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本书基于全国重点中学资深化学老师多年累积的经验和研究成果，以活泼又不失严谨的写作风格，以我们身边可触摸到的生活为例子，讲述化学的科学知识，寓教于乐，帮助读者轻松理解课本中晦涩的知识，并对化学产生浓厚的兴趣。字里行间体现了作者对化学的热爱以及深度思考，对化学教师也很有启发。
北京
图书在版编目（CIP）数据
化学会呼吸/王耀著.--北京：人民邮电出版社，2015.9
ISBN 978-7-115-39685-3
Ⅰ.①化… Ⅱ.①王… Ⅲ.①中学化学课—教学研究 Ⅳ.①G633.82
中国版本图书馆CIP数据核字（2015）第173658号
内容提要
本书基于全国重点中学资深化学老师多年累积的经验和研究成果，以活泼又不失严谨的写作风格，用身边可触摸到的生活中的例子，讲述有关化学的科学知识，寓教于乐，帮助读者轻松理解课本中晦涩的知识，并对化学产生浓厚的兴趣。
本书适合化学爱好者阅读，同时字里行间也体现了作者对教学的热爱以及深度思考，对广大教师也很有启发。
◆著 王耀
责任编辑 韦毅
责任印制 彭志环
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
北京隆昌伟业印刷有限公司印刷
◆开本：700×1000 1/16
印张：14.5 2015年9月第1版
字数：225千字 2015年9月北京第1次印刷
定价：45.00元
读者服务热线：(010)81055410 印装质量热线：(010)81055316
反盗版热线：(010)81055315
在动笔写《化学会呼吸》之前，我就深深感到这篇序言可能比正文还要难写。因为每当有人问起我写这本书的目的时，我都不知道从哪里开口，心中奔涌的千言万语犹如有鲠在喉一般难以吐露。如果你现在不赶时间，愿意耐心地听一听我的肺腑之言，我倒非常愿意像讲故事那样给你娓娓道来。
就从我自身的经历说起吧。我还没到上中学学习化学的年龄之前，就通过很多自然现象和影视了解了一些化学知识，而且我哥哥在家里储备了一些常用的化学仪器和药品，没事的时候我特别喜欢让他给我演示一些有趣的实验，那光、那色、那声、那景都令我无限痴迷。不知从什么时候开始，我已经深深爱上了这门学科，可是我居然连一节完整的化学课都没有听过。在初三前的那个暑假，我已经迫不及待地完成了应该在初三全年完成的化学习题集，而且钻研每一道题的时候，我都是那么地陶醉和享受……此后一直到高三的4年里，痴迷化学的我凭借刻苦自学和求教名师，获得了全国竞赛省赛区的一等奖。日常的化学学习更是不在话下，化学考试第一名从来没有出现过其他同学的名字。直到我填写高考志愿的一刻，我暗下决心投身教育改革和实践，第一志愿就是北京师范大学的化学专业。你可能会问了：为什么要选择师范院校呢？说心里话，我感觉到身边有不少同学学习很困难，他们完全没有我对化学那样的痴迷和热爱，又被考试成绩一次次打击，于是内心十分郁闷和焦虑。我想，如果自己将来成为了一名化学教师，一定要让更多的孩子像我这样热爱这门学科，像珍视自己的眼睛一样珍惜学化学的机会，那他们自然不会那么吃力了。当然，我也看到了现行教育模式的种种弊端，希望能在北京师范大学名师的指导下探寻一条改良教育现状的出路。要知道：只有重视科技的国家才是有前途的国家，只有重视教育的民族才是有希望的民族啊！
自高考前确立投身教育的志向以来，我扎扎实实地积累着自己的化学专业基本功和心理学、教育学及课程论的基础。16年前，我第一次站上了高中母校的讲台，开始了对化学教学的实践和深入研究。后来由于感觉到自己的根基不够深厚，我考上了北京师范大学化学课程教学论专业的研究生继续深造，能成为化学课程标准制定专家——王磊教授的学生是我一生最幸运的事。从那时开始，在恩师的悉心指导下，我深入接触了新课程的改革方案和教材，对这场即将刮起的新教育之风寄予非常深厚的希望。2006年，我终于从伴随自己7年青春岁月的北京师范大学毕业，进入了全国知名的中学——北京四中，开始了我新一轮的教育实践和探索。
这么多年的教育生涯，这么多年对化学的痴迷追求，让我不停地问自己：到底应该怎样去教学生学习化学？为什么我小时候连一节完整的化学课都没有听过，这门学科却成了我一生的挚爱，而现在的学生每周有好几节课的时间可以学习化学，有那么多精彩的科普书籍可以阅读，有那么多科教资源可以利用，他们却越来越不爱学习了呢？我也在不停地反思现有的教育方式，是不是我们的课堂让本来生机勃勃的学科变得死气沉沉？是不是我们的教育让本来兴趣盎然的学生感到索然无味？是不是那些似懂非懂又被迫去记忆的化学方程式增加了他们的厌倦呢？也许孩子们已经习惯了默默地低下头，小心谨慎地把自己的思维半径痛苦地划定在标准答案之内，俯首帖耳地在ABCD围成的思想栅栏里困兽般地徘徊……
我想说：化学其实不是这样子的！化学家也不是那种枯燥乏味、毫无情趣的人！我仿佛听到了化学在课堂上哭泣，在测验中哽咽，在考场上叹息！孩子们、教师们、家长们，请你们认真想一想，我们的生活哪里没有化学的踪迹，我们的身边和身体里都是化学反应产生的功绩！如果你问我为什么写这本书，我只想说一句：因为化学会呼吸！它能让那些你心中熄灭的热情再次被点燃，也能让那些你脑海里沉睡的方程式再次被唤起。不要让学习变成一场痛苦的折磨，更不要让化学成为我们悲伤的回忆！如果你还没有体会到化学的乐趣，还没有感悟到化学教材深藏的意义，请让这本《化学会呼吸》成为你的枕边读物，成为你的旅行伴侣。这是一位痴迷于化学的教师倾其半生感悟所写的“科普教材”，也是一位放眼未来的教育研究者内心最深处呐喊出的“生命教育”！
阅读建议及章节特点
本书的章节标题是将“化学”与“生活”两个角色比喻为一对情侣，用两者之间的情感变化来表达化学的独特生命力。“我怎能离开你”“想说爱你不容易”“再爱我吧”等饱含情意的词汇突显了化学与生活的难舍难分和爱恨纠葛。其实，现实生活中的我们应当怎样去看待化学，真的是一个非常重要的问题。“没有无缘无故的爱，也没有无缘无故的恨。”想让各位读者真正爱上化学，我们就要认真了解化学的前世今生。而在本书的第5章，为了让各位正在学习化学的学生读者能够更有收获，我探讨了一些化学学科的学习方法，可以让苦苦思考如何学化学的人茅塞顿开，也为我的教育界同行找到更好的教学方法起到抛砖引玉的作用。第6章是我的网络教育杂文集，在21世纪初，这些文章大多都发表在中国中小学教育教学网上（也叫K12教育网上，网址www.k12.com.cn），作为自己的第一本科普论著，自然想要朝花夕拾，把这些曾经引起很高点击量的教育随笔重新收集起来与大家分享，更加体现自己心中的教育梦想。我在网上一直都使用coolwy 的笔名，所以第6章就定名为“为师心得：coolwy的教育梦想”，希望那些跟我一样仍然怀揣教育梦想的年轻人可以从中获得激励，产生共鸣，也希望一切关心和关注中国教育的人们与我共同探讨，一路同行。
如果你的兴趣点只是化学与生活的关系和其中的道理，那么可以重点阅读前4章。不过阅读的顺序最好按照自然的章节顺序展开，因为有些化学名词和理论在前面的章节中出现过时我会做一些解释，后面的章节就直接使用了，为了避免产生理解障碍，可能依次阅读会比较容易接受一些。
如果你是正在苦读的中学生朋友，或者是中学生朋友的老师或家长，建议千万别错过第5章，这一章里有我作为教师的教育智慧的结晶，我把多年悟出的一些教学和学习方法通过具体实例展示了出来，只要有基本化学知识的人都可以看懂，而且对于理解和学习化学学科体系一定会大有裨益的，想必对你自己或者你的学生和孩子都是一堂生动的化学课！
如果你是教师朋友，无论教授任何学科，我都建议你阅读一下第6章，拥有多年教育学和课程论的理论研究和16年教学实践的化学教师期待着和你产生共鸣！我特别欣赏美国足球运动员凯文·阿尔斯顿的名言：“教育不是填满水桶，而是点燃火焰。”
栏目和参考书目等的使用
本书还特意为广大读者设计了4个极具特色的栏目：科学原理、科学故事、动手空间和安全提示。这些栏目功能各异而又精彩纷呈，对于各位化学爱好者是非常有益的。
科学原理栏目主要解释文中提到的一些科学名词和专业用语，或者提供有助于理解正文内容的其他学科工具。例如，在第3章“加油站里的危险电话”一节中，为了说明静电对加油站的潜在危害，我专门设计了科学原理栏目对专业名词“静电”进行解释。另外，在第1章“是什么让可乐如此躁动”一节中，过热液体这样的理论属于物理学科，但对于我们分析和解释问题非常必要，所以设计科学原理栏目来介绍过热水及气化中心。可以这么说，科学原理栏目既可以作为大家理解正文的小助手，又可以成为各位科学达人深入研究的方向和入手点。
科学故事栏目可以说是最富有生命力的栏目，它把化学知识背后的科学家故事和化学趣闻展现得淋漓尽致，可以成为那些关注人文、历史、社会等方面的化学爱好者仔细咀嚼和玩味的栏目。例如，讲到化学色素的时候，我们引出了第一种人工色素——苯胺紫被偶然发现的故事；讲到蛋白质受热变性时，引出了著名的巴斯德消毒法；讲到花儿的颜色为什么姹紫嫣红时，自然附上化学家玻意耳发现酸碱指示剂的故事……总之，化学家在研究科学的过程中演绎过太多可歌可泣的动人故事，今天我们一起分享这些精彩片段的时候，能否和几百年前的化学狂人产生些许的共鸣呢？若能如此，我设计科学故事栏目的良苦用心就没有白费！
动手空间和安全提示栏目往往是相伴而生的，为了让大家在阅读了化学信息之后能够在家里动手完成一些有趣的实验，我特意设计了动手空间这样的栏目。例如，第1章介绍了自己如何动手提取植物色素及试验指示剂，还有理解了咸蛋制作原理后自己如何制作无铅松花蛋，还有，学习了有关豆浆的知识后制作豆腐如何得心应手。另外，要特别注意：所有实验都应该以安全作为第一要义，所以对很多动手空间栏目以及正文内容的相关危险性都有安全提示，提醒大家千万要注意可能产生的安全隐患。例如，制肥皂时要小心油脂起火，千万不可在家里试验用微波炉烧开水等，这些都是金玉良言，希望各位一定要注意！本书对于违背安全提示产生的一切不良后果只能表示深深的遗憾而不负有任何责任。
除了特色的栏目之外，我们还在全书最后附上参考书目，因为本书的诸多科普文章都涉及中学化学教材相关的知识点，对那些正在学习中学化学的学生朋友将会有莫大的帮助，所以我将正文中对应于教材的相关出处列在参考书目中，便于大家查阅和进一步深入学习。我的期望是这本《化学会呼吸》既是课外读物，又是课内参考，它让我们的生活更富有化学情趣，也让我们的学习更具有生命活力！
本书的特色及亮点
《化学会呼吸》把化学知识与学习方法深入到了生活的方方面面，包括文学作品、影视作品、广告、歌曲等，与其他学科（例如物理、生物、地理、医学、心理学等）也有着广泛的融合与交叉，一定能让钟爱化学的你推开另一扇窗，更容易领略到化学世界的美丽。同时这本书在展开广阔视角的同时，丝毫没有牺牲和弱化化学的相关理论和原理，而且在各个章节中将化学原理逐次深入和螺旋式提升。例如，氧化还原理论在第1章第8节、第2章第6节、第3章第8节、第4章第2节等章节中都有涉及，而且越来越深入，如果系统读完这些内容，一定会对化学里的核心理论——氧化还原反应有一个比较清晰的认识。本书不仅对化学理论进行了分层逐步渗透，很多复杂的化学知识也不是一步到位地介绍的，例如氨基酸、多肽及蛋白质的关系及相互变化就通过第1章第3、4、7、8节以及第3章第2节和第4章第2节这些章节来逐步深入地讲解，化学基础一般的广大读者可以很容易地理解和接受。本书中的大量插图都来自我自己教学和研究过程中积累的PPT截图，由于书籍的印刷问题，大家只能看到黑白的效果，我会将彩色图片的原版放在网络上与各位读者分享的。
末尾声明及致谢
终于到了要表达感谢的时候了，其实感激之情总是溢于言表的。我想首先感谢我的父母和兄长，是他们让我有了一个温暖的家，有了一个宽松的学习氛围，有了可以爱好并且钻研化学的机会和可能；然后我要感谢对我的思想和教育教学理念影响最大的几位恩师：北京师范大学的王磊教授、北京中关村中学的何凤楼老师、北京四中我的授业恩师潘庭宏老师，如果没有他们对我的悉心指导和栽培，你们不可能看到这本有生命力的化学科普书；当然我不能忘记人民邮电出版社的韦毅编辑，是她对我的书稿提出了太多重要而中肯的意见，还要感谢其他在本书出版过程中付出过努力的人民邮电出版社的工作人员；我的历届学生都是我最希望感谢的人，是你们一次次地鼓励我在这条希望和迷茫交融的教育道路上继续前行，尤其是我现任道元班的广大学生，你们对我教育教学方法的接受和理解让我更加有勇气来完成这部著作，特别感谢给我提供插图的胡亦轩同学和张恒喻同学；我最应该感谢的是我的妻子和即将满4岁的女儿，是她们努力地做好家务和照顾好自己的生活，令我在工作之余可以抽出大量时间来完成这本书。谢谢你们！我因为你们而感到自豪！
另外，我的教育随笔曾经得到过中国中小学教育教学网主管的鼓励和认可，很多论文和素材在《中国多媒体教学学报》上发表并引起反响，在此对这些机构及个人都一并表示感谢。关于本书中涉及的我的教育教学课件及PPT、更多的教育教学论文及随笔等都可在人民邮电出版社的官方网站（www.ptpress.com.cn）上免费下载。如果您对本书有任何意见或者建议，还请不吝赐教，并发送邮件给本书的责任编辑（weiyi@ptpress.com.cn）。
在正式进入《化学会呼吸》之前，先跟各位分享一下我很喜欢的席慕容的小诗《试验》。
试验（两首）
——席慕容
化学课里
有一种试纸
遇酸变红
遇碱变蓝
我多希望
人生里
能有一种试纸
可以先来替我试出
那交缠在我眼前的
种种 悲欢
他们说
在水中放进
一块小小的明矾
就能沉淀出 所有的
渣滓
那么 如果
在我们的心中放进
一首诗
是不是 也可以
沉淀出所有的 昨日
好了，就写到这里吧，大家还是进入书里去自由呼吸化学带来的新鲜空气吧！祝阅读快乐！
王耀
2015年4月于北京家中
生活中的美丽，生活中的神奇，生活中那些无法言说的秘密，那些看似深奥的问题，其实都可以用化学及其相关的科学方法来轻松地解释。读完了本章，你一定会恍然大悟：原来，化学竟是这样一个不可或缺的工具。
科学给青年以营养，给老人以慰藉；她让幸福的生活锦上添花，她在你不幸的时刻保护着你。
——罗蒙诺索夫[俄国科学家、教育家]
大家听说过“沸腾可乐”的游戏吗？就是让几位爱喝可乐的朋友先大把大把地吃曼妥思薄荷糖，而后迅速地畅饮可乐，此时在他们的肚子里就会发生非常剧烈的反应，甚至有可能导致可乐从嘴里喷涌而出，当然也有传闻说人的胃甚至可能都会被胀破！真的会有这么猛烈的反应吗？这里的可乐为什么会“沸腾”？化学能否解释其中的秘密呢？
先别着急，让我们一步步通过实验来解答这些疑问，带领大家走进一个神奇的化学世界。“危险的沸腾可乐游戏”这则新闻很容易在互联网上检索到，而且有不少人还表示自己曾经在家里尝试过这个实验。实验成功的关键是要选用大瓶子装的可乐（例如2L左右的），并且一次性加入比较多的曼妥思薄荷糖（最好是将糖放入纸筒内，对准可乐瓶口迅速准确地加入），随后就会看到非常壮观的现象了！（温馨提示：大家在家里做实验的时候，一定要注意周围的环境，避免喷出的可乐迫使你后面的几小时都在打扫卫生！）实验成功了，想必大家对其中的原理也很好奇。
其实想知道可乐为什么沸腾并不难，首先要对可乐和所加入的薄荷糖的具体化学成分有一个基本认识。找到让可乐产生沸腾现象的那种化学物质往往是化学研究的核心问题。所以，我们一定要先去搜集可乐和薄荷糖的食品标签，从标签的成分表中分析沸腾的可能原因。
从配料表中我们不难发现：可乐沸腾时喷出的是里面添加的二氧化碳（CO2）气体。平时可乐中的CO2气体是通过加压的方法溶解在水中的，所以我们喝可乐这样的碳酸饮料才会有那种麻麻的口感！顺便提一句：最早的碳酸饮料就是源于我们化学家的伟大发现。
化学史上非常著名的氧气的发现者英国人普里斯特利最早将CO2气体溶解于水制备碳酸，这件事发生在1776年，而随后不久，碳酸饮料就被用于商业生产了。
碳酸饮料之所以得名，是因为CO2气体溶解于水时会发生下面的反应：
反应物和生成物中间的那个符号表示可逆反应，就是说生成碳酸的同时，也会重新生成CO2气体，这就是碳酸饮料会向外释放CO2气体的原因了。[1]
言归正传，我们假设：促使CO2气体猛烈喷出的东西是在薄荷糖的成分中。这是因为不加薄荷糖时可乐并不会非常剧烈地喷涌（其实CO2气体也在逸出，只不过是比较缓慢而不易被我们察觉，不信的话，你可以买一杯可乐之类的碳酸饮料，仔细观察液面上缓缓冒出的气泡）。那么，薄荷糖的最主要成分应当是化学上被称为“蔗糖”的东西，这种化学物质的分子式为C12H22O11。当然，大家也有可能会怀疑薄荷糖里的一些添加剂起到了关键作用，例如香精、果胶或者甜味剂，等等。是不是蔗糖令可乐中的CO2气体大量逸出而导致喷涌现象呢？
如果不加薄荷糖，而是加入其他物质，可乐是否也有沸腾的可能呢？
其实，有人在实验中发现不用薄荷糖而用白砂糖或者食盐也会出现相同的现象！真是山重水复疑无路，柳暗花明又一村啊！原来，还有很多物质也会引起可乐的沸腾，包括盐、沙子、碎玻璃片，等等，甚至在我们喝可乐的时候摇晃瓶子或者加入冰块时，也会出现气泡明显增多的现象。上述实验非常清楚地表明：引起沸腾必要的条件并不是这里面的化学物质，其原因更可能是物理作用!
这里我要强调一个重要的科学概念了。如果是由于不同的化学物质之间发生化学反应生成了新的物质，我们就可以说这里的主要原因是化学作用；而如果引起可乐沸腾的主要原因不是化学物质之间的反应，换句话说，跟物质的化学成分关系不大时，我们就可以说这里面主要是物理作用的结果。[1]
到这里，对可乐沸腾问题的研究就已经有突破了。真正起作用的不是糖本身和其中添加的化学成分，因为换成其他成分的化学物质也一样会有沸腾的可能。那么到底是什么因素促使了可乐的沸腾呢？
如果大家能在互联网上找到关于“过热水”和“暴沸”等方面的视频或讲解，对于我下面的分析可能会有很大帮助。其实，当液体中溶解有气体或者产生气体时，都需要一种固体的表面来促进液体中气体的逸出，我们把这样的固体表面称为气化中心。反之，如果液体中缺乏这样的固体表面即气化中心，液体中的气体就无法逸出，也就是说液体将无法正常地沸腾或气化。这样就会产生高于液体沸点的过热液体，而这种过热的液体是相当危险的，只要遇到了任何细小的杂质或固体表面，过热液体中的气体就会喷涌而出，溢出的气体会夹带着温度超高的液体一起向周围发动袭击，这对于缺少防范的我们来说是非常危险的！！！从化学科学角度，我们把过热液体遇到固体杂质而导致的剧烈沸腾现象称为“暴沸现象”。注意这里的“暴”字是代表剧烈的意思，跟爆炸的“爆”不是一个意思。
液体在沸腾的时候可以利用产生的蒸气来带走自身多余的热量而使液体的温度保持在这种液体的沸点上。例如在烧开水的过程中，水蒸气带走了热量而使水的温度保持在100℃（常压时）。理论上讲，只要水没有烧干，它的温度就会恒定在100℃而不会继续升温。
对我们来说应该得到一个重大的教训：绝对不要用微波炉来烧开水！因为如果你家的水杯超级干净，水也超级干净的话，用微波炉烧水将极有可能产生上面我们提到的过热水，而这样的水潜伏着极端的危险！
于是我们终于可以揭开可乐沸腾的秘密了——表面粗糙的固体物质（曼妥思薄荷糖、盐、沙子，等等）起到了气化中心的作用，使可乐中的CO2气体产生了迅速逸出的“暴沸现象”。说得更具体些，就是因为可乐中的CO2气体是在加压条件下溶解进去的，回到了正常的压强条件下，本来CO2气体就特别想从可乐中逸出，可是苦于没有固体表面形成的气化中心，只得很不情愿地待在可乐里面。糖或者沙子恰好满足了气化中心的条件，所以就导致了可乐中CO2气体迅速喷涌的现象，即“暴沸现象”。
几乎所有气体的溶解能力都会随着压强的增大而增大，所以当压强减小的时候，气体都会从溶解了它的液体中逸出。
弄清楚了可乐暴沸的来龙去脉，我们不禁会问：这么有趣的现象是否只能作为一种科学游戏而无所作为呢？气化中心难道只能引起这具有潜在危险性的暴沸现象吗？其实，气化中心在化学和我们的生活中都有很多特别重要的用途呢！只是以前我们不了解其中的道理，所以会对它熟视无睹。
先看看我们化学实验中的气化中心吧。请大家仔细观察镁条和盐酸发生反应的实验图片，要特别注意观察其中的细节现象哦！
镁条和盐酸的反应是中学化学里面的一个非常基础的化学反应，其产生的氢气会从溶液中逸出，我们会看到气泡。反应的方程式如下：
可以非常清楚地观察到所有的气泡都是从镁条固体表面产生和逸出的，在电解水的实验中也可以看到类似的现象，气体都是从电极的表面逸出的。这就说明有了气化中心的存在也不一定会暴沸，反而气体更容易比较平缓地逸出，也就是说，预先加入固体，可以充当气化中心，不仅不会引起暴沸，反而可以防患于未然，起到防止暴沸的作用。所以实验室里总是在加热和蒸馏液体的时候加入沸石或碎瓷片来防止暴沸的发生。[2]
再看看我们的生活中，气化中心也无处不在。不仅科学研究需要防暴沸，在生活中煮牛奶时，也可以利用玻璃弹子来防止暴沸，避免牛奶加热过程中溢出来的问题。化学实验室里加热液体也吸取了这个教训，除了加入沸石外，加热的液体必须少于容器体积的1/3，也是为了防止液体喷出导致危险！
这里有必要解释一下家中烧水的问题。为什么我们烧开水时很少见到暴沸的现象呢？其实，那是因为咱们的水壶很不“干净”，里面有大量水垢。水垢［化学成分为碳酸钙（CaCO3）］是一种不溶于水的固体，恰好起到了气化中心的作用，使水蒸气可以比较平稳地逸出，从而防止了暴沸。没想到一个有趣的沸腾可乐原理居然还有这么多用处啊！
大家可能觉得这个问题研究完了，但其实才刚刚开始。你们有没有想过：难道只有液体变气体才需要气化中心吗？在液化（气体变液体）和凝固（液体变固体）等过程中是否也有液化中心和固化中心呢？你完全可以毫不犹豫地接受这两个概念，只要物质的状态发生改变，往往需要这样的类似气化中心的固体表面！而液化中心的概念会让你很轻松地理解人工降雨和降雪的主要原理，飞机撒播的干冰和碘化银就是充当了这个液化中心的角色，促进了降水也就是液化过程的实现，这和防止暴沸的原理其实是一样的！如果你还想了解固化中心的有趣实验，请上网检索“点水成冰”这个实验的视频，看完之后你所有的问题自然会迎刃而解，我就不再赘述了。到这里，沸腾可乐问题的研究就要告一段落了。各位是否仍然有些意犹未尽呢？那就让我给大家留个相关的引申作业吧，感兴趣的朋友可以进一步去感受化学研究的更多乐趣。
作业：再次回到可乐沸腾的游戏中来，大家可以登录相关网站查阅可乐沸腾的世界纪录，通过视频看到几千瓶可乐沸腾的壮观景象，让暴沸和气化中心这些科学名词永远活在你的脑海中！
作为一名富有经验的老师，我总觉得：富有趣味性的教学并不难，难的是怎么让大家领会到趣味里面的知识，看到热闹里面的门道，能让大家理解到科学的魅力和社会价值，那才是真正有生命力的化学课堂！这就是你的第一节“会呼吸的化学课”。怎么样？学得还开心吗？我会动用一切与化学和科学有关的工具来帮你解答生活和实际中感兴趣的问题，而在这样的过程中，你将再次重塑自己对于化学学科的内心印象，最终像我一样深爱上这门极富趣味性和哲理性的学科！因为你将发现：化学是那样的生机勃勃、调皮倔强而又对我们无比友善！
我既没有突出的理解力，也没有过人的机智。只是在觉察那些稍纵即逝的事物并对其进行精细观察的能力方面，我可能在普通人之上。
——达尔文[英国生物学家、进化论的奠基人]
“花儿为什么这样红？为什么这样红？哎！红得好像，红得好像燃烧的火，它象征着纯洁的友谊和爱情……”
每当这熟悉的旋律响起的时候，我不禁想到很多鲜艳夺目盛开的花朵。花儿是人们心目中美丽的象征，也是艺术家笔下多姿多彩的作品。可是谁又会去反复追问一个看似天经地义的问题：花儿为什么如此美丽，为什么能呈现如此绚丽多彩的颜色呢？
要明白这样一个问题，必须先从化学色素谈起。在我们生活的大千世界里，有很多具有特殊颜色的东西，例如：树叶往往都是绿色的，很多动物的血液都是红色的，茄子皮和葡萄皮都是紫色的，成熟的果实和枯萎的叶子往往会呈现黄色，等等。还有很多变色的情况发生，例如虾和螃蟹在烹饪的过程中由青色变为红色，树叶到了秋天会由绿变黄或变红，切开的苹果也会产生茶锈一般的红褐色……这一切都和化学上被称为“色素”的一类有机化合物存在密切的关系。那么就先从西红柿和胡萝卜这些我们再熟悉不过的有色蔬菜说起吧。
经过非常烦琐而精细的实验，可以得知：西红柿的红色主要来自番茄红素，而胡萝卜的橙黄色主要来自β-胡萝卜素。这些复杂的有机化合物都被称为天然色素。其实人们是在对这些天然色素的结构深入研究的基础上，发明了人工合成色素，包括我们经常喝的各种饮料中加入的色素，如靛蓝、日落黄、苋菜红、胭脂红， 等等。
我们可以仔细观察一下这些色素的化学结构，它们有什么共同点呢？
其实，化学家也跟大家的思维过程是一样的：先对天然的物质进行分析和研究，找到具有特性（这里主要指颜色）的化学物质的结构特点，然后再在实验室中合成那些类似于天然色素的新物质，这就是合成色素了。现在人们发明和使用到的合成色素已经达到了上万种，远远超过天然色素的数量，合成色素取代天然色素的历史还有一段非常有意思的科学故事呢！
“无心插柳柳成荫”这句话用来评价人类历史上第一种合成色素——苯胺紫的发现绝对是恰当至极了。由于早先色素在工业上最主要的用途是作为服装和布匹的染料，所以合成色素也常常被称为合成染料。1856年，18岁的英国化学家珀金正准备合成抗疟疾的特效药物——金鸡纳霜，当时这种药物在欧洲非常稀有和珍贵。由于当时药物化学发展得很不完善，珀金无法知道金鸡纳霜的分子结构，只能通过实验来摸索。有一天，他把重铬酸钾加入苯胺的硫酸盐中，结果却生成了一种沥青状的黑色残渣，这意味着实验又一次以失败告终！珀金只好用酒精清洗瓶子中的残渣，突然发生了奇怪的事情：黑色物质被酒精溶解得到了艳丽的紫色溶液！考虑到当时人们对衣物染色的效果差且牢固度也很不理想的现状，他马上想到：用这种紫色物质去染布，该是多么精彩的创意啊。可惜这种物质对于棉布的染色效果不够理想，很容易就被洗掉了，珀金又用毛料和丝绸来试验，结果发现这种物质非常容易染在丝绸和毛料上，而且颜色和效果都非常好，甚至用肥皂水搓洗也不褪色。这就是世界上第一种人工合成的化学染料——苯胺紫（其结构见右上图）。珀金虽没能制造出治疗疟疾的药物，但却意外合成了苯胺紫。后来他还在哈罗建立了世界上第一家生产苯胺紫的合成染料厂，从此使用这种染料染色的衣服进入了千家万户。
回到上面的问题，不管是天然的还是人工合成的，仔细观察前面提到的3种色素的化学结构式，你们发现有什么共同点了吗？具有什么结构特征的化学物质会产生颜色呢？细心的朋友可能已经有所察觉了，这3种色素的化学结构中的最重要共同点是含有一些“树枝状”的结构，其中的一根线表示化学单键，两根线表示化学双键，有色的物质或者说染料总是具有单键和双键互相交替的结构，这就是潜藏在有色物质中的结构奥秘！
具体什么是化学键[3]则是一个比较专业的问题，可以理解为把一个个原子联结在一起的“树枝”，这样的树枝有一根棍连接的——单键，有两根棍连接的——双键，有三根棍连接的——三键，甚至还有比一根棍牢固而不如两根棍结实的特殊情况——苯环结构中的大π键。结构上不同的联结意味着有机物具有许多不同的特性，当然也意味着物质的颜色会有差异。因而对于我们学习和研究化学的人来说，认清物质结构中的化学键是非常重要的事情，它将决定我们如何理解物质的性质以及如何来制造它们。
举个例子来说吧，左图的有机物就同时含有单键、双键和三键，但它因为没有像上面的色素那样的单双键交替结构，所以往往没有颜色特征而呈现无色。与此不同的是，叶绿素a和血红素却有着色素那样共同的结构特征——单键与双键的交替。下面的结构图中非常清楚地显示了这一点（重点观察外围的大环，就能明显地感觉到这一结构特征）。
因此，树叶和大部分动物的血液就有了特征的颜色：绿色和红色。但这里我们还要明白一点，化学物质的颜色和分子结构的关系是非常复杂的，不光与单双键交替结构有关，与结构图中心的那个金属原子也有很大关系。换句话说，叶绿素中间的那个Mg（镁原子）和血红色中间的Fe（铁原子）对于它们的颜色（绿色和红色）也是功不可没的。大家可能会问了：你怎么知道颜色跟金属原子有关系呢？难道仅仅凭借化学家的猜测吗？
化学是一门以实验为基础的自然科学，任何结论都必须获得实践的检验才能成为科学理论。如果大家留意生活中的细节，注意认真观察，是不难得出结论的。新鲜的蔬菜叶子往往呈现绿色，但是经过腌制的咸菜或者泡菜则看着发黄或发褐，其实就是因为我们在腌制的过程中加入了食用醋之类的酸性物质，H（氢原子）替代了镁原子而生成了脱镁叶绿素（这里面的变化相当复杂，严格来讲产物应该叫焦脱镁脱植叶绿素，颜色是褐色的），破坏了原本的鲜嫩绿色。但是化学家们也有办法让叶子永远保持着它的绿油油的“本色”，在制作标本的时候往往用醋酸铜来处理绿叶，让Cu（铜原子）替代镁原子生成更加稳定而具有鲜艳绿色的铜代叶绿素，绿叶连同它的标志性的颜色都被长久保存了下来。所以说化学家从来都不会对未知的东西轻易下结论，实验才是科学最重要的手段和途径。各位如果不信的话，快回家去把一片绿色的菜叶泡入白醋中实验一下吧，颜色的变化马上就让你惊叹！
我们接下来探讨一些更深入的问题。单双键交替的结构既然决定了物质是有颜色的，那么物质到底是哪一种颜色、颜色的深浅如何，等等，能否从这种结构中看出来呢？答案同样是肯定的。首先，我们先给大家建立一套化学语言系统，在化学专业人士眼中，这种单键和双键相互交替结构被称为“共轭”体系。之所以叫共轭体系，是借用了中国古代马车结构中的特有名词——轭。轭是指马车上拴马的横木，共轭就是指把多匹马用同样的横木拴在一起的意思。化学上用共轭来形容用单键把若干个双键联结在一起的结构，所以我们就可以说色素的基本结构特征是具有共轭体系。其实，决定颜色种类和深浅的根本因素也在共轭体系里面。共轭体系的长度与颜色有密切的关系，一般来说，共轭体系越长，物质的颜色就越深，光的波长也就越长。上图用一类偶氮染料的共轭体系的长度和颜色的关系清楚地说明了这个问题（共轭体系变长的同时，物质的颜色由黄色转变成了橙色和红色）。顺便说一句，曾经臭名昭著的“苏丹红”就属于这类偶氮染料。
下面，我们针对夜盲症的探讨将会教给大家更多的有关健康的化学知识，同时我们也会对上面讲到的色素结构和颜色的理论做一个巩固和提升。
大家听说过夜盲症吗？就是有些人在光线充足的情况下视力很正常，但是进入较为黑暗的环境中则几乎没有看清东西的能力了。很多科普读物中都提到了补充维生素A或者多摄入胡萝卜素可以有效预防这种疾病，这是真的吗？其中的科学道理究竟是什么呢？原来，决定人在黑暗处视力的是一种叫作视紫红质的物质，而维生素A又名视黄醇或者叫抗干眼病维生素，它是体内合成视紫红质的最重要原料。只要有充足的视黄醇也就是维生素A，它就可以与视蛋白结合而生成视紫红质，反之若缺乏它则会影响黑暗处的视力，也就形成了夜盲症。但是由于维生素A是一种脂溶性维生素[4]，也就是说它不易溶解在水中而更容易溶解在油脂中，所以它只存在于动物性食物中，如肝脏、肉类、鱼类，等等。那么素食主义者岂不是极易产生夜盲症状了吗？不必担心，多多摄入富含胡萝卜素的蔬菜也可以在体内合成维生素A，进而形成视紫红质，所以素食主义者不一定就是夜盲症患者，有不少饮料中添加β-胡萝卜素时常常强调它就是维生素A原也是没有任何科学问题的，右图就详细描述了这些物质之间的相互关系以及它们的存在方式。需要说明的一点就是，由于很多动物也无法合成维生素，所以它们只好把维生素储存在自己的肝脏中，所以动物的肝脏往往是维生素A等多种脂溶性维生素的“宝库”，看来老人们让小孩子多吃鱼肝油来预防很多疾病不无道理!
在上面的图片中我们也可以巩固一下共轭体系结构和物质颜色的相互关系：β-胡萝卜素、维生素A、视黄醛、视紫红质都含有共轭体系，但它们的颜色却分别是橙色、无色、无色和紫红色，这恰恰是由共轭体系的长短决定的，β-胡萝卜素从中间断开变成维生素A，由于共轭体系变短而变为无色，视黄醛结合了视蛋白成为视紫红质后共轭体系变得更长了，而呈现为紫红色，恰恰是单双键交替的共轭体系长度决定了这里颜色的改变。
有什么因素会影响共轭体系的形成及其长度呢？这里我们主要介绍一下酸碱度（pH）的变化对于色素颜色的影响，其他因素由于篇幅所限就暂不讨论了。酸碱度（pH）是化学里面的一个核心概念，通常情况下，我们把pH<7的环境称为酸性，这样的环境存在大量的H+；把pH＞7的环境称为碱性，这样的环境存在大量的OH-。在酸性环境中加入大量OH-会变为碱性环境，反之亦然。例如化学上的酸碱指示剂[5]就是遇到不同环境可以显示不同颜色的物质，在颜色的变化过程中就存在共轭体系的形成和变化，左图清楚地显示了酚酞指示剂在碱性环境下呈现红色和在过强的碱性环境中又呈现无色的过程，共轭结构先形成而后又被大量的OH-破坏掉了。（注意：苯环并不具有共轭体系典型的显色特征。）
其实，我们自己还可以利用一些非常熟悉的蔬菜和水果来探究一下酸碱性对于色素颜色的影响，下面对于花青素的提取和实验就完全可以在你家的厨房里面完成！
花青素很容易被水浸取出来，紫红色高丽菜含有丰富的花青素。到市场买回半个，切碎后装入500mL玻璃杯内，加满煮沸的蒸馏水，盖上盖子，让其自然冷却后，倒出蓝紫色液体，即得花青素萃取液。取出约2mL花青素萃取液，滴入几滴稀盐酸，即变为鲜红色；再滴入几滴柠檬水，便呈红紫色；滴入一些碱性的肥皂水，又变成蓝色。
花青素的变色说明它可以充当溶液酸碱性的“试金石”，同时也说明了花朵中就算是都含有花青素，也有可能因为细胞液的酸碱性不同而表现出不同的颜色。其实化学学科中的一项伟大发明——酸碱指示剂就跟这里的变色关系密切。故事要从近代化学之父玻意耳的一次偶遇说起。
一天，玻意耳把一束刚采来的美丽的紫罗兰插在实验室的花瓶里，开始做实验。可是他一不小心把几滴盐酸滴到了紫罗兰的花朵上。玻意耳赶忙用清水去冲洗，就在此时，他看到紫罗兰花竟变成了红色！紫罗兰为什么会变红？他感到很新奇，同时更感兴奋，决心探个究竟、搞个水落石出。他先把几瓣紫罗兰花瓣陆续放入浓盐酸中，一会儿，紫罗兰花瓣也都变成了红色。他再把一片片花瓣浸入不同浓度的盐酸溶液中，又用HNO3、H2SO4、CH3COOH……做实验，结果完全相同——花瓣全变成了红色。经过反复实验，玻意耳认定紫罗兰花的浸出液可用于检验溶液是否呈酸性。
初战告捷，但玻意耳并不满足，他试图再找出用来检验碱性的物质。终于发现，从石蕊地衣中提取出的紫色液体能使碱性溶液变蓝。即便如此，玻意耳仍未就此止步，他想：能不能找到一种试剂既能测酸性又能测碱性呢？他试着把石蕊浸出液滴入盐酸溶液中，结果出现了与用紫罗兰检验酸性一样的现象——石蕊浸出液也变成了红色！从此，石蕊试剂广泛应用于检验溶液的酸碱性。玻意耳1646年的这项重大发明现在仍普遍采用。
至此，我们终于可以回答开篇的那个看似“简单”的问题了。到底是什么让花儿姹紫嫣红呢？总的来说，是花朵里面含有的植物色素，色素符合化学的共轭结构，所以花儿能显色。而当土壤的pH影响到植物色素共轭结构的形成和长度时，花朵的颜色就有了很多的变化：一般含有类胡萝卜素的花朵呈现红、橙、黄色系；而含有类花青素的花朵呈现红、紫、蓝色系；白色的花朵是不含色素的，因为花瓣中有少量水能反射白光而呈现白色。
而正是科学家们对这些现象及问题的仔细观察和勇敢探究，才让我们今天能够轻松地用试纸来鉴定酸碱性，才能让我们有各种各样色彩斑斓的服装和布匹，让我们的装束也能像花儿一样鲜艳夺目！
知之者不如好知者，好之者不如乐之者。
——孔子［《论语·雍也》］
水煮鱼可以说是现代社会的招牌美食之一，无论是家庭聚餐还是约三五好友小酌，都离不开这道经典菜肴。连爱情故事里也少不了这道超级美食。记得王蓉的歌曲《水煮鱼》里是这样唱的：
“就在这家小店你被辣得满头大汗
还要装着小菜一碗为我忙得团团转
我爱你就像爱吃水煮鱼
我要永远把你放在我的油锅里
我爱你就像爱吃水煮鱼
……”
不仅是水煮鱼的麻、辣、鲜、香让人欲罢不能，各地的特色菜系中，鱼类菜肴都占据着至关重要的地位，如重庆的酸菜鱼、苏州的松鼠鳜鱼、杭州的西湖醋鱼、安徽的奶汁肥王鱼、湖北的清蒸武昌鱼、山东济南的糖醋鲤鱼、四川的东坡墨鱼、西安的奶汤锅子鱼、沪菜中的松江鲈鱼、沈阳御膳酒楼的代表菜宫门献鱼，等等。其实还有相当多的地方著名鱼肴，就不一一列举了。正因为鱼肴在菜系中的王者地位，我们才有了“无鱼不成席”“年年有鱼（谐音“余”）”等传统说法。其实，要想享受鱼肉的鲜美也不用那么费力地跑到全国各地去下馆子，只要到菜市场里花几十元钱买条活鲈鱼，不用什么特殊作料，也不用很会烹饪，只需开锅后蒸上8分钟再加些豉油，就可以吃到一道非常鲜美和嫩滑的清蒸鲈鱼了。其实这道美食的关键不在于配料，鱼肉本身的鲜味才是秘诀所在！
我们翻开《说文解字》，就可以发现古人早就发现了鱼肉本身的鲜味。“鲜”字的两种起源都跟鱼有着无法分割的联系。早在商周时代，金文中就有由3个“鱼”组成的“鲜”字，《说文解字·鱼部》写道：“新鱼精也。从三鱼，不变鱼。”作者许慎所说的“新鱼精”的意思是指新鲜的鱼，没有变质的鱼。而到了小篆中的“鲜”字就跟今天的字形非常相似了，“鱼”在左，“羊”在右。《说文解字·鱼部》对此解释道：“鲜，鱼名，出貉国。”“鲜”是产自北方古代貉国的一种鱼，味道很美。对北方干旱地区的人来说，鱼是很少见的，他们多吃羊肉。在他们看来，羊肉味道是鲜美的，而吃到鱼后感到它的味道更鲜美，因此用“鱼”和“羊”造出了“鲜”字，其意思是：像羊肉一样味道可口的鱼。因而从这个角度来说，“鲜”本身就是因为鱼的味道美而造出来的文字，所以不用刻意地外加作料，鱼肉本身就应该非常鲜美的。但任何事情总有它的最根本原因，鱼类体内呈现强烈鲜味的化学物质究竟是什么呢？
在揭示鱼的鲜味缘由之前，我们先来简单地认识一下在自然界和食品工业中呈现出强烈鲜味的化学物质。如果用分类的眼光来看化学上呈现鲜味的物质，主要可分为氨基酸及氨基酸盐类、呈味核苷酸类、水解动物蛋白（HAP）及水解植物蛋白（HVP）、琥珀酸和琥珀酸二钠以及其他类别的特殊鲜味物质。下面我们逐一展开，简单认识一下这些鲜味的物质都“藏在”哪些美食当中。
首先介绍氨基酸及氨基酸盐。生活中使用的大部分调味品及调味料都跟这类物质有关，例如味精、酱油、豆豉、蚝油，等等。那么什么是氨基酸？怎么得到氨基酸和氨基酸盐呢？
众所周知，蛋白质既是我们每天都需要摄入的营养成分，又是组成我们身体结构的最主要的物质，它对任何生命体都非常重要。蛋白质是分子质量非常大的物质（化学上将分子量大于10 000的物质称为高分子化合物），它是由很多很多小分子的物质组成的。氨基酸就是组成蛋白质的最基础的小分子物质。常见的氨基酸有20种，就是这20种氨基酸经过一种特殊的化学反应（缩聚反应）形成了千奇百怪而又功能无比强大的各种蛋白质，氨基酸种类和排列的顺序不同决定了蛋白质的独特功能[6]。打个比方吧，如果组成生命体的蛋白质是高楼大厦，那么这20种氨基酸就是每一片砖瓦。我们摄入蛋白质类食物的目的就是得到这些砖瓦，把食物中的“高楼大厦”拆成一砖一瓦，再按照“图纸”（指遗传基因）修筑我们身体的这座“高楼大厦”，缺少了哪种砖瓦都有可能会使我们的身体产生健康问题。
其中有8种氨基酸是人体不能合成而必须从食物中获取的，被称为必需氨基酸（对于婴儿来说是9种，应加上组氨酸）。
氨基酸不仅是我们身体健康必不可少的营养物质，而且它还具有一个重要特征——呈现鲜味。既然氨基酸是组成蛋白质的基础，那么获得它的方法一定是“拆开”（指水解反应）那些富含蛋白质的食物。化学上可以在酸性、碱性、微生物产生的酶等条件下来进行蛋白质的水解过程，而水解所产生的氨基酸及其盐就是产生鲜味的重要物质了。
我们熟悉的酱油就是用这种原理制造出来的调味品。不管是哪种酱油，生抽、老抽、头抽、一品鲜，等等，都是在富含蛋白质的豆类和海鲜中加入盐酸水解或者微生物发酵水解得来的。酱油的品质好坏的一个重要指标就是氨基酸态氮的含量，根据含量多少可以把酱油分为特级、一级、二级、三级，等等。一般讲是含量越高，品质越好。氨基酸态氮含量≥0.8g/100mL为特级，≤0.4g/100mL为三级，0.4～0.8g/100moL为二级或一级。也就是说，酱油的调味作用主要依靠氨基酸和氨基酸盐的鲜味。
另一个更加典型的例子是味精。味精是我们家庭烹饪最常用的调味品之一，它的主要成分就是谷氨酸钠，它是一种叫作谷氨酸的氨基酸形成的一钠盐，具有非常浓郁的鲜味。味精的发现者是日本东京大学教授池田菊苗，1908年的一天，他发现妻子做的海带汤异常鲜美，于是就决定揭示其中的秘密。提取研究海带中含有的化学物质后，池田菊苗终于发现海带里含有一种叫“谷氨酸钠”的物质。它非常鲜美，放进汤里能使汤的味道更佳。于是他给它取了个名字，叫作“味精”。今天，我们已经不必从海带之类的海产品中获取味精了，取而代之的是用粮食中富含的淀粉经过发酵进行转化和生产。但是这件事却能给我们一个重大启发：对于那些已经富含谷氨酸钠的食材（例如海带）制作的菜肴，我们就不需要再用味精来进行调味了。
还有一种富含氨基酸的调味品是蚝油，很多不明白的人会认为蚝油就像我们炒菜用的花生油一样是一种油，其实这种观点大错特错了。广东人把牡蛎称为蚝，把牡蛎熬制后取汁再加入一些辅料就得到了蚝油。由于蚝是富含蛋白质的海鲜，制取蚝油的过程中蛋白质分解得到了大量氨基酸，所以蚝油的鲜美由此而来。它的成分和食用油的油脂成分有天壤之别，因而蚝油不能称为油，而更应该理解为一种海鲜酱。今后大家再吃蚝油生菜、蚝油牛肉等菜肴的时候，可以仔细想想其中的成分，千万不要再弄错了啊！
关于氨基酸这类鲜味物质的知识还多的是呢!由于篇幅所限，就先介绍这么多吧。
第二类重要的鲜味化学物质是呈味核苷酸类。现在很多包装食品中的鲜味剂都用到了5'-肌苷酸二钠和5'-鸟苷酸二钠或者二者按一定比例的混合物。其实这些鲜味物质的发现也和日本人有很大的关系。1913年日本人小玉发现鲣鱼的鲜味成分是5'肌苷酸（5'-IMP），1960年有人发现5'-鸟苷酸（5'-GMP）呈鲜味，后来田中人等人发现这正是香菇的鲜味。现在食品添加剂中所说的呈味核苷酸钠I+G就是指IMP和GMP的混合物，IMP在鲣鱼等各种鱼肉中含量较多，而GMP在各种菌菇中含量较多。因为各种不同的鲜味剂共用会发生协同作用，也就是说鲜味会按照相乘的倍数关系增加，所以我们也常常会同时使用呈味核苷酸类和谷氨酸钠来增强食品的鲜味。大家如果感兴趣的话，不妨拿起自己常吃的一些零食，薯片也好，虾条也好，豆腐干也好，只要仔细关注它们的成分表，是不难发现其中的奥秘的。
第三类鲜味剂藏在可谓自然界最鲜的食物之一海鲜当中，它就是琥珀酸和琥珀酸二钠（化学结构为NaOOCCH2CH2COONa，它是此类鲜味物质中我们国家唯一允许添加入食物中的鲜味剂）。我们都知道去海边游玩的必备节目就是品尝地道的海鲜，无论是大虾、螃蟹还是各种贝类都含有这种琥珀酸二钠。只要把海鲜捞上来，不用加任何调料，清蒸或者白灼，都可以体会到这种鲜味成分带来的原汁原味的美好享受。高级的厨师还善于利用这些食材本身的鲜味，创造出了更多美味，例如三鲜锅巴、海米冬瓜、蟹黄豆腐、章鱼小丸子，等等。巧妙利用食物本身的鲜味来造就创意美食，这才是厨艺的最高境界啊！
我们要说的最后一类鲜味物质是水解动物蛋白及水解植物蛋白，顾名思义，是把动物和植物中的蛋白经过水解过程所得到的复杂性的鲜味物质。一般水解动物蛋白（HAP）可以单独用来增强食品的鲜味，水解植物蛋白（HVP）常常与HAP共同使用来加强鲜味的效果。我们生活中最常见的例子就是方便面的调料包，那些油乎乎的料包中常常含有这两种重要的成分，如果不加入它们，方便面真的很难做出入口鲜香、回味醇厚的美妙口感。也可以这么说，如果你想吃到超浓郁的牛肉味道，你完全不必去购买真正的牛肉，用牛骨和牛皮等原料经过特殊工艺制造出来的HAP就能满足你的愿望，而且保证比牛肉吃起来更加像“牛肉的味道”。所以HAP和HVP往往是生产高级肉类香精的重要原料。
了解了这么多呈现鲜味的化学物质以后，再来看看我们开篇提出的问题吧。鱼肉的鲜美味道究竟来自于什么物质呢？经过研究可知，鱼体内至少含有上文中提及的3大类具有极鲜美味道的化学物质。首先是大量的氨基酸。一般刚捕捞的活鱼或死后不久的鲜鱼，体内含有多种氨基酸，如谷氨酸、组氨酸、天门冬氨酸、亮氨酸等；其次是一种重要的呈味核苷酸——次黄嘌呤核苷酸，它是由次黄嘌呤、戊糖和磷酸三者化合而成的，它和组氨酸结合具有特殊的鲜味；另外鱼体还含有无氮有机物——乳酸和琥珀酸，这恰恰是海鲜类呈现鲜味的关键物质。不仅如此，鱼为了维持体温，体内还含有较丰富的脂肪，油脂和脂肪也是我们感觉到鲜香的重要因素。
说到这里，我们也许会觉得对“是什么让鱼肉如此美味”的答案了如指掌了，其实还不然，鱼体内还有一种异常鲜美的物质，它不仅会影响鱼的鲜味，而且还能解释鱼类潜在的腥味，鲜味和腥味之间的变化非常微妙。这种特殊的化学物质就是氧化三甲胺（TMAO），下面是它的化学结构图。
TMAO来自鱼体内一种黏液腺的分泌，它本身没有什么气味，但是口感上有特殊的鲜味和爽口的甜味。它是水产品区别于其他动物的特征物质，在海产品和淡水鱼中广泛存在，海鱼的肌肉中TMAO的含量比淡水鱼要高一些。不过事物总会有两面性， TMAO给鱼类带来鲜味的同时也潜藏了另一种隐患。TMAO经高温作用，或者是水产品体内酶的作用而发生还原反应，释放出三甲胺［符号TMA，分子结构为N(CH3)3］的话，则具有难闻的鱼腥臭味。这就是鱼刚出水时没什么不良气味，放置一会儿即有腥臭味的根本原因。这里涉及化学中的一类非常重要的反应——氧化还原反应。化学物质分子中的氧原子被夺走的反应叫还原反应，化学物质分子得到氧原子的反应是氧化反应。例如木炭燃烧变成二氧化碳和铁生锈变成氧化铁（Fe2O3）都是典型的氧化反应，而TMAO脱去氧原子（O）变为TMA的过程自然属于还原反应了。类似的还原反应还有人们为了获得各种金属而进行的冶金反应，例如氧化铝被电解还原为金属铝的过程[7]。
有人也许马上要提出疑问了，既然TMAO很容易被鱼体内的物质还原成腥臭味的TMA，那么活鱼为什么没有明显的腥味呢？关键在于活鱼在水中生活，产生的TMA马上就可以和大量清水进行交换流走了，而鱼死了以后无法再和外界进行物质交换，所以经厌氧菌分解释放出的TMA就会大量积蓄在鱼体内而使腥臭味非常明显。三甲胺恰好可以作为鱼新鲜度的生化指标，TMA含量越高，越不新鲜。一般淡水鱼的这一指标不高于6×10-6，而海鱼则为3.9×10-6以下。
在明白了鱼为何有腥味的原因后，我们能不能利用化学原理来巧妙烹饪鱼类而使腥味减轻变为香味呢？其实原理非常简单，首先我们要想办法让TMA溶解掉或者挥发走，这里最佳的选择不是用水，因为水的挥发性和对鱼体的渗透能力都远远逊色于另外两种生活中常见的调料——酒（乙醇）和醋（乙酸）。酒和醋是烹饪鱼类的极佳选择，它们不仅能把腥味的TMA溶解而且具有特别强的挥发性，挥发的时候就把TMA带走了，况且酒和醋本身就具有香气，还有以香压腥的作用。酒和醋最精彩的魔力还不止于此，它们之间可以缓慢生成极微量的香味物质——乙酸乙酯，这就是有机化学里大名鼎鼎的酯化反应，而乙酸乙酯就是梨和草莓等水果香味的重要来源[8]。看来我们的祖辈就明白做鱼时要添酒加醋的道理，真的是极具智慧含量啊！
“江上往来人，但爱鲈鱼美”“蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时”。当我们再听到这些歌颂鱼儿美味的诗句，再次品尝到那鲜嫩无比的鱼肉时，请默默地感谢上苍让世间这么多美味的化学物质都集中在鱼肉中，才给了我们舌尖上欲罢不能的美好体验！
兴趣的源泉还在于运用知识，在于体会到智慧能统率事实和现象，人的内心里有一种根深蒂固的需要——总想感到自己是发现者、研究者、探寻者。
——瓦·阿·苏霍姆林斯基 [苏联教育家]
想必有很多人会留恋咸蛋的美味吧？那金黄色油亮的蛋黄、雪白色软嫩的蛋清、回味无穷的鲜香口感，无不让人慨叹世间竟有如此廉价的舌尖盛宴。怪不得连著名的美食家苏东坡和苏小妹都对它赞不绝口呢。
相传在宋代，苏小妹在吃咸鸭蛋时，忽然灵机一动，吟出“咸蛋剖开舟两叶，内载黄金白玉”的上联，让苏东坡对下联。苏东坡一时却被难住了，有一天他在吃石榴，想了一下，便对出了下联：“石榴打破坛一个，中藏玛瑙珍珠。”这副对联对仗工整，构思奇巧，把两种美食传神地描绘了出来。是什么让咸蛋如此诱人呢？色、香、味、形、意、养，各个方面都蕴藏着十分丰富的科学内涵。
首先，我们来看咸蛋的颜色为什么这么鲜亮。这里又一次用到了在本章前文中提到的天然色素的知识了，蛋黄中含有多种显黄色的天然色素，主要有叶黄素和玉米黄素，它们的化学结构都有非常典型的共轭体系，这是它们呈现黄色的主要原因。它们不仅会使蛋黄显黄色，而且与家禽类的爪、胫等部位的着色关系密切，很多蔬菜和水果也含有这些色素而显出黄色或者黄绿色。细心的读者肯定会发现，两种色素的化学结构非常相似，仅有最右侧的六元环处有微小差别。其实很多有机物的结构都具有这样的特点，它们的分子组成完全相同，只是结构上有一些差异，化学上把它们称为同分异构体[9]。大家在学习它们的时候要特别细心才行！那么一定会有人要问一个非常钻牛角尖的问题了：既然鸡蛋里面含有这两种色素，为什么只有蛋黄是黄色的呢？蛋清为什么一点也不黄呢？好的问题总会带给大家很多意想不到的收获。这就要从蛋黄和蛋清的成分及色素的溶解性两个方面综合来分析和解释了。
我们在前文中讲到维生素A的时候就提到过维生素A属于脂溶性维生素，它可以在人体内由β-胡萝卜素转化而来，这也就意味着像β-胡萝卜素这样的色素也属于脂溶性的物质，而叶黄素和玉米黄素恰恰都属于类胡萝卜素，当然也是脂溶性的。它们易于溶解在油脂类物质中而不容易溶解在水中，所以可以随着家禽类摄取的食物而进入它的身体，在消化吸收过程中比较稳定，最终在家禽的爪、胫或者卵子中积蓄下来，这就是鸡、鸭的这些部位呈黄色的本质原因。但是由于蛋清的成分中水的含量较大而蛋黄中富含油脂，所以最终这两种黄色的物质只溶解在了卵黄的油中。我们吃鸭蛋时应当注意到了，鸭蛋黄流出的油也是黄色的，就是这个道理。解答了蛋黄的颜色问题，再来看看蛋清，蛋清从生鸡蛋的黏稠透明胶状液体变成雪白的固体又发生了怎样的变化呢？对蛋白质有点常识的人都知道，禽类的蛋清经高温煮熟后就会变白和凝固（这就是蛋白质名称的由来），从而失去了生理活性，无法再恢复生蛋的新鲜和清亮了，化学上称这种变化为变性。[10]
说到变性，我们不得不提到蛋白质在生活中的很多现象和用途。变性是指蛋白质遇到一些化学试剂或者条件而发生的沉淀、凝固、彻底失去生理活性的化学变化。这些化学试剂包括：强酸、强碱、强氧化剂、酒精、酚类、醛类、苯甲酸、重金属盐类，等等。而可以使蛋白质产生变性的条件包括高温、紫外线、X射线、脱水，等等。蛋白质变性的最重要特征是变化的不可逆性，也就是说生鸡蛋可以煮熟，而熟鸡蛋是无论如何也回不到鲜蛋的状态的，因为发生了变性的过程。变性过程的不可逆性在生活中有很多重要的用途，最典型的就是我们进行杀菌消毒的过程，因为细菌和病毒会使人生病，所以及时杀灭环境中的这些致病因子是保护健康的重要手段。细心的读者可能会很快想起那个“非典”肆虐的年代，如果我们没有在公共场所看到“已消毒”的字样，心里总会惴惴不安。那么各位能不能结合非典时期的经历和生活常识来说说，人们进行杀菌消毒的方法可以有哪些呢？
大家一定会谈到很多杀菌方法，细致地分分类，会发现有以下几种常用方法：加热、紫外线及其他射线、强氧化物质（例如84消毒液、漂白粉、过氧乙酸、双氧水、臭氧，等等）、酒精、来苏水（酚类有机物）、福尔马林（甲醛）、银制餐具（溶解产生的微量重金属盐类）、竹盐，等等。再仔细和前面讲到的蛋白质变性的条件比较一下，真的是如出一辙。其实杀菌消毒就是要让组成细菌和病毒的蛋白质彻底变性而永久失去活性。
这些杀菌消毒的方法里面还有很多学问值得研究呢。低温杀菌和超高温灭菌有何差别？医用酒精为何采用75%的浓度而不用纯酒精？漂白粉和漂白液会对人体产生危害吗？银既然是重金属，为什么没有使人中毒？竹盐和浓盐水杀菌的原理也是变性吗？带着这么多的疑问，我们进一步深入认识变性的生活用途。
谈到高温杀菌，就不得不提到著名的法国化学家、微生物学家路易斯·巴斯德（见左图），他开创的“巴氏杀菌法”现在仍普遍应用在各种食物和饮料上。
路易斯·巴斯德是近代微生物学的奠基人。巴斯德创立了“实践-理论-实践”的微生物学基本研究方法，他绝对可以称得上是一位科学巨人。
路易斯·巴斯德被世人称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人”。他最举世瞩目的成就就是利用“鹅颈瓶实验”推翻了历经千百年的关于生命起源的“自然发生说”：他在鹅颈瓶中通过加热杀灭了细菌的肉汤经历4年多都没有变质，而使用去除鹅颈的瓶子则很快就密生了微生物，这就非常有力地说明了细菌和微生物来自空气而不是来自肉汤本身。
巴斯德不仅是理论上的天才，还是个善于解决实际问题的人。1880年他成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗，其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。此外，巴斯德关于微生物的工作还成功地挽救了法国处于困境中的酿酒业、养蚕业和畜牧业。
巴斯德很成功的两项化学成就都来自于他非常感兴趣的关于葡萄酒的研究。当时，法国的啤酒、葡萄酒业在欧洲是很有名的，但啤酒、葡萄酒常常会变酸，整桶的芳香可口啤酒变成了酸得让人不敢闻的黏液，只得倒掉，这使酒商叫苦不已，有的甚至因此而破产。1856年，里尔一家酿酒厂厂主请求巴斯德帮助寻找原因，看看能否防止葡萄酒变酸。巴斯德在显微镜下观察，发现未变质的陈年葡萄酒其液体中有一种圆球状的酵母细胞，当葡萄酒和啤酒变酸后，酒液里有一根根细棍似的乳酸杆菌，就是这种细菌在葡萄酒里繁殖，使酒变酸。他把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，泡在水里加热到不同的温度，想要杀死乳酸杆菌而又不把葡萄酒煮坏。经过反复多次的试验，他终于找到了一种非常有效的杀菌方法：只要把酒放在50～60℃的环境里，保持半小时，就可杀死酒里的乳酸杆菌，这就是著名的“巴氏杀菌法”（又称低温灭菌法）。直到今天，市场上出售的消毒牛奶还用这种方法消毒。除了加热消毒的方法之外，他还通过对酒石酸晶体的研究发现和分离了化学上的一种重要同分异构体——旋光异构体，关于这个问题，我们将会在后续“为什么人类不能以草为生”一节中详细讨论。
通过上面的故事，我们知道巴氏低温杀菌法就是利用温度升高使细菌的蛋白质变性而杀灭它的，之所以不采用过高的温度是因为牛奶等食品本身也是由蛋白质组成的，如果温度过高会影响奶制品本身的品质和口感。那么食品行业常常使用的超高温灭菌又是怎么回事呢？原来，如果对食物采用瞬间超高温度的处理，由于作用时间很短，杀灭细菌的同时也不会影响食品的质量，而且这样一来不仅杀灭了细菌本身，还可以将细菌繁殖所产生的孢子也一起杀灭，应该说是更加彻底的杀菌方法。总之低温和超高温灭菌的化学原理是一样的，就是蛋白质的变性失活。
众所周知，医用酒精的主要用途也是杀菌消毒，为什么我们总是用浓度75%的酒精溶液呢？既然酒精可以让细菌的蛋白质变性，那用纯酒精岂不是更好吗？这里又涉及微生物学的一些知识，单从化学方面看肯定应该用纯酒精，但是细菌是很狡猾的，如果酒精浓度过高将会快速使细菌表面的蛋白质变性凝固而结痂，内部的活性成分在环境适合的时候会脱掉痂壳再次活跃起来，所以浓度过高的酒精并不能真正彻底杀菌。而75%的酒精渗透能力很强，一边使蛋白质变性杀菌，一边向细菌的体内渗透，最终把细菌或病毒完全干掉。真的是完美的医用酒精，化学用铁证如山的事实证明了过犹不及的基本道理！
另一类关于蛋白质变性的问题源自对人体的担心。因为我们的身体也是由蛋白质组成的，那么消毒用品在发挥作用的同时是否会对我们的皮肤和身体产生伤害呢？漂白粉是用于自来水消毒的重要物质，84消毒液（也称漂白液）是生活物品消毒的重要用品，这些消毒剂是否会对人体产生不利的影响呢？答案必然是肯定的。我们人类对于细菌和病毒来说只不过是另外一种蛋白质而已，如果强氧化性的消毒用品使用不当，必然会对人的皮肤、内脏、大脑等产生毒害甚至危及生命。但是大家也不用过于担心，因为自来水厂消毒所用的漂白粉是严格限制用量的，这就基本保证了对人和其他动物的安全。而生活中用84消毒液来消毒的时候也都按照比例进行了稀释，所以说一般情况下我们不必担心它们，可以放心使用。
还有就是大家知道银是一种重金属，因而银制餐具可以杀灭绝大多数的细菌，那么长期用这样的餐具吃饭会不会中毒呢？这里我们不仅要关注重金属使蛋白质变性的基本原理，还要注意不同的重金属反应活性是有很大差别的，像铅、汞、镉、铜等重金属的活性很强，而银的活性恰好处于能杀死绝大部分细菌而又对人体基本无害这种状态，所以我们可以放心使用它作为餐具。当然决定这种餐具危害小的原因还有银的溶解性很低，银制餐具中只有极其微量的银能变成离子存在于食物和汤水中，而恰恰这么一点点银就足够杀灭所有的细菌！甚至用银制的餐具和器皿还可以试验出食物中的毒物（主要指一些含杂质的砒霜），这就是古代很多地位显赫的人物选择银制餐具的原因。银对我们的健康真是功勋卓著啊！但我们必须指出，如果大量摄入高浓度的银离子溶液同样会产生中毒症状，中毒后人的皮肤和眼睛都会发生变蓝的可怕症状。关于其他重金属中毒的案例和解毒方法我们将会在第3章的“重金属，你让美丽的青春凋零”一节中再进行详细讨论。
说到重金属的盐溶液会让蛋白质中毒的事情时，一定会有人问其他轻金属的盐溶液是否也能让蛋白质变性。从小就听说过，缺医少药的人经常用浓盐水来杀菌消毒，竹盐牙膏有利于口腔健康，这不都意味着食盐（成分氯化钠，钠是很轻的金属）的溶液也能够杀菌吗？其实，蛋白质还有一种化学性质我们也不得不提，那就是盐析。[10]
盐析是指蛋白质遇到浓度较大的无机盐（例如食盐、硫酸钠、硫酸铵）溶液时发生的沉淀和凝固现象，这种凝固的蛋白只是暂时性地失活，如果再次遇到清水，蛋白质还能重新恢复生理活性。细心的你可能发现了，盐析和变性最大的差别就在于能否恢复这一点，如果想要彻底杀死细菌，当然应该选择使细菌蛋白质发生变性的条件或试剂。食盐使蛋白质凝固只是暂时的，使蛋白质长时间脱水后发生的变性才是其杀菌的最主要原因。不过盐析虽然无法彻底杀菌，但盐析的可逆性却被化学家非常巧妙地用在了蛋白质的分离和提纯过程中，例如大家熟悉的血红蛋白就可以利用盐析的原理从血液中分离出来。
明白了蛋白质变性和盐析的变化后，让我们重新回到本节的主题——咸蛋上来。咸蛋制作过程中加入的食盐使蛋清中的蛋白质发生盐析，经过煮熟的过程又使蛋白质变性而凝固变成乳白色固体。另一方面，蛋黄富含蛋白质和脂肪结合成的脂蛋白，平时看不出其中的油脂，经过腌制使其中的蛋白质凝固析出，所以蛋黄中就流出了诱人的淡黄色油脂，其黄色来自我们上文中讲到的脂溶性色素。这就是咸蛋诱人的形态（蛋白凝固，蛋黄流油）产生的基本原因。
食物诱人之处不仅仅在色、香、味、形等方面，其所含的营养成分也是其倍受广大食客青睐的原因。禽蛋类食品的主要营养不是普通的蛋白质，而应该被称为完全蛋白质或者优质蛋白。完全蛋白质是营养学的重要概念，是指蛋白类食物所含的必需氨基酸种类齐全，数量充足，彼此比例适当。这一类蛋白质不但可以维持人体健康，还可以促进生长发育。肉、蛋、鱼、奶中的蛋白质都属于完全蛋白质，对我们的身体具有非常重要的营养价值。而与之不同的是半完全蛋白质和不完全蛋白质，小麦中的麦胶蛋白和肉皮中的胶原蛋白分别属于这两类。由面粉可以制得富含蛋白质的面筋，由肉皮可以制作皮冻，可是面筋和皮冻的营养价值和肉、蛋、鱼、奶比起来就有差距了，面筋的致命问题就是缺少赖氨酸，它被称为这类半完全蛋白质的限制氨基酸。小时候我记得经常吃赖氨酸面包，就是为了补充限制氨基酸而增加的营养强化剂（加钙牛奶、加铁酱油等与之类似）。
说了这么多蛋类的营养价值，我们也应该关心一下怎么吃蛋更科学。有人会产生很多疑问：到底鸡蛋怎样烹饪才最容易消化吸收呢？是生吃还是煮熟？是煎得老一些还是嫩一些好呢？这些问题不仅涉及蛋白质的变化和营养问题，还涉及蛋白质的结构和人体消化吸收的功能问题。正如我们在上节“是什么让鱼肉如此美味”中讲到的，蛋白的营养主要是它含有的各种氨基酸特别是必需氨基酸，那么结构越简单的蛋白质就越有利于人体的消化和吸收，煮熟是蛋白质变性和部分分解的过程，从原来非常复杂的四级结构转变成了简单的多肽链（多肽是蛋白质和氨基酸的中间体，见下图），自然更加有利于我们的吸收，所以应该吃熟蛋而且最好是完全煮熟的鸡蛋，据说吸收效率能够达到99%。
还有一种像咸蛋一样诱人的美食，就是松花蛋（又称皮蛋）。透明的深棕色蛋清和墨绿色油亮的蛋黄让每一个喜爱它的食客都欲罢不能。皮蛋制作成的菜品可以说是琳琅满目，姜汁松花蛋、皮蛋豆腐、皮蛋瘦肉粥、双椒小皮蛋，哪个不是让人垂涎三尺的好菜？皮蛋又是怎么来的呢？其实就是我们在上节中谈到的蛋白质水解。与酱油在酸性和酶的作用下水解不同的是，皮蛋是蛋白质在碱性条件下发生了变性和水解，使很多氨基酸游离了出来，而氨基酸及其盐又具有特殊的鲜美味道，于是造就了这特色的美味食品，证据就在皮蛋的本身——皮蛋中那美丽的松花就是氨基酸盐的化学结晶体。如果大家感兴趣的话，不妨在家里自己试一试无泥无铅松花蛋的制作吧，记得成功之后一定要让父母和家人一起分享你的劳动果实啊！
无泥无铅松花蛋的制作方法如下。
在锅内加入清水2kg，加入茴香10g、花椒20g、红茶100g，煮沸5分钟后取出，加入300g食用纯碱，待完全溶化后，加入少许松树叶或柏树叶，制成浸泡液。在瓷制的容器内码入50个洗净的鸭蛋或鸡蛋，将冷却后的浸泡液倒入，一定要将蛋完全浸没。如果液体不够，可加入一些凉开水。然后密封容器10～14天。取出晾晒4～5天，便做成了无泥无铅松花蛋。
雪花是美的奇迹，人们无法看到并仰慕这种美是无比遗憾的事。每一片都是绝作，并无备份，一朵晶莹的雪花消融，一份独特的设计就将再不为人们所见。美这样逝去，不留下半点足迹。
——威尔逊·本特利［美国雪花晶体摄影师］
对于雪花，很多人在孩童的时候就不止一次观察过：那洁白无瑕的颜色，那晶莹剔透的状态，那规则有序的形状和那飘飘洒洒的身姿无不给人一种美的享受。每每看到雪花纷飞飘落，我的耳边就回响起韩雪演唱歌曲《飘雪》：“忧郁的一片天，飘着纷飞的雪……雪花像绽放的礼花，天地间肆意地飘洒……伸出手像露珠一样的冰雪，那瞬间的落花仿佛在，记得你和我的爱情童话。”科学家们也不乏对雪花的赞美，只不过比我们要更进一步的是，科学家还能够对美丽雪花背后的原因给出较为本质的回答，让这种美不再神秘，不再不可捉摸。上图是我从汽车上拍摄到的雪花的形状，若不是这样仔细地去观察，你很容易忽视它的规则之美。
科学家对雪花的研究可以追溯到17世纪。据说那是在1611年的圣诞节，穷困潦倒的开普勒徜徉街头。开普勒就是在那不久之后以研究宇宙而闻名于世的德国大天文学家。当时的开普勒很是沮丧，已经好几个月没领到薪水的他正绞尽脑汁思考如何给朋友送上一份节日礼物。他看着漫天飞舞的雪花，甚是无奈地说：“啊，上帝!除了雪花之外，我还能送什么呢？”后来这位天才的科学家突发奇想：可以写一篇关于雪花形状的文章作为新年礼物送给朋友啊！于是这篇题为《论六角形雪花》的论文诞生了。几百年过去了，每当我们提到关于雪花形状的研究，都会首先联想到这篇源于贫寒与友情的学术论文。
不仅仅是天文学家注意到了雪花的形状之美，连大数学家笛卡儿都在自己的观察笔记中赞叹它：“完美的六边形啊!边是如此直，夹角是如此相等，粗手笨脚的人类简直没戏……我绝对想象不出来，这些完全对称的六角小精灵如何在自由的空气与狂躁的风中悠闲地降生。”既然美丽都已经如此昭然天下了，那如何对它展开科学系统的研究呢？为什么雪花会不约而同地选择六边形这种特殊的形状呢？要想解释清楚这个问题，我们必须从雪花的缔造者——水说起。
关于这个话题，我总是喜欢用“水的美丽与馈赠”来概括雪花的美丽与神奇。
雪花是水凝结成冰晶后再从天而降形成的，雪花的形状自然会与水分子的形状和聚集状态密切相关。经过现代化学结构理论研究可知：水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的，整个分子形成“V”型结构，键角（两个氢氧键之间的夹角）是104.5°。我们生活中接触到的水（液态）、冰（固态）和水蒸气（气态）都是由成千上万个数不胜数的这种角形分子所组成的。有人一定会感到奇怪：水分子这么小，化学家又是怎么知道它的形状的呢？键角为什么不能是180°或者90°呢？
其实，即使用最先进的显微镜也无法直接看到水分子的真实形状，化学家是先结合现代化学的分子结构理论进行形状的预测，然后再用相关的化学实验进行佐证，可以证实推测的正确或者证明推测的谬误，进而将错误改正，一步步地接近真理。在结构化学中预测分子理论的最重要方法是价电子对互斥理论，也常常被简称为VSEPR。简单来说，就是分子的结构取决于中心原子周围成键的价电子对数，价电子对要尽量远离以避免彼此的排斥。例如：中心原子周围只有两对价电子，两对价电子会相聚得最远而使分子形成直线型，这样的直线型分子有二氯化铍（BeCl2），如果有3对价电子则会形成平面三角形，这样的分子有三氟化硼（BF3）。最典型的例子是有4对成键价电子对的甲烷（CH4），为了让价电子对尽量远离， 4个氢原子形成了正四面体的结构而非平面正方形的结构，这就是甲烷分子形成正四面体的一个重要原因。北京大学化学教授严宣申先生曾经用一个非常形象的比喻来表达我刚才的描述：把4个大小相同的气球的尾端绑在一起，它们会自然地伸展成正四面体的方向，如果你扎破一个气球，就自然形成了平面三角形的形状，再扎破一个就形成了直线形（如上右图所示）。这真的是直观而完美的比喻，看来微观的规律宏观化以后同样极富魅力！
水分子的形状如何用VSEPR来预测呢？过程还要稍微复杂一些。因为水中的氧原子不仅拥有两对成键电子对，还具有两对孤对电子，这两对孤对电子对于成键电子对也具有很强的排斥作用，使原本应该形成直线结构的分子最终被挤压成了“V”型结构。有孤对电子的VSEPR预测情况可以在左图中看到。左图中的短线代表成键电子对而云朵状代表孤对电子。
众所周知，科学的结论不能仅仅靠预测获得，还需要严密的实验来给予佐证。那么，我们怎样通过实验得知水分子是角形而不是直线型呢？右图显示的水流在电场中发生偏转的实验即可证明这一点。如果水分子是直线型的，那整个分子就属于完全对称的形状，化学上称之为非极性分子，在电场中就不会发生偏转；反之，如果是“V”型结构，就属于极性分子，在电场中由于电荷分布不均匀而产生偏转现象。我们所做的实验非常简单，大家在家里就可以独立完成。
各位读者可以在家里找一个塑料勺子或者是吹好的气球，在自己的头发上反复摩擦几下，让勺子或者气球表面带电，而后迅速靠近非常细的水流，这时就能非常清楚地看到水流的偏转现象。用气球来做实验产生的偏转可能会更强，因为气球所产生的静电会更强一些。非常细的水流可以通过把水龙头的流量开得非常小而产生。本实验很轻松地证明了水分子是有极性的。
由于水分子中电荷分布不均匀，或者说因为它有极性，使得氢原子端带有一定程度的正电荷而氧原子端则带有一定程度负电荷，这样又使水分子之间因为这种极性的静电作用而产生作用力，把千千万万个水分子聚集在一起而形成液态和固态的水。之所以这里不提水蒸气，是因为气态水分子之间距离很远，作用力很小，基本可以忽略不计。正是因为固态水中的这种作用力使水在凝结成冰的时候，选择了特定的形状——六角形。具体原因是这样的：水分子之间的这种由于极性而产生的作用力叫作氢键，就是说这个水分子中的氢原子可以被其他水分子中的氧原子所吸引，同理这个水分子中的氧原子也可以吸引其他水分子中的氢。如右图所示，图中的虚线就代表了水分子之间的氢键。氢键是水分子之间一种相当强的作用力，这种作用力第一个重要的影响就是使水的沸点反常地高（所谓反常，意思是元素周期表中与氧原子靠近的其他几个元素：N、F、S、P、Cl，它们的氢化物都是常温下的气体，而只有水是液体）。使水沸点升高的主要因素就是水气化时需要破坏很强的氢键作用力，消耗更多的能量，也就需要更高的温度了。
常温下物质的状态可以从一定程度反映物质的沸点。固态物质的沸点最高，因为它们要经过升温先达到熔点液化后才能达到沸点而气化，因此沸点高；而液体只需升温达到沸点就可以气化，沸点较高；气体的沸点最低，因为它们的沸点在常温以下，需要降温才能变成液态。例如：常温下食盐是固体，酒精是液体，而二氧化碳是气体，它们的沸点依次为：1413℃、78.5℃、-78.5℃，很明显是依次降低的。
氢键的第2个重要影响就是方向性的选择。从左图中可以看出：氢键的作用方向不是平面的，而是按照正四面体方向去作用，这就使得1个水分子可以和就近的4个水分子产生氢键作用。每个水分子周围都有4个相互作用的水分子，照此方式无限扩展下去，就成了水和冰的结构。当水凝结成冰的时候，分子的振动和相对滑动都减少了，分子被基本上定格在空间网状四面体的顶点上，也就会使冰的水分子之间比液态水的分子之间产生了更大的空洞，这也就是冰比水轻的真正原因了。再仔细观察和思考，冰中的空隙究竟是什么形状的呢？四面体的顶点延伸下去正好形成了一个个六边形空隙，无数个六边形空隙就像蜜蜂的蜂巢一样紧紧排列在一起（如上图所示），当水凝结成冰晶的时候，微观的分子形成了六边形空隙，而宏观上我们自然就看到了六角形的雪花。这里需要说明的一点是，化学上晶体的微观排列方式往往就能决定宏观晶体的形状，如果按照这样的理论，雪花应当是天然的六棱柱状才对。其实，形成雪花是气象学上的降水问题，大气的湿度是重要的先决条件，往往还没等形成六棱柱，边缘就会沾上一些杂质，这就是大家看到的形状各异却都是六角形的美丽雪花了。在南极地区，由于湿度和温度都符合要求，是可以看到水凝成的完美六棱柱状晶体的，我们称这种完美的“雪花”为雪晶（如右图所示）。
到此为止，雪花为什么呈现六角形这个问题已经明确了：是因为形成雪花的水分子是“V”型结构，导致了水分子的极性，极性又使水分子之间产生了强烈的氢键作用，氢键作用力的四面体方向决定了冰晶中存在六边形空隙，这样的空隙使得水凝结成雪时选择了六棱柱状的凝结方式，低纬度地区较低的湿度和较高的温度决定了六角形雪花的诞生。从总体看来，氢键是水分子之间最重要的作用力，对于美丽雪花的形成功不可没。氢键还是生物化学中的一种非常重要的作用力，和生命体的遗传与生长密不可分，如DNA双螺旋中的碱基对就是依靠氢键作用来配对的，而组成生命体最基本的化学物质——蛋白质的肽链之间也是依靠氢键形成二级的α-螺旋结构的，我们的身体里面到处都有氢键的影子。
到底是什么造就了雪花的美丽？是水？是化学分子？是氢键？是冬天？是大自然？我想大家会有各自不同角度的回答。但有一点是必须注意到的：倘若没有美国著名的雪花晶体摄影师本特利的艰辛观察和拍摄，全世界的人们很难如此近距离地欣赏到雪花的无穷魅力。就让我们用他在冰天雪地里冒着被冻死的危险获得的美丽雪花来结束本节吧！
对真理的追求比对真理的占有更为可贵。
——莱辛 [德国剧作家]
古代的大将军连年征战，常常会说一句话：“兵马不动，粮草先行。”这句话最早是出自《南皮县志·风土志下·歌谣》，强调了战争中调动兵力的前提条件，也蕴含着万事都要提前做准备才能成功的道理。而且古代战役中也不乏偷袭和阻截敌军粮草而获胜的实例，其原因就是人和马都需要能量的补给才能运转。那么我们今天就要问一个非常基本的问题了：为什么人以粮食作为食物而马却以草料作为食物呢？人类和马都属于哺乳动物，为什么其能量来源会不同？粮食和草料到底在化学成分上有什么区别呢？其实越是基本的问题就越难回答，这个问题将又一次带给大家超多超有趣的化学知识！
鲁迅先生说过：“我吃的是草，挤出来的是奶。”那么人真的能够以草为食吗？其实鲁迅先生是把自己比喻为一头老黄牛，愿意为人民无私奉献。从科学角度来说，人是可以吃草的，但是无法从中获取能量，也就是说，草（也包括其他纤维类食物如芹菜、韭菜等）进入人的体内后可以果腹但无法充饥，消化系统只能把这些食物中的纤维素粉碎最终将其排出体外。而马、牛、羊等奇蹄目动物却可以把纤维类的草料作为食物，最终消化和吸收得到能量。更让人不可思议的是这些动物居然也可以从粮食中获得能量，对它们来说粮和草都可以充饥，这又是怎么回事呢？难道作为高等动物的人类还没有马、牛、羊的消化功能强吗？生物学的一些基本知识告诉我们：奇蹄目动物的胃和肠等消化器官和人类没有太大区别，它们也只能以粮食作为能量来源，但在它们的胃部寄生有一些微生物，这些微生物可以分泌出消化草料的生物催化剂——纤维素酶，这种酶可以分解草料变成糖类，最终被马牛羊所利用。所以这些动物好像就有了消化更多食物的能力，粮和草就变得“通吃”了！
生物学知识虽然解释了奇蹄目动物消化草料的原因，但是仍然没有解释清楚粮和草究竟有什么本质区别，它们的真正成分是什么，为什么我们的消化系统能够这么清楚地区分它们：把粮食分解和消化吸收而把纤维类物质排出体外，这一切的答案都在化学学科里。其实，我们俗称的粮食应该是富含淀粉的谷物的统称，草根、树皮、木头等这些物质的化学成分应该叫作纤维素，淀粉和纤维素是两种既有联系又有区别的物质，它们都由共同的小分子葡萄糖组成但却有着非常明显的结构差异。关于这些问题，我们还得从糖类[11]说起。
可能有人会说了，糖类还不简单，就是吃起来比较甜的东西。把糖类等同于甜味物质是一种非常朴素的“前概念”。当我们很小的时候妈妈就告诉我们糖是甜的，吃多了会坏牙齿的。这样的概念认识可以说是“也对也不对”，糖类确实有不少是甜的，但甜味只是糖的物理性质之一，绝对不能把这一性质作为判断是否属于糖类的标准，那样一定会闹笑话的。左上图中甜味物质和糖类的比较说明了二者之间没有任何本质联系。粮食中的淀粉和棉花中的纤维素都属于糖类却不甜，木糖醇和糖精这些甜味剂都不属于糖类但都有很浓的甜味。
可能又有人支招了，糖类的判断一定要看这种物质的分子式和组成，糖类应该是碳水化合物。例如葡萄糖的分子组成为C6H12O6，显然可看作C6(H2O)6，也就是说很像由6个碳（C）和6个水（H2O）组成的，类似的还有蔗糖C12H22O11、淀粉（C6H10O5)n、核糖（C5H10O5），等等。是否对于所有的糖类都适用呢？答案当然是否定的，有机化合物的分子组成同样不能作为一类物质的本质属性来进行归类，鼠李糖（C6H12O5）和大名鼎鼎的DNA的缔造者脱氧核糖（ C5H10O4）都不符合，而有些符合碳水组成化合物的物质也不都属于糖类，例如居室污染物甲醛（ HCHO）和厨房里的醋酸（CH3COOH）分别属于醛类和酸类。虽然碳水化合物不能作为判定糖类的标准，但由于历史和传统的原因，“碳水化合物”这个名词已经被沿用下来指代糖类（甚至糖类的英文也可以用carbohydrate表示，意思是碳的水化物），但这个名词却失去了它本来的意义。看来仅仅由性质和分子组成都不能确定物质究竟什么是糖类。
到了这个时候，大家或许迫不及待地想要知道到底什么才是糖类的科学概念。不要着急，人的潜能和创造力是无限的，待会儿你就可以自己推导出糖类的本质概念了。因为葡萄糖是给我们身体提供能量的最基本物质，所以请大家先来看看葡萄糖的结构，仔细观察后可以尝试自己来总结糖类的概念。葡萄糖从结构上看应当属于多羟基醛。在化学上，糖类的定义是多羟基醛或多羟基酮以及能够水解生成它们的物质。通过糖类概念的总结我们明白：化学科学的概念往往是从结构角度（有机物的官能团）来定义的，因为结构是物质产生性质的根本原因。而碳水化合物（组成特点）或者甜味（物理性质）都不是这类有机物的本质属性，因而不能作为糖类的科学定义！到此为止，大家不仅学会了糖类的概念，还对科学概念的体系有了深层次的理解。
在有机化学中，物质的结构是有特征的，能够表现物质性质的特征结构基团叫作官能团。常见的官能团有羟基—OH、羧基—COOH、醛基—CHO、羰基—CO—、酯基—COO—、碳碳三键—C≡C—，等等，我们可以在复杂的有机物结构中发现这些官能团，进而通过官能团预测有机物的性质。细心的朋友可能已经发现，有机化学中有很多有意义的造字实例。不管字形还是字义都是组合出来的。例如：“烃”——碳氢化合物、“羟”——氢氧组成的基团、“羰”——碳氧组成的基团、“羧”——含氧酸的基团、“巯”——氢硫组成的基团。
葡萄糖属于糖类的最简单形式，可以被人和动物体直接利用而产生能量。它是无法进行水解的糖，即单糖。糖类定义中还提到“能够水解生成它们的物质”，那是指比葡萄糖更加复杂的低聚糖和多糖。低聚糖中的二糖有大家非常熟悉的蔗糖、乳糖和麦芽糖，而多糖包括粮食中的淀粉和草料中的纤维素。这些糖都可以看作由两个或多个葡萄糖经过脱水缩合而得到的［例如蔗糖分子式为C12H22O11，可看作2个葡萄糖C6H12O6脱掉1个水分子（H2O）得到］，所以它们都可以与水发生水解反应，水解的最终产物都含有葡萄糖。因而无论我们身体摄入了哪种糖，都会在体内水解，最终变为葡萄糖进而为我们提供能量，所以可以把糖类比喻为生命的“燃料”，这就是那句话——人是铁，饭是钢——所表达的意思。为了更好地解释人能否以草为生的问题，我们重点看一下两种多糖——淀粉和纤维素。
粮食中的淀粉就是一种多糖。它不仅储存于谷物中，在水果和蔬菜中也广泛存在，例如土豆、莲藕和香蕉等。化学上可以用加入碘水（分子式是I2）的方法来检验淀粉的存在，因为碘遇淀粉会变蓝色。有人可能会问：淀粉又没有甜味，科学家是怎么知道它属于糖类的呢？很简单，因为它可以在催化剂（用于加速化学反应的物质，这里可以用硫酸或者生物体内的淀粉酶）的帮助下发生水解而变成葡萄糖，最终可以通过化学方法来检验产生的物质中含有葡萄糖，从而证明了淀粉是一种多糖。细想想，我们应该感谢食物中的淀粉，是它提供的能量让每个人的心脏能够跳动、血液可以奔腾。
更加让人意想不到的是棉花和亚麻中的纤维素也属于多糖。纤维素是构成植物细胞的细胞壁的基本材料，对细胞起支持和保护作用，因而比较坚硬，化学性质也较为稳定。含有谷皮的粗粮、蔬菜和水果中都含有纤维素。纤维素同样是一种没有甜味的糖，要想让纤维素水解为葡萄糖比淀粉要稍难一些，需要用浓硫酸来处理棉花后再加热水解，但最终水解后都能检测出含有大量葡萄糖，说明纤维素同样属于糖类，只是我们人类无法吸收利用的一种糖而已。纤维素遇碘水无明显变化，所以可以用碘水来区分这两种多糖。我们机体摄入的纤维素虽然无法转化为具有能量的葡萄糖，但这些难以消化的纤维质的东西恰好可以促进胃和肠的蠕动，对于消化其他食物和顺利排便是很有帮助的，所以膳食纤维近些年来常常被作为保健食品和减肥产品，越来越受到人们的青睐。人们把纤维素称为“第七营养素”，是针对以往认为的六大营养素——可利用的糖类、油脂、蛋白质、水、无机盐、维生素而言的。说到这里，大家一定很想弄明白既然淀粉和纤维素同样属于多糖，为什么人和大部分动物只能利用淀粉而不能消化吸收纤维素呢？这就得再次谈到多糖水解反应的条件了。
多糖能够在体内发生水解是它被利用的前提，而我们在上文中提到水解反应是需要催化剂的，在人的正常体温条件下，只有遇到合适的催化剂才能让多糖快速地发生水解生成葡萄糖而提供能量。人和动物的体内都不可能有硫酸这样的化学催化剂，所以只能靠生物催化剂——酶来发挥作用。酶是生物体内的一种催化剂，由蛋白质组成，作用是可以在温和条件下催化很多生物化学反应。酶的催化作用有3个主要的特点：高效性、专一性、温和的反应条件。高效性就是说它的催化效果要远远强于硫酸这样的化学催化剂；温和条件是因为酶是蛋白质，温度太高或者强酸、强碱、强氧化剂等条件下蛋白质会发生变性而失去催化能力；而专一性是酶这种生物催化剂最特殊的一点：一种酶只能催化某一个特定的化学反应，淀粉酶只能催化淀粉的水解而无法催化其他糖类（例如蔗糖、乳糖、纤维素等）进行水解，这里就好像一把钥匙开一把锁一样，淀粉酶只认识淀粉而无法识别其他物质。因而有人提出了下面的酶催化机理的“锁钥模型”，这种模型非常形象地强调了酶的专一性。
酶的这一特点跟化学催化剂差别很大，硫酸不仅能催化各种糖类水解，还能催化油脂、多肽和蛋白质的水解，但正因为硫酸作为催化剂具有较强的普适性，所以它的催化能力相当一般；而酶只能专一地催化一种化学反应，所以就非常高效！真的有点像那句名言所说的：“知者不博，博者不知。”
在人类和一般动物的体内都含有淀粉酶，所以大部分动物都可以利用淀粉类食物中的多糖最终获得能量。人的唾液和小肠液中都有淀粉酶，在口腔中的唾液淀粉酶可以将淀粉初步水解为有甜味的二糖——麦芽糖，所以淀粉为主的馒头本来不甜，在口腔里多嚼几下就会变甜。未消化完成的二糖和多糖都要在小肠中被水解为葡萄糖，这就要靠胰肠淀粉酶和肠麦芽糖酶了，最终催化它们“认识”的化学物质发生水解而生成单糖。大家马上就会明白，因为身体中没有纤维素酶，人摄入的纤维素食物只能在消化道内“旅行”一趟，最终被排出体外。这就是人为什么不能以草为生的初步原因了。
紧接着有人又会问了：既然淀粉和纤维素都是由葡萄糖缩合而成的多糖，而且它们的化学式都可以写作（C6H10O5)n，两者到底有什么不同呢？为什么淀粉酶只能识别出淀粉分子而不会“认错人呢”？这个问题其实是非常复杂的，淀粉和纤维素这两种天然多糖有着至少3个方面的差异。
（1）两者的聚合度n值不同。淀粉的n值一般是几百到几千，而纤维素的n值为几千到上万，也就是说纤维素比淀粉拥有更多的葡萄糖单元，所以分子质量更大，分子更难溶解于水，自然也更加难以水解成葡萄糖。
（2）两者的分子空间形态有较大差别。前文中我们提到可以用碘水来检验纤维素和淀粉，说明它们的分子结构一定有差异，那么差异到底体现在哪里呢？
右图表达了汉堡包中的几种多糖的分子结构，其中的六边形代表每一个葡萄糖单元，淀粉和纤维素的差异一目了然。正是因为淀粉中的葡萄糖单元形成了环状，而环的大小恰好可以包容一个碘分子，于是就形成了蓝紫色的包合物，这就是淀粉遇碘变蓝的根本原因；而纤维素是链状，没有这样的结构，所以与碘不发生显色。
（3）究其根源，我们发现形成淀粉的葡萄糖和形成纤维素的葡萄糖也是不同的。英国化学家霍沃斯发现葡萄糖是有同分异构体的，一种被称为α型葡萄糖，而另一种被称为β型葡萄糖。为什么会有这两种葡萄糖呢？这就必须从手性分子说起了。在有机化学里面有一种非常有趣的现象：一些分子像人的左手，而另一些分子像人的右手，它们虽然看上去没有什么不同但却怎样也无法重合，这样的分子就是手性分子。左手型的分子和右手型的分子互称为手性异构体，也叫旋光异构体或镜像异构体[12]（因为左右手之间的关系与实物和它的镜像之间的关系非常相似）。例如大家非常熟悉的物质——乳酸就有两种手性分子，酸奶中的乳酸是左手型的（也可以叫左旋或S型）；而人累了肌肉会酸疼，肌肉产生的乳酸是右手型的（也可以叫右旋或R型）。这两种乳酸分子非常相似但无法重合，属于手性异构体。这样的例子在生活中还有很多，我们常听说的左旋肉碱、右旋维生素C、左旋多巴胺等都是手性分子的实例。在“是什么让咸蛋如此诱人”一节中提到巴斯德曾经发现和分离了酒石酸晶体的两种旋光异构体，指的就是左旋和右旋的两种酒石酸。
那么手性分子产生的条件又是什么呢？为什么不是所有的分子都有手性呢？大家可以仔细观察自己的双手和双脚，想想为什么有些手套会分左右手，为什么鞋子会分左右呢。如果我们的手不是今天这样的五根手指、长短不一的话，也许手套就不会有差别了。化学分子也是这样，当1个碳原子上连接有4个完全不同的基团时，这种有机分子就有了手性，例如下面的氨基酸的结构通式，就很明显地看到了连接有4个不同基团的碳原子，所以天然氨基酸都是手性分子，分为L型和D型两种。我们身体必需的氨基酸和天然蛋白质组成的氨基酸都是L型的氨基酸。组成生命体的蛋白质数不胜数，但为什么自然界都不约而同地选择了L型手性分子，这还是未解之谜。不仅化学分子有左右旋，连生物体本身的形态也有两种旋转方式，例如蜗牛的壳和海螺壳都有两种，而且自然界总是以一种占据着绝对的优势。如果两种蜗牛发起了战争，右旋的蜗牛将占有压倒性的绝对优势！弄清楚了手性分子产生的原因后，马上回到我们的主题——葡萄糖上来。英国化学家霍沃斯研究发现葡萄糖具有如左图所示那样的六元碳环结构，而我们标注星号（*）的那个碳原子就是连接有4种不同基团的碳原子，也就是手性碳原子，而它的两种旋光性不同的葡萄糖分子就是我们所说的α型葡萄糖和β型葡萄糖。这两种不同结构的葡萄糖分别构成了淀粉和纤维素，于是就导致了淀粉酶催化的专一性，它只能识别α型葡萄糖之间的作用而无法识别β型的，所以淀粉被我们利用变成了能量而纤维素则排出了体外。
到这里，我们开篇提出的那个看似有点钻牛角尖的问题才得到了比较完美的解释。在探究这个问题的过程中，我们一步步深入化学中的糖类概念，一步步拨开围绕在事实真相周围的迷雾，大家得到知识的同时，更可贵的是明白了学习的方法，提升了探究的兴趣。
最后我们应该感谢淀粉和葡萄糖给生命体带来了能量，更应该感谢身体中的淀粉酶兢兢业业、一丝不苟地高效转化着糖类，或许最应该感谢的是1937年诺贝尔化学奖得主英国化学家霍沃斯，是他用辛勤的工作和实验为我们揭示了糖类的庐山真面目，但其实最应该感谢的是你自己，如果不是你怀着对陌生问题的那颗好奇心，不是你愿意执著地坚持阅读到最后，化学世界的无穷魅力，这一切的一切，都将与你擦身而过！
知识本身对于学生并没有吸引力，而凡是未经过紧张的脑力活动而获得的东西，以及没有和兴趣结合起来的东西，是很容易从记忆中挥发掉的。
——赞可夫［苏联著名教育家、心理学家］
豆浆已经成了国人早餐饮品中的不二之选。人们对豆浆的喜爱不仅使它成为很多中式早餐店的主打，而且连店名和招牌都常常以“××豆浆”来冠名。豆浆的口味也有好多种：甜豆浆、原味豆浆、热豆浆、冰豆浆、五豆豆浆、枸杞豆浆，等等。你是否注意到，为什么我们不习惯喝咸豆浆呢？作为百味之首的咸味在与豆浆搭配的时候，为什么甘拜下风了呢？人们对食品口味的选择，既有饮食习惯的传承，也有科学因素的影响。要想说清人们不喜欢咸豆浆这个问题，还需要先从豆浆的成分和状态说起。
豆浆源自中国，是一种历史悠久的美食，在欧美有“植物奶”的美誉。相传是在公元前164年，由西汉开国皇帝——汉高祖刘邦之孙淮南王刘安所发明。刘安是个孝子，他在母亲生病的时候每天都现磨豆浆给母亲喝，几日以后，母亲的病就痊愈了，从此豆浆就流传了下来。豆浆营养丰富，极易被人体消化吸收，适合各类人群饮用，其主要营养成分有植物蛋白质、磷脂、钙、多种微量元素等。
从化学成分来看，豆浆主要是由蛋白质和水组成的一种胶体，这种乳白色较为黏稠的液体与我们平时所喝的碳酸饮料具有完全不同的形态，这就是胶体和溶液的差别。化学上对于物质是这样分类的：组成成分单一的物质叫作纯净物，组成成分超过一种物质的就叫混合物。混合物也可以看作一种或几种物质分散到另一种物质中得到的分散系，被分散的物质被称作分散质，而稀释分散质的就是分散剂。碳酸饮料就是把二氧化碳、糖、柠檬酸等分散质分散到水中得到的分散系，同样，豆浆就是把大豆的营养精华成分分散入水中得到的分散系。那么，为何说豆浆和碳酸饮料是形态不同的分散系呢？分散系是按照分散质颗粒的大小来进一步划分的：碳酸饮料中的分散质（糖、二氧化碳、柠檬酸等）颗粒都很小，粒子的直径比1nm还小（nm就是纳米，1nm只有1μm的百万分之一，据说我们的指甲大约每秒长出1nm，可见纳米的微小），这样的分散系就是大家熟悉的溶液，化学研究中和医院里输液都是把物质配置成溶液来使用的；与碳酸饮料不同，豆浆中的分散质（特别是指蛋白质）颗粒较大，超过了1nm而小于100nm，这样的分散系就叫胶体，食品工业中的淀粉糊、天然果汁、果冻等都属于这一类；如果分散质颗粒进一步增大，达到或超过100nm，这种分散系就叫浊液了。浊液还可以根据分散质的状态是固体或者液体，分为悬浊液和乳浊液，泥浆和油水混合物分别属于悬浊液和乳浊液。[13]
我们可以在家里动手来检测溶液和胶体，只需要一根激光笔或者亮度足够强的手电。用激光笔或者手电从侧面照射要检测的液体，如果可以在液体内部看到光亮的通路现象，则可以证明待测液体为胶体。这种现象被称为丁达尔效应，是检测溶液和胶体的最简单办法，用这种方法也可以检验胶冻状固体（例如果冻、琼脂、凉粉等）是不是胶体。产生丁达尔效应的原因是由于胶体颗粒的大小适合，光可以在胶体内部发生散射现象，这样就可以从侧面看到光亮的通路。如果光通过溶液的时候，分散质颗粒太小导致无法对光产生散射，这样就不能从侧面看到光亮的通路了。
胶体、溶液和浊液的差异本质是分散质微粒的大小，而表观上它们的差异在于稳定程度的不同。大家可以想象，被分散的颗粒越大，这种分散系就越不稳定，越有可能沉降下来使分散系被破坏。因此，溶液是非常稳定的，浊液是不稳定的，而胶体介于两者之间，所以胶体是介稳状态的。如果你把浑浊的泥浆静置一段时间，泥沙会沉降下来，上层的水就会稍稍清澈一些，这就是浊液不稳定的一种表现。俗话说“黄河水，一碗水，半碗沙”就是强调了浊液的这种性质。但是如果把豆浆静置，哪怕再长时间也不会自动有东西沉降下来，除非加入一些能够破坏胶体介稳状态的物质，否则它将一直具有丁达尔效应。溶液的稳定性则更好，如果没有特别的化学反应，溶液将始终保持澄清、稳定、均一、透明。
我们把焦点再次对准豆浆的介稳状态，加入哪些物质能够破坏胶体相对稳定的状态呢？这类物质就是化学上常说的电解质。电解质包括酸、碱、盐等物质，这些物质溶解在水中或者融化状态下可以发生导电的现象，所以称为电解质；与此相反，溶解于水或者融化状态下不能导电的化合物就是非电解质，大家熟悉的有机物，例如蔗糖、淀粉、酒精等一般都是非电解质[14]。如果在胶体中加入电解质，电解质中带电粒子的电荷可以中和胶体微粒所带的电荷（胶体粒子之所以长时间不发生沉降，就是因为它们表面都带有同种的电荷，同种电荷之间的排斥作用使它们无法结合而发生沉降），促进胶体的沉降，这种过程被称为胶体的聚沉。聚沉就是胶体被破坏的一种过程，聚沉后的胶体会发生明显的分层现象，均一稳定的状态就无法再恢复了。我们可以放心大胆地在豆浆里加糖而一般很少加盐，就是因为糖是非电解质，不会破坏豆浆的胶体状态；盐属于电解质，会使胶体发生聚沉，使豆浆中的重要营养成分发生沉淀，我们所喝到的液体口感变差，营养也降低了。看来我们一般不喝咸豆浆在科学上和营养学上还是有重要依据的。从另外一个方面来看，豆浆胶体主要营养是蛋白质，蛋白质溶液遇到较浓的食盐也会发生盐析[15]现象，使蛋白质产生絮状沉淀而从溶液中分离出来，这就使豆浆失去了最重要的营养价值。但任何事情都有两面性，豆浆里面加入盐聚沉之后，却产生了另一种独特的美味——豆腐。豆腐和豆浆都是淮南王刘安发明的。大家只需要很简单的原料就可以在家里制作营养而美味的豆腐。
第1步：取黄豆1kg，洗净后放入水中浸泡，冬天浸泡4～5小时，夏天2～3小时。浸泡时间一定要掌握好。
第2步：黄豆浸好后，捞出，按每1kg黄豆6L水的比例磨浆，可以用豆浆机来完成磨浆的工序，一般可以得到6L左右的豆浆。
第3步：把磨出的生浆倒入锅内煮沸，不必盖锅盖，边煮边撇去面上的泡沫。豆浆煮到温度达90℃～110℃时即可。温度不够或时间太长，都会影响豆浆质量。
第4步：把聚沉剂（南方用石膏水，北方用卤水，家庭中还可以用葡萄糖酸内酯）冲入刚从锅内舀出的豆浆里，用勺子轻轻搅匀，数分钟后，豆浆就凝结成豆腐了。
从豆浆到豆腐的过程，关键步骤就是点浆，不管是南豆腐用到的石膏（硫酸钙的水合物），还是北豆腐用到的卤水（氯化钙和氯化镁的溶液），或者是葡萄糖酸内酯，它们都属于电解质溶液，聚沉后得到的豆腐、豆腐脑等就成了富含蛋白质的健康食品。聚沉不仅可以被人们用在豆腐的制作上，在医疗止血、水的净化等方面也很常见。例如重要的净水剂明矾［分子式为KAl（SO4）2·12H2O］就是一种絮凝剂，可以让水中的泥沙等悬浮物发生聚沉而使水得到净化。又如紧急的止血方案可以用到盐类氯化铁的溶液，它让血液胶体迅速发生聚沉而阻止了更多血液流出。在自然界中也有很多与胶体聚沉相关的实例，三角洲和沙洲的形成就是非常典型的例子，河水本身因含有较多的悬浮物而形成了一种胶体，当河流到达入海口时往往形成三角洲，就是因为海水中含有高浓度的盐分，盐就是典型的电解质溶液，使河水中的泥沙迅速发生聚沉而形成了沙洲，长江三角洲、珠江三角洲都是这样形成的。
我们常吃的食品中还有一种特殊的胶体——凝胶。凝胶是一种固体，呈胶冻状，因为分散质粒子直径为1～100nm，同样具有丁达尔效应。最常见的凝胶是果冻，果冻是用琼脂等植物胶加入一些水果和辅料制得的。生活中还有很多美食都与琼脂有密切关系，西点中的水果布丁、慕斯蛋糕等高档甜品都是用琼脂粉为主要材料制作而成，其爽滑的口感就来自凝胶的特性。不仅仅植物胶和果胶是凝胶，动物胶也可以制作成凝胶，大家非常熟悉的美食——肉皮冻就是由猪皮熬制成的明胶制得的，另外还有驴皮熬制成的阿胶。另外，淀粉为主的食材也可以制成凝胶，例如红薯粉或者绿豆粉制成的凉粉，土豆制得的土豆粉。
回到咸豆浆这个话题，为了保持食物的口感和营养成分，人们往往对不同的食品有特定的口味选择，如甜豆浆、甜牛奶、酸黄瓜、咸鸭蛋、辣白菜等，都有很多背后的因素决定了风味的选择。不过，饮食总是会有很多独特的个性，没有一成不变的规律和习惯，如湖南和天津等地区也有咸牛奶和咸豆浆这样的特殊食品，足以让人明白饮食文化千姿百态而又博大精深。据说现在家喻户晓的酸奶就是源于羊奶在储存的过程中不小心导致的偶然变质，从而让人们获得了对新奇美食的突发灵感。如果我们始终固守着对食品风味的单一认可，也许会错过舌尖上的另一次奇遇！
早在公元前3000多年，居住在安纳托利亚高原的古代游牧民族就已经制作和饮用酸奶了。最初的酸奶可能起源于偶然的发现。那时羊奶存放时经常会变质，这是由于细菌污染了羊奶，但是有一次空气中的酵母菌偶然进入了羊奶，使羊奶发生了特殊的变质，变得更为酸甜适口了。这就是最早的酸奶。牧人们发现这种酸奶很好喝，为了能继续得到酸奶，便把酸奶的酵母菌接种到煮开后冷却的新鲜羊奶中，经过一段时间的培养发酵，便获得了美味的酸奶。
好奇的目光常常可以看到比他所希望看到的更多。
——莱辛 [德国剧作家]
美发，已经成了现代都市男女追求美、追求个性的一种象征。更有甚者，一些摩登女士把做头发当成了一种休闲方式，只要稍有闲暇就泡在美发店里，不时地变换着自己的发型、头发颜色和长度。记得一位日本心理学家曾经说过：“如果你想幸福一天，可以去美发店；如果你想幸福一周，可以结婚；如果你想幸福一个月，可以盖间房子；如果你想获得一辈子的幸福，就要诚实地去生活。”看来美发过程确实可以带给我们美的享受，美发的结果也可以带给我们新的精神面貌，但是，爱美的你可知道美发过程的真正化学原理？可知道美发师在你头发上涂抹的种种化学药品可能对你产生什么影响？这就让我们一起来揭开美发过程中那些不能说的秘密，全面认识美发带给我们的福与祸。
烫发过程的秘密
对发型改变最重要的操作是烫发，之所以称之为烫发，是因为早先给头发定型时需要升温，头发受热才能变形。现在烫发已经有了依靠化学原理进行的“冷烫”，而且发型的保持时间也远远强于火烫和电烫了。要想搞清楚烫发过程中的化学原理及其所用化学试剂的用途及危害，必须先明白头发的基本结构。这些都属于较专业的生物化学知识，我们根据需要简单介绍。
一般而言，头发可分为表皮层、皮质层、髓质层3个部分。表皮层位于毛发的最外层，即毛鳞片，为扁平的鳞状结构，数量虽少，但可保护头发不受到伤害。皮质层介于表皮层与髓质层中间，由多层纺锤状细胞构成，是头发的骨干也是最主要的部分。髓质层则在毛发最里层，通常在粗发中较易看见。在皮质层中有大量的角质蛋白质，角蛋白是头发保持形状和弹性的主要因素；皮质层中还有黑色素等天然色素，使头发显现特有的颜色。要想知道烫发时究竟发生了哪些变化，我们接着从皮质层的角蛋白结构说起。
从前文我们知道，蛋白质的基本单元都是氨基酸，角蛋白自然也不例外，也是由一连串特殊的氨基酸连接而成，氨基酸就像很长的链条中的一个个链节。相邻的链节之间依靠肽键紧紧地连接在一起，不相邻的氨基酸之间只有很弱的氢键联系。还有一种对头发形状起重要作用的作用力，叫作二硫键。头发中较多的一种氨基酸，叫作半胱氨酸[化学结构式为HSCH2CH(NH2)COOH]。处于不同地方的两个半胱氨酸以二硫键连接起来，形成一个胱氨酸。这些胱氨酸中的二硫键很像一节节小弹簧，使头发具有一定的形状和弹性。烫头发时，头发里胱氨酸的二硫键受热松弛开来，继而在强力作用下，头发便改变形状，变成波浪形。电烫和火烫相似，不过它是先用碱剂浸润头发，再用电热卷使头发卷曲成型。不过，这种受热变形，很像拉伸、扭曲的弹簧，慢慢又会恢复原状。因此，电烫、火烫的发型不易持久。
“冷烫”也叫化学烫，是先用还原性的化学药剂——冷烫精如巯基乙酸（HSCH2COOH）及其盐，来拆散胱氨酸的小弹簧，使胱氨酸的二硫键断开，成为两个半胱氨酸。这时，头发的氨基酸连接便松动开来，可随意塑形，盘卷成一定的波形。然后再抹上固定剂——氧化性的过硼酸钠，使断开的半胱氨酸再就近两两结合，形成新的弹簧，将发型固定下来。化学烫发靠化学作用力固定发型，比电烫的热变形这种物理作用更强劲有力，因而发型经久也不易变形。
我们必须明确的是，巯基乙酸具有相当高的生物毒性，可以有各种侵入人体的途径，包括吸入、食入、经由皮肤被吸收等。它的毒害作用可能与某些酶的巯基的特殊作用有关。巯基乙酸有强烈的刺激性，眼睛接触可致严重损害，甚至可能导致永久性失明；还可导致皮肤灼伤，对皮肤有致敏性，可引起过敏性皮炎；能经皮肤吸收引会起中毒，通过动物实验可知，动物皮肤贴敷10%巯基乙酸溶液即导致死亡。另外在烫发的过程中，含巯基的物质极易生成具有臭鸡蛋气味的硫化氢气体，我们常常在美发店闻到一些异味，其中很大程度也来自硫化氢。硫化氢是一种剧毒的气体。所以提醒喜欢改变发型的时尚男女们，烫发的时候或多或少都可能接触到一些有害的化学试剂，为了在追求美的同时不牺牲掉自己的健康，请不要过于频繁地进行烫发，一般每年最多3次。
染发过程的秘密
爱美的人士不仅要经常变换自己的发型，还要时常变换头发的颜色，染发就成了美发的重要项目。最初的染发只是为了增加头发的乌黑亮泽，现在的染发则更为自由和个性化，各种色系和深浅应有尽有，几乎可以和服装的颜色相媲美了（右图中展示了染发时选择颜色的色板）。虽然五颜六色的头发一目了然，但是染发过程中的化学原理及其危害就不那么显而易见了，需要用化学知识一步步地分析。
传统的化学染发剂，例如“乌发乳”，就是黑色的化学染料。由于许多金属的硫化物都是乌黑发亮的，所以早期的化学染发就是先在头发上涂刷硝酸银（AgNO3），再抹硫化钠（Na2S）溶液，它们生成的黑色硫化银（Ag2S）粘附在头发上并未生根和渗入，粘附不牢固，因此染色效果不持久，这就是暂时性染发剂。这种传统染发不能满足现代爱美人士的需求，而且还用到了毒性较强的重金属盐类。后来出现了现在流行的染发水。现代染发膏主要成分是对苯二胺类染料中间体。这种染发剂着色很方便，生成醌类化合物，这种有机物质和头发结合牢固，效果也更持久。染发膏中具有核心作用的两种化学物质是氨和双氧水，分别充当碱性还原剂[16]和氧化剂。染发的具体过程和原理是：染发膏里碱性的氨（俗称阿摩尼亚，分子式为NH3）使表皮层毛鳞片张开，于是头发膨胀软化，易于色素渗透，氨还能激活双氧水变成气体氧化分解头发里的天然色素，加快染发膏里的人工色素的渗透。双氧水的pH值约为3，呈现较强的酸性，能使表皮层毛鳞片重新闭合，将颜色固定住。碱的含量决定着双氧水的作用速度和染后发质的好坏。漂染用的双氧水因加入其他材料变得很黏稠，通常被称为双氧奶，有3%、6%、9%、12%等不同的浓度，一般染发用9%和12%的。浓度越高，打开毛鳞组织的时间越快，毛鳞片受损就越大。用什么浓度的双氧奶视发质和目标颜色等而定，有些比较浅和比较靓丽的颜色需先进行漂处理再染，而漂处理就需要用漂白性很强的双氧水。
染发过程中用到了很多对人的皮肤、毛发和身体有害的物质。首先，氨具有强烈刺激性气味，对人的呼吸道有很大的害处，不少高档的染发膏中都加入了一些芳香剂，就是为了掩盖氨的异味。据说现在已经有了无氨染发膏，不过出于成本考虑，很多人染发还在用含氨的产品。其次，对苯二胺是染发剂中的重要成分，含有对苯二胺的染发剂着色效果持久。但这个特性也使它特别容易通过头皮渗透到人体里去。对苯二胺是一种高致敏原，绝大多数染发过敏反应都是它引起的。所以很多染发膏中还添加有护发膏，目的是为了降低头皮的过敏反应，补充头发的养分。另外，强氧化性的双氧水对于头发的表皮具有强烈的伤害，极易使头发老化、变脆、干枯，使毛发的寿命降低。
看来事物的两面性真的是针锋相对。美发可以使人显得精神、有气质、漂亮。时尚的年轻人可以随心情改变头发的颜色，配合服饰和妆容，充分显示自己的个性。但在做化学烫发、染发时不得不接触很多有毒有害的化学品，还需特别注意避免伤害。由于化学烫发、染发药品容易损伤头皮和毛发的角质层，所以少年儿童更不宜烫发、染发。
洗发过程应注意的问题
一般来讲，烫发、染发前都要洗净头发，除去油脂，这样才能让色素更好地渗透进去。有人认为：烫发和染发会破坏头发原有的结构，固然不好，我每天都洗发，总不会有问题吧。其实，洗发过程中也有很多需要注意的问题。
最需要注意的就是洗发露的酸碱性问题，很多洗发水的生产厂家为了更好地对头发产生清洁作用，经常把洗发水配置成碱性。根据上面染发的过程可以知道：碱性环境除了对清除油污稍有帮助之外，还很容易使头发表皮层的毛鳞片打开，于是头皮就极有可能受到损伤，而且碱性的洗发剂残留在头发表面，也不利于毛发的健康。于是，就应运而生了护发素这样的产品，护发素一般都是弱酸性的，可以很好地中和洗发水的碱性残留，对于头发的健康是非常有利的。不信的话，你可以到化学用品商店购买一些pH试纸，去实际检测一下自己家里用的洗发水和护发素的酸碱性，答案瞬间就一目了然啦。
