化學(xué)課中學(xué)過(guò),分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。比如水是由水分子組成的,水分子是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成的,氧原子和氫原子不再保持水的化學(xué)性質(zhì)。
水分子中只有三個(gè)原子,有些大分子含有較多的原子,組成人體的一些蛋白質(zhì)分子其分子量能夠高達數百萬(wàn)。這樣大的蛋白質(zhì)分子,往往還沒(méi)有被人類(lèi)解析出它們的結構。一個(gè)這樣的分子中具體含有多少個(gè)原子以及分子量是多少,這種問(wèn)題還無(wú)法回答。
如果繼續追問(wèn),還有比蛋白質(zhì)分子更大的分子嗎?可以非常肯定地回答:有。這種大分子可以大到只要有原料就能繼續增大的程度,可以增大到比一座樓還高,甚至比一座山還要大。
關(guān)于分子的定義,其實(shí)并不能拘泥于“保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒”,不同領(lǐng)域中對分子的定義是不一樣的,定義上一小點(diǎn)的偏差就能夠產(chǎn)生巨大的差異。若是認定一個(gè)分子是由多個(gè)原子在共價(jià)鍵中通過(guò)共用電子連接在一起形成的,那么分子可以是無(wú)限增大的。
有機化學(xué)中,碳鏈可以做得很長(cháng),碳鏈越長(cháng),相對分子質(zhì)量就越大。聚乙烯材料做成的塑料,其中一個(gè)分子是由多少個(gè)原子組成的?誰(shuí)也說(shuō)不清楚。因為聚乙烯分子可以很大。你可能想不到的是,硫化輪胎的橡膠部分就是一個(gè)碩大的分子。輪胎硫化的過(guò)程中會(huì )逐步升溫,硫化的時(shí)間也較長(cháng),這樣各個(gè)原子就會(huì )通過(guò)共價(jià)鍵連接成一個(gè)碩大的分子。
把硫化輪胎看成是一個(gè)碩大的分子,再回過(guò)頭來(lái)看看初中化學(xué)課上學(xué)到的“保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒”,這個(gè)定義已經(jīng)不合適了。
以目前的發(fā)現來(lái)看,宇宙中發(fā)現的最大的分子當屬:富勒烯。
圖 擁有60個(gè)碳原子的富勒烯,即C60
圖 C60的晶體形態(tài)
圖 C60的網(wǎng)格結構
富勒烯簡(jiǎn)介及其再發(fā)現富勒烯名字的由來(lái)上個(gè)世紀八十年代,Harold Walter Kroto博士和Richard Errett Smalley博士首次制備出了世界上第一種富勒烯,即碳60分子,并于1996年獲得諾貝爾獎;由于富勒烯分子結構非常像著(zhù)名建筑學(xué)家巴克明斯特·富勒的作品,因此Harold Walter Kroto博士和Richard Errett Smalley博士將其制備的碳60分子命名為富勒烯,以表尊敬。
圖 著(zhù)名建筑學(xué)家巴克明斯特·富勒的作品 富勒烯的命名來(lái)源
富勒烯形狀分類(lèi)富勒烯(英文名字為:Fullerene),作為當今世界所發(fā)現的最大的分子,其由碳完全組成,并呈現內部中空的結構;這種獨特的構造使得富勒烯呈現多種形狀,如:
(1)足球形狀的富勒烯,也別稱(chēng)為足球烯或巴基球(大陸譯法),在臺灣則被稱(chēng)為球碳,在香港稱(chēng)之為布克碳;
(2)管狀的富勒烯則被稱(chēng)為碳納米管。
富勒烯的再發(fā)現1980年,作為碳納米管的發(fā)現者,也是現在的中科院外籍院士,日本科學(xué)家飯島澄男在透射電子顯微鏡的幫助下觀(guān)察到了富勒烯。
圖 掃描電子顯微鏡下的富勒烯
2010年,科學(xué)家借助更加先進(jìn)的太空望遠鏡,首次觀(guān)察到,太空中同樣存在富勒烯,科學(xué)家們認為:也許太空中存在的富勒烯為地球孕育出生命最初了貢獻。
參考文獻:
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1180. Bibcode:2010Sci...329.1180C. PMID 20651118. doi:10.1126/science.1192035Atkinson, Nancy. Buckyballs Could Be Plentiful in the Universe. Universe Today. [].
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