你不知道的這些神奇氣體，它們就在每天呼吸的空氣中

出品：科普中國

制作：中國科學院亞熱帶農業生態研究所劉春梅

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

直到兩百多年前，人們才陸續揭開空氣的面紗，知道了空氣的主要組成成分和作用。其中，占21%的氧氣供給人類及生物體呼吸，占78%的氮氣維持氮素循環，占0.03%的二氧化碳是主要的溫室氣體，而對于剩余的0.98%的惰性氣體和0.03%的其他氣體，你還了解多少？

其實，這些氣體雖然體積含量小，但是卻有它們獨特而又神奇的作用。

1、惰性氣體：化學性質很穩定

惰性氣體包括氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn）。它們原本常被稱為稀有氣體，但后來發現，氬氣（Ar）在地球大氣層的含量占0.923%，勝過二氧化碳（0.03%）；而氦氣（He）在地球大氣層的含量確實很少，但在宇宙中，它占有23%，僅次于氫（75%）。

宇宙中的氦由氫聚變產生的，存在于各恒星的表面。所以，它們又改稱為惰性氣體，表示它們化學性質很穩定。這些惰性氣體雖然含量極少，但是其作用卻很廣，讓我們來了解一下它們的神奇之處。

這些惰性氣體大都有這些共同作用[1]：

1）廣泛應用于航空航天和飛機制造業，從制造到飛行的整個過程。

2）在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬，制造半導體晶體管的過程中，以及機械加工原子能反應堆的核燃料钚，常用惰性氣體作保護氣。

3）惰性氣體還可用于準分子激光器，這是因為，它們可形成短暫存在的電子激發態受激子。這些用于激光器的受激子可能是稀有氣體二聚體（如Ar2、Kr2或Xe2）。

準分子激光有諸多工業、醫藥和科學用途：集成電路制造過程中的顯微光刻法和微制造必須用到準分子激光；激光手術，例如血管再成形術和眼部手術也需用到準分子激光。

4）這些氣體在電壓下通電會發不同的光，世界上第一盞霓虹燈就是填充氖氣制成的。通電時，氦氣發出淡紅色光，氖燈發出紅光，氬氣發出藍紫光，氪發出藍綠色光，氙發出亮白色光。有了它們，我們夜晚的城市才被裝點的如此絢爛多彩。

除了這些技術上的用途，氦氣還有一個非常有趣的反應。看過《生活大爆炸》的朋友就知道，當Sheldon吸入了氦氣，他說話的聲音神奇的發生了變化，變得尖聲細氣，就好像卡通“唐老鴨”的聲音一樣，達到變聲的效果。

專家介紹，人之所以能發出聲音是靠口腔、聲帶的共鳴，氦氣的密度比空氣小，共鳴頻率比空氣高，所以吸氦氣變聲之后，人的嗓音聽起來變得尖細。

另外，同樣的原理，六氟化硫變聲則是聲音變得粗狂，因為SF6氣體的密度比空氣大，在聲帶聚集時，共鳴頻率比空氣低，所以顯得聲音低沉粗啞。

雖然氦在宇宙中的比例很高，但在地球中含量很低。因為其分子量小，氣體容易逃逸。氫氣也容易逃逸，但是氫氣能生成穩定化合物，即水。

另外，氦氣又難以形成化學鍵。它唯一存在的方式就是，被巖石封在地殼內部，核裂變是其唯一的生成方式。

氦氣還有非常重要的作用，即形成接近絕對零度的超低溫，這個作用是任何其他物質都無法做到的。超低溫在超導等領域有很重要的作用。

所以，氦氣作用大，難以在地球中保存，生成來源少，是一種“用一點少一點”的材料，用來變聲太浪費了。

2、氧化亞氮(N2O)：吸入它會讓你發笑

氧化亞氮(N2O)，俗稱“笑氣”，你一定想不到，假如吸入一定量的笑氣，就會讓人忍不住發笑，并讓人感到輕松、快樂。

其實，笑氣在臨床醫學上用作吸入性麻醉藥，比如在牙科治療上，讓患者吸入笑氣，能使拔牙的疼痛感降到最低[2]。這是通過抑制中樞神經系統興奮性神經遞質的釋放和神經沖動的傳導及改變離子通道的通透性而產生麻醉作用。

笑是一種復雜的神經反射作用，不是單一的所謂笑神經控制的行為。

但需格外注意的是，若長期或大劑量濫用笑氣，會影響維生素B12的吸收及代謝，造成惡性貧血，導致末梢神經及脊髓病變，出現手腳麻木、無力等癥狀，還可能造成精神異常，如嗜睡、抑郁或精神錯亂等，癥狀嚴重時甚至會危及生命。

國外很多不良青少年常常會以吸笑氣氣球為娛樂，以尋求快感，這是萬萬不能的，會對身體造成嚴重損害。

3、一氧化氮(NO)：可以治病和緩解疲勞

作為1998年諾貝爾醫學獎研究主題，一氧化氮(NO)是個像雙魚座一樣，具有兩條魚游向不同方向特質的矛盾氣體分子。

NO含有未配對電子的自由基,十分活躍不安定,生命周期很短,半衰期約 3-5秒,只要約十秒，NO就會氧化成亞硝酸鹽 (NO2-)和硝酸鹽 (NO3-)。

除了大家熟知的它是有害氣體、汽車尾氣的組成成分以外，其實一氧化氮氣體還有很多神奇的功效！

我們都知道，炸藥主要成分是硝酸甘油（1，2，3-丙三醇三硝酸酯），而硝酸甘油除了可以當炸藥外，還是治療心臟病的特效藥。為何能夠有這種效果？

人吃了硝酸甘油以后，在酶的作用下，硝酸甘油可以生成一氧化氮和1，2-甘油二硝酸酯，然后NO作為信號分子，它透過細胞膜并傳遞特定的生物信號以調整細胞的活動，并指導機體舒張血管平滑肌，阻止誘發心臟病的血栓形成，從而達到療效。

一氧化氮傳導信息的功能和作用機制根據制造它出來的地方的不同而不一樣。其功能主要有三種:

(l)在神經突觸上，一氧化氮當作神經傳導因子,這和腦部學習及記憶有關。

(2)在血管內皮上，一氧化氮是使血管的平滑肌細胞放松而擴張血管,從而降低血壓。

(3)在巨噬細胞上，一氧化氮則可損壞腫瘤細胞，進而將其殺死或停止其繁殖。

三種功能的作用機制簡易圖（引自參考文獻3）

另外，最新研究發現，一氧化氮還能緩解視覺疲勞。很多上班族都有這樣的感覺，在辦公室里對著電腦坐上一天，雖然沒干什么體力活兒，可是下班回家還是覺得全身疲憊，有的人甚至還會出現頭痛、失眠的現象。

其實，這是用眼過度造成的。眼睛極易受到疲勞侵襲，當雙眼疲勞時，眼眶周圍會難受、疼痛、頸肩酸痛、全身困乏。當用眼過度時，補充一氧化氮是個緩解視疲勞的好方法。

一氧化氮一方面可以擴張血管，增加血流量，起到調節中樞神經系統以及眼球內外的動脈和視網膜毛細血管的血液循環作用，而且它可以改善因長期使用眼睛造成的眼部疲勞、視力受損等癥狀。另一方面，一氧化氮作為神經遞質，它還參與視覺發育、視信息的整合及傳遞，從而保護視力[4]。

說了這么多，你有沒有被這些稀少卻又神奇的氣體震撼到？其實，生活中肯定還存在其他常常被我們忽略，卻同樣發揮著重要作用的特殊氣體，等著你去發現！

參考文獻

[1]王先彬. 稀有氣體地球化學與宇宙化學及其應用前景[J]. 地質地球化學,1988,(08):39-47.

[2]劉鹍鵬. 笑氣吸入對口腔科手術患者的麻醉鎮痛效果評價[J]. 西部醫學,2014,26(11):1509-1511.

[3]黃頂立. 神奇的一氧化氮[J]. 知識經濟,2006,(11):17-21. [2017-08-19].

[4][美]斐里德·穆拉德（Dr. Ferid Murad）《神奇的一氧化氮：諾貝爾生理醫藥獎得主穆拉德教你多活30年》譯林出版社出版時間：2011年10月

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發表于 2017-08-29 00:00
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