化学科普：原始部落游历记(下)

一大早村中心的爆竹声不绝于耳，吵醒了熟睡中的兄妹俩，两人揉揉惺忪的睡眼趴在窗户上向外张望，村中心人来人往，各个喜笑颜开，颇有年节喜庆热闹的氛围，兄妹俩好奇地问妇女：“一早为何如此热闹呢？”妇女笑着答道：“昨天下了场及时雨，雷雨发庄稼，今年可以盼个好收成啦，大家都在庆祝。”大华灵机一动，想考考小雪，问道：“小妹，你可知为什么民间流传雷雨发庄稼的说法？”小雪胸有成竹地说道：“这就是自然固氮，在闪电的作用下空气中的氮气与氧气化合生成一氧化氮，由于一氧化氮不稳定继续与氧结合生成二氧化氮，遇到雨水生成硝酸与土壤中的矿物质相互作用，形成作物生长所需的氮肥，每年通过闪电固定大约900万吨氮(图1)[1]。”

大华点头道：“嗯嗯，孺子可教也。”小雪不服气地白了大华一眼，大华无视地继续说道：“雷蟠电掣云滔滔，夜半载雨输亭皋。旱禾秀发埋牛尻，豆死更苏肥荚毛。希望雷雨过后真如诗中所说千里沃野，一片丰茂。”妇女兴奋地看着雨，话也多了起来：“我们在播种前也会放火去烧野草，用余灰肥田，虽然不知道什么原理，但对小麦、油菜、红薯、烟草等农作物有明显的增产效果。”小雪抢先答道：“这个我知道，就是所谓的‘刀耕火耨’，火耨即用火烧去草，火烧后的草木灰是一种高效钾肥，除了供给土壤钾磷等多种元素外，还可降低土壤酸性，确实能促进一些农作物的生长。”妇女听着点点头，大华补充道：“这种原始的农业耕作方式，可是最早化学肥料的应用，人类真是充满智慧！”

兄妹俩还想继续讨论，妇女看看时间召唤着两人抓紧吃早饭接着赶路了。他们边走边听着阵阵的炮竹声，看着人们载歌载舞的热闹情景，甚觉美好。大华当下忍不住吟了一首王安石所作的《元日》：“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏。千门万户曈曈日，总把新桃换旧符。”接着说道：“这首诗歌描写了新春之际燃放爆竹，饮屠苏酒，换新桃符等民俗场景，也蕴含了化学知识，小雪可知炮竹发出清脆响亮爆炸声的原因呢？”小雪说道：“这可难不倒我，炮竹的主要成分是黑火药，其化学组成为硝酸钾、硫磺及木炭，当三者按一定比例混合加热会发生剧烈反应，气体体积急剧膨胀，压力猛烈增大，从而发生爆炸，瞬间释放巨大的能量。由此引起空气粒子的急剧运动，产生震耳欲聋的爆炸声(图2)。”

图1 雷雨发庄稼的示意图

图2 炮竹燃烧的示意图[2]

大华点头称赞道：“小雪博学，佩服佩服。”小雪得意地继续说道：“我对古代火药的发明极感兴趣，查阅书籍少许，有关知识还是略知一二的。你可知古代早期火药配方中的三黄所指什么？”大华说道：“我只知道硫磺，它的主要作用是降低燃烧所需的温度，使火药较快燃烧，同时硫也可以燃烧，提高火药的可燃性。它的另外一种与火有关的用途就是用于火柴，中国早期火柴的头部就包裹着一层硫，直至今日，安全火柴中依旧含有少量硫[1]。”小雪补充道：“另外的两种是雄黄和雌黄，都是重要的含砷化合物[3]。其中因为雌黄颜色金黄鲜艳，还可以作为颜料，用于书画。古人用黄纸写字，雌黄亦带黄色，所以写错了可用雌黄涂抹后进行改写，即为古代的修正液，‘信口雌黄’的成语也源出于此。”大华惊叹道：“原来是这样，增长知识了。”

小雪望着大华故作深沉意味深长地说道：“古代文明博大精深，后生还须继续努力学习传承啊。”大华苦笑地说道：“小妹教导的极是。要是有烟花就更好了，晚上在空旷之地放会很漂亮，更能助兴。”一旁的妇女听到了好奇地问：“什么是烟花？”大华解释道：“一些金属及其化合物在燃烧时会显示特别的颜色，如钠盐发黄光、锂盐显红光、钡盐是绿光，化学上称之为焰色反应[4]。可以利用这一原理，在制作火药的基础上混合这些物质制得烟花，烟花燃放时形态各异，色彩缤纷，使整个天空璀璨夺目(图3)，‘东风夜放花千树。更吹落、星如雨’。”

小雪说道：“这句诗妙哉妙哉，一簇簇的礼花飞向天空，然后像星雨般散落，将人们带入“火树银花”的美好景象遐想中。宋代诗人赵孟頫所写《烟火诗》中的两句‘柳絮飞残铺地白，桃花落尽满街红’也描绘了烟花燃放时的绚烂景象。”妇女羡慕地说道：“听着都感觉特别美好，真想亲眼看看啊！”兄妹俩应道：“等我们回去一定会再回来给你们带烟花，我们还要想想再带些什么宝贝。”妇女连连点头，继续赶路。

文章来源：《化学进展》 网址: http://www.hxjzzz.cn/qikandaodu/2020/0910/343.html