被諾貝爾“點石成金”的硅藻土
      • 來源:科普時報
      • 作者:郭梓陽 張育新
      • 2022-03-20 09:41

         邂逅新星


          “砰”,一聲巨大的爆炸聲之后,阿爾弗雷德·伯納德·諾貝爾望著遍地狼藉的實驗室,想起了因為它失去的親人。但在短暫悲痛之后,他仍然堅強地調整心情,收拾場地,重新踏上了對它的馴服之路。


          它是誰呢?為什么諾貝爾一定要完成對它的研究呢?答案是硝化甘油炸藥!早在1846年,意大利年輕的化學家索布雷羅發現,將硝酸與甘油混合在一起之后,如果遇到碰撞、加熱、壓力等不穩定因素就會發生爆炸,產生巨大的威力。在19世紀,威力巨大的爆炸物能夠為建橋筑路、礦山開采、開鑿運河等市政水利工程帶來極大便利,給予人們塑造自然的利劍,因此極具吸引力。但由于硝化甘油在被發明之初,其不穩定性帶來的巨大危險,當時甚至一度被認為是沒有實用價值的。但仍有大批學者涌入了對硝化甘油的研究之中,希望能將這頭仿佛能“吃人”的野獸完全馴服。


      左圖為阿爾弗雷德·伯納德·諾貝爾 右圖為硝化甘油結構式
      (圖片由作者提供)

          諾貝爾在法國巴黎研習化學時遇到索布雷羅,之后也對硝化甘油炸藥產生了極大的興趣,于是與父親和弟弟一起,研究將硝化甘油的爆炸性與安全可控性相結合的技術。他們通過實驗發現,誘發硝化甘油爆炸的兩個主要方法為加熱和碰撞,很快諾貝爾找到了可控誘發爆炸的方法,即利用普通的火藥作為引線點燃加熱硝化甘油,誘導其發生爆炸。他于1864年制作出了雷管,用來作為硝化甘油的引爆裝置。在不斷地探索研究后,諾貝爾通過給硝化甘油散熱降溫,使其溫度維持在一個較低的范圍內,能夠讓硝化甘油大量穩定的儲存。但是,硝化甘油仍具有不穩定性,使其試驗工廠發生了巨大的爆炸,導致父親重傷。諾貝爾承受著巨大的壓力,但隨著一樣東西的出現,這一切很快就發生了巨大的轉變。


          諾貝爾選擇的添加劑為硅藻土,它可以利用毛細效應將硝化甘油吸入體內空腔,以一種固態的方式保存硝化甘油,極大地提高了硝化甘油的穩定性,并且它能形成一種容易處理的固體塑膠炸藥。它的爆炸力比同樣數量的普通炸藥大約高5倍。除此以外,這種軟塊還可以方便地包裝在炸藥紙筒里,做成各種想要的形狀。因為添加了硅藻土后顏色呈黃色,因此后來也稱其為黃色炸藥。1867年,經過長時間的推廣后,諾貝爾發明的硅藻土炸彈系列得到了用戶廣泛好評,成為當時歐洲社會爆破的必需品。諾貝爾也因此成為“炸藥大王”,他先后在20多個國家開設工廠、實驗室,積聚了巨額財富。諾貝爾留下遺囑,在他去世后,將他可兌換的財產用于設立基金會,用基金產生的利息每年獎勵給前一年在物理學、化學、生理學或醫學、文學、和平方面做出杰出貢獻的人,即舉世矚目的諾貝爾獎。


          那么,為什么硅藻土成為了破局的關鍵呢?這是因為硅藻土源于硅藻,是其死亡之后億萬年的遺骸。硅藻土具有形貌種類多樣、物理化學性質穩定、表面多孔內部空腔、比表面積大且吸附性強等諸多優點,再加上其質輕松軟,不占據過多有效質量。利用其多孔吸附性強的特點,能夠將硝化甘油吸入其空腔,降低硝化甘油之間的有效碰撞與摩擦,弱化其爆炸感度。同時硅藻土物理化學性質穩定,不會誘發爆炸。


          諾貝爾說:“引起我注意用硅藻土來制造黃色炸藥的原因,是當它干燥后的膨脹體積,經過試驗具有很大的多孔性。因此,黃色炸藥并不是偶然出現的,而是因為從一開始我就看到這種流體炸藥的不利方面,并且著手找尋一種克服這一缺點的方法?!?/p>


          硅藻土炸藥的發現,既不是意外也不是巧合,而是堅持、專注與勤奮的綜合結果。所有科學發現的基礎是對于本專業的熱愛與堅持,就像躺在土層中億萬年的硅藻土,能做的也只是靜候,如果等不來一位高超的“煉金術士”,也不能被“點石成金”,那么它終究是一堆不起眼的土而已。


          (第一作者系重慶大學材料科學與工程學院碩士生;第二作者系重慶大學材料科學與工程學院教授,博士生導師)

      責任編輯:于翔
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