(解读内容作者:孙亚飞,清华大学化学系博士,科普专家,科普中国微平台原创首发)
白糖、味精和橘子粉,这三种厨房里常见的食品如果拿来做燃料,哪一种能让火箭飞得更远?9月11日播出的央视《加油!向未来》节目就做了这样一个趣味实验:把这三种食材加入等量氧化剂成为燃料后,装进小火箭里,结果使小火箭飞得更远的竟然是白糖。
《加油!向未来》节目是由中国科协特别支持,《知识就是力量》杂志社倾力协助,明星与普通科学爱好者组队,为你开启科学之门的一档实验性节目。
本次节目由撒贝宁、小尼和伊一、俄罗斯大卫等嘉宾亲身实验三种厨房里常见的食品如果拿来做燃料,哪一种能让火箭飞得更远的神奇现象。试验结果表明:白糖、味精、橘子粉这三种厨房里经常能见到的食材加入等量氧化剂成为燃料后,装进小火箭里,结果使小火箭飞得更远的竟然是白糖。为什么呢?快来听听专家怎么说。
(图片由央视《加油!向未来》提供)
关键在于能量密度
到底会是哪一个?这个问题如果问生物或者化学相关专业的人,恐怕都会不假思索地回答白糖——是的,这个答案完全正确,这道“难题”似乎简单到令人匪夷所思。
如果不考虑“尾气”的产生量,这个问题的关键其实就在于能量密度,也就是单位质量的物质(对食品进行考量时,通常以100克作为基准,这一点可以在很多食品外包装的营养表上看到)发生反应可以产生的能量。多数有机物在燃烧或氧化时,排出“尾气”的形式差不多,都是二氧化碳和水蒸气,但能量密度却有着巨大差异。而这个实验中的主角白糖,其能量密度在厨房中属于绝对的佼佼者,能够完胜它的只有食用油,所以,跟味精还有橘子粉进行比较,结果当然没有悬念。
(图片由央视《加油!向未来》提供)
任何生命体都离不开能量
但是,问题在于,为什么是白糖?比白糖能量密度高的物质还有成千上万,要是把微波炉专用饭盒磨成粉,燃烧起来比白糖可厉害多了,可为什么我们没有吃饭的时候连饭盒一起啃下去?
这就要说到生命的运行基础了。
任何生命体都离不开能量,每一个动作都不例外,换句话说,我们吃饭、睡觉、思考、运动以及谈恋爱,都是在和环境做着能量交易。就像人类社会一样,发达的交易必须要以货币作为基础,而对于包括人类在内大多数生命体而言,这种货币就是糖,更精确一些说,是葡萄糖。我们身体内有很多共生菌,它们在帮我们打理一些杂务时,从我们身体获得的报酬,也是用葡萄糖作为支付货币。而自然界的造币厂,就是那些可以进行光合作用的植物,它们孜孜不倦地借助于太阳能,从空气土壤中挖掘着矿产——也就是二氧化碳和水——然后炼制成糖类,通常也是葡萄糖。
白糖的主要成分是蔗糖,根据结晶的条件,纯度通常可以高达99%以上。蔗糖与葡萄糖的关系,就好比是金和银,后者价值虽低一些,但流通范围更广,前者虽然实用性差一些,却有着很强的装饰功能,两者之间也比较容易兑换。只有少数植物会生产蔗糖,对于人类而言,也远没有葡萄糖的作用大,但它却成了厨房里重要的调味品。
(图片由央视《加油!向未来》提供)
糖的优势——生命体有太多的酶可以去“识别”它们
和其它有机物相比,糖的能量算是中等,算不得太高,但它的优势在于,生命体有太多的酶可以去“识别”它们,当然这和糖类的化学结构有很大关系。这就好比说,金银并非是价值最高的贵金属,但全世界的金融机构都可以快速给它们估值,并迅速地将其用于流通或储存,而像锇铱之类的金属,价值虽高,却难以鉴定。正是有了这一点,糖类成为生命体能量交易的货币也就不足为怪了。
金银可以很轻松地被重铸,比如制成元宝、金砖、银饼等等,这样就可以方便储存。这一点,糖类也是毫不逊色,植物将它堆成淀粉,而动物则将它铸成糖原,然后储存起来备用。此外,很多植物还将它们搭成纤维素或者各种多糖,用于自身的结构,这种用货币盖房子的奢侈行为,如果发生在人类社会中,大概只会被看成是穷得只剩钱的土豪吧。
(图片由央视《加油!向未来》提供)
在人体中,“钱”可不是赚得越多越好
不过话又说回来,在农业技术革命的深度推动下,我们人类的能量摄入已经逐步进入过量的状态。和植物用葡萄糖直接盖房子不同,人体似乎深谙“盛世收藏”之道,喜欢用这些货币去换些单位价值更高的“古董珠宝”,也就是脂肪。的确,这是一种很好的资产避险方式,但流通性却不是很好,少量的脂肪是人体必需,但多了之后,因为难于变现就成了负担,于是现代人又开始了漫漫无绝期的减肥之路,再将这些古董想方设法花出去。所以,在人体中,“钱”可不是赚得越多越好。
所以说,如果把我们人体也当成是一尊火箭,那么糖类(含淀粉)毫无疑问是最佳的燃料,那么和其它食物相比,它可以更有效地推动火箭模型,确实是个显而易见的答案。
看了《加油!向未来》的节目,听了专家的解读,现在知道白糖的神奇之处在哪里了吧?!不过,在此,小编也提醒大家,专业实验需在专业人士指导下完成,不可随意模仿哦!
充实实用科学知识,敬请继续观看央视节目《加油!向未来》,同时关注科普中国精心的解读。好玩、有趣、实用,您还不速度跟上?!
编辑:纪阿黎