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杂说生活中的硫 精选

已有 6064 次阅读 2022-5-4 08:35 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

杂说生活中的硫

中学生读化学,接触到硫元素,印象最深刻的大概是硫化氢,书上说它有臭鸡蛋味。中小学教科书上给青少年说美丽芬芳的东西多,说臭味的实在很少,所以,硫化氢一定给中学生留下终身难忘的印象。

鸡蛋放时间一长,确实会臭,那是臭鸡蛋中生成了硫化氢。硫化氢是含硫的有机物发生化学反应的结果。这说明鸡蛋里有硫元素。

鸡蛋里的硫元素在哪里呢?

除了水,鸡蛋里面最多的物质是蛋白质。蛋白质是生物大分子,由数以千百计的氨基酸组成。而组成蛋白质的这些氨基酸的种类大体上只有二十种,蛋氨酸和半胱氨酸是其中之二。

看蛋氨酸这个名称就可以知道,肯定在鸡蛋里会有。蛋氨酸又称甲硫氨酸或甲硫基丁氨酸,即丁酸上有一个氨基和一个甲硫基,也就是说,蛋氨酸中有硫原子。

半胱氨酸也是一种重要的含硫氨基酸。它是丙酸中有一个氨基和一个巯基。

巯基,-SH,是氢原子和硫原子组成的基团。这个巯字是化学家造出来的,半个氢字,半个硫字。其读音是氢字的声母加硫字的韵母,读为“求”qiu2(同样,羟基-OH是氢原子与氧原子组成的基团,羟字是半个氧加半个氢,氢的声母加氧的韵母,读为“强”qiang3)。

一个鸡蛋包含了一只小鸡的全部化学物质,组成高等动物的化学物质基本相似。在我们人类的蛋白质中,蛋氨酸和半胱氨酸也是重要的组分。

组成蛋白质的二十种氨基酸中,有八种是我们在体内无法合成必须从食物中获取的,称必需氨基酸。蛋氨酸就是一种必需氨基酸。半胱氨酸则可以在体内由蛋氨酸转化而得到。所以我们的食物中不能缺少蛋氨酸。

对于奶类、蛋类和肉类(包括禽类、兽类、鱼类等)这样的食物,蛋白质中的必需氨基酸含量全面,而且大体与人体需要的各种氨基酸的比例相符。当然,其中蛋氨酸含量也相对丰富。

蛋白质是由千百个各种氨基酸按一定的次序连接起来的,但是这些氨基酸还必须在确定的位置按照确定的方法“折叠”成确定的形状,就像我们的毛线要以一定的针法织出一定的花样一样。织毛线是用毛线针把毛线穿来绕去才不至于散开了的,氨基酸组成的链(被称为肽链)在折叠的时候,不同氨基酸上的基团也有相互作用。而某两个氨基酸上的巯基接近时可能会形成二硫键(-S-S-),这就使得这些肽链会折叠成不容易散开的确定的结构和形状(称为蛋白质的二级结构和三级结构),当然,在这个过程中,很多羟基也有其各自的作用。

因此,硫元素在形成蛋白质的过程中,有着非常重要的作用。

这也使得我们身体中的每一个细胞中都含有硫元素。

我们人体内还有一种重要的含硫氨基酸,牛磺酸。虽然牛磺酸并不是蛋白质的组成部分,但是它们游离在我们身体一定的器官中。脑、肝脏、眼睛的各个组织如视网膜等都有大量的牛磺酸游离存在。牛磺酸有着非常广泛的生理功能,它对于婴儿脑和神经组织的成长起着特别重要的作用。

硫胺素是一种含硫的维生素,它在我们体内的糖代谢的过程(这是给我们身体各种组织提供能量的最重要过程)中起着重要的作用,被称为维生素B1。维生素B1是一种水溶性维生素,动物的肌肉组织和蛋类都富含维生素B1,植物种子的外皮和胚芽中,如米糠和麸皮中维生素B1含量较多,在酵母菌中含量也极丰富。

从上面这些叙述中可以看出,硫元素在我们生物体内的作用是多么不可或缺,它也是生物体内最重要的元素之一。我们获取硫元素的主要途径就是在食物中的蛋白质。

动物性食物中有大量的优质蛋白质,植物性的食物中也有不少蛋白质。大豆等豆类食物中含有蛋白质是众所周知的事实了。水稻、小麦等粮食作物中也有一些蛋白质,提高这些谷物中的蛋白质含量,是一件非常有意义的工作。

大家都知道小麦粉即面粉有高筋、中筋、低筋之分,三类面粉各有其长处,用途并不相同。面筋的主要化学成分就是蛋白质。

吃面条一般都喜欢“经嚼”一点的(现在很多人所写的“劲道”可能是“经嚼”之讹),怎么使得面条能够经嚼呢?这与面粉的品质(面筋要多一些)与“和面”的过程有关。

当我们加水和面时,不同的蛋白质分子之间就会拉起手来,形成一张大网,而面粉里的淀粉、脂肪分子也都嵌入到这张大网之中,形成巨大的淀粉-蛋白质-脂肪复合物。蛋白质“拉手”只是一个形象的比喻,实际上是通过不同分子间的二硫键即-S-S-而发生的交联。

在组成面粉中的蛋白质的氨基酸中,含有少量的巯基-SH,在加水及和面的过程中,某些巯基被氧化(被氧化可以理解为失去H),于是形成了上面说到的分子间的二硫键-S-S-。

我们在和面的过程中,需要把面团放置一定的时间,这就是所谓“饧面”(饧,音xing2)。在饧面的时候,更多的巯基-SH被氧化,生成二硫键-S-S-。这样,这张网就“收紧”了些,也就使面团较为经嚼了。

鸡蛋的蛋白质中富有蛋氨酸和半胱氨酸,有巯基-SH。当和面时打入鸡蛋,鸡蛋中的蛋白质可以通过二硫键与面粉中的蛋白质一起生成上述蛋白质-淀粉-脂肪的大网,使得面团的起筋更加好。

既然在食物中含有硫元素,毫无疑问,也会有一些硫元素会排泄或排遗出去。

我们的食物中,碳水化合物和脂肪一般都可以消化吸收,最后的代谢产物是二氧化碳和水,都没有什么不好的气味。而含有氮、硫等元素的蛋白质的消化或代谢产物在排出体外时则往往会有令人不快的气味或者说有臭味,含氮的化合物如氨类、吲哚类等,含硫的化合物如硫醇类、硫醚类等。

人类之所以会对这些化合物的气味产生强烈的不愉快感觉,是因为它提示我们,有这种气味的东西是被我们消化过的,有用的成分已经被吸收了,它们对我们是没有营养的,是渣滓。这是生物进化的结果。

硫醇是非常臭的。我们知道,酒的有效成分是酒精也就是乙醇。如果把乙醇中的一个氧原子换成硫原子,那就是乙硫醇了。乙硫醇是世上最臭的气体之一,倘若空气中仅含五百亿分之一的乙硫醇,其臭味就可嗅到。

这些臭气确实非常讨厌,我们很不喜欢周围的空气中有这些气味。不过,这些极臭的气体在我们身边也有它们的用处。我们使用煤气和天然气作为燃料。水煤气中含有一氧化碳和氢气,天然气中主要是甲烷,这些气体都没有气味,一旦泄露出来,容易引起爆炸,造成极其严重的后果。这样,人们就在这些燃气中放置极少量的乙硫醇之类的臭气。一旦燃气泄露出来,人们闻到臭味,就可以立刻采取措施了。由于这些“臭味剂”放得极少,经过燃烧之后变成二氧化硫并不会对空气产生多少污染。

硫的单质是黄色的固体,古人就把它称为硫磺。古人把硫磺、木炭和硝石(即单质硫、单质碳和硝酸钾)混合在一起,这就是黑火药。古人也把它用在战争中,在冷兵器时代,这样的黑火药还是很厉害的。黑火药现在还被用来做爆竹。

橡胶制品是我们生活中的一类重要物质,我们的鞋底、各种车辆的轮子,都是橡胶制品。橡胶取自橡胶树,其化学成分为聚异戊二烯。可是从橡胶树上割取的树汁处理后做得到的橡胶,其性能并不好。这种初级的生橡胶受热变软,遇冷变硬、发脆,不易成型,容易磨损,易溶于汽油等有机溶剂,容易老化。人们把生橡胶做硫化处理,成为硫化橡胶,性能就得到了极大的改善。聚异戊二烯分子是很长的链状分子,硫化后,二硫键把聚异戊二烯分子并排交联起来,这就大大改善了橡胶的性能。轮胎、鞋子等所用的橡胶都是硫化橡胶,至于黑色,那是因为需要耐磨而填充进去了炭黑。

说到黑,人们就会想起煤。一般认为煤是由许多年之前的植物形成的,所以煤里面也总含有一定的硫元素,有些煤中间硫的含量还很高。人们燃烧煤,煤中间的碳元素生成二氧化碳,氢元素生成水蒸气,硫元素则生成二氧化硫。

二氧化硫是我国的主要大气污染物之一。二氧化硫分子遇水分子生成亚硫酸,有的还能够进一步被氧化成硫酸。这对于人们的呼吸系统会造成很大的危害。

当大气中二氧化硫的浓度比较大的时候,溶解在雨水中,雨水就呈酸性。在我国,由于煤是最重要的燃料,酸雨也就比较多。特别是在我国的南方,酸雨区的面积很大。酸雨危害农作物、危害森林,酸化土壤,使得土壤中的营养流失。酸雨使得地面建筑物和其他设施损坏,金属腐蚀锈蚀,是一种有人类因素参与的灾害。我们应当尽可能少地把煤直接作为燃料使用。






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