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乾杯的時候,你有沒有想過:一杯啤酒裡究竟有多少顆氣泡?

羅夏_96
・2021/06/17 ・2861字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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辛苦工作一天後,你準備來杯冰涼的啤酒慰勞一下自己。打開啤酒並往杯子裡倒,氣泡一如往常的大量產生,有時弄不好還會搞得滿桌子都是。不過不知道你有沒有想過,究竟一杯啤酒究竟能產生多少氣泡呢?而來自法國的研究團隊,還真的對這個問題進行理論與實驗上的探討1

啤酒擁有綿密氣泡的關鍵:溶解度與壓力

要知道啤酒會產生多少氣泡,得先知道氣泡是怎麼來的。

啤酒主要由水、穀物和酵母菌發酵而成。在發酵的過程中,酵母菌會分解穀物中的澱粉,產生酒精以及二氧化碳,而二氧化碳這正是氣泡的來源。另外現代的啤酒生產商在裝填啤酒時,也會額外注入二氧化碳。

那為何二氧化碳會變成氣泡呢?這是因為開瓶會導致二氧化碳在啤酒中的溶解度減少,讓二氧化碳在啤酒中從飽合狀態變為過飽和註1狀態,此時多餘的二氧化碳便會逸出啤酒,形成氣泡。

啤酒發酵的過程中,酵母菌會分解穀物的澱粉產生酒精及二氧化碳,二氧化碳正是氣泡的來源。圖/Pexels

那為何開瓶會影響二氧化碳在啤酒中的溶解度?答案是「壓力」。這便要提到亨利定律了,該定律指出:氣體在液體中的溶解度與壓力成正比。前文提到,啤酒商在裝填啤酒時會額外打入二氧化碳,這樣不僅能增加容器的壓力,也能讓更多二氧化碳溶解到啤酒中。一般市售的啤酒,其瓶中的氣壓通常為二至三個大氣壓。

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因此當你打開酒瓶時,氣壓會下降回到一個大氣壓。這時,啤酒內溶解的二氧化碳就成了過飽和狀態,多餘的二氧化碳就會逸出形成氣泡了2

形成的氣泡太多了?可能是玻璃杯搞的鬼

上面介紹了啤酒氣泡的來源,但在經歷多次氣泡大爆發的慘痛經驗後,想必你也知道能減少氣泡形成的訣竅—減少外力。例如開瓶前盡量減少對啤酒的搖晃,那就能減少開瓶時產生的氣泡。同樣的,將啤酒倒入杯中時,沿著杯壁緩緩加入,減少啤酒與酒杯的衝擊,也能減少氣泡的產生。

這是為什麼呢?因為外力會讓啤酒內產生氣室,有氣室二氧化碳才能逸出並在氣室中形成氣泡的結核點,讓氣泡生成。而研究團隊根據啤酒與二氧化碳介面的表面張力強度、大氣壓力、二氧化碳在啤酒中的溶解度和濃度等資料,計算出能讓氣泡生成的氣室臨界值,只要氣室的直徑大於 1.4 微米 (或氣室的曲率半徑大於 0.7 微米),二氧化碳就能在氣室中形成氣泡結核點,產生氣泡。

好的,所以現在我盡量減少外力,就能降低氣泡的生成了。不過,就算你再怎麼小心,當你把啤酒倒入玻璃杯時,玻璃杯也不會這麼容易放過你。

雖然玻璃杯表面看上去非常光滑,但如果在顯微鏡下觀察,就會發現上面佈滿在製造過程中留下的細小缺口。而每個缺口都是一個氣室,這些地方正是讓啤酒中的二氧化碳形成氣泡的絕佳場所。一般來說,玻璃杯底部的小孔最多,這也是為什麼大部分的氣泡都會從酒杯底部湧出的原因。

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玻璃杯的顯微照片,可看出有小孔。圖中的黑線代表 100 微米。圖/參考資料 1

是什麽決定了氣泡的大小?

現在我們知道,氣室是促成氣泡生成的重要因素。隨著二氧化碳進入氣泡中,當氣泡成長到浮力足以脫離誕生的結核點後,氣泡便會開始上升。而在這個過程中,啤酒中的二氧化碳也會持續逸出到氣泡中,讓氣泡越來越大。因此,一個氣泡的大小會決定其中二氧化碳的含量。

那氣泡的大小受甚麼因素影響呢?先前的研究顯示,氣泡的直徑與氣泡上升高度的三分之一次方成正比。也就是說,往杯中倒入不同體積的啤酒,杯中的氣泡的大小會有所不同。

由高速攝影機所拍下的啤酒氣泡生成過程。圖/參考資料 1

來動手做實驗,計算看看一杯啤酒會產生多少氣泡!

隨著氣泡不斷地生成,啤酒中的二氧化碳濃度也會越來越低,氣泡的生成也會趨緩最終停止。因此只要知道啤酒中初始的二氧化碳的濃度、生成氣泡的大小、氣泡中所含的二氧化碳量和啤酒最終的二氧化碳濃度,理論上就能計算出會有多少氣泡了。

但在科學上這樣的條件仍不夠精確,因為這其中包含太多的變數:啤酒的種類、酒精濃度、裝填時的氣壓、二氧化碳在啤酒中的溶解度,酒杯的形狀與材質、倒入酒杯中的啤酒體積,甚至所在環境的大氣壓等都會影響氣泡的數量。

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而研究團隊以酒精濃度 5% 的 250 毫升啤酒,在 6℃ 時倒入 500 毫升的玻璃杯中這個條件做計算,得出了一杯啤酒能產生的氣泡數:20 萬 ~ 200 萬

炎炎夏日,來一杯帶著穀物香氣,充滿沁人心脾涼意的啤酒,再痛快不過了!不過,你可曾想過啤酒綿密的氣泡,是怎麽來的?一杯啤酒裡,到底可以產生多少的氣泡呢?一群充滿實證精神的法國科學家,來爲大家解答這個疑惑。
爲了驗證一杯啤酒能產生的氣泡數,實驗團隊用瓶裝海尼根啤酒在固定條件下進行實驗測試。圖/Pexels

要驗證這個理論值,必須進行實驗。以下是研究團隊設定的實驗條件:

  1. 酒精濃度為 5%,並用玻璃瓶裝填體積為 250 毫升的海尼根啤酒。每瓶啤酒在6℃ 的冰箱中冷藏 48 小時。研究團隊已事先算出該條件下,二氧化碳在啤酒中的溶解度。
  2. 四個同廠牌機械製造的 500 毫升玻璃杯。實驗前需用稀醋酸清洗玻璃杯,再用蒸餾水清洗,清洗過後在 60℃ 的烘箱中乾燥。乾燥後,再將玻璃杯存放在 6℃的環境中。
  3. 使用服務員倒啤酒的輕柔動作,盡可能減少過程中液體的顛簸。

研究團隊在高速攝影機的協助下,偵測到一杯啤酒會產生 20 萬 ~ 200 萬的氣泡,和理論值相近。但這個結果一定要在他們設定條件下才能達成,只要上述的條件稍有變化,那氣泡的數量就不在這個範圍內了。這個氣泡數量的範圍確實很大,研究團隊也認為在啤酒能產生這麼多氣泡前,大部分人可能已經把啤酒給乾了。

看到這兒,不知道你怎麼看這個研究。雖然這個研究看起來好像對現實生活沒甚麼幫助,但我覺得細看這篇研究的過程,就覺得它是科學的典型示範。

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對想回答的問題先進行理論上的探討與計算,接著限定條件並進行實驗,最終讓實驗與理論計算的結果進行對比,如果有不符處便修正理論或實驗條件。某種程度上,這就是科學運作的過程。

最後,如果你已成年,給自己來一杯啤酒慶祝自己看完這篇文章吧~

註釋

  1. 過飽和溶液:指一定溫度和壓力下,當溶液中溶質的濃度已超過該溫度、壓力下溶質的溶解度,而溶質仍不析出的現象叫做過飽和現象。

參考資料

  1. Liger-Belair, Gérard, and Clara Cilindre. “How Many CO2 Bubbles in a Glass of Beer?.” ACS omega vol. 6,14 9672-9679. 31 Mar. 2021. 
  2. The fluid mechanics of bubbly drinks
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從 i 開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1592字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

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從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

只要認明 FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

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選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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氰化物的黑暗面:從間諜小說到戰爭罪行的恐怖故事——《毒藥的滋味》
PanSci_96
・2024/09/08 ・3314字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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最出名的毒藥

氰化物(Cyanide)是最惡名昭彰的毒藥之一,以其殺人於瞬間的特色享譽各大間諜小說和謀殺謎團。推理女王克莉絲蒂非常清楚氰化物的效果,用這種毒藥殺死了十八個角色,甚至還將她七十五部小說的其中之一直接命名為《閃閃發光的氰化物》(Sparkling Cyanide,台版譯名為《魂縈舊恨》)。偵探小說家瑞蒙.錢德勒(Raymond Chandler)在他最著名的《大眠》(The Big Sleep)一書中用加了氰化物的威士忌賜死一名線人。

內佛.舒特(Nevil Shute)的小說《世界就是這樣結束的》(On the Beach)描述毀滅性的核戰後的澳洲生活,而在故事中,澳洲政府分發了氰化物膠囊給民眾,讓他們可以快速輕鬆地自殺,不需面對逼近澳洲的放射性落塵雲帶來的緩慢、痛苦的死亡。

同樣的,間諜小說中的秘密情報員經常也會拿到氰化物讓他們在被抓時使用。甚至連伊恩.弗萊明(Ian Fleming)筆下的○○七情報員龐德以及其他情報員也都有氰化物膠囊;不過不出所料,龐德會把它扔掉。

在現實生活中使用氰化物進行謀殺或自殺的案件同樣令人著迷和驚駭。氰化物是史上一些最惡劣的犯罪行為中使用的兇器。第二次世界大戰期間,氰化氫製作的毒氣是所謂的「最終解決方案」的一部分,在奧斯威辛(Auschwitz-Birkenau)和馬伊達內克(Majdanek)的死亡集中營毒殺了數千名囚犯。

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當德國戰敗的跡象越來越明顯時,含有氰化鉀的玻璃膠囊是納粹高層首選的自殺方法,包括可怕的納粹黨衛軍(Schutzstaffel,SS)領袖海因里希.希姆萊(Heinrich Himmler)和德國空軍最高將領赫爾曼.戈林(Hermann Göring)都人手一顆。在目睹妻子伊娃.布勞恩(Eva Braun)用氰化物自殺後,希特勒也吞下氰化物並開槍自殺,終結了他第三帝國的夢想。

較近期的例子出現在一九七○年代初的舊金山。魅力十足的邪教領袖吉姆.瓊斯 (Jim Jones)吸收了大量追隨者,在加州的紅木谷(Redwood Valley)建立聖殿,開始宣揚自己是甘地、耶穌、佛陀和列寧轉世。

氰化物以其迅速致命的特性在文學中廣為人知,克莉絲蒂和錢德勒都曾使用它。圖/envato

到了一九七○年代中期,瓊斯已經說服了數百人,其中許多人還攜家帶眷,一起和他搬到南美洲蓋亞那當地與他同名的瓊斯鎮,加入「人民聖殿」(People’s Temple)這個新烏托邦。一九七八年,關於瓊斯鎮聖殿侵犯人權和採取嚴刑峻罰的憂心言論開始浮上檯面。同年十一月,國會議員里歐.萊恩(Leo Ryan)與其他美國官員和記者一起前往蓋亞那調查這些指控。

瓊斯起初對前來這座聚落的代表團表達歡迎之意,還在瓊斯鎮的中央涼亭為他們舉辦歡迎會,但接著萊恩突然遭到一名持刀的聖殿士兵襲擊,身上多處受傷。負傷的他依舊成功與代表團其他成員一起逃到瓊斯鎮附近的一座小機場,眾人分別登上兩架飛機。

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然而,他們才登機幾秒,槍手便迅速趕到,殺死了萊恩和其他四人。當天稍晚,瓊斯召集了瓊斯鎮的九百一十三位居民,其中包括三○四名兒童,命令他們進行他所謂的「革命行動」。所有人都拿到了一杯加了氰化物的葡萄口味酷愛(Kool-Aid,沖泡式飲料粉末),父母把飲料拿給孩子們喝,護理師用注射器將致命的混合物滴入嬰兒的嘴裡。最後共有九○九人死亡,其中三分之一是兒童。時至今日,「喝酷愛」這句話依然常在美國被用來形容「個人或團體對某種思想或個人表現出絕對服從或忠誠」。

飲食中的氰化物

儘管氰化物有明顯的致命特性,但含有氰化物的食物種類多得驚人,包括杏仁、皇帝豆、大豆、菠菜和竹筍。桃子、櫻桃、蘋果和苦杏仁等李屬植物(Prunus)的種子或果核都含有氰化物。食用少量氰化物不會對健康造成風險;事實上,我們大多數人都偶爾會吞下蘋果種子,但沒有任何不良影響。這是因為人體有一種處理飲食中少量氰化物的機制。人體內幾乎每個細胞都含有羅丹酶(Rhodanese)這種酵素,能將氰化物轉化為硫氰酸鹽來迅速解毒。

硫氰酸鹽是一種無害的化學物質,可以安全地被腎臟過濾並釋放到尿液中。人體每二十四小時可以處理約一克的氰化物。只有當身體無法負荷突然間湧入的大量氰化物時——特別是以殺人為目的——才會出現問題。

大多數兇手會用結晶的氫化鈉或氰化鉀下毒。雖然兩者都很易溶於液體,但氰化鉀的溶解度是氰化鈉的十倍。即便如此,只要在一杯咖啡或一杯葡萄酒中少量溶解兩者之一都足以致命;所需的份量極少,就代表它不會產生讓受害者有所警覺的氣味或味道。結晶氰化物進入人體後會與胃酸接觸,氰化鈉或氰化鉀會轉變成氫氰酸,造成嚴重的化學灼傷。

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當受害者胃部出現腐蝕性灼傷,但食道沒有灼傷,就代表受害者並非喝下任何腐蝕性物質,死因是在胃中產生的——這是氰化物中毒的關鍵指標。固體或溶解的氰化物晶體遇到胃酸後也會形成氣體氰化氫,接著被吸收進入血液,輸送到全身。本質上而言,受害者最終是同時被固體、液體和氣體氰化物殺死的。

結晶氰化物與胃酸接觸後,氰化鈉或氰化鉀會轉變成氫氰酸,造成受害者胃部出現化學灼傷。圖/envato

氰化物的致死原理

無論遭謀殺的受害者是吸入氰化物氣體還是吞下溶解在飲料中的氰化鈉或氰化鉀,氰化物的致死方式都完全相同。一旦進入體內,氰化物就會黏附在紅血球中的血紅素(hemoglobin)上,跟著血液迅速散播到全身。然而氰化物與血紅素的結合度很差,引起破壞的方式也不是透過影響血液,而是脫離血紅素進入人體細胞,破壞細胞製造生存所需能量的能力。

粒線體(mitochondria)位於我們每個細胞的深處,具有小型的棒狀結構,是身體裡的迷你發電廠,會產生化學能量三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),這是維持人類活著的能量。每個細胞通常有一百到兩百個粒線體,具體數量取決於細胞需要多少能量。舉例來說,肝臟細胞需要相當大量的能量,因此每個肝臟細胞會有超過兩千個粒線體;而紅血球大致上只是裝著血紅素的袋子,能量需求非常低,所以沒有任何粒線體。然而儘管 ATP 是為身體各方面的功能提供能量的重要角色,但身體能夠儲存起來的 ATP 相當有限。

本質上而言,粒線體執行的功能與樹木的葉子恰恰相反。植物的葉子會利用陽光中的能量,將水和二氧化碳結合在一起來產生葡萄糖;動物細胞中的粒線體則會與我們吸入的氧氣作用,分解食物中的葡萄糖,產生二氧化碳和水並釋放 ATP 形式的能量。基本上,人類和所有動物都是透過這種迂迴的方式利用來自太陽的能量。3

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埋在粒線體膜內襯當中的是一連串的蛋白質,它們構成所謂的電子傳遞鏈(electron transport chain)。我們呼吸的氧氣正是在這裡被確實用於製造 ATP。傳遞鏈中有一個蛋白質成分稱為「細胞色素 C」(cytochrome C),鐵原子靜靜位於細胞色素 C 的核心,是它發揮功能的關鍵。

氰化物的致死性在於它能夠與細胞色素 C 中心的鐵原子緊密結合,使整個蛋白質死亡。一旦失去活性,細胞色素 C 就不能在傳遞鏈的最後一步利用氧氣,導致 ATP 的整個生產過程中斷。

因為細胞運作強烈依賴 ATP 的持續供應,所以人體一旦發生氰化物中毒,中樞神經系統和心臟的細胞都會立即受到影響。當中樞神經系統關閉,受害者會開始感到頭痛和噁心,然後失去知覺,慢慢進入深度昏迷;接著大腦會進一步失去 ATP 能量供應,直到最終耗盡所有 ATP,不可避免地造成腦死;隨著心臟中的 ATP 逐漸減少,心跳會減慢並變得不穩定,脈搏也會微弱到無法察覺,最終使心臟完全停止跳動。

儘管名字聽起來很相似,但發紺(cyanosis,也稱「紫紺」)症狀與氰化物中毒無關。發紺指的是與減氧血相關的藍色,也是靜脈血液呈藍色的原因。相反的,由於與氰化物結合的細胞色素 C 不能再使用氧氣,血液中的血紅素反而會一直保持充氧狀態,4 因此氰化物中毒的症狀之一就是皮膚因為鮮紅色的充氧血而顯得紅潤。

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——本文摘自《毒藥的滋味:11種致命分子與使用它們的凶手》,2024 年 7 月,方舟文化,未經同意請勿轉載。

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