阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第9部分
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法，而且这种方法无须使用高压。这种新型聚乙烯比原先的聚乙
第十一章 分 子
第十一章 分 子
在听说齐格勒为聚合物的形成研究出一种金属有机催化剂之
后，意大利化学家纳塔开始将这一技术应用于丙烯（连结有
1个小
的一碳甲基
CH3的乙烯）。他在
10个星期之内就发现了这样的情
况，即在所获得的聚合物中，所有甲基都朝着同一方向，而不是随
意地朝向一方或另一方（在此之前形成的聚合物大都如此）。这种
等规聚合物（纳塔的妻子给起的名字）证明具有优良的性能，而且
现在已能够随意制取了。换句话说，化学家们已经能够比以往任
何时候都更加精确地设计高聚物了。由于齐格勒和纳塔在这一领
域所做出的成就，他们分享了
1963年的诺贝尔化学奖。
原子弹工程提供了另一种有用的高聚物，它是聚乙烯的另一
个新属。为了从天然铀中分离出铀
…235，核物理学家们不得不将
天然铀与氟结合来生成六氟化铀。氟是所有物质中最活泼的元
素，几乎能腐蚀所有物质。在为装氟的容器寻找能不受氟腐蚀的
润滑剂和密封剂的过程中，物理学家们选中了碳氟化合物——碳
已经与氟（取代氢）结合的物质。
直到那时，碳氟化合物仍然是实验室中的珍品。直到
1926
年，人们才获得了纯净的四氟化碳（CF4）——这类分子中的第一
种（也是最简单的一种）分子。目前，化学家们仍在努力研究这些
有意义的物质的化学性质。在已经研究过的碳氟化合物中，其中
之一是
1933年首次合成的四氟乙烯（CF2=CF2），可以看出，它实
际上是
4个氢原子被
4个氟原子所取代的乙烯。这就必然会使人
们想到，四氟乙烯也应像乙烯那样，能形成聚合物。第二次世界大
战之后，杜邦公司的化学家们制造出了一种长链聚合物，正如聚乙
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烯是
CH2CH2CH2……的单调地重复一样，这种聚合物也是
CF2CF2CF2……的单调地重复。这种聚合物的商品名称是特
氟隆。
特氟隆与聚乙烯相似，但并不仅此而已。碳
…氟键比碳…氢键
更牢固，因而也就更不易受环境的影响。特氟隆不溶于任何物质，
不会被任何物质所弄湿，是优良的电绝缘体，其耐热性甚至比新型
的、经过改进的聚乙烯还要好。就家庭主妇而言，特氟隆最为人所
熟知的用途便是用作煎锅的衬里，这样就能使要煎炸的食物不会
过分油腻，因为食物不会粘在不同任何物质亲和的碳氟聚合物上。
还有一种有趣的化合物，它并不是真正的碳氟化合物，而是本
书前面提到的氟里昂（
CF2Cl2）。它是
1932年作为致冷剂所推销
的商品。它比大型制冷装置所使用的氨或二氧化硫要昂贵；但从
另一方面看，氟里昂无臭、无毒、不可燃，因而偶然漏失所造成的危
险是很小的。为了证明氟里昂的无害性，它的发现者米奇利深深
地吸了一口氟里昂，然后在一根点燃的蜡烛上方缓缓吐出，结果蜡
烛熄灭了，而米奇利毫无损害。正是由于采用了氟里昂，室内空调
才成了第二次世界大战以来美国这个地方的一大特色。
玻璃和硅酮
当然，可塑性并不仅仅属于有机界。在所有可塑性物质中，最
为古老的是玻璃。玻璃的大分子实质上是由硅和氧的原子所组成
的长链：…Si…O…Si…O…Si…O…Si…，以此排列，没有穷尽。链中的每一个
硅原子都有两个尚未使用的价键，可以用来连接其他原子团。硅
原子像碳原子一样，具有
4个价键。然而，硅
…硅键不如碳…碳键那
样牢固，因此只能形成短链，而且这些短链（在化合物中称为硅烷）
很不稳定。不过，硅…氧键却很牢固，由此形成的链甚至比由碳
…碳
键形成的链还要稳定。事实上，由于地壳有半数是氧，
1/4是硅，我
第十一章 分 子
第十一章 分 子
们脚下那坚实的大地实质上可以看作是由硅…氧链组成的。
尽管玻璃的优点和用途不胜枚举，但它有一个很大的缺点，
就是容易破碎。玻璃被打碎时坚硬而锐利的碎片会四处飞散，十
分危险，甚至能致人于死命。如果用未经处理的玻璃做汽车的风
挡，一旦发生撞车事故，玻璃的碎片就会像榴霰弹一样飞向四面
八方。
然而，玻璃也可加工处理，如在两层玻璃中间加一薄层透明的
聚合物（作为一种胶黏剂加固玻璃），于是就产生了安全玻璃。之
所以称为安全玻璃，是因为它即使碎成粉末，碎片也会被聚合物牢
牢地黏住，不会飞散伤人。起初
（这要追溯到
1905年），人们就曾
用火棉胶作黏结剂，但如今大部分都已用由小分子如氯乙烯（氯乙
烯与乙烯类似，所不同的是乙烯分子中的
1个氢原子被氯原子所
取代）所构成的聚合物代替。乙烯基树脂不会因光照而变色，因此
能够确保安全玻璃不致因年深日久而发黄。
有些透明塑料可以安全代替玻璃，至少在某些应用领域是如
此。本世纪
30年代中期，杜邦公司合成了一种叫做甲基丙烯酸甲
脂的小分子，并将所得到的聚合物（聚丙烯酸塑料）压制成光亮、透
明的薄片。这些产品的商品名称叫做普列克斯玻璃和路塞特树
脂。这类有机玻璃比普通玻璃轻，更易模塑成形，也不那么脆；破
碎时，仅仅是破裂而不是粉碎。在第二次世界大战期间，模塑成的
透明塑料薄片得到了重要的应用，那就是作为飞机的窗户和座舱
的罩。在这方面，轻质和韧性具有特殊的价值。当然，聚丙烯酸塑
料也有其缺点：它们能被有机溶剂腐蚀，受热时比玻璃更易软化，
而且容易出现擦痕。例如，当聚丙烯酸塑料用作汽车风挡时，在尘
埃颗粒的撞击下会很快出现擦痕，而且变得模糊不清，而这是非常
危险的。因此，看来玻璃永远不会被完全取代。事实上，现在玻璃
确实已具有许多新的用途。玻璃纤维可以纺成细线，它像有机纤
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维一样柔软，并且有一个可贵的优点——绝对不会着火。
除这些玻璃代用品外，还有一种可称之为“类玻璃”的产品。
我在前面说过，在硅…氧链中，每个硅原子都有两个空闲的键来连
接其他原子。在玻璃中，这些“其他原子”是氧原子，但并不一定非
是氧原子不可。如果所连接的不是氧原子，而是含碳的原子团，那
情况又会怎样呢？这时你会得到一种带有有机分支的无机物链，
也就是说，得到一种介于有机物与无机物之间的中间物。早在
1908年，英国化学家基平就合成了这样的化合物，即大家都知道
的硅酮。
在第二次世界大战期间，各种长链的硅酮树脂大量涌现。这
些硅酮的耐热性要优于纯有机聚合物。通过改变主链的长度和侧
链的性质，可以获得玻璃所不具有的一系列理想的性能。例如，某
些硅酮在室温条件下是流体，其黏度在相当大的温度范围内变化
极小，也就是说，它们既不随温度的升高而变稀，也不随温度的降
低而变稠。对于液压流体——如用于飞机起落架的那种流体——
来说，这是一种特别有用的性能。另一些硅酮可以制成柔软的、与
油灰类似的封泥，这种灰泥在同温层的低温下既不变硬，也不开
裂，而且防水性能良好。还有一些硅酮可作为抗酸润滑剂，等等。
合成纤维
在有机合成的故事中，有关合成纤维的章节具有特殊的趣味。
第一批人造纤维（同第一批塑料一样）是以纤维素为原料制成的。
化学家们自然是从硝化纤维素开始，因为它有足够的数量可以利
用。1884年，法国化学家夏尔多内将硝化纤维素溶解于乙醇和乙
第十一章 分 子
第十一章 分 子
醚的混合物中，并迫使所得到的黏稠液体通过一些小孔喷出。在
这种液体喷出之后，乙醇和乙醚随之蒸发，于是便剩下胶棉细线似
的硝化纤维素。（这实际上就是蜘蛛织网和春蚕吐丝的那种方式：
它们从身体上的小孔中喷吐出一种粘液，这种黏液遇空气而变成
固态纤维。）这种硝化纤维素纤维太容易着火，不宜使用。不过，通
过适当的化学处理能够去掉硝酸根，结果便得到了一种外观像蚕
丝一样的带有光泽的纤维素细丝。
然而，夏尔多内的方法并不实用。且不说有硝酸根存在的中
间阶段非常危险，也不说用作溶剂的乙醇和乙醚的混合物极易着
火，单是将硝酸根加上去又去掉这一点，这种方法就十分费钱。
1892年，人们发现了一些溶解纤维素的方法。例如，英国化学家
克罗斯将纤维素溶解于二硫化碳，并将所得到的黏稠液体（叫做黏
胶）做成细丝。麻烦的是，二硫化碳易燃、有毒且气味难闻。
1903
年，一种有竞争力的方法投入使用。这种方法以醋酸作为溶剂的
一部分，生产出一种叫做醋酸纤维素的物质。
这些人造纤维被称为人造丝。人造丝主要有两个品种，通常
分为黏胶人造丝和醋酸人造丝。
顺便提一下，如果将黏胶通过一条狭缝挤压出去，就会得到一
种柔软、透明和防水的薄膜——玻璃纸。这种方法是法国化学家
布兰登伯热于
1908年发明的。一些合成的聚合物同样也能够通
过一条狭缝挤压成薄膜。例如，乙烯基树脂能制成名为萨纶的覆
盖物。
直到本世纪
30年代，才出现第一批完全合成的纤维。
让我先讲一点有关蚕丝的故事。蚕丝是由蚕蛾的幼虫——
蚕——所吐的丝。蚕对食物要求极严，而且需要精心照料。蚕丝
必须从蚕茧上小心地抽取下来。由于这些缘故，蚕丝十分昂贵，而
且不能大量生产。早在两千多年前，中国便开始生产蚕丝，而且中
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国人对生产蚕丝的方法严加保密，以便在出口中保持有利的垄断
地位。然而，秘密终有泄漏之日，尽管采取了种种保密措施，养蚕
缫丝的秘密还是流传到了朝鲜、日本和印度。古罗马是通过横贯
亚洲的漫长的陆路输入蚕丝的，由于经纪人一路上步步设卡抽取
通行税，所以蚕丝到那里后非常昂贵，除了豪门巨富，一般人是可
望而不可及的。550年，蚕子被偷偷地带进君士坦丁堡，从此欧洲
便开始了蚕丝生产。尽管如此，蚕丝在不同程度上仍然属于奢侈
品。另外，直到目前为止，蚕丝仍然没有好的代用品。人造丝固然
具有与蚕丝相似的光泽，但却不及蚕丝纤细、柔韧。
蚕丝是一种蛋白质（见第十二章）。蛋白质的分子是由一种叫
氨基酸的单体构成的，而氨基酸则含有
1个氨基和一个羧基。氨
基与羧基通过二者之间的
1个碳原子相连接；如果以
a表示氨基，
以
c表示羧基，再用短线表示中间的碳原子，我们就可以把氨基酸
写作：
a—c。这些氨基酸以从头至尾的方式聚合起来，也就是说，
前面的
1个氨基同后面的
1个羧基缩合，这样便成了蚕丝分子：
……a—c、a—c、a—c……
本世纪
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