李啟翔
有這樣一種元素,它與我們的關(guān)系十分親密,是人體必需的元素,在人體內(nèi)含量豐富。有了它,我們的生活才變得有滋有味,我們的肌肉才變得有力氣??梢坏z入過量,它又會為健康帶來負(fù)擔(dān)。它就是與我們一日三餐都要見面的鈉元素。
從一抹咸味開始
鈉元素在人類悠久的歷史長河中,有著十分強(qiáng)烈的存在感。其中與人們生活最息息相關(guān)的,就是我們烹飪食物時為了使飯菜更美味而添加的食鹽——氯化鈉。
氯化鈉是一種天然礦物質(zhì),廣泛存在于大自然中,因此人類并不需要生產(chǎn)食鹽,只需要將它分離出來。古人們探索出了各種各樣獲取食鹽的方法,包括煎煮海鹽、挖掘井鹽、開采礦鹽和晾曬湖鹽等。
雖然鹽并不稀缺,但歷史上許多國家都將食鹽視為戰(zhàn)略資源和經(jīng)濟(jì)命脈,對鹽征收賦稅,因?yàn)辂}是人們最基本的生活必需品。古人甚至?xí)榱他}而發(fā)動戰(zhàn)爭,就像今天為了石油發(fā)動戰(zhàn)爭一樣。
“蘇打”兩兄弟
鈉的英語名叫Sodium,來自阿拉伯語suda,意思是頭痛。那時的人們認(rèn)為含有鈉的化合物的水溶液,也就是“蘇打水”可以緩解頭痛。
而鈉的元素符號則是Na,元素名為Natrium,源于古拉丁語。而在象形文字中記載,它是古埃及人制造木乃伊的一種關(guān)鍵原料,可以吸水、殺菌。后人經(jīng)過考證,這種原料很可能是碳酸鈉。
碳酸鈉,俗稱“蘇打”、純堿,是一種透明或白色的晶體,在自然界中廣泛存在。古人很早就發(fā)現(xiàn),碳酸鈉可以用來制作清潔劑,具有很強(qiáng)的去除油污的效果。碳酸鈉還是制作玻璃的重要原料。
碳酸鈉吸水后,會變成碳酸氫鈉,俗稱“小蘇打”。小蘇打和鹽一樣,是廚房的??停藗冇盟鼇碜霭l(fā)酵粉,使面粉等食材變得蓬松。我們平時喝的蘇打水,吃的蘇打餅干,也是用小蘇打制成的。在醫(yī)學(xué)上,醫(yī)生也用它來中和胃酸,治療胃病。
在水中也能閃耀
雖然人類利用鈉元素的歷史很長,但單質(zhì)鈉的提取也經(jīng)歷了一段復(fù)雜的過程,直到1807 年,著名的英國化學(xué)家戴維經(jīng)過多次嘗試,終于通過電解氫氧化鈉的方法,提取得到單質(zhì)鈉。
鈉單質(zhì)難以提取的原因,與鈉元素活潑的性質(zhì)不無關(guān)系。鈉元素和之前介紹過的鋰元素一樣,屬于堿金屬元素,其共同點(diǎn)是原子的最外層只有1 個電子,因此非常不穩(wěn)定,容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。將鈉金屬放在空氣中,會迅速因氧化而表面變得暗淡。
將一小塊鈉單質(zhì)扔到水里,可以發(fā)現(xiàn)一顆熔化的小球在水面游走,如同在水面上“跳舞”,不時還會冒出一些小火花。點(diǎn)燃鈉單質(zhì),你會看到黃色的火焰,因此它常常被用來制作黃色的煙花。
奔向大海的鈉
鈉元素在自然界中含量十分豐富,在地殼中的含量位列第六位。雖然陸地上也有許多鹽礦,但大海才是鈉鹽當(dāng)之無愧的大本營。為什么海里會有那么多鹽呢?
在陸地上的河流注入大海之前,它們流經(jīng)了許多地方,沿途河水不斷沖刷地表的巖石,帶走巖石中的鹽分,最終去往大海中沉積下來。
太陽的照射和風(fēng)的吹拂,會不斷將海里的水分蒸發(fā),在陸地形成的降雨繼續(xù)攜帶鹽分注入海洋,循環(huán)往復(fù)。
海底的火山噴發(fā)、地震等地質(zhì)活動,會帶來地殼中的鹽分。
不止是有滋味
我們說,鹽在人類社會中的地位十分重要,這不單是因?yàn)槲覀冋{(diào)味離不開它,更主要在于鈉元素是人體必需的物質(zhì),在人體運(yùn)行中扮演著重要的角色。
當(dāng)鹽隨著我們吃下的食物被身體吸收,鈉元素就以鈉離子的形式存在于我們的體液中。鈉離子可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外液體的平衡。當(dāng)鈉太多時,液體就從細(xì)胞內(nèi)往細(xì)胞外滲出,可能會引起身體水腫;當(dāng)鈉太少時,液體就從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),可能引起循環(huán)衰竭。
古人除了用食鹽作為調(diào)味劑外,他們還發(fā)現(xiàn)通過鹽腌食物,可以保證食材在長時間內(nèi)不腐敗。
原理也是大量的鈉離子,會奪走微生物細(xì)胞內(nèi)的水分,在高鹽條件下,大多數(shù)細(xì)菌、真菌和其他潛在的病原微生物都無法生存,食材也就不容易變質(zhì)了。
鈉離子對維持正常的神經(jīng)和肌肉功能也十分關(guān)鍵。你或許聽說過河豚美味,但食用卻容易中毒,其原理正是由于河豚毒素會阻止鈉離子進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞,最終抑制肌肉收縮,導(dǎo)致肌肉麻痹。
鈉元素的這些功能, 對許多動物來說也是必需的。因此野生動物會自發(fā)從自然界中的土壤、水體和食物中尋找咸味的物質(zhì)來補(bǔ)充鹽分。或者正是出于對鈉的需求,人類和一些動物才在進(jìn)化中獲取了嘗出咸味的能力。
課堂內(nèi)外·初中版(科學(xué)少年)2024年5期