化学,敌人还是朋友? | 戴伟

化学是唯一一个能合成新的物质的学科,它对能源,对环境,对材料,对生命都有很大的贡献,也会激发人类发挥自己的创造能力。

2020年12月26日,“科普中国-我是科学家”第31期“科学真好玩”演讲现场,北京化工大学特聘教授、英国皇家化学学会北京分会主席戴伟带来演讲:《人类的过去、现在和未来,化学无处不在》。

戴伟演讲视频:

以下为戴伟演讲实录:

2020.12.26 北京

各位朋友,Good afternoon。

今天我想讲,化学跟你的生活有关系吗?

化学肯定跟我的生活有关系。我会化学,还有很多人说,我跟中国有化学反应。因为我第一次来中国是1987年,而且从1996年到现在,我一直在北京化工大学跟段雪院士合作,我们研究方向是无机材料。

但是我跟中国的渊源可不止这30多年。

十一二岁的时候,我有两个爱好,都是好奇心推动的。第一是化学,因为通过化学实验,我可以加入神秘的化学世界。第二个爱好,就是中国。50年前,国外几乎没有关于中国的新闻,这么大的国家,这么多人,我们却一点都不了解。好奇心让我对中国产生了兴趣,我对中国的了解始于50年前看《北京周报》。

好奇心让我通过化学实验开始爱化学,所以现在我们做一个实验好吗?

如果你看过我在网上的视频,能看到我每次除了穿白大褂,还戴护目镜,因为安全第一。

你们今天早上刷过牙没有,这么多牙膏够了吗?太多了是不是。但如果是给大象刷牙,这恐怕不够。所以我们看,能不能通过化学反应给大象做足够的牙膏。

这个化学反应怎么做?我们先把过氧化氢,也就是双氧水倒进瓶子里。这个化学反应是什么?化学的“化”是变化的“化”,所以化学变化是让一种物质或者多种物质变成新的物质。第一个物质是过氧化氢,已经在瓶子里了。第二个物质,这个白色的固体是碘化钾,让它完全溶解于热水。为了好看,在不影响化学效应的前提下,再加一些色素让牙膏变成绿色。

把它们放在一起,我们看看能不能把化学反应出来。开始!我想大象应该很满意。

这个化学实验是怎么做的?

我们把过氧化氢分解变成水和氧气,这个反应会放热,所以一部分的水变成水蒸气,水蒸气和氧气出来了。

为什么有这么多泡泡呢?因为做实验之前,瓶子里面放了洗洁精。但是要想一想,加了碘化钾之前,这个化学反应的速度其实非常慢。所以碘化钾是一个催化剂,它会把化学反应速度变快。

这个反应好看不好看?但是,恐怕很多人听到化学不会想到好看。很多人跟我说,你的化学不危险吗?毕竟,化学是污染,化学是爆炸,化学是有毒。

真的这么可怕吗?

英国人的预期寿命,150年前是40岁左右,现在是80多岁,中国人的平均寿命也差不多。是不是如果我们能排除化学的不良影响,我们都能活到100岁?!是这么简单吗?

这三个问题谁解决了呢?都是化学家。

饮用水不卫生是化学家解决的。他们用氯气和别的漂白物质,把饮用水变得干净能喝。

营养不良也是化学家解决的。化学家哈珀和博施通过一种催化剂,利用空气中的氮气和氢气成合成氨,变成氮肥。现在很多人说我不要化肥,我要绿色食品就行。你可以这样说,但是如果全球的所有的人都说,我不要化肥我只吃绿色食品,70%的人就饿死了,粮食根本不够。

第三,传染病,这个问题谁解决?也是化学家,他们发明了各种各样的新型抗生素。我想起两年之前,我得了很严重的肺炎,医生给我开了两种抗生素。如果没有这两种抗生素,我估计我今天下午就不在这里了。所以我非常感谢发明抗生素的化学家。

所以不能说,如果没有化学时我们都能活到100岁!相反,没有化学我们的寿命还要短很多。

不过现在我们不追求寿命了。大部分的人的目标不是要活到180岁,让寿命再上一层楼。我们追求的是什么?是生活质量。化学会帮助我们吗?

举个例子,我们现在都离不开手机。我们元素周期表上有118个元素,在地球上可以用的天然元素有90种左右。你的手机里面就有40多种元素,接近元素周期表的一半。但是,不是这些元素, 是含这些元素的化合物,这些先进材料,都是化学家发明的。所以如果没有化学家发明这些材料,你就没有手机,一个微信也发不了。

化学非常重要,但是现在我们要注意到,因为资源有限,有的元素量是非常少的。举个例子,你需要铟,因为你的手机中的导电玻璃都利用了一个含铟的化合物——氧化铟锡。但是铟非常少,所以现在我们不能浪费。

现在化学家也在尝试利用丰富的资源,代替比较稀缺的元素。这是化学的一个重要目标,用丰富的元素,继续研发更好的材料。

化学家发明的另一种物质,今年我们应该重新认识它。

原来提到塑料,很多人会说不好,这是白色污染。但今天我们能看到,如果化学家没有发明各种各样的塑料,那我们的防护设备都从哪来?所以我们要重新认识到这点。

科学家的成果一般都要在学术期刊上发表。有两个最有名的学术期刊,一个是Nature,中文名是《自然》;一个Science,也就是《科学》。我应该说NatureScience还好,因为Nature是英国的,Science是美国的。开个玩笑,其实都很好,每次都有很多有名的文章。

也许最有名的是1953年——沃森和克里克提出的DNA的双螺旋结构模型,就发表在Nature上,这是人们第一次看到DNA的结构。

有人问Nature最有名的主编Sir John Maddox,Nature中百分之多少的内容是错的?

他是怎么回答的?是不是应该特别生气,我们可是Nature,我的学术水平一定是最高的,当然没有错误。相反,他说,All of it. 任何内容都是错的。因为科学在不断发展,我们不断有新的结果,有新的理论模型改变我们所谓的知识。

这应该能给你们年轻人很大的启发。如果我们现在的科学家什么都懂,那你们也不用学习科学,都出去玩儿吧。现实不是这样,科学家有很多不足,需要你们加入科学的世界,跟我们一起更深入地了解科学,纠正之前的错误。

所以这几年,我们在北京化工大学开始做化学科普的工作。今年我很荣幸地被邀请参加了科学家座谈会,有机会跟主席讨论科普的问题。主席也经常强调科普是非常重要,他说科技创新和科学普及是创新发展的两翼,所以我借这个机会感谢主席,给我们做化学科普的提供了支持。

我们建立了一个科普中心。虽然去了很多的地方,让孩子们跟我们一起做实验,包括在我们北京化工大学的科普实验室里,做科普实验。但是做的效率有点低。

现在,关于化学的谣言太多了。别人告诉你,你喝碱性水会抗癌症,一点科学道理都没有,喝普通的水就行。经常能看到广告说我们的洗发水、化妆品不含化学成分,这可能吗?水中肯定有H2O,你的洗发水没有H2O吗?

肯定有人说你知道我的意思,我说不含化学成分是没有人工的物质,都是天然的。但这个是一个基本的概念错误。所有的物质都是化学物质,但是就这么简单吗?天然的物质好,人工的物质不好,能这样分吗?

如果你想吃蘑菇,你去森林,最绿的蘑菇没有化肥,没有农药,你不是蘑菇专家你敢吃吗?吃一口,人就没了。所以,不能说天然的肯定是好的。

在我们的实验室,我们重视改善化学、化工的条件。

举一个例子,原来有化工厂要产生环氧丙烷,因为它有很多用途,像乳化剂、汽车的配件、泡沫材料都是利用环氧丙烷做原材料。原来的化工厂产生大量的污染,现在有新的方法。可以用刚才我们用的过氧化氢和丙烯,再加一个催化剂它直接会产生环氧丙烷。

副产物是什么?比如水,水会创造污染吗?不会,所以如果很多化工厂开始利用过氧化氢做清洁氧化剂,它可以让原来创造污染的化工厂变成清洁的化工厂。

但是需要大量的过氧化氢,过氧化氢是怎么生产的?化工厂是把氢蒽醌类化合物被空气中的氧气氧化变成过氧化氢。为了再生副产物需要利用催化加氢。最好的催化剂是钯Pd,但是钯是非常贵。不能用一大块钯,因为表面的钯原子可以做催化剂,里面的就作废了,所以必须把金属钯分散在另外一个固体里。

所以,在北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,我们研发了新的催化剂。现在,很多化工厂利用我们的催化剂产生大量的过氧化氢。他们可以把过氧化氢卖给另外的化工厂,这些化工厂可以利用的过氧化氢,让原来的污染化工厂,变成清洁化工厂。

我们希望为中国的环境做出一些改变,催化剂不仅有我们生产的这种,很多催化剂生活中也有,包括生物界的生物酶也都是催化剂。但是为什么钯催化剂这么好?因为它能让氢气分子会变成原子,而原子的活性更高。

戴博士实验室的基本原则,是要做实验。所以我想给大家再做一个实验。

用金属钯做催化剂,能不能提高氢气的活性?我们用氢气和氧气做一个简单的反应。

这个瓶子中有氢气和氧气,现在没有化学反应,但是我们要加催化剂。催化剂就是把钯分散在一个载体中。加了催化剂会不会提高反应速度呢?把瓶子打开,把催化剂扔进去。

“嘭!”

加了催化剂,反应速度会变快。

我希望大家能看到,化学是唯一一个能合成新的物质的学科,它对能源,对环境,对材料,对生命都有很大的贡献,也会激发人类发挥自己的创造能力。

但是我说的这个人类是谁?不仅是我们科学家,但是更重要的是你们,年轻人就是未来的科学家!

谢谢大家。

演讲嘉宾戴伟:《Nature中有多少的内容是错的?所有内容都有可能是错的》 | 摄影:VPhoto

作者:戴伟

监制:吴欧

策划:吴欧 麦芽杨

编辑:徐子婧

排版:雷昱儿 凝音

校对:夏晓茜

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