神奇又美丽的化学反应，是元素们合奏出来的一首赞美诗。化学不仅是一门科学，更是一场无与伦比的视觉盛宴。在SELF讲坛上，化学家、搞笑诺贝尔奖获得者、风靡全球的《视觉之旅：神奇的化学元素》、《疯狂科学》畅销书作者西奥多·格雷将为我们呈现万物皆化学的奇幻与美妙。
大家好! 今天我想跟大家谈谈我最喜欢的科目——化学，以及组成分子的元素如何通过化学反应构成世界万物。元素是最纯粹的物质形态，世间万物都由它构成。我们无法将一个元素分成更简单的东西，而当我们将它们组合到一起时，我们就有了一切。每一种元素都是独特的，都有它自己的故事，不过首先我想讲讲我自己的故事。
我最开始对化学元素感兴趣是在大概15年前，出于一个有点傻的原因，我们办公室需要一张桌子。
在英语中有个关于化学元素周期表的玩笑，“table”一词既可以指吃饭的桌子，也可以指纸上的一堆数字，所以“periodic table”——周期表，用英语表达就很有意思，不过中文体会不到。就是这样一个玩笑，我做了一张有化学元素周期表的桌子。于是我就想，既然我有了一张有化学元素周期表的桌子，那我应该放点元素进去，于是我开始收集元素。
接着问题来了，因为有太多元素了，我不知道该如何处理这么多的元素。
于是我又想，最好能给每个元素都拍张照，再写下一些关于它们从哪来的小故事，这样我就不会忘记哪个元素是哪个了。于是我就给这些照片写了描述性的文字，然后建了个网站，把所有的照片和故事都放上去。几个月后我接到了《大众科学》杂志编辑的电话，这本杂志是美国发行量最大的科普杂志。他们问我：“你想开个关于化学元素的专栏吗？”我想我从没干过这种事啊，我也不知道能否干好，但是管他呢！
于是我在往后的十年里，每个月都会写些元素或者与化学有关的其他东西，这一切仅仅是因为我的办公室里需要一张桌子。长此以往，我的专栏就出了书：《疯狂科学》和《疯狂科学Ⅱ》，这两本书也被译成了中文，挺好的。自那以后，我建立了一个更加完善的科学网站，最后出了一本有关元素的书。因为我发现已经有足够多的素材来把它们出成书，那大概是八年前。现在这本书已经有25种语言的译本，我都不敢相信这是真的，太神奇了！
中文版大概是六年前出的。
其实，当你写一本书的时候，你首先要学习很多东西。在我写这本书的过程中，我也学到了很多关于元素的知识，也学到了很多关于我自身的东西。举个例子，铁元素。众所周知，这个元素没什么可讲的，每个人都知道铁会生锈，也不用深入去研究什么。但是我花了很长一段时间，去发掘这个元素让我这么伤感的原因——我不喜欢铁，因为它会生锈。生锈就是死亡，是衰竭，是腐烂，是一切事物的终结。
一切由铁制成的东西，诸如汽车、桥梁、铁栅栏等等，都无法逃脱这个缓慢锈烂的过程，这让人感觉很悲伤。
有位名为Arlo Guthrie的美国流行歌手唱过这样一首歌，歌词里有关于铁生锈的描写，华丽而悲伤。事实上歌里唱的那个地方确实就像歌词写的，有着“堆着生锈汽车的废旧垃圾场”，这让人觉得很伤感。我喜欢这首歌，还因为它是一首关于火车的歌。那列火车通往新奥尔良市，它就从我家几英里以外经过，离我们家房子只有两公里。你甚至真的可以跳上那列火车，然后任它带着你南下千里，去往新奥尔良。旅途所见，皆是锈烂的景象。
一个生锈的铁锤，于我而言不是什么好事。然而一把钛锤，那就另当别论了。钛是一种美丽的元素，它很稳定，从不生锈，可以一直保持最初的状态，也就是说它会一直这么美丽。看这些纯度高达百分之99.999纯钛结晶，它们从气体里炼出来。看！没什么能比它更美的了！事实上，人们经常问我：什么是你最喜欢的元素？其实我并不喜欢这个问题，但是既然大家都想知道。
我有时就会说，“嗯，钛吧”，因为它从来不生锈，而且好看，闪闪发光，又这么稳定。
但真正的事实是，每一种元素都有它之所以如此美丽的原因。比如说，钠元素，钠也是闪闪发光的，看这儿！但是它最有意思的地方不在这儿。当你把它扔进湖里，那才是它最酷的时候。这是我几年前举办过的一个“钠派对”，我邀请了一帮朋友，派对上会发出一些声音。特别是当我们把钠扔进湖里，它爆炸的情景，太壮观了。
有时候，一件事物之所以美好，是因为它是一种将人们聚集起来，并向人们展示化学魅力的方式。尤其是当你在其中贡献力量的时候，非常美妙。我之所以喜欢钠，也是因为它是一种将人们聚集起来的方式。当然它也将我们带入了我演讲的第二个部分，那就是元素的集合。
我们从四个元素说起，有氢元素，这是一种易爆气体，可以快速燃烧；有碳元素，也就是钻石和石墨；也有氧元素，这是一种我们呼吸所必须的气体，没有氧气我们就会死；还有氯元素，这是一种会快速痛苦致死的气体，非常危险。大家想想，如果我们把这四种元素结合起来会有什么效果？那我们会得到某种化学分子。这就是元素之间所谓的化学键。这四种元素的组合可以让我们得到成千上万种化学分子。
有些是有毒的，有些很无趣，有些很友好，有些是无害的，有些尝起来很美味。
下面我们就来说说尝起来很不错的那一部分。这是三氯蔗糖。它是一种人造化学甜味剂，尝起来是甜的，所以它常被用于烘焙食物中、或是巧克力以及其他甜品里。这种东西很有趣，因为它完全是人造的，但是吃起来很美味。
另一种尝起来不错的化学制品就是糖。普通的蔗糖来源于甘蔗、甜菜，这是一种天然的化学物质，并且是甜的。这是45千克的白糖，它含17万卡路里，是我们日常所需能量的14000倍。
但我们再来看顶上黄色方框里有个小碟子，碟子里放的是4.5克纽甜，它是另一种人造化学物质。它的甜度极高，是一种可作商用的人造甜味剂。4.5克就跟整整45千克的白糖一样甜，知道它的甜度有多高了吧！
我个人有一个非常喜欢的对照说法，假设钮甜是一种毒性最高的化学物质，比如VX神经毒气，是人类能力范围内可以造出的毒性最大的化学物质。如果你把这种毒性剧烈的物质，加在一杯咖啡里，让咖啡达到一个比较合理的甜度，然后喝掉，那你可能没什么事。这种甜度，也就是我们假设的毒性，还远达不到致昏的程度，因为就算它的毒性堪比剧毒化学物质，我们摄入的量并不够以致死。
我觉得这种对比的说法特别神奇，这也是我并不担心人造甜味剂用量的原因之一。因为我们在食物中能用到的量微乎其微，事实上要想让它达到一个对人体有害的程度还是比较困难的。
以上就是关于化学分子的例子。我觉得分子是一种非常有趣的东西，一旦发现什么有意思的，我就会把它写一本书。于是我写了一本关于分子的书，也出了中译本。接下来我想讲几个我特别喜欢的化学分子，因为在我其他的研究中它们十分有用，而且它也能帮助我们理解分子是如何作用的。
这是棉花。如果你从一株棉花上拉出其中一丝纤维，大概两到三厘米长，它很短。这是一卷五千米的商用棉线，棉线的纤维也只有两三厘米长，这些纤维并不是粘在一起或是绑在一起的，而是紧紧缠绕，拧在一起。如果你把棉花抽丝剥茧，在不破坏任何一丝纤维的情况下将其分开，像这样轻易地把它们分开，你可以看到聚合物是怎么组合的。
聚合物是一种塑料，塑料是由细长的分子组成的，就像棉花由细长的棉纤维组成一样。我们可以通过思考棉线的组合方式，来研究塑料的组合方式。这是一个很普通的塑料袋，商店里就有。你可以轻易地把它撕烂，像这样变成碎片。当你撕扯它的时候，其实没有破坏其中任何一个分子。就像你把棉线扯开，没有破坏其中的任何纤维一样，你只是将它们分开了而已，因为它们结合得太紧密了。
但如果你去拉扯塑料袋，把它拉到一个特定的长度，比如拉到一个纤维那么长，你会感到有一个特定的点。在这个特定点上，塑料袋拉不动了，它变得很结实。再使劲拉，你的手就会被割伤，因为在那个点上很难将它拉长，而这个特定点，就是分子伸展拉伸构成特定排列组合的点。这个点使分子们缠绕在一起，保证它们不会轻易被分开。当你达到那个点的时候，你可以感受到这种结合的力量，绷紧的感觉。
这就是化学长分子式中的碳碳键在将分子往回拉，这种结合非常稳定，他们远强于那些让高分子聚合在一起的相互作用力。这是一种认识分子级力量的很好的方法，因为我们可以真实地感受到它。
我们回到棉花，它是由一种叫做纤维素的分子构成的。像所有的聚合物一样，棉花分子中有很多重复的小单元，这是其中一个单元，那纤维素中重复了很多次的分子到底是什么呢？其实我们几分钟前才见过它，实际上这种单元就是葡萄糖，也就是糖。
棉花是由百分之百的糖分子构成的。那为什么棉花吃起来不甜呢？为什么我们不吃棉花呢？因为如果我们想从棉花中得到糖分，就必须把棉花分子分解成极小的糖分子，我们没办法做到，人类的胃也没有可以消化棉花的酶，只有一种特定的细菌能做到。
所以如果你想从棉花中得到糖分，可以把棉花喂给牛，然后你再把牛吃掉。我们称这种化学过程为——养牛。现在明白了吗，这是两种棉花，一种是普通的棉花，一种是棉花糖。它们俩都是由百分之百的糖构成的。只是糖分子在二者中的结合方式不同罢了。我们再说回甜的东西。这里有四种高甜度的无糖甜味剂，其中两个是天然的，从植物中提取的，另外两个是人造化学物质，是两种很小的化学分子。
人们总是会问人造甜味剂是不是不健康，我们该不该吃人造甜味剂。事实上大多数人更喜欢人造化学物质的味道，因为它们吃起来比植物提取物味道更好。那为什么人们还总是担心人造甜味剂健不健康、该不该吃它呢？其实在我看来，这根本就是个错误的问题。人们该关注的，不应该是甜味剂是人造还是天然的问题，而是这是一种好的还是坏的化学物质，而非这些物质是怎么来的。
其实人造化学物质有好有坏，天然化学物质亦然。其实人造化学物质有好有坏，天然化学物质亦然。比如说这种不好的人造化学物质——醋酸铅，它很可怕，毒性极强，以前常古罗马人把它用作人造甜味剂，这并不是一种明智的做法，这会让他们铅中毒。
下面是一个关于不好的天然化学物质的例子：甘草甜素。黑甘草在中国并不流行，但在美国它是一种很流行的甜味剂。黑甘草的味道主要来源于甘草甜素，然而它毒性很强。
如果你一天食用100克黑甘草，这已经很多了。虽然现实中你吃不了那么多，当你持续这样吃了几个月，就会造成不可逆的肝、胃、心脏损伤，这就是黑甘草的毒性。如果黑甘草是人造化学物质，那肯定要被禁用。但正因为它是天然的，没有相应的限制标准，人们就可以在食物里面想放多少放多少。
所以与其去争论是天然的还是人造的，更应当关注的是这种物质有没有毒。事实上，这四种众所周知毒性很强的化学物质中，三种都是天然的。
只有第四种，VX神经毒气是人造的。大自然显然比我们更擅长制造有毒物质。另一点我们应该记住的是，其实所有人都喜欢化学物质的味道，大家都喜欢。我很喜欢吃芦笋，如果你也喜欢，其实你喜欢的是其中的化学物质，这些化学物质的味道。所有的食物都由许许多多的化学物质构成，这些物质有些有毒，有些无毒，有些有味道，有些可以用于杀菌，或者其他功能。
我们希望能够按照每种化学物质性质的标准衡量它们的好坏，而非去担心它们的来源。
所以在我在演讲开头就已经向各位保证，我演讲的所有东西都跟化学有关，我们身边处处皆化学。刚才我们讨论了元素和分子，现在该说说化学反应了。
我给大家展示一些不同的化学反应。这是我最喜欢的化学反应之一。我们需要一些铝粉，它是一种纯粹的元素。还需要一些氧化铁，这是一种常见的铁氧化粉末。我们把这两样东西混合在一起，然后放入混凝土罐中，然后点燃，反应就开始了。这是铝原子它正在将铁原子中的氧偷走，于是大量的热量释放出来，最后我们就得到了氧化铝。因为氧元素转移到了铝元素上，反应得到白色的、温度极高的液态铁，过几秒再看罐子底部，铁流了出来。
这就是铝和氧化铁的反应。然后我们将铁水从底部倒入模具，我们为什么要这么做？这是一个相当精密的过程，期间释放了大量能量。我们移走模具后，就能知道答案了，这是火车的两条铁轨，这是当它冷却下来打磨抛光之后的样子。高铁轨道就是这样连接在一起的。
在世界上，人们用这种化学反应去生产液态铁，使它们熔化，使铁轨的两端熔合在一起。这就是为什么坐在高速上你会觉得非常平稳，不会感觉到颠簸的原因——一段一段的轨道都熔合成一整条连贯的轨道。所以这个化学反应是多么实用啊。
不过我喜欢这个反应的真正原因，是因为它是一种与生锈相反的化学反应。生锈是指铁与氧气相结合，形成氧化铁，而这种反应使得氧化铁重新变回铁，也就是“反生锈”作用。这太酷了。
这是一个金属燃烧的反应，它生锈得很快，在这个案例中，锂金属与氧气结合，就像生锈反应一样，但是更快。其实我们可以让铁也锈得那么快。这就是一件很普通的钢丝绒，从商店就能买到，如果将其点燃，它就会剧烈燃烧。这种化学反应其实就跟生锈的反应同理，只是反应机理略有不同。它之所以反应得这么快，就是因为热量高使得其快速爆炸，爆炸的关键在于氧气。
于是液氧就可以用来做很多有趣的事，比如说在普通的木炭粉中加上几滴液氧，持续滴入，直到它爆炸。如果往纯氧气瓶中加入木炭粉，也是一个无与伦比的化学实验。当木炭粉掉入氧气瓶中时，粉末会因为得到了足够的氧而突然发出剧烈的光。即使是空气中的氧气也足以快速爆炸，前提是粉末要足够纯。这是石松粉，是炼金师最喜欢的粉末。炼金师就像古代的魔术师，他们总把手伸进火里，拿出一个大火球，皇帝会觉得他们有神奇的力量。
不过那就是一堆孢子。它确实很神奇，毕竟火球非常漂亮。我喜欢这种特定的结果，在新书《化学反应》里面，就有大量的关于这种反应的照片。
我先给大家看一些照片，因为石松粉是我最钟爱的粉末之一，相信在图片中的孩子也是这么想的。看啊！这种神奇的粉末。还有一个非常漂亮的化学反应，它看上去像是燃烧但其实没有氧元素在里面。这是铝溴反应，也就是把铝溴反应成溴化物。不过我真的很想让大家看看这个实验，这是我见过最美丽的化学反应了。它也不是那么有意思，就单纯是个很美丽的化学反应而已。
下面我要给大家看另一个漂亮的，但并非燃烧的化学反应。相信你们的化学老师肯定也做过这种实验——将碘化钾和硝酸铅溶于水。这个反应的结果就是生成金色的碘化铅沉淀，因此这种化学反应也常被叫做金戒指反应。如果你在烧杯中做这个实验，那就像把金戒指扔进去一样，但是如果把这种“金戒指”滴到田地里，将会有非常可怕的后果。因为碘化铅有毒，会长时间污染土壤。
因此，每当我想到化学，想到这种火光，其实是因为这种反应真的很美丽。人类总会被火光所吸引。它无处不在，甚至在橙子皮里面都有。看，如果你把橙子皮团在一起，你会得到一个很漂亮的火球。当然了，最美的火光，在我《化学反应》的书中有提到，我是指那种古代中国艺术里的化学技术，也就是烟花。烟花其实就是不同的化学物质，诸如火药、闪光粉、火星的混合物，不同的元素、不同的颜色构成了这种神奇的反应。
你就会看到这样一种景象，并且知道，这就是化学，就是化学之所在。这种火光与美的爆炸，其实随处可见，但只有烟花能将其完美表达。