海阔凭鱼跃 沈海军的航空与纳米 ...分享 http://blog.sciencenet.cn/u/沈海军 同济大学 教授Email:SHJ@tongji.edu.cn /SHJ@nuaa.edu.cn 版权所有

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妙趣横生的分子艺术(科普.配图.原创)

已有 14178 次阅读 2009-11-24 21:32 |个人分类:纳米科技|系统分类:图片百科

沈海军

化学是一门研究物质结构、组成、变化、性质的学科。一谈到化学家,人们立刻就会联想到“身穿白大褂、满脑子化学分子式、左手持烧杯、右手拿试管”的形象。

科学是严肃的,但也充满着乐趣。不管你信不信,一些科学家的确有着非凡的幽默感,本文就证明了这一点。下面,我们将会向您展示一些稀奇古怪的化学分子,您真正领略一下分子艺术的魅力。

 

l         人形分子

说起人形分子,我们必须要提到一个人,那就是美国RICE大学的化学家Tour教授。Tour教授的主要研究方向是有机化学,但2003年发表于《J. Org. Chem.》杂志23期上的一篇名为“Synthesis of Anthropomorphic Molecules”(“人形分子的合成”)的文章却使得他名声大噪。在该文中,出现了几对手舞足蹈、跳着拉丁舞的“男女”分子表达式。该分子式形象之生动,构思之巧妙,压倒了论文内容的本身,让人拍案叫绝,成为整篇文章的最大亮点。

事实上,Tour教授发表的人形分子属于一类被称作“纳米莆田”的化学分子。这类分子的最大特征就是分子结构看起来酷似人的形象,这不禁会使人们联想到格列佛游记中描写的小人国居民。

纳米莆田分子是一大类人形分子,但它们的基本形式却是一种被称为纳米孩童的分子构型。将纳米孩童分子溶于醇溶液中加热,化学反应后常常还会得到其他不同形式的人形分子,如纳米运动员、“纳米王后”、“纳博士”、纳米面包师等。

除了纳米莆田分子以外,通过丰富的想象力,近来,酷似释迦牟尼佛像、酷似嬉皮士形态的分子也被化学家相继报道。

 

l         “分子动物园”

在创造宏观世界上人和动物的同时,细心的上帝似乎也没有忘记微观世界。随着人类对物质分子结构认识的不断深入,上帝创造的构型酷似动物等分子不断被有心的化学家相继发现,它们有的像海马,有的像青蛙,有的像章鱼,有的像企鹅……若将这些“动物”集中罗列出来,已经足以构建一个物种类繁多的“分子动物园”。

蚂蚱酮是一种从不能飞的蝗虫身上提取用于自身防御的分泌物。这是科学家们在田野里辛苦地逮蚂蚱、并惹恼它们,再从它们身上挤奶得到这种物质。可能专注的科学家太累了而不想再绞尽脑汁对它系统命名,所以使用了这个有创意的名字——蚂蚱酮。 不过,仔细观察蚂蚱酮分子的构型,还真得与蝗虫的体型有几分相似。

一道来自国内高中化学习题上提到了一种被称作“小狗”的有机物。该有机物的分子形状酷似小狗,是一种具有香味的有机物。它由化学家Tim Rickard首次发现并命名。实际上,除了分子形状与狗相似外,“小狗”几乎与狗没有任何联系。

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除了上述谈到的“海马”分子,“青蛙”分子,“章鱼”分子,“企鹅”分子、“蚂蚱”分子、“小狗”分子以外,业已报道的还有许多其他水里游的、地上跑的、天上飞的 “分子动物”,如埋头工作的母牛、吐着舌头的毒蛇、孵化中的鹅、飞翔的小鸟、觅食的小鸡、昂头挺胸的长颈鹿…等等。

 

l          分形分子艺术

自相似性是指每一任意小的局部的形状都与整体相同。在自然界中,许多植物与微生物自发生长的结构都具有自相似性,如典型的自相似结构植物--蕨类。自相似的形状,在数学上被称作分形。具有分形特性的几何图案往往都具有较高的艺术欣赏性。

现在,科学家已经可以人工制造出许多结构上具有分形特征的分子来。这里,最典型的当属一类被称作树枝状化合物(dendrimer)的有机分子。树枝状分子是一种具有三维结构的多枝化大分子,可以通过从中心不断向外延展的方式进行合成。这种合成方式使人们可以在树枝状分子的不同部位进行结构设计,因而在光电器件领域已引起了人们的广泛关注。

从艺术家的眼光来看,树枝状化合物分子的结构独特而又完美。有的像徽章、有的像花簇、有的像树丛….个个骨子里透着灵气。

值得一提的是,最近,国际顶尖刊物《科学》杂志上还报道了一种具有分形特性的六边形分子,更有甚者,有的学者还将这种分形分子归为分子艺术的范畴。

 

l          理论化学研究中的分子艺术

你如果认为化学家就是整天在实验室里倒腾烧杯和试管做实验,那么,就大错特错了。近年来,随着理论化学和计算机技术的发展,通过电脑来模拟分子的电子分布、分子构型变化等已成为化学家研究物质特性的重要手段。

研究发现,许多计算机理论模拟的分子图像结果不但绚丽而且有趣,堪称艺术“绘画”的佳作。

自然界中存在着大量的有机小分子分子。理论化学家用一种被称作量子化学的软件对某分子进行模拟后发现,其分子的振动酷似一枝松树枝;另一个对杯状分子的模拟结果则得到了传说中的“九龙杯”图像….

当然,离我们现实生活中比较贴近的“物件”(分子)也可以在分子模拟中得到,如女孩子发箍、游泳圈、花朵、麻花等等。

 

l         实际生活中的分子艺术

如果留心的话,你会发现,分子艺术实际上就在你身边。

在某酒吧里,所有的椅子都被做成分子的造型。这种椅子的构型简约大方,流线型曲面完全符合人体力学的设计思想。

丙烷是一种石油或天然气处理后得到的可燃性气体,通常被用来作为发动机或烧烤食品的燃料。丙烷分子的三维构型酷似可爱的小狗,因此,备受园林艺术家钟爱。在社区草坪上,仿照这种分子的构型,园林艺术家用三个大铜球作为丙烷中的碳分子,用八个小铜球作为氢原子,塑造出了丙烷状的“分子狗”雕塑。

为了展示强有力的肌肉,世界拳王泰森在臂膀上刺伤了毛泽东的头像,而绰号“九纹龙”的梁山好汉史进则在身上绘制了九条腾飞的巨龙。但对于当代的一些嬉皮士大学生而言,如果想标新立异,不妨在身上绘制DNA或有机小分子表达式。这种纹身至少可以告诉那些四肢发达的家伙,虽然没有你壮,但我却比你有知识。

   

    如果你酷爱喝咖啡,就带上咖啡因分子(咖啡的主要成分)的挂件,端上印有咖啡因分子式图案的咖啡杯子吧!

 



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