名叫《化学哲学教程提要》的册子。这本册子就阿伏加德罗的分子假与盖·吕萨克的气体化合定律的关系进行了阐述，据理力争说明了分子假说具有坚实的实验基础；而更多实验事实（如有机取代反应）证明了电化二元论有比较大的局限性，原来横亘在分子学说面前的大山被搬开；同时，康尼扎罗还根据分子假说测定了不少化合物的相对分子质量，在此基础上，指出了测定相对原子质量的合理的方法，并确立了书写化学式的原则。《化学哲学教程提要》厘清了当时存在的一系列模糊和错误的认识，顿时使许多问题豁然开朗。自此，分子假说成为了分子学说，人们对物质微观世界的认识也由此前进了一大步。

时至今日，没有人会怀疑分子的存在，布朗运动为你揭示了分子的热情与活力，而借助于STM，更是能够一睹分子的风采。但我们仍应看到，分子假说的建立经历了太多的曲折。其最终的胜利，亦是来之不易。

二、摩尔与阿伏加德罗常数

在学数理化的过程中，经常接触到各种定理、定律、单位，这其中很多都是由科学家的名字来命名的。比如说：牛顿定律，欧姆定理，薛定谔方程，压强的单位是帕斯卡，功率的单位是瓦特。

摩尔是物质的量的单位。叫摩尔的名人可不少，英特尔公司创始人之一戈登·摩尔就提出了揭示了信息技术进步的速度的摩尔定律。黛米·摩尔则是美国著名影星，出演了《人鬼情未了》等名作。不过物质的量的单位摩尔，可不是以哪个科学家的名字来命名的，它源于拉丁文mole，表示大量、堆积的意思。

1971年10月，第14届国际计量大会决定增加摩尔作为第七个国际单位制的基本单位。大会定义了：“摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳—12的原子数目相等。”“在使用摩尔时应予以指明基本单元，它可以是原子、分子、离子、电子及其他微粒，或是这些微粒的特定组合。”物质的量为1摩尔物质，所含基本单元的数目，即0.012kg碳—12中所包含碳原子的数目，称之为阿伏加德罗常数。

阿伏加德罗常数，当然不是因为由阿伏加德罗测定得到而得名。这来自于法国物理学家让·巴蒂斯特·皮兰。也许是出于对阿伏加德罗的崇敬，皮兰提议用阿伏加德罗数这个名称（后来改成阿伏加德罗常数），来表示1摩尔分子氧气（约32克）中所含有的氧分子数。（克分子是以前所使用的一个定义，当物质以克为单位计量质量的数值等于其相对分子质量时，该些物质就是1克分子，等同于现在所说的1摩尔）。同时，皮兰还致力于用科学实验测定阿伏加德罗常数的值，并因为这些研究而获得了1926年诺贝尔物理学奖。

阿伏加德罗常数因为能将宏观（比如质量、体积等物理量）与微观（即所含的分子数）等联系起来，所以在科学研究上是一个很有用的常数。所以，精确测定阿伏加德罗常数意义重大，也是一些科学家孜孜不倦研究的方向。

那么，阿伏加德罗常数是如何得到的呢？拍脑袋想当然是想不出来的。那么，制取1摩尔氧气，然后一个一个地数分子？别吐槽了，我只是开个玩笑罢了。阿伏加德罗常数的测定方法大致有布朗运动法、油滴法、电量分析法、X射线晶体密度法等等。如果你有兴趣的话，自己在实验室里也可以测定阿伏加德罗常数。

按图示装置连接，进行反应，就可以测定阿伏加德罗常数。需要记录的数值有：电流强度I、电解的时间t、阳极铜片反应后质量的减少值△m（或阴极铜片反应后质量的增加值△m）。然后根据公式NA=63.5It /

(2×1.6×10^-19 ×△m)即可计算得到阿伏加德罗常数。其中63.5是铜的相对原子质量，1.6×10^-19 是电子的电量。当然，要想精确地完成这个实验，并不是那么简单的。比方说，电路中需要连接一个滑动变阻器，以保证电解过程中电流强度保持恒定；铜片在电解前需要进行预处理，电解后称量前也要进行处理，并要确保称量的精确；电流要进行控制，电流太大的话，阴极铜沉积疏松，不利于称量，等等。当然，受制于实验仪器测量精度的限制，该实验即使进行得再完美，得到的阿伏加德罗常数也会有比较大的误差。

目前国际上最精确地测定阿伏加德罗常数的方法当属X射线晶体密度法。该方法采用单晶硅球作为测定对象。其计算的依据很简单，即NA=单晶硅球的摩尔体积/平均每个硅原子的体积。没看错吧，就那么简单：数量=总体积/单位体积。不过，实际的测定过程，却是异乎寻常地“高标准严要求”。

首先，对单晶硅球的要求极高，要求单晶硅球的杂质含量极少、晶体结构几乎没有缺陷（或者缺陷极少）。当然，完全不含杂质和没有结构缺陷是不可能的，所以就要对单晶硅球的杂质含量和结构缺陷进行分析，了解不同的杂质含量和结构缺陷对单晶硅球密度的影响，这样才能精确地测定得到单晶硅球的密度。第二，如何测定1摩尔硅球的体积，也是很关键的。理论上来说，硅球的摩尔体积=硅的摩尔质量/硅球的密度，而硅的摩尔质量与其相对原子质量在数值上相等。硅的相对原子质量不是28（实际计算时应取精确值）吗？这当然没错，但放在如此精确的测定实验中，就有问题了。这是因为硅有三种天然同位素，Si28，Si29，Si30，硅的相对原子质量取决于这三种同位素在硅材料中的相对含量。因此，精确测定硅的相对原子质量，“看上去很美”，实则艰难异常，目前仍是制约阿伏加德罗常数测定精度的瓶颈之一。第三，测定平均每个硅原子的体积，实际上是测定硅晶体每个晶胞的体积，然后根据平均每个晶胞中含有的硅原子数（8个），折算出每个硅原子的体积。实际测定时，通过X射线衍射来测定硅晶体的晶格常数，进而得到单个晶胞的体积。

测定得到了单晶硅球的密度、硅的相对原子质量（摩尔质量）及单个晶胞体积，可以很方便地求算出阿伏加德罗常数的值。根据“国际阿伏加德罗协作组织”2011年发布的数据，阿伏加德罗常数最新的测量数值为 6.02214078(18)×10²³ mol-1。从历史发展来看，这个数据已经相当精确了。不过，就像大多数科学研究一样，只有更精确，没有最精确，不是吗？