化学与人类文明论文化学与人类文明论文.pdf

化学与农业和食品工业 李成章 （华中农业大学理学院应用化学1101） 摘 要: 学与生活息息相关，密不可分，甚至生活的方方面面都是对 学知识的实际应用， 如：粮食生产、饮食安全、环境保护、材料科学研究等都是 学在生活中的应用课题，对化学 的认识也是人类对自身认识的过程，研究化学，对促进人类社会的发展有着重要意义。 学不 仅仅是科学，它是不同领域、不同时代、不同文化的思想交汇。 学，就其本质而言，是人类 与周围的生活环境相协调的一种手 。这种手 是多样的。巫术、宗教、文学、艺术、法律都 是协调自然环境和社会环境的方式，但化学是一种理性的方式，是一种物质的方式，有着元素、 原子、分子层面上讨论物质的结构表达和模型建立的理论依据，因而显示出绵延不绝的生命力。 本文将讲述 学在农业、食品工业发展中的应用。 关键词：化学；氮循环；化学固氮；农药、化学添加剂；食品安全。 1 前言 世界由物质组成， 学的研究对象便是物质，因此，化学是人类认识改造和保护物质世界的重 要理论依据，从原始人类社会使用火到使用各种人工合成物质的现代社会，人类无时无刻不在 享受着 学发展所带来的成果，化学是基于原子和分子层次上研究物质的组成，结构，性质， 变 规律以及实际应用的一门科学，它以实验为基 ，在保证了人类生存，并不断地提高着人 类的生活质量。比如，近代化学技术，如农药， 肥等在农业上的大规模应用，极大地提高了 农产品产量，满足了日益增长的食物来源需求。在食品加工行业里，食品添加剂技术也丰富了 人们日益挑剔的物质生活。不过食品安全问题也随之而来。 2 学在农业中的应用 肥与农药 2.1.1 自然界中的氮循环 矿质元素氮直接关乎到植物的生长状况。众所周知，氮元素是蛋白质，叶绿素，核酸，酶， 生物激素等重要生命物质的不可缺少的基本组成元素之一。农作物缺氮将严重减产。 氮是地球大气中极为丰富的一种元素，他在大气中的体积分数约７９％。可是，即使氮气 N 2 （ ）在空气中的含量很高却不能为绝大多数生物体直接吸收，而必须要通过固氮作用然后才 能被利用。固氮作用有两条主要途径：非生物固氮，如闪电；生物固氮，如豆科植物的根瘤菌 NH 以及蓝 等微生物，可使氮气转 为 3 如下示意图展示了大气中的单循环： 氮气循环示意图 从大气中固定下来的氮转 为NH 4 + ，在硝 或亚硝 细菌的作用下转 为 NO3- 或 NO - 2 ，而这一氧化过程统称为硝 作用。 植物从土壤中吸收硝酸根离子，通过一系列作用转 为自身的所需要的氨基酸，进而合成 重要的生命载体物质蛋白质。 2.1.2 化学固氮 由于大气中氮气难以直接被利用，为了增加农作物产量，人们便想到通过人工合成固定大 气中的氮。 20 世纪初， 德国化学家Haber，以锇作催 剂，在30~50 兆帕压力，500~600 o C 条件下直 接用氮气和氢气合成出氨， 工专家博施解决了当时生产铵的催 剂贵而少及反应对反应塔材 料严重腐蚀这两大难题，促进了合成氨的工业化，因此，后人将此法称为哈伯.博施法。其生产 流程示意图如下： 不过，由于现有的合成氨工艺依然存在着对能耗和仪器设备的要求太高，化学产率不高，能 耗大，环境不太友好等问题，人工模拟生物固氮过程的研究似乎有着广阔的前景。 2.2 农药 农药定义： 农药是防治农林业中的种植业，即植物的病、虫、草害的药，还包括植物生长调节剂，防 治人畜生活环境中害虫的卫生杀虫剂。抗病虫草害的转基因生物如抗虫棉、天敌生物如作为商 品出售的瓢虫都按农药管理。 根据原料来源分类 （11）无机农药((波尔多液)) （22 ）植物性农药 （33 ）微生物农药 （44 ）有机合成农药 根据作用对象分类 （（11））杀虫剂：用来防治有害昆虫的化学物质。 （（22 ））杀菌剂：：用来防治植物病原微生物的化学物质。 （（33 ））除草剂：：用以防除农田杂草的化学物质。 （（44 ）杀螨剂：）：用来防治 形纲中有害种类的化学物质。 （（55 ））杀鼠剂：用来防治害鼠的化学物质。 （（66 ））植物生长调节