¹西北工业大学化学与化工学院，西安 710129

²西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院，科普西安 710072

关键词：砷元素；砷化合物；应用；三氧化二砷

中图分类号：G64；O6

DOI: 10.3866/PKU.DXHX202204058

在元素世界中，有一个历史悠久但名声不太好的家族——砷家族^[1]。在人类历史上砷残害了很多生灵导致人们谈砷色变。然而，人们对砷元素的很多性质和用途都是一知半解，而一些砷的误用中毒事件也加剧了人们对它的偏见和误解。为了寻求生存，砷家族内部涌现出两大派别，传统人士希望砷家族保持高傲孤僻的姿态，继续以毒药的形象面对大众；改良派则认为应该发掘自身对人类的价值，只有变革才能更好地发展。

为了砷家族(图1)的生生不息，两派打算在四年一度的家族会议中采取行动。一场假借“砷少主”选择导师而引发的阴谋正在酝酿中。

图1  砷家族人物简介

1  各路英雄，竞选导师

成为少主的导师是很多砷族人的梦想。有人希望以此提高自己的名声和威望，顽固派希望能把少主教育成像他们一样的杀人狂魔，而改良派则希望砷家族能从此改邪归正。

在大家的注视下，砷族长带着砷少主步入会场。他们都是灰色，身后跟着黑色和黄色的砷单质随从。因为单质砷较活泼，易与氧气反应，所以房间内温度较低，充满氩气^[2]。族长清了清嗓子说：“我们砷家族族人众多，在自然界中广泛分布^[3]。我们今天聚在这里，就是要为少主选出一名最优秀的导师，他会在我们寻求生生不息的发展道路上发挥重要作用。希望所有候选人都能展示出最好的自己！下面，请第一位候选人三氧化二砷上场。”

只见一位满脸扑着白色粉末的男子上场了，他露出阴险的笑容，看向砷少主，说道：“大家好，我是三氧化二砷，又被称为砒霜、鹤顶红或白砷。”众族人大惊失色。三氧化二砷轻蔑地笑了笑说：“我对人类比较了解，如果我成为少主的导师，我定将毕生所学倾囊相授，当然包括我的下毒绝招^[4]。”说罢，他又奸诈地笑了笑。

“但是你只是微溶于水，很难藏进水中。”一名白衣男子站起来说。

“原来是五氧化二砷啊！确实，你是可以溶于水，但我们三价砷的毒性可比你们五价砷大很多，而且我既可以溶于酸，也可以溶于碱^[5]。”三氧化二砷似乎对五氧化二砷的打断很生气。

“确实是这样，但我们的毒性对人类也是致命的。我不参选，只是想补充一下，请你继续。”

这时，少主突然问了一句：“前辈，请问我们砷单质有毒吗？”

“你们砷单质很容易变成砷化合物。比如在空气中很容易被氧化成我们三氧化二砷^[6]。”

“原来如此，我还有一个问题，为什么我们砷家族对人类有那么大的毒性呀？”

“这就是我们的高明之处！你知道我们的邻居磷元素吗？他是人体重要元素，也是DNA的重要组成元素。一般来说，五价砷和人体内磷的化学性质和分子结构相似，如果进入人体，就会取代一部分磷，进而搅乱人体机能，使其中毒。而三价砷则主要通过与细胞中大分子的巯基结合而产生毒性效应，对人类伤害很大^[7,8]。”

砷少主若有所思地点了点头。三氧化二砷摆摆手走下讲台，示意下一位上台。

接下来上台的是一位帅气的男子，身着鲜艳橙红色披风，他说：“大家好，我是四硫化四砷，人们常称我为雄黄或者鸡冠石。砒霜毒性很强，但是自然界却少有。古代制取砒霜最常用的方法就是煅烧砒石，而我雄黄就是砒石的主要成分之一。”他停顿了一下，看了三氧化二砷一眼，说：“但是我并不希望我们像砒霜那样毒害人类。如果我成为少主的导师，我会让他变得更理性、更有头脑，为砷家族的未来做出改变。对了，我们雄黄是一味中药，端午节人类有喝雄黄酒的风俗，他们还用雄黄驱除害虫、止痒、杀菌。”

“但是你们也有毒呀！雄黄酒就会导致中毒。”三氧化二砷刻薄地说。

“我们毒性比你们小得多，很多的中毒案例都是我们经过光照或加热后部分转化成砒霜导致的。所以我不建议家庭自制雄黄酒^[9,10]！”

三氧化二砷张大嘴巴正要反驳，四硫化四砷却下台了，一位漂亮的女士上台。她身呈鲜艳黄色，优雅地说：“各位族人们好，我是三硫化二砷，人称雌黄，是砒石的另一种重要组成部分，人们常称我和雄黄为‘矿物鸳鸯’。如果我成为少主的导师，我会引导他向正确的方向发展。我们雌黄也是一味中药。而且我们还可以用作颜料，莫高窟的很多壁画都是用我创作的^[11]。我相信，经过我们的探索，能够为人类和世界的发展做出更多贡献，也会改变人类对我们砷家族的看法。”

“哈哈，你又在信口雌黄，人类都造出成语讽刺你了！”三氧化二砷反驳道。

“你这个杀人狂理智一点。信口雌黄这个成语是因为古人用雌黄涂改错别字才演变来的^[12]。”

台下议论纷纷，争吵不断。砷族长走上台严肃地说：“感谢各位候选人的精彩发言，我和儿子已经商量过了，他的导师就选三氧化二砷！”

台下有族人鼓掌，也有很多族人大失所望。

三氧化二砷走上讲台，诡笑着说：“感谢族长和少主的信任，我一定会把少主教导好！”

2  游历四方，逐步成长

三氧化二砷对砷少主说：“毒人之道，在于用计。不宜直取，而应像刺客一样潜入，然后毒杀目标。我们砷家族的元素符号是As，而刺客(Assassin)的开头字母也是As。我们要利用好人类，借人类的手杀人。”

砷少主问道：“难道他们不知道我们砷的毒性吗？”“人类发现砷还是比较早的，中国4世纪的炼丹家葛洪在《抱朴子》中多次提到含有雄黄和雌黄的配方，西方的马格努斯(Albert Magnus)在13世纪制出了单质砷。”“那他们还用砷自相残杀？”“没错，人类内部有很多矛盾，有时甚至要置对方于死地。砷作为他们发现较早的元素，理所当然成为了他们熟练运用的毒药^[13]。”

几年后，砷少主在三氧化二砷的带领下来到了法国的圣赫勒拿岛，他们此行的目标是刺杀被流放的法国皇帝拿破仑。绿色墙纸是当时很多西方人的喜好，拿破仑也不例外。他们用的颜料被称为巴黎绿，成分为乙酰亚砷酸铜(Cu(C₂H₃O₂)₂∙3Cu(AsO₂)₂)。这种物质能与空气反应生成砷的化合物，会导致慢性中毒。三氧化二砷便打算以此害死拿破仑。最后，不管拿破仑是真的因为砷中毒而亡或是死于胃癌，砷少主和三氧化二砷的目的达成了^[14]。但是这次刺杀让少主开始思考自己的所作所为，这真的有利于家族的生生不息吗？

当然他们也失败过。在刺杀达尔文的行动中，不仅没有杀死目标，反而治愈了他的湿疹。这让三氧化二砷非常生气，而砷少主却在想：我们砷家族虽然被看作魔鬼，但是也有天使的一面^[3]。

此后砷少主便开始自学如何检测出食物中的砷或者鉴定砷中毒，一种被称为“马氏试砷法”的检测技术引起了他的注意。马氏试砷法是用锌、盐酸和试样混在一起，将生成的气体导入热石英管。若试样中存在砷化合物，就会生成AsH₃，这种物质在加热部位分解产生单质砷，从而形成亮黑色的“砷镜”。“砷镜”如果能溶于次氯酸钠溶液，则证明是砷^[15]。此过程发生的化学方程式为：

As₂O₃ + 6Zn + 12HCl = 2AsH₃ + 6ZnCl₂ + 3H₂O

2AsH₃ = 2As + 3H₂

5NaClO + 2As + 3H₂O = 2H₃AsO₄ + 5NaCl

学习期间砷少主回过一次家族，向族长汇报自己的学习成绩。他还找来雌黄女士询问家族近况，雌黄说：“最近没有什么大事，不过我和雄黄还是一直致力于家族的改革。雄黄发现自己可以用于制作玻璃和烟火，而我则为了改善家族的生存环境，负责清理周围的硝酸池，很多家族成员比如雄黄和你们砷单质都溶于硝酸。”他还虚心向五氧化二砷博士讨教，五氧化二砷说：“我呀，跟雄黄、雌黄、三氧化二砷还有你们砷单质比，最独特的性质就是易溶于水吧。高温下我会分解，易腐蚀受热的玻璃。我还易吸潮，遇空气中的水分形成砷酸。”砷少主接着问：“博士，你和三氧化二砷导师都是砷的氧化物，相互之间可以转化吗？”“当然可以，我们之间的转化就是三价砷和五价砷之间的转化，举几个例子：我可以将二氧化硫氧化成三氧化硫，同时我就转化成三氧化二砷。我和氢气反应也能生成三氧化二砷和水。三氧化二砷在一定温度下可以被空气氧化成五氧化二砷。”

之后，砷少主和三氧化二砷来到了中国。三氧化二砷对少主说：“在这里，你转化成砒霜可能更容易下手，因为砒霜是这里的一种药剂。”

砷少主便和氧气结合变成了三氧化二砷。三氧化二砷导师说：“不纯的砒霜呈红色，在中国被称为鹤顶红。而中国常用的验毒方法是用银针检测，银针变黑就说明有毒。但是银针变黑是银和硫反应所致，和我们砷无关。所以只要我们足够纯净就很难被他们发现。”变成三氧化二砷的砷少主点点头说：“导师，虽然我知道你可能不喜欢听，但是我真的不想再杀人了。我们这样滥杀无辜会让很多人家破人亡啊。”“那这是最后一次，好吗？杀死光绪皇帝我们就回去^[16]。”

3  乱象频出，真相大白

几年后，砷少主独自回到家族，告诉族人三氧化二砷在一次行动中牺牲了。雄黄、雌黄二人立即与砷少主见面，希望他不再杀人。然而砷少主只是轻蔑地笑了笑。

两天之后，砷家族发生了一件不幸的事情，砷族长出行时不慎坠入浓硝酸温泉中^[2]，砷少主继位成为新的族长。在他召开的第一届族人大会上，有族人问他以后的政策会有什么变化，他只是阴险地笑了笑，说：“诸位拭目以待吧。”

过了一段时间，新的砷族长宣布砷家族要参与越南战争。他命令很多族人转化成二甲次胂酸。这种被称为“蓝剂”的物质是一种落叶剂，使水稻大大减产，给越军带来了很大的打击。

当新的砷族长带领他的手下们回到家族后，他惊讶地发现老族长竟然完好无损地站在他面前。原来，雄黄和雌黄听说老族长坠入浓硝酸温泉后，立刻赶到现场舀出大部分温泉水。老族长虽然与浓硝酸反应变成了砷酸，但经过加热后变成三氧化二砷，最后雄黄用木炭将其还原成了单质砷^[2]。

老砷族长指着新族长的鼻子说道：“你不是我儿子！一回来我就觉得你不对劲，虽然长相相似，但性格和我儿子大相径庭。当时我也拿不准，只好继续暗中观察。怎料在我外出时被你伏击，最终落入浓硝酸温泉。不过这也验证了我的疑虑。”

“哈哈哈，没错，我确实不是少主，我是他的导师三氧化二砷。本来我好心好意教他，可惜后来他不听我的教导，不愿意毒杀人类，这种人怎么能把我们家族管理好？人类作恶多端，看看他们把曾经美好的自然破坏成了什么样？我在他们身上看不到希望。”冒充少主的三氧化二砷狡辩道。

“是啊，他们确实做了很多坏事，我以前也是那么认为的，这也是我当初选你做少主导师的原因。但是现在我想我们应该做出改变了！据我的了解，人类已经开始治理环境，签订了各种气候协定。他们为了自己的生生不息也在做出改变。虽然并不是每个人和每个国家都能做到，但是我愿意给他们一次机会。对了，我已经派五氧化二砷去找少主了，不管他被你变成什么样，博士都会找到的。”

假冒少主的三氧化二砷被批得无地自容，正要离开。雄黄、雌黄却希望他能留下来，用自己的改变来更好地服务家族的发展。真正的砷少主和五氧化二砷博士也一起回来了(少主被三氧化二砷变成砒霜后困在了光绪皇帝的陵墓)。看到三氧化二砷懊悔地低下了头，少主最终原谅了自己的导师。

4  积极变革，迎难而上

为了家族的生生不息，砷家族决定放弃以前作为毒药的传统，积极变革，为人类谋福利。但是，由于本身带有的毒性，砷家族必须经历一段艰苦的过程才能实现这个目标。

一些家族成员利用自身毒性投身于杀虫剂行业，比如一开始的砷酸铅和后来的甲胂酸钠，但是二者的毒性还是较大，目前被一些毒性更小的杀虫剂取代了^[17]。除此之外，诺贝尔生理学或医学奖的获得者埃尔利希(Paul Ehrlich)也依靠砷家族发明了有效治疗梅毒的药物606 (砷凡纳明)^[18]。

正当砷家族积极改革时，一个坏消息突然传来。原来，不法分子在山西省平陆县民工的食物中放入了“信石”，其中的砒霜使工人们集体食物中毒，生命垂危。正当砷族长召集族人商讨策略的时候，又有斥候带来好消息，工人们已经得救了。经过调查，他们发现原来是辗转千里的“二巯基丙醇”救了工人们。二巯基丙醇含有两个巯基，能够紧紧“钳住”体内的砷元素。结合之后的产物可以通过尿液排出体内，从而达到解毒的功效^[19]。

三氧化二砷导师也再次来到中国，和哈尔滨医科大学的韩太云医师、张亭栋教授合作研发出了治疗白血病的特效药物“癌灵I号”^[20]，在慢性粒细胞白血病治疗方面起到了重要作用。

经过了不懈努力，砷元素的潜力正在被一点点发掘。长路漫漫，为了改善自己的形象、为了给世界做出更多贡献、为了家族的生生不息，砷家族还会继续负重前行。