為什麼氰化物如此令人恐懼？

最近發生在天津的爆炸事故成為了舉國關注的焦點新聞，而在事故發生後的諸多報道中，發生事故的倉庫存有700噸氰化鈉無疑是讓許多人感到極度恐慌和震驚的新聞。事實上，氰化物泄露或疑似泄露的事故並不是第一次發生，而幾乎每一次這樣的消息見諸報端都會讓人極度不安。那麼，什麼是氰化物，它為什麼如此令人恐懼呢？

天津爆炸事故留下的大坑

所謂氰化物，通常指的是含有氰基的化合物。氰基是一種非常簡單的結構，只含有碳和氮兩種原子，但它自身不能穩定存在，必須通過其中的碳原子與鈉、鉀等金屬元素或者氫元素的原子結合，這就得到了氰化鉀、氰化鈉和氰化氫等我們聽上去比較熟悉的化合物。在這些化合物中，氰基實際上帶有負電荷，變成了氰離子。氰基與也可以與有機物相連得到有機氰化物，許多有機氰化物俗稱為「腈」。但我們在談及氰化物時往往僅專指無機氰化物，因為在有機氰化物中，氰基並不能變成帶電的氰離子並游離出來，這一點導致了有機氰化物的化學性質與無機氰化物迥異。在這篇文章中，除了特別說明，氰化物也是專指無機氰化物。

氰化物之所以讓人感到恐懼，主要是由於它們的高毒性，300毫克左右的氰化鉀或者氰化鈉就可以置人於死地。如果你對這個數字沒有概念不妨想一下，我們通常服用的藥片每片的重量也不過幾百毫克，也就是說這藥片大小的氰化物就可以輕易把人殺死。如果把此次天津爆炸現場儲存的700噸氰化鈉都做成這樣的藥片，可以毒死20多億人，這確實是相當恐怖。

其實，氰化物並不是毒性最強的物質。衡量毒物毒性的一個常用指標是半致死量，也就是能夠殺死一半以上實驗動物的毒物劑量。這個劑量越低，對應的化學物質毒性就更高。氰化鉀的口服半致死量在每千克體重5~10毫克這個範圍，毒性並不算低，但半致死量更低的毒物不勝枚舉。例如黃曲霉素的口服半致死量是每千克體重0.5毫克左右，肉毒桿菌毒素的口服半致死量估計只有每千克體重1納克，連讓煙民成癮的尼古丁的口服半致死量都只有每千克體重1毫克。也就是說，如果按照毒性高低排座次，氰化物不僅不能稱王，想躋身前列都很困難。那麼為什麼唯獨氰化物常常令人恐慌？

主要原因在於，氰化物不僅毒性很強，而且如果進入人體的劑量足夠，能夠在很短時間內置人於死地。例如空氣中的氰化氫濃度只要達到100~300ppm，就可以使人在一小時之內死亡；如果濃度增大到2,000ppm，人吸入後一分鐘就可能死亡[1]。應該說這才是氰化物最令人感到恐怖的地方，因為只要救治稍不及時就回天乏術了，而許多有毒物質雖然毒性不亞於氰化物，但毒性發作需要更長時間。雖然對這些物質同樣不可掉以輕心，但畢竟可以有更多的時間對中毒者進行救治。正因為如此，氰化鉀、氰化鈉等無機氰化物常常是自殺者和謀殺者的首選。例如納粹德國在二戰時不僅利用氰化物在集中營進行大屠殺，還用於自己人的自殺。二戰時德軍著名將領隆美爾就因捲入推翻希特勒的行動而被勒令服用氰化物「體面地」死亡，希特勒長期的女友愛娃在柏林陷落前也是選擇服用氰化鉀自殺。被譽為「計算機科學之父」的英國著名科學家圖靈也是因吃下被氰化物浸泡的蘋果而離世。一些間諜或者特種部隊人員往往也隨身攜帶氰化物膠囊，以便在有可能落入敵人手中時迅速自殺。

齊克隆B是一種氰化氫製劑，最初作為殺蟲劑開發，但二戰時被納粹德國用在集中營進行大屠殺。這是二戰結束後盟軍發現的齊克隆B空罐（圖摘維基百科）

氰化物之所以讓人擔憂，還有一個原因是氰化鉀和氰化鈉都是重要的化工原料，生產起來也不算太難；儘管管控嚴格，想弄到也並不是太困難的事情。而且，它們在外觀上都是白色粉末，和食鹽、糖等常見物質比較相似，又非常容易溶於水，很適合投毒。因此，一旦由於生產、運輸或者使用環節出現漏洞，導致氰化物進入環境或者落入不法分子手中，後果往往不堪設想。

當然，如果泄露到環境中或者被不法分子獲得的只是氰化鉀或者氰化鈉，問題還不算非常嚴重，因為它們都是固體，既不會揮發也難以通過皮膚滲透進身體。即便是水溶液，也必須經過口服或者注射才能產生毒性，相對而言防範並不太難。但是令人頭疼的地方在於，氰化鉀和氰化鈉非常容易釋放出氰化氫。氰化氫的沸點只有26攝氏度，因此相當容易揮發進入空氣，這就大大增加了中毒的風險。

那麼，為什麼氰化氫容易被釋放出來？氰化氫是一種弱酸，也就是說它在水中會解離成氫離子和氰離子，但解離的程度很弱。大家可能還記得初中化學課上做過這樣一個實驗：將碳酸鈣投入鹽酸中，碳酸鈣很快溶解，同時放出大量氣泡。這是因為弱酸的鹽遇到強酸會發生反應，釋放出對應的弱酸，反之則不行。碳酸鈣是碳酸的鹽，而碳酸酸性弱於鹽酸，因此二者相遇會釋放出碳酸；由於後者不穩定，隨即分解成二氧化碳和水：

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

氰化鉀和氰化鈉是氰化氫這種酸形成的鹽，而氰化氫的酸性比碳酸還要弱好幾個數量級。這就意味著，氰化鉀和氰化鈉遇到酸性物質，甚至是空氣中的二氧化碳，都非常容易釋放出氰化氫，這是極其危險的。即便沒有酸性物質存在，當氰化鉀或者氰化鈉溶於水或者受潮時，也會生成氰化氫。這是因為弱酸的鹽在水中很容易發生水解，變成對應的酸：

CN- + H2O = HCN + OH-

正因為如此，在使用氰化鉀和氰化鈉時務必格外小心，萬萬不可讓它們與酸接觸；特別是配製水溶液時一定要確保溶液處在鹼性條件下以抑制它們的水解，否則很容易釀成大禍。儲存氰化鉀和氰化鈉的固體時，要保證容器密閉，與各種酸分開存放，而且存放地點要通風良好。這樣，萬一儲存過程中生成氰化氫，可以及時逃逸到空氣中，不會蓄積起來造成更大的危害。

為什麼氰化物有著如此強且作用迅速的毒性？因為氰離子非常容易和金屬發生一種被稱為配位鍵的相互作用。我們都知道，兩個原子要想形成化學鍵，通常是雙方各出一個電子放到一起。很多時候，金屬的原子或者離子拿不出這樣的電子，但是氰離子說，不要緊，我自己有兩個電子，其中一個算在你名下，你只要給我找個地方就好。這樣一來，氰離子就和金屬就形成了特殊的化學鍵——配位鍵。

氰化物進入人體後，遇到細胞線粒體中的細胞色素c氧化酶，酶中含有鐵離子，於是二話不說衝上去就和對方抱在一起，形成了配位鍵，而且怎麼拉也不鬆手。這一「抱」不要緊，酶的正常活性被破壞了，而這種酶是有氧呼吸過程中一種關鍵的酶。呼吸作用受到抑制，正常的生命功能自然難以維持下去。

氰化物的這種獨特本領讓它輕而易舉地致人死地，卻也讓它在一個特殊的場合大顯身手，那就是金礦的開採和冶煉。我們都知道，金在自然界通常以單質形式存在，其化學性質穩定，難以發生化學反應，因此很難把它和礦石中的其他物質分離開。但如果用氰化鉀或者氰化鈉的溶液去處理含金的礦石，氰離子能夠與黃金形成配位鍵，從而將它轉變成能溶解在水中的鹽，從礦石中提取出來：

4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH

這之後，我們可以再把含有金的鹽還原成黃金單質。例如在隔絕氧氣的條件下向溶液中加入鋅粉，鋅粉就會把金置換出來，這樣我們就從礦石中提煉出了純金：

2Au(CN)2- + Zn = 2Au + Zn(CN)42-

由於氰化物的高毒性，人們一直想使用其他化學物質來替代它提取黃金，但很不幸的是，這些替代物的效果都遜於氰化物，因此黃金開採行業目前還不得不繼續使用氰化物。另外，氰化物能參與許多重要的反應，因此還經常作為原料用於生產其他重要的化工產品。因此，雖然氰化物令人生畏，我們的生活還真離不開它。

不過，雖然氰化物是非常危險的毒物，卻並非不可降伏的惡魔。人們已經找到許多可以有效治療氰化物中毒的化學試劑，例如亞硝酸異戊酯、亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉和羥鈷胺等等。對於氰化物中毒者，只要救治及時，並非沒有生還的可能。對於進入環境特別是水體中的氰化物，可以用次氯酸鈉、過氧化氫、臭氧等強氧化劑將其轉化為低毒的氰酸鹽，還可以用二價鐵離子與其生成穩定且低毒的亞鐵氰化物[2]。因此，只要嚴格遵循操作規範，我們完全可以利用氰化物為生活服務而避免安全事故的發生。

說到這裡，我們再簡單說一下有機氰化物。雖然有少數例外，但一般來說，有機氰化物並沒有無機氰化物那麼強烈和作用迅速的毒性。這是因為有機氰化物中氰基以共價鍵的形式與其他原子相連，無法以氰離子的形式游離出來。氰基並不能像氰離子那樣與金屬形成配位鍵，自然談不上毒性。許多含有氰基的有機物其實離我們的生活相當近，例如聚丙烯腈（腈綸）、丁腈橡膠和ABS樹脂都含有氰基，是非常重要且常見的高分子材料；氰基丙烯酸乙酯則是萬能膠的主要成分。

不過關於有機氰化物，有一點需要提醒：那就是一些植物的細胞中含有一類被稱為含氰糖苷或者生氰糖苷(cyanogenic glycoside)的有機氰化物。所謂糖苷, 指的是糖與其他化學結構相連得到的化合物，如果這些化學結構中有氰基，這樣的糖苷就被稱為含氰糖苷。這些植物的細胞的另外的部位又含有能夠從含氰糖苷中分解出氰化氫的酶。當人或動物食用這些植物時，植物細胞受到破壞，二者有機會相遇，就會發生反應生成氰化氫，從而導致中毒。氰基糖苷在許多水果的種子，例如桃和杏的果核中的含量都比較高，因此不要食用這些果核，以免中毒。另外，木薯中也含有大量的含氰糖苷，因此需要徹底煮熟才能食用。

木薯中含有大量的氰基糖苷，食用前必須做適當的處理，否則有可能引發中毒（圖摘維基百科）

另外，許多含氮的材料特別是某些塑料，燃燒時會釋放出氰化氫，哪怕這些材料中的氮原子並不以氰基形式存在，這是導致火災中人員傷亡的一個重要原因。煙草燃燒時也會釋放出少量的氰化氫，通常不會造成急性的中毒死亡，但對健康仍然有一定的危害。

最後需要說明的是，還有許多化學物質，例如氰酸鹽、異氰酸酯和硫氰酸鹽，以及由於毒奶粉事件而臭名昭著的三聚氰胺，儘管名字中帶有「氰」字，但它們與氰化物結構不同，化學和毒理性質也相差甚遠，是完全不同的幾類化合物。雖然這些化合物中有的也具有比較強的毒性，但是總的來說沒有氰化物那麼危險。由於名稱相近，經常有人把它們與氰化物混為一談。例如中文維基百科的「博帕爾事件」條目稱，發生在1984年的印度的這起駭人聽聞的工業災難是由於「氰化物」泄露，這種說法是錯誤的。博帕爾事件的罪魁禍首是異氰酸甲酯，雖然同樣劇毒，卻並不屬於氰化物。又如最近有新聞稱「西安一快件流出不明液體  快遞員聞後氰化物中毒」[3]，標題也很嚇人；但根據新聞正文，惹禍的是異氰基乙酸酯。這種化合物不是氰化物，毒性也遠沒有氰化物那麼高，遇水也不會釋放出氰化氫。因此，在遇到這些名稱相近的化學物質時一定要仔細分辨，不要輕易「談氰色變」。

參考文獻

[1] http://www.cyanidecode.org/cyanide-facts/environmental-health-effects

[2] http://www.sgs.com/~/media/Global/Documents/Flyers%20and%20Leaflets/SGS-MIN-WA017-Cyanide-Destruction-EN-11.pdf

[3] http://news.qq.com/a/20150816/015828.htm

（作者：嵌段共聚物）

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