前言 现实与传说：崇高的自然科学如何被妖魔化
几年前，意大利某知名腌肉品牌发布了一条摩泰台拉香肠（mortadella，一种粗大的香肠）的广告片[1]：一个蜘蛛侠打扮的男人在高楼之间来回跳跃，趁着饭点潜入厨房。一进去他就一件一件地脱掉蜘蛛侠服装，此时还配着画外音：“不要防腐剂，不要着色剂，不要化学添加剂。”当脱得几乎只剩下内裤的他准备偷吃摩泰台拉香肠三明治时，他被自己的妻子（或女友）吓了一跳。妻子（我们假定她是妻子）问道：“亲爱的，你干什么呢？”这个蜘蛛侠则傻乎乎地答非所问：“好吃！”然后，广告继续赞美了摩泰台拉香肠的优点，并以这句不容辩驳的口号结束：“零化学成分，100%纯天然。”
从营销的角度来看，这句口号可能是有效的，但从科学的角度，尤其是从化学的角度来看，就显得十分愚蠢。因此，这则广告引发一些对食品问题特别关注的化学家的评论也不是没有道理的[2]。
“100%纯天然”的表述就很奇怪：也许在大自然中就能找到已经生产并包装好了的摩泰台拉香肠？但事实上摩泰台拉香肠是在罗马帝国时期发明的，其历史可以追溯到公元1世纪。因此，人类食用这种香肠显得自然而然，但那些被运往香肠工厂的可怜的猪就不会同意了。
但除了摩泰台拉香肠是否纯天然的问题，更无厘头的是“零化学成分”的说法。它想说明什么呢？说明香肠中没有物质、没有分子吗？难道香肠中的“天然”成分不是化学物质？这不禁让人想到化学家卢西亚诺·卡利亚蒂（Luciano Caglioti，生于1933年）在其1979年出版的一部著作的导言中写的话：“科学在社会中扮演着文化和技术的双重角色。化学也不例外：它是最大的科学分支之一，我们认真想想的话，似乎万物皆包含化学。每一个生命行为，每一个生产过程，每一种材料都涉及化学物质的变化。”[3]
如果说“万物皆包含化学”，“每一个生产过程”都涉及化学物质的变化，那么很明显，即使是意大利知名企业的摩泰台拉香肠也不可能例外。因此，这个广告中的口号是真的毫无意义。
在后面的内容中，我会向大家说明“万物皆包含化学”的说法是正确的，但现在我想请大家注意另一个方面，也就是打着“零化学成分”的口号吸引消费者购买产品，其实是向大家暗示了化学是一个完全具有负面影响的东西。如果化学被认为是有益的，那么所谓的“不含化学成分”就不会被宣扬为产品的优点。
近年来，化学被人们赋予了负面含义。“化学的”已经成为“有危害的”“有毒的”“大自然的敌人”“反生态学的”等一系列形容词的代名词。而这种认知已经变得非常普遍，人们甚至还创造出了一个新词，即化学恐惧症（chemofobia或chemiofobia），也就是“当人们听到‘化学物质’和‘化工业’这些词时，可以观察到他们会不由自主地表现出厌恶”[4]。
化学恐惧症在全世界都很普遍，但在意大利却是根深蒂固。根据欧盟委员会（European Commission）2010年进行的一项调查[5]，只有22%的受访欧洲公民将“化学产品”与“有用”一词联系起来。而在意大利，这一比例下降到9%。有68%的欧洲人和67%的意大利人想到“化学产品”时，脑海中就会出现“危险”一词，只有4%的欧洲人和意大利人会想到“天然”这一词。但情况并不总是这样。
第一次世界大战后，意大利人民的生活条件极为艰苦。在当时还是以农业为主的意大利社会中，人们的平均寿命不超过60岁，婴儿的死亡率也非常高。1951年11月4日，意大利进行了第十次人口普查（也是意大利建立共和国之后的第一次），同时还进行了住房普查。从收集的数据来看，每1000户人家中只有7户有带自来水的浴室，有100万人仍然住在棚屋、山洞或小木屋里。当然，能拥有汽车更是极少数人的特权。后来，工业化使意大利人民的生活条件得到了巨大的改善，而化学的应用在其中起了关键的作用。从马格拉（Marghera）到普里奥洛（Priolo）的石油化工厂，再到许多其他化工公司，化工业的诞生极大地促进了意大利的经济发展。
意大利很快就在石油化工领域取得了领先地位，人们从石油中不仅可以得到燃料，还可以获得油漆、化肥、抗寄生虫药、洗涤剂、橡胶和其他数百种产品。意大利人民很快就适应了快速的工业化进程，他们的收入迅速增加，失业率下降，生活条件提高到了以前不可想象的水平。在那时，工业和化学被视为进步的象征，很少有人抱怨工业化带来的污染、环境破坏和过度的建造。其他国家也是同样的情况。也就是说，那些今天对人类健康和环境产生危害的东西，曾经被我们视为发展和繁荣的象征。例如，在一张旧的苏联宣传海报上写着：“烟囱里冒出的烟是苏维埃俄国的呼吸。”
20世纪60年代，意大利迎来了化学真正的辉煌时刻。米兰理工学院（Politecnico di Milano）的居里奥·纳塔（Giulio Natta，1903—1979）研究出了一种新的聚丙烯[polypropylene，莫普纶（Moplen）是聚丙烯的产品商品名]合成方法。纳塔也因此获得了诺贝尔化学奖。该方法的发现也给每个市民带来了一场日常生活的革命。在那之前，工厂用于生产物品的材料都十分昂贵，因此只有少数人能使用得起此类商品，而发现了聚丙烯的合成方法之后，这类产品就变得人手可得。继聚丙烯塑料之后，又出现了影响人们社会生活的合成纺织纤维，以及可能根除广泛传播的疾病的新药。所有这些都有助于进一步提高意大利人的生活水平，他们终于可以考虑如何花钱、如何在空闲时间里放松自己。要是在几年前，这些想法根本就不存在，因为那时候他们既没有钱也没有空闲时间。
然而，这种化工热潮注定会衰退。1962年，由生物学家蕾切尔·卡逊（Rachel Carson， 1907—1964）撰写的《寂静的春天》（Silent Spring）一书在美国出版，该书也于次年在意大利翻译出版[6]。书中斥责了DDT（滴滴涕，化学名为双对氯苯基三氯乙烷，Dichlorodiphenyltrichloroethane）以及其他杀虫剂的使用带来的危害。在此之前，这些杀虫剂还被视为人类强大的盟友（DDT消灭了疟疾的传播媒介，即疟蚊[7]，使数百万人免于疟疾[8]的感染）。尽管这本书的内容在科学上未必严谨[9]，但还是引起了很大的反响。最早的环保主义运动也开始在意大利蔓延。1972年，罗马俱乐部（译者注：罗马俱乐部是一个讨论政治问题的全球智囊组织）起草了一份名为《增长的极限》（il Rapporto sui limiti dello sviluppo）的报告，该报告对世界人口的增长和随之而来的资源开采的增加可能带来的后果发出了警告。但直到大约20世纪70年代中期，化学恐惧症才真正开始在社会中扎根。
1976年7月10日，在塞维索（Seveso，距米兰22千米）边界的梅达（Meda），瑞士ICMESA化工厂内，由于控制系统故障，用于生产三氯苯酚（Trichlorophenol）的反应釜温度和压力过高，这导致了大量2,3,7,8-四氯代二苯-并-对二英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，简称TCDD，俗称二英）的产生和释放。有毒的云团随风飘散，污染了多个市镇，包括梅达、塞维索、切萨诺马代尔诺（Cesano Maderno）和代西奥（Desio），约有240人出现呼吸道问题，并得了氯痤疮（chloracne）——一种因接触氯及其某些衍生物而引起的皮疹。
除了实际损失（往往估计过高），塞维索事件对民众情绪上的影响也是巨大的。化工业开始被视为一种威胁，而不再是美好生活和财富的载体。就连业内人士也非常惊讶。化学的超常和飞速发展使人们忽略了可能的风险，以及最重要的对这些风险的管理。
塞维索事件也凸显了严重的立法缺陷。自1982年以来，欧洲指令一直敦促成员国采取共同预防工业风险的政策，因此人们将欧洲指令命名为“塞维索指令”也并不是偶然。化工业不得不更加关注其生产过程对环境的影响。化学专家也开始反思这门学科。1979年，前面所提到的卢西亚诺·卡利亚蒂出版了《化学的两面性：益处与风险》（I due volti della chimica. Benefici e rischi）一书。该书探讨了化学带来的巨大优势，以及与化学技术应用和工业应用相关的不可避免的风险。
1987年，美国化学家乔治·哈蒙德（George S. Hammond，1921—2005）在一篇文章中谈到了化学的三个方面[10]。第一个方面是作为纯粹科学的化学，旨在理解和认识物质转化的规律。第二个方面是应用化学，它为人类提供了特别的工具，以满足人类对食物、衣服、制成品、药品和其他改善生存所必需的数千种资源的需求。第三个方面是有害化学，它不仅产生毒物，还污染环境，引发疾病，甚至可用来生产可怕的大规模杀伤性武器。
普遍存在的化学恐惧症使大多数人一听到化学就只想到化学的第三个方面，而完全忘记了化学的另外两个方面。
1984年12月3日，又发生了一起可怕的事件，使这一观念更加深入人心。在印度博帕尔市（Bhopal），美国跨国企业联合碳化物公司下属的印度有限公司（UCIL）的农药厂在凌晨发生了一起事故，造成40吨异氰酸甲酯（Methyl isocyanate， MIC）泄漏。这是有史以来最严重的工业事故。没人知道到底有多少受害者。据估计，短短几天内就有7000～10 000人死亡，在随后的几年里，可能还会有数千人失去生命。异氰酸甲酯是一种挥发性很强的液体，有一种特有的熟白菜的味道。它本身没有毒性，但与水反应后会产生异氰酸（Isocyanic acid），是一种有剧毒的化合物。刚好事故发生的那个不幸的夜晚下起了雨，反应产生的异氰酸导致数千人死于肺气肿，对民众和环境都造成了非常严重的影响。
但是，面对博帕尔这类事故，怪罪化学，希望它从我们的生活中消失有意义吗？我们直接的情绪反应可能会觉得是有意义的。但问题的答案是用头脑去寻找而不是用脚趾头。如果分析博帕尔事故（以及包括塞维索在内的其他类似事件）的起因，我们就会发现并不是化学造成了此类事故，而是那些管理工厂的人的疏忽和不谨慎造成的。这家工厂早在一段时间前就快要被废弃了，而且这家早该被关闭的工厂还缺乏最基本的安全装置。因此，要求从我们的生活中消除化学，就像是因为一些心不在焉、粗心大意的父母没能阻止孩子玩火柴烧掉房子，就决定要消灭火柴一样。
工业社会不可避免地会产生一些问题，有时甚至是极其复杂的问题。但正如化学家普里莫·莱维（Primo Levi， 1919—1987）在卡利亚蒂的书的序言中所写的那样：
最好、最重要的是把我们面前的众多严重的技术性问题从情感和利益中抽离出来，带着诚意用自己的能力去揭露它们。
……有一些难题，不是靠喊万岁或者抗议，也不是靠游行或示威来解决的，而是靠人类理性和对人类理性的信任，因为没有其他适合此问题的方法[11]。
在这本书中除了刚刚的叙述，我不会再讨论哈蒙德概述的化学的第三个方面。这并不是我认为与化学应用有关的风险可以忽略不计。就像其他任何人类活动一样，风险是存在的（“零风险”仅仅是一个理想化词语）。问题是关于化学这方面的讨论已经很多了，尽管那些谈论的人往往不具备必要的化学知识。这看似微不足道，但一定要记住，必须具备化学知识才能合理处理化学应用中出现的问题（污染问题、对环境和人的健康的影响等问题）。许多化学家都很重视这些问题，并寻找有效的解决办法。然而，他们的声音却很少能传到公众耳朵里。主导公众舆论的反而是那些没有丝毫准备就高喊万岁或高喊反对和组织游行示威的人的声音，他们还同时营造出恐惧化学的氛围。尽管这些人通常是出于善意（但并不总是如此），但他们也是受到完全没有根据的意识形态的煽动。例如，最明显的一种观念就是：一切自然的东西都是好的，而一切化学的东西都是有害的。对于这一点要记住，人类已知的毒性最强的毒药是在自然界中发现的，而不是由化学家合成的。即使是作为可怕疾病的来源的病毒和细菌，也完全是天然的。
在本书中，我会论述化学的前两个方面：一是化学是一门崇高的自然科学，能够揭示自然界最深层的秘密；二是化学是人类不可替代的盟友，它为提高生活质量做出了巨大贡献。
我会以一种特别的方式，也就是按照一个生活在我们这个时代社会中的普通人的一天来论述。从早晨醒来到晚上入睡，讲述一个普通人一天24小时生活中的化学（选择主人公的性别为男性只是因为我是男性，并非性别歧视）。
通过这种叙述方法，我会向大家说明化学是如何渗透到我们生活的方方面面。这既是因为人们自愿将化学引进生活，也是因为化学是事物本质上固有的属性，从我们自己作为生命体开始就是了。当然，书中的话题完全是随意选择的，难免会有自己的主观意见。其实，书中所谈到的那些只是我们生活中由化学主导的许多方面的一部分。我本来也可以选择许多其他读者很容易能想到的话题。
在后面的内容中，我尽量避免出现教学的态度。因为这本书的目的并不是要教给读者化学知识，而仅仅是想让读者更好地了解什么是化学。我还希望这本书能唤起读者的好奇心，希望他们能摆脱愚昧，用一种超越表象的目光来观察我们周围的事物。如果我成功地达成了这一目标，哪怕是达到了一部分，我也会很满意。那些想要深入探讨书中某些话题的读者，会看到书中有许多小篇幅的拓展内容，但也只是一些十分简单的论述。因此那些有求知欲的读者们（我衷心希望有那么些人），可以按照参考书目学习。书后面的词汇表也会使阅读更加容易。关于教学，我们还应该注意到的是：通常，学校的化学课教得并不好，许多学生对这门课没什么印象。化学教学的问题是多方面的，这里我们不谈这个。我只想强调一个事实，那就是在意大利的学校里，化学课很少是由专门的化学老师教授的。常常是很荒谬地由毕业于其他专业（生物学等自然科学）的老师来教授，因此不可避免地出现很多问题（这也不是他们的错）。他们对这门学科的认识很有限，因为他们往往也是糟糕教学的受害者，因而这种糟糕的教学形式就这样反复下去。
在写作的过程中，我对一小段题外话很感兴趣，那就是化学的历史。我认为了解某些思想是如何产生的是非常有用的。科学成就从来都不是凭空而来的，它们的背后是一条漫长的道路，由个人和（或）集体的努力、天才般的直觉、尝试、错误、成功和失败组成。
化学的整个历史很迷人。严谨准确的现代物质科学的根源，也在那个融入了魔法、神秘哲学和玄学的炼金术（Alchemy）理论中。但是“化学作为一个明智懂事的女儿，因为有一个古怪、失常的母亲，它不得不表明自己的不开心”[12]，法国化学家皮埃尔·约瑟夫·马克勒（Pierre-Joseph Macquer， 1718—1784）写道。而且，正如我们在狄德罗（Diderot）和达朗贝尔（D’Alembert）的《百科全书》（Enciclopedia）中“化学”（第三卷）条目下读到的那样：“许多古代化学家都是真正的化学家，但要在卓越的艺术（第一代科学先驱的神圣艺术）中掌握真正的化学是非常困难的。”
尽管如此，化学还是成功摆脱了它奇妙的起源，并为我们提供了一个合理又连贯的物质现象框架。为了做到这一点，它不得不放弃最初的原则，以谦逊的态度和探索的精神，将注意力转向简单的日常事物。这本书中所使用的叙述策略是为了再次提出这种方法，引起读者对我们每天看到的事物的关注。我承认我是受到了一个前人的事例的启发。1859年年底至1860年年初，英国伟大的化学家和物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday， 1791—1867）在伦敦皇家研究院（Royal Institution）举办了一系列主要针对少年儿童的科普讲座，即所谓的圣诞科学讲座。讲座的内容随后被出版成书，书名为《蜡烛的化学史》（The Chemical History of a Candle）[13]。法拉第以蜡烛这种看似平淡无奇的东西为出发点，用一种人人都能接受的简单语言，成功地传播了他那个时代已知的许多化学知识。正如他本人在讲座开场时所说：
其实世界各部分的规律没有一个不是在这种现象中体现出来的。而要进入自然科学领域，没有比研究蜡烛燃烧的化学现象更好、更有效的方法了。我希望我没有让你们失望，我选择了这个话题，而没有选择一个更新颖的话题。当然，新的话题不可能会比蜡烛更好，也很难会有那么好。
就我自己而言，我也希望读者不会对我在书中选择的话题感到失望。
祝您阅读愉快！
我衷心感谢马可·恰尔迪（Marco Ciardi）、乔治·多布里利亚（Giorgio Dobrilla）、斯特凡诺·奥斯（Stefano Oss）和我的妻子伊莲妮（Irene），感谢他们阅读我的手稿，并为我的作品提供了宝贵的意见与建议，为我提供信息和分享他们的看法。当然，文章内容上的任何疏忽和不准确都是我的责任。最后特别感谢卢西亚诺·卡利亚蒂教授为这本书写序言。谨以此书献给达尼洛（Danilo），希望他不要讨厌化学。