无声无息的暗地较量
枪炮、炸弹是我们能看到的武器，却还有一种武器是我们看不到的，它杀伤力更强，叫作“化学武器”。化学武器通常有毒，人们研究它，同时也敬畏、远离它。
看不见的武器
与枪支、炮弹这类在战场上常见的武器不同，有一种武器看不见，摸不着，却有极大的杀伤力。它本质上是某种化学物质，通过呼吸、皮肤接触、吞食或者辐射等方式作用于人体，对人体造成伤害，使人失去部分机能，因此，它也被称为“化学武器”。
化学武器最主要的性质，就是我们常说的“有毒”，这些有毒物质可以在短时间内迅速地让大批士兵失去战斗力。化学武器作为武器家族中重要的一员，曾经在人类历史上扮演过举足轻重的角色。
化学武器有多厉害？人们为什么研究它，害怕它，甚至抵制它？要回答这些问题，小朋友们首先需要了解什么是化学武器。
毒药之王——氰化物
提到有毒的化学物质，一定避不开大名鼎鼎的氰化物。18世纪初，德国人发现了一种重要染料——普鲁士蓝，由于它就是一种氰化物，故而氰化物的英文名称为cyanide，来源于英文中的“青色”“蓝紫色”这个单词。
氰化物的化学结构中都带有氰基（C≡N），氰基中的碳原子和氮原子之间有三个化学键相连，所以氰基非常稳定。因此在氰化物的化学反应中，氰基通常都作为一个整体而存在。
氰化物为什么有毒呢？其实，起毒害作用的主要是氰根离子（CN-），而致毒机理与人体内能量的代谢原理密切相关。
我们已经知道，人体内的各项生命活动都需要能量，这些能量来源于我们所吃的食物在体内进行的氧化反应。但是，氧化反应的发生需要一种酶的催化，这种酶被称为细胞色素c氧化酶。氰根离子进入细胞后，可以与细胞色素c氧化酶中的铁离子（Fe3+）牢牢结合（注意，此酶中含有的是铁离子，不是亚铁离子），使得铁离子（Fe3+）无法被还原成亚铁离子（Fe2+），从而使酶失去催化氧化反应的能力，由于氧化反应无法正常发生，人体就无法获得生理活动所需的能量，从而陷入化学窒息状态。
所以，在水中能解离出氰根离子的氰化物，都是有剧毒的，例如氰化钾、氰化钠、氰化氢等。不过，普鲁士蓝虽然也是氰化物，但由于其氰基与分子内的铁元素结合得十分紧密，很难解离出氰根离子，所以毒性大幅降低，作为染料是不会对人造成伤害的。
明白了氰化物的致毒机理，那么解毒方法也就不难想到了。氰化物的应急解毒物质是亚硝酸盐，没错，就是那种在剩饭剩菜中会大量产生，不能过多摄入的致癌物质。为什么亚硝酸盐可以解氰化物的毒呢？在《生命中的化学》第四章中我们已经介绍了亚硝酸盐的致毒机理，而给氰化物解毒利用的恰恰就是这个原理！
当人体摄入亚硝酸盐后，亚硝酸盐可以将血红蛋白里的亚铁离子氧化为铁离子，从而让血红蛋白变性成为高铁血红蛋白。虽然高铁血红蛋白失去了携带氧气的能力，但是高铁血红蛋白中的铁离子却可以抢夺本来附着在细胞色素c氧化酶上的氰根离子，从而让细胞色素c氧化酶恢复活性，这样也就解毒了。没想到血红蛋白以牺牲自我的方式化解了氰化物的毒性，也使得本来有毒的亚硝酸盐成了化解毒性更强的氰化物的解药，真是有点“以毒攻毒”的意味呀！
由于氰化物的剧毒性，在“二战”期间，德国纳粹就曾采用氰化物作为毒气对犹太人进行大规模的种族屠杀。欧洲大大小小的集中营里建有许多毒气室，数百万无辜的犹太人被送入毒气室，在痛苦中失去了自己的生命。讽刺的是，德国纳粹使用的氰化物毒气的发明者——德国化学家弗里茨·哈伯居然是犹太人。
天使的另一张面孔
磷是人体细胞内一种重要的组成元素，几乎参与了所有的生理过程，例如磷是人体能量传递的使者，对于生命活动十分重要。但是磷也有另外一副面孔，它以某种形式的有机物存在时，可以变身为毒性极强的神经性毒剂。
我们知道，高级生命体内都存在神经系统，神经系统的信号传递不单单是在神经细胞内进行，也在神经细胞之间进行。神经细胞内的信号传递是依靠电信号实现的，而神经细胞之间的信息传递则是通过化学物质实现的，这种物质叫作神经递质，最常见的神经递质是乙酰胆碱。
通常情况下，乙酰胆碱在完成了神经信号传递任务后就会被体内的乙酰胆碱酯酶分解。但是当有机磷进入人体后，分子中的磷酰基就会与乙酰胆碱酯酶结合，使得酶丧失分解乙酰胆碱的能力，导致体内乙酰胆碱大量蓄积，从而使得中枢神经系统长时间过度兴奋，最后转入抑制衰竭，最终导致死亡。(https://www.daowen.com)
由于有机磷是通过对神经系统的破坏作用而发挥其毒性的，故被称为神经性毒剂。由于有机磷具有如此强的毒性，故而有机磷化合物通常被用作农药来杀灭害虫，例如大家熟知的敌敌畏，其中的有效杀虫成分就是有机磷。通常情况下，有机磷为油状液体或者结晶状固体，但是如果通过分子设计制成一种常温常压下为气态的有机磷或者是挥发性很强的液体有机磷，那么这种物质就可以制成神经毒气。
1995年3月20日，在日本东京地铁发生了一起震惊世界的恐怖袭击事件，发动者为日本的邪教组织——奥姆真理教。奥姆真理教人员在上班早高峰时在东京地铁车厢内释放毒气，造成了13人死亡，5500多人中毒。他们当时使用的毒气就是一种有机磷化合物——甲氟膦酸异丙酯，俗称沙林。沙林本身为液体，但是挥发性极强，所以被用作毒气而使用。2018年，奥姆真理教教主麻原彰晃以及6名主要共犯被处以死刑，这才给这段悲剧画上了永久的句号。
“铊”改变了历史
元素周期表的中下部分布着众多的金属元素，随着原子序数的增加，这些金属元素的质子数和原子量都在逐渐增大，所以由这些元素组成的金属单质的密度也较大。通常来说，密度超过4.5g/cm3的金属元素，人们就将其称之为重金属元素。
重金属元素大多是有毒的，典型的有汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等。小朋友们可能常在新闻中听说“重金属中毒”，这是因为许多重金属元素都是工业上的重要原料，在工业生产的过程中，重金属如果污染了我们的环境，就会通过食物链不断地在人体内富集，最终对人体造成伤害。
81号元素铊（Tl）就是有毒重金属中毒性极强的一个。铊元素的最小致死量很低，也就是说，用很少量的铊就可以导致人的死亡。因此，在历史上一些重要的暗杀行动中，金属铊常被用作毒剂，改变了很多历史事件的发展方向。
与其他毒物的致毒机理略有不同，铊的致毒机理十分复杂，对人体机能的损害也涉及许多方面。从科学家了解到的情况看来，铊的致毒机理都与其原子结构密切相关。首先，铊通常以一价铊离子（Tl+）的形式存在，一价铊离子与钾离子（K+）的化学性质十分相近，有钾离子参与的生理活动，铊离子都会参与竞争，从而破坏细胞的正常功能。更糟糕的是，我们的细胞还会主动地吸收铊离子。细胞膜的表面有一种重要的蛋白酶——钠钾泵，它的作用就是将钠离子（Na+）运送到细胞外，而把钾离子运送到细胞内，就像离子泵一样维持着细胞内外正常的渗透压。由于铊离子与钠钾泵的结合能力比钾离子更强，因此钠钾泵会主动地将铊离子吸收到细胞内，从而使得铊离子在细胞内聚集，破坏钾离子参与的一切生理过程，从而对人体造成伤害。
好奇的小朋友们可能会问，铊在第6周期第3主族，钾在第4周期第1主族，它俩在元素周期表上相隔很远，为什么它们的离子性质会相近呢？
这里需要提到一个有趣的现象，叫作镧系收缩。
在元素周期表中，同一周期的元素会随着原子序数的增大，原子半径和离子半径是逐渐减小的。这种半径的收缩在相邻的元素之间并不明显，但是第6周期出现了包括57—71号元素在内的镧系元素，经过了整整15个镧系元素之后，原子半径和离子半径的收缩就十分明显了，使得跟在镧系元素之后的81号铊元素，它的原子半径正好与相差两个周期的钾相近，因此，在这样“不幸的巧合”下，铊离子就成了钾离子的劲敌。
除了与钾离子竞争之外，铊的核外电子数多，极化能力好，因此还能与蛋白质上的巯基（-SH）结合，从而破坏蛋白质的功能。例如，细胞线粒体上蛋白质的巯基与铊离子结合后，铊会抑制其氧化磷酸化的过程，阻止能量代谢。又比如，角蛋白中的巯基与铊离子结合后，铊会影响角蛋白的合成，导致脱发等症状。此外，铊离子还可以与维生素B2结合，干扰DNA的合成，可谓是毒性非常“全面”的有毒物质了。
那铊中毒以后怎么办呢？目前临床上采用的是普鲁士蓝法。没错，你又没有看错，就是前面提到的氰化物染料普鲁士蓝，虽然它出身于剧毒的氰化物家族，但本身毒性很小，有一颗“善良的内心”，普鲁士蓝可以作为铊中毒的解毒剂。
普鲁士蓝分子中含有钾离子。由于普鲁士蓝中的钾离子可以置换体内的铊离子，从而生成不溶于水的普鲁士蓝-铊沉淀物，最终随粪便排出，所以，普鲁士蓝治疗铊中毒时会伴随的一个有趣的生理现象，就是会拉出蓝色的便便哟！
世界上最昂贵的毒药
前面我们提到的有毒物质，都是通过与细胞内的某些物质结合，或者通过化学反应导致人体中毒。但有一类毒物，是通过释放高能射线对人体细胞造成损害的，这就是放射性毒物。
1898年，居里夫妇在沥青铀矿中分离出一种新的放射性元素，它的放射性比铀强400倍，为了纪念居里夫人的祖国波兰，人们将这种新元素命名为钋（Po）。钋是一种非常稀少的元素，在地壳中的含量仅为一百万亿分之一，全世界核电厂每年的核废料中也仅产生100克左右的钋。
钋-210是钋的25种同位素中的一种，毒性极强，有科学家认为，它的毒性是氰化氢的25万倍，微克级别的钋-210就能使一名成年人死亡。钋-210之所以具有剧毒，是因为钋-210衰变可以释放出α粒子。α粒子是带正电的氦原子核He2+。核衰变产生的α粒子以1/10的光速（光速为3×108m/s）疾驰，从而形成α射线，高能量的α射线像炮弹一样对细胞进行轰炸，破坏细胞中的蛋白质、DNA等生命物质，对生命体造成极大的损害。在第三章《在不稳定中寻找价值》中我们讲过，α射线的穿透能力很弱，所以避免α射线伤害的最有效方法就是避免α射线进入人的身体内部。
说到这里，顺便提一下射线家族中的另外两位成员——β射线和γ射线。β射线中的β粒子就是电子，带负电，质量非常小，大约是α粒子的1/8000，速度却非常快，是光速的9/10；γ射线中的γ粒子是光子，静止质量为0，以光速飞行。α、β、γ这三种射线，电离能力依次减弱，穿透能力却依次增强，比如，γ射线需要用几厘米厚的铅板或者混凝土才能阻挡。
钋-210微量即可致死，且无色无味、携带方便、不易被察觉，曾被用于一些历史袭击事件中。多年前，英国发生一起暗杀事件，被暗杀人突发身体不适，呕吐、腹泻，住院后医生也束手无策，病情持续恶化，最终不治身亡。不久，英国卫生防护局宣称在被害人的尿液中检测出钋-210，最终认定这是一起使用钋-210的谋杀事件。据估计，当时所用的钋-210价值千万欧元，称得上是“史上最昂贵的毒药”了。
化学武器和致命毒药，是人类文明的阴暗面，我们必须要了解它们，才能更深地铭记它们曾经给全人类带来的伤痛和教训。在未来，我们应该将元素和化学的知识用在维护世界和平的领域里。但愿有一天，“看不见”的化学武器能够不再制造战争与灾难！
