第117章 重塑化學
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立:我回顧過去,您講的很多內容都是“下次再說”,然後就提也不提,已經有好多個下次了,比如肝髒的的激素滅活功能,激素是如何調節代謝的,精神疾病,還有上次提到的基底核。
夢:確實如此。過去有很多五行係統的內容沒有學習,勉強講解了你們也會一知半解,還不如不講。如今五行係統已經完畢,可以逐步完善過去的漏洞了。比如激素的作用已經分散在各係統中補充很多了,以後會陸續補充。
立:我們今天學習什麽呢?
夢:還是延續鈣離子的學習吧。
強:在肝髒外甲狀腺激素與降鈣素沒有了互相製約的關係,互相會不會扯後腿?
夢:在肝髒外,降鈣素與甲狀腺激素的目的不同,二者不再爭奪鈣離子的管理權,甲狀腺激素的工作重心轉為調控代謝的效率,對鈣離子的影響有限,提高血鈣的職責主要由“升鈣素”負責。在肝髒外,降鈣素與甲狀腺激素不再是互相製約的關係,反而降鈣素與升鈣素形成互相製約的關係。升鈣素在製約降鈣素的同時,也在製約甲狀腺激素,當升鈣素升高時,降鈣素減少,甲狀腺激素同時降低。
強:您上一節學習了在肝髒內部降鈣素與甲狀腺激素對鈣離子的調控,屬於木係統的內部業務。甲狀腺是不是還有外部業務?
夢:甲狀腺的外部業務就是甲狀旁腺的功能,由甲狀旁腺負責血鈣的調控。當血鈣濃度降低時,甲狀旁腺細胞的細胞膜上的鈣敏感受體被激活,促使甲狀旁腺分泌升鈣素,促進腎髒對增加鈣離子的重吸收和磷的排放,從而使血鈣升高;當血鈣濃度升高到正常水平時,甲狀旁腺分泌的升鈣素減少,腎髒恢複正常的鈣磷排泄。升鈣素與血鈣濃度、血鎂濃度、血磷濃度和維生素d息息相關。
強:我知道維生素d參與腸道對鈣離子的吸收,能增加血鈣濃度,對升鈣素有利,而血鎂來參一腳是為了什麽?
夢:甲狀旁腺細胞具有特殊的鈣敏感受體,能夠精確感知細胞外液中血鈣濃度的微小變化。當血鈣濃度低於正常範圍,鈣敏感受體被激活,觸發甲狀旁腺細胞工作。鎂離子是合成升鈣素的催化酶,能促進升鈣素合成,沒有鎂離子就無法合成升鈣素。鎂離子是鈣離子是前位因子,缺鎂就會缺鈣,升鈣首先要補鎂。甲狀旁腺對鎂離子非常重視,但甲狀旁腺隻是4個豆子大的小企業,提供的崗位有限,所以鎂離子也不能太多,血鎂過量同樣有害,高鈣低鎂才是血液的健康狀態。
強:鎂離子在細胞內是乖寶寶,在血液中又變成淘氣鬼。血鎂高了有什麽危害?
夢:鎂離子與鈣離子的作用相反,鎂離子能降低神經、骨骼肉、平滑肌和心肌的興奮性,使神經和肌細胞得到休息。如果鎂離子濃度過高,就會形成過度休息,過度休息就是懶惰。神經懶惰會出現出現嗜睡、昏迷等意識障礙,還會影響抑製呼吸。骨骼肌懶惰產生肌肉收縮無力,筋腱懶惰會腱反射減弱;心肌細胞懶惰,導致心動過緩、房室傳導阻滯,甚至心髒驟停。平滑肌懶惰會抑製胃腸道平滑肌的收縮,導致胃腸蠕動減慢,消化能力減弱。腸道對鈣的吸收本就效率低,被鎂離子減弱後就基本斷絕了對鈣吸收,使血鈣降低。所以血液需要維持高鈣低鎂的環境,高鎂會導致缺鈣。
強:這麽看來,高鎂和低鎂都會促進升鈣素的分泌?
夢:這其中具有本質的區別,低鎂促進甲狀旁腺分泌升鈣素是正常代謝活動;而高鎂斷絕了腸道的鈣源形成缺鈣,這時甲狀旁腺分泌的升鈣素屬於事故後挽救行為,是病態。血液中是高鈣低鎂的環境,這裏的高低都是相對的,是鈣鎂的正常濃度範圍。成年人血清中總鈣的正常範圍是2.252.58o,因鈣離子的水溶性低,組織液中離子鈣的正常範圍是1.101.34o。血清鎂離子的正常範圍一般為0.751.05o,細胞內需要高鎂低鈣的環境,細胞內鎂離子濃度約為2.6o作用,而細胞內遊離鈣離子濃度約為0.10.2o。
強:血磷與升鈣素有什麽關係呢?
夢:我們過去講了物質在水中的溶解度由離子性的親和力決定,親和力越高溶解度越差,磷酸基和鈣離子都具有較高的親和力,所以二者相遇很容易形成沉澱,進而降低血鈣的濃度。在酸性條件下磷酸鈣很容易析出結晶體,而在堿性條件下磷酸鈣以磷酸氫鈣和磷酸二氫鈣的形式存在,具有更高的水溶性。血液恰恰是弱堿性的,磷酸鈣的溶解度較高,而磷酸鈣被排入尿管中,喪失了堿性環境,隨著腎重吸收的尿液濃縮,磷酸鈣很容易結晶析出形成結石,而在血液中則沒有結石。但血液中的磷酸氫鈣多了仍然是不小的風險,所以升鈣素增加血鈣的同時要把磷排出,一旦磷酸氫鈣濃度超標就會沉積在軟組織和心血管中,沉積導致血鈣下降,升鈣素分泌減少。鈣沉積在組織中是有害的,使組織失去彈性,形成動脈硬化。所以血磷也是調控升鈣素的指標,當血磷升高就要及時排出,形成血磷促進升鈣素的分泌。
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強:終於係統地了解了升鈣素的啟動機製,維生素d和低血鎂是對甲狀旁腺保持正常的血鈣是有利的,而高血鎂和高血磷對甲狀旁腺的功能發揮是有害的。尤其是血鎂,高和低的影響都不好。
夢:鎂很好詮釋了平衡的“精髓”,平衡就是“中庸”之道。鈣離子是激進的,需要鎂離子的製衡,鎂離子是保守的,不求有功,但求無過。高鎂斷絕了腸道的鈣源,低鎂阻斷了腎對鈣的回收,長期高鎂和低鎂的結果都是缺鈣。鎂離子在生命係統相當於市場的指示劑,鎂離子多了就說明五行企業正處於下坡路,細胞活性下降,勞動市場進入蕭條期。
強:什麽是勞動市場的蕭條期?
夢:血鈣的作用是產生神經和肌肉的興奮性,當鈣離子不足,興奮性就會下降;當血磷流不足,細胞合成的atp能量會降低,進一步降低細胞活性。鈣、磷不足的後果是全身細胞代謝降低,就像發生了經濟危機。代謝降低又使全身細胞的供應不足,身體開始虛弱。僵屍社會遇到經濟危機是如何解決的?
立:基本是三板斧:政府增加財政支出,加大基礎設施建設;出台產業扶持政策,鼓勵新興產業和產業升級;出台貨幣政策,量化寬鬆,降低利率,刺激消費。生命係統是如何應對市場蕭條的?
夢:鼓勵農民進城,擴大市場的規模和範圍。市場蕭條的原因是缺鈣、缺磷,僵屍身體哪裏鈣磷最多呢?
立:當然是骨骼。
夢:對,水係統是農業,骨骼中的鈣磷就是農民。當缺鈣、缺磷時,如果不能通過腸道吸收和腎重吸收增加鈣磷,那麽隻能從骨骼提供。這時甲狀腺激素和升鈣素能促進破骨細胞開放,釋放骨鈣補充血鈣。短期內大量“鈣磷”農民工進城是有代價的,導致農村形成無數的空巢區,形成骨質疏鬆。當羥基磷灰石被破骨細胞輸送進入血液,形成大量的血鈣、血磷,還有血鎂、血鐵、血鋅。雖然進入血液的羥基磷灰石對骨骼來說隻是滄海一粟,但形成的離子數量如潮水一樣湧入五髒六腑,遠遠超過了用工需求。
強:您講的不像農民工進城,更像難民。
夢:或許吧!許多農民工見識了外麵的花花世界,就不再想回老家務農。過量的鈣磷無孔不入,什麽工作都幹,什麽工廠都進,迅速激活了市場經濟,進入短暫而虛假的繁榮。
強:用工荒解決了,市場繁榮了,為什麽繁榮短暫而虛假?
夢:與市場蕭條期完相反,血鈣濃度過高使神經、肌肉、筋腱過度興奮,過度興奮的後果過度疲勞,進而興奮性抵抗。鈣離子對鈉離子內流有競爭性抑製作用,血鈣升高時,鈉離子內流相對減少,使神經肌肉細胞的興奮性閾值升高,導致肌肉收縮無力,患者可能出現肢體軟弱、乏力等症狀。長期高血鈣會促使鈣鹽在血管壁沉積,導致血管鈣化,使血管彈性降低,硬度增加,進而引起血壓升高。血管鈣化還會增加動脈粥樣硬化的發生風險,影響心髒、大腦等重要器官的血液供應,引發心腦血管疾病。
強:我又是真在懷疑,您究竟是在講生化理論呢,還是在社會學呢,鈣、鎂、磷這些元素真的像是有感情的生命。
夢:萬物皆有靈。在宏觀的視角下各種元素都是死物,僵屍在星球的視角中同樣如死物;在誇克的尺度每個原子又如龐大的星球,僵屍又如浩瀚的宇宙。一切差異都是不同視角產生的錯覺。
強:鈣離子與鎂離子為什麽總糾結在一起?在細胞內鈣離子能搶占鎂離子位置,阻礙鎂離子的發揮作用。
夢:鈣離子與鎂離子具有很微妙的關係。在細胞內鈣離子的目的是進入鈣庫,鈣庫的作用是操控內質網來完成加工生產,內質網就像大型的精密加工機床,而鈣離子就是操作機床的高級鉗工。鈣離子是精細操控的大師,負責dna的代謝轉錄;而鎂離子是普通鉗工,負責蛋白質的合成調控,輔助蛋白質酶完成生化反應。二者的分工不同,鈣離子並不是有意給鎂離子搗亂,而是鈣離子的級別高,鎂離子遇見鈣離子會主動讓座。你懂什麽是達者為師嗎?你懂什麽是尊師重道嗎?
強:懂了。細胞內那麽多離子,唯獨鈣離子有專門的鈣庫居住區,原來是對高級鉗工的優待。我過去還在懷疑:明明細胞內鎂離子的貢獻更大,為什麽鎂離子在鈣離子麵前低一級。原來是普通“鉗工”對“大師”的尊重。為什麽鈣離子占據鎂離子的位置,蛋白質的功能就失效了?
夢:因為鈣與酶的執行的標準不同,鈣離子的能力就像用微雕的鑽頭繡花,而鎂離子的能力是用大型鑽頭開山裂石,當鈣離子占據了鎂離子的位置後,小鑽頭做的精細但沒有大鑽頭的工作麵麵大,效率低。所以鈣離子占據鎂離子的位置,並不是無所事事,而是用手術刀砍樹,效果聊勝於無。
強:鈣離子和鎂離子都是2+價的同族元素,為什麽有這麽大差別?
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夢:鈣離子與鎂離子看似很像,實際二者天壤之別。僵屍的化學科技樹點歪了就是麻煩,如何給你解釋呢?還是用氦原子舉例吧,我過去講過氦原子內部的2個電子進入原子的極軸,形成1條慢鍵,而鈣離子內部相當於有2條類似慢鍵的軌道,其實並不是慢鍵,而是極鍵。
強:極鍵有什麽性質?
夢:氦原子是一對電子被拉入極軸的中心軌道,這個中心極軸貫穿原子漏鬥的兩極,這個極軸軌道就是極鍵,極鍵屬於特殊的共價鍵。鎂離子是在氦原子的基礎上多出10個電子,第1層軌道占滿8個電子,第二層又多出2個電子。而鈣原子是在氦離子的基礎上多18個電子,第1層和第2層軌道各占滿8個電子,第3層多出2個電子,而這2個電子類似氦原子,又組成了第二條極鍵。鈣原子擁有2條極鍵,具有合力作用,產生比鎂原子更大的核磁作用,可以搶奪鎂離子的位點。由於極鍵隻排列的極軸上,作用範圍很小,鈣就像明代武將頭盔頂的尖刺;而位於普通電子軌道的電子分布範圍很廣,鎂就像武將揮舞的鏈錘。
強:鎂離子的第二層電子為什麽不能成為極鍵?
夢:因為兩層電子才能形成一條極鍵,每條極鍵容納2個電子,以極鍵為中心每層隻能排布8個電子。兩層電子軌道能容納1條極鍵,這樣極鍵對應的電子數形成16象限。鎂元素在第二層電子軌道內,極鍵已經被氦點位占滿了。而鈣原子剛好進入第三電子層,剛好多出1條新極鍵。所以氫、鉀、氦、鈣都是極鍵物質,而鋰、鈉、鈹、鎂是普通電子軌道物質,雖然都是1+價、2+價的物質,但性質迥異。
強:按照您的說法,每層電子軌道是上下疊加的“糖葫蘆”形,而不是平麵的同心圓擴大。
夢:是的,所以每層電子隻有8個。我也很好奇,僵屍為什麽將電子軌道模型想象成同心圓呢?而且在如此錯誤的模型下還能推導出元素的部分規律。
強:難怪過去我在化學的學習中總是迷茫,為什麽元素排序隻有前20是順序,20以後就錯亂了。尤其是同心圓的雜化軌道理解起來太混亂了,電子軌道按照您這個上下疊加的模型,清晰多了。每層電子都是8個,再加上極鍵軌道,18個元素一個循環,真是具有簡潔的美感。
作者提示:我在本章結尾的評論區附了新的“化學元素周期表”的圖片,先看圖片有利於理解下麵的內容。)
夢:這就是大道至簡,元素周期表的作用是——總結元素的性質和變化規律,正確的模型排序能夠幫助你們更好的理解物質宇宙,尤其是指導材料學的發展。將化學元素按照橫向排列重新繪製,用“甲、乙”表示極鍵,普通電子軌道用“丙丁戊己庚辛壬癸”表示8個電子位點,共形成10個元素族。然後按照“2+8+8的組合”作為一個循環組,這樣118個元素共形成七個循環組,14層普通電子軌道,由此形成按元素順序排列的、簡潔的元素周期表。
強:前三個循環組1~54號元素的排列挺順利的,將每列作為同族共性的元素,甲族元素為:氫、鉀、銣;乙族元素為:氦、鈣、銫;丙族元素為:鋰、鈉、鈧、銅、釔、銀;丁族元素為:鈹、鎂、鈦、鋅、鋯、鎘;戊族元素為:硼、鋁、釩、镓、铌、銦;己族元素為:碳、矽、鉻、鍺、鉬、錫;庚族元素為:氮、磷、錳、砷、锝、銻;辛族元素為:氧、硫、鐵、硒、釕、碲;壬族元素為:氟、氯、鈷、溴、銠、碘;癸族元素為:氖、氬、鎳、氪、鈀、氙。
夢:前54個元素排列的很好,形成三組6層的表格。前三個循環組可表示為 “一元、二元、三元”, 6層電子軌道,可用“1甲、2甲、3甲、4甲、5甲、6甲”來命名。
強:我還是發現許多不和諧的地方,比如癸族元素為:氖、氬、鎳、氪、鈀、氙,鎳和鈀夾在惰性氣體中很突兀。
夢:從原子的結構角度來看,癸族元素都是符合規律的。從化學和物理性質來看確實突兀,鎳和鈀是金素,氖、氬、氪、氙是惰性氣體。造成突兀的原因是原子的極性平衡。在一元1甲元素中,有8象限,在原子漏鬥的兩側各分布2條軌道,4個電子位點,原子漏鬥是圍繞極軸對稱平衡的。在一元2甲元素中,上下兩層電子軌道形成16象限,在原子漏鬥上下各有1層電子軌道,每層軌道靠外的4個位點成為最外層電子,形成圍繞極軸對稱的結構。在二元3甲元素中,進入第二組循環,新增的電子軌道隻能分配在漏鬥中心的單側,使整個3甲處於偏重失衡的狀態。
強:偏重失衡就能將惰性氣體變成金屬嗎?
夢:所有的化學性質和物理性質都是電子的幾何結構形成的,電子軌道的偏重傾斜,會影響中心極鍵的穩定,偏重使極軸偏轉,使極鍵的電子穩定性降低,使本來最外層8個電子滿額的惰性狀態產生活性。當極鍵的電子的顯現活性,鎳為2+價,則使鎳的性質與鈣相似,並具有更大的色散力。同時,電子軌道的偏重,使3甲的4個電子下沉隱藏,4個電子上升活化,活化的4個電子顯現為4+價,則鎳趨近於鉻的性質。當4個活化電子與2個極鍵電子配合則表現為6+價,則鎳的性質與鐵重合,具有鐵磁性。
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強:3甲的許多元素都與4甲不同,是不是都是這個原因?
夢:是的,3甲的偏重元素,核最外層的電子活性位點數由8變成了4,再加2個極性電子,形成4+2狀態,這樣最外層電子點位一般顯示為活性的6。由此“鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳”的性質發生了翻天覆地的變化。不僅如此,3甲的失衡還會影響4甲的平衡,使4甲前兩位元素發生偏重失衡,當4甲的後6位元素出現,則整個4甲重新回到平衡的正軌中。
強:偏重電子軌道中隱藏的4個點位什麽作用都沒有嗎?
夢:偏重軌道被隱藏的4個電子位點成為“半活性”的電子,常規條件不顯示,但在高能級條件下可以激活,使物質呈現10電子點位的超價模式。這個性質在前6甲元素中不明顯,卻是後64位元素性質的成因。前三元的元素排列原子基本就是這些。
強:但後四個循環組的排列遇到問題了。首先是第四、五組元素序號為57~71的鑭係元素,其次是第六、七組元素序號為89~103的錒係元素,化學性質完全不同了。
夢:如果按照僵屍錯誤的排列方式來看,鑭係和錒係的性質是詭異的;如果按照每層8個元素排列,後64個元素剛好是8個八。
強:不能為了好看而胡亂編排,排序需要符合元素的化學性質變化和物理規律才是正確的排列,這樣的排列才有價值。
夢:由於電子軌道是按照上下疊加排列的,前三組的重力疊加效應不明顯,所以排列簡單明了,元素的性質變化也符合規律演變。後麵的第四、五、六、七組,重力疊加效應開始顯現,鑭係和錒係隨著元素的增加,半徑反而減小。在前三組元素中,由於極鍵被最外層的8個電子保護,極鍵非常穩定,元素的性質由最外層電子數決定。而極軸的甲族和乙組元素最外層沒有保護,元素性質由極鍵決定。由於四、五、六、七組元素的電子軌道被壓縮,不再形成單獨的極鍵,由每組18個元素形成降為16個元素。空間壓縮使內部的極鍵外凸,極鍵的穩定性下降,並弱於最外層電子,這樣元素性質和化學反應都以極鍵電子為優先。按照這個思路再去看鑭係和錒係元素,它們又按照順序規律變化了。
強:原來如此。剩餘的元素如何排布呢?
夢:後64個元素分成八層,每層8個電子,將分層命名為“1八、2八、3八、4八、5八、6八、7八、8八”。按照化學性質的差異,分成兩個循環組,電子點位為32象限,1八~4八層為四元循環組,5八~8八為五元循環組。在四元和五元中雖然不存在真正的極鍵,但在四元和五元的起始位置,剛好銜接平衡態,使1八和5八的前兩個元素仍體現極鍵特點,序號55的“銫”和序號87的“鈁”繼續延續甲族的性質,序號56的“鋇”和序號88的“鐳”繼續延續甲族的性質和乙族元素的性質。1八和5八從第3個元素開始出現偏重,在偏重和壓縮的雙重作用下,1把和2八形成“鑭係”元素,5八和6八形成“錒係”元素。
強:四元、五元循環組都是8的組合,為什麽不排列在“丙丁戊己庚辛壬癸”的正下方?
夢:因為銫、鈁、鋇、鐳的點位充當了極鍵的作用,使鑭係和錒係核外電子軌道少了2個點位,相當於整體向“甲乙”方向平移了2位,使鑭係和錒係的丙族顯示甲族的性質,丁顯示乙族的性質,戊族顯示丙族的性質......以此類推,癸族顯示辛族的性質。
強:為什麽3八、4八、7八、8八又逐漸回歸二元、三元的規律?
夢:因為又重新回到極軸對稱平衡狀態,3八、7八重複3甲和5甲的規律,4八、8八重複4甲和6甲的性質。
強:為什麽四元和五元中的許多元素都具有放射性?
夢:我在“科之論”的章節中講了原子衰變的原理,在原子內部的誇克組合是二三、三二的模式,使兩級空間膜上的超弦結締數量相同,產生的質量不同的宇稱不守恒。原子內部的誇克是“弱強+強弱”的連接方式,在高能級下重組為“弱弱”+“強強”的模式,“強強”成為多中子模式,當“弱弱”和“強強”逃逸,形成α衰變。在四元、五元循環組中,空間壓縮使內層原子核形成高能級狀態,進而產生放射性。
強:我也發現在新的元素周期表中有許多驚奇,原來鐵元素與氧元素是同族的,怪不得血紅素的鐵卟啉能吸引氧。與鈉對位的元素是銅和銀,而不是鉀和銣;與鎂對位的元素是鋅和鎘,而不是鈣和鍶。在新元素周期表的指導下,我對體內各種元素的作用就清晰了。
夢:好了,今天到這裏吧。
強:謝謝您的指導。
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