化学课中学过,分子是保持物质化学性质的最小微粒。比如水是由水分子组成的,水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的,氧原子和氢原子不再保持水的化学性质。
水分子中只有三个原子,有些大分子含有较多的原子,组成人体的一些蛋白质分子其分子量能够高达数百万。这样大的蛋白质分子,往往还没有被人类解析出它们的结构。一个这样的分子中具体含有多少个原子以及分子量是多少,这种问题还无法回答。
如果继续追问,还有比蛋白质分子更大的分子吗?可以非常肯定地回答:有。这种大分子可以大到只要有原料就能继续增大的程度,可以增大到比一座楼还高,甚至比一座山还要大。
关于分子的定义,其实并不能拘泥于“保持物质化学性质的最小微粒”,不同领域中对分子的定义是不一样的,定义上一小点的偏差就能够产生巨大的差异。若是认定一个分子是由多个原子在共价键中通过共用电子连接在一起形成的,那么分子可以是无限增大的。
有机化学中,碳链可以做得很长,碳链越长,相对分子质量就越大。聚乙烯材料做成的塑料,其中一个分子是由多少个原子组成的?谁也说不清楚。因为聚乙烯分子可以很大。你可能想不到的是,硫化轮胎的橡胶部分就是一个硕大的分子。轮胎硫化的过程中会逐步升温,硫化的时间也较长,这样各个原子就会通过共价键连接成一个硕大的分子。
把硫化轮胎看成是一个硕大的分子,再回过头来看看初中化学课上学到的“保持物质化学性质的最小微粒”,这个定义已经不合适了。
以目前的发现来看,宇宙中发现的最大的分子当属:富勒烯。
图 拥有60个碳原子的富勒烯,即C60
图 C60的晶体形态
图 C60的网格结构
富勒烯简介及其再发现富勒烯名字的由来上个世纪八十年代,Harold Walter Kroto博士和Richard Errett Smalley博士首次制备出了世界上第一种富勒烯,即碳60分子,并于1996年获得诺贝尔奖;由于富勒烯分子结构非常像著名建筑学家巴克明斯特·富勒的作品,因此Harold Walter Kroto博士和Richard Errett Smalley博士将其制备的碳60分子命名为富勒烯,以表尊敬。
图 著名建筑学家巴克明斯特·富勒的作品 富勒烯的命名来源
富勒烯形状分类富勒烯(英文名字为:Fullerene),作为当今世界所发现的最大的分子,其由碳完全组成,并呈现内部中空的结构;这种独特的构造使得富勒烯呈现多种形状,如:
(1)足球形状的富勒烯,也别称为足球烯或巴基球(大陆译法),在台湾则被称为球碳,在香港称之为布克碳;
(2)管状的富勒烯则被称为碳纳米管。
富勒烯的再发现1980年,作为碳纳米管的发现者,也是现在的中科院外籍院士,日本科学家饭岛澄男在透射电子显微镜的帮助下观察到了富勒烯。
图 扫描电子显微镜下的富勒烯
2010年,科学家借助更加先进的太空望远镜,首次观察到,太空中同样存在富勒烯,科学家们认为:也许太空中存在的富勒烯为地球孕育出生命最初了贡献。
参考文献:
Richard E. Smalley, Robert F. Curl, Jr., and Harold W. Kroto. Chemical Heritage Foundation.[] .Iijima, Sumio. Direct observation of the tetrahedral bonding in graphitized carbon black by high resolution electron microscopy. Journal of Crystal Growth (Elsevier BV). 1980, 50 (3): 675–683. ISSN 0022-0248. doi:10.1016/0022-0248(80)90013-5.3.0 3.1 Buseck, P.R.; Tsipursky, S.J.; Hettich, R. Fullerenes from the Geological Environment. Science. 1992, 257 (5067): 215–7. Bibcode:1992Sci...257..215B. PMID 17794751. doi:10.1126/science.257.5067.215.Cami, J; Bernard-Salas, J.; Peeters, E.; Malek, S. E. Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula. Science. , 329:
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