对同一事物 往往是“仁者见仁 智者见智” 会产生不同的联想
对同一事物,往往是“仁者见仁,智者见智”,会产生不同的联想。例如,就蜘蛛结网这件人们常见的事来说,诗人想起的是:“雨里蜘蛛还结网,想晴惟有暗中丝。”(李调元:《雨村诗话》)。诗句的双关含义何等巧妙!而数学家笛卡尔由蜘蛛在天花板上爬行并吐丝下降,却想利用坐标(X、Y、Z)来表示空间中的点。今天,我们不妨从另外一个角度来看蜘蛛结中的科学道理。如蜘蛛雨中结网,为什么不怕雨水打湿将坠破?蜘蛛由天花板上吐丝下降时,往往能在半空中戛然而止,不至因为倒栽葱来个“嘴啃泥”,这又是什么原因呢?这个谜直到最近才被揭开。有人仔细测试了某些蜘蛛丝的强度和伸长度,结果发现蜘蛛网在潮湿时变得像橡皮筋一样富有弹性,几乎要伸长百分之五十才能将蛛丝拉断。而蛛丝的强度几乎和轮胎中用的尼龙帘子线一样结实,在断裂时却比尼龙丝伸长两倍。这一特点使蜘蛛能在雨中结网,而且结成网后,也不至被每天清晨的露水重量所坠破。蜘蛛丝为什么能获得这种优良的性能?原来这和它的分子形状有着密切的关系。在合成高分子化合物的溶液中,分子呈长链状,像一条柔顺的丝,分子形状有显著的几何不对称性,因此分子的排列是杂乱无章的。这种溶液制成的纤维,强度很低,不堪一拉。
所以在化学纤维的纺织中,用外力将刚成形还处于塑性状态的纤维拉伸,就能使纤维中的分子长链顺拉力方向整齐排列。这种排列整齐的分子能团结一致承受外力,纤维变得异常坚牢。这种通过拉伸使分子取一定方向来提高纤维强度的技术,是本世纪随化学纤维的发展才在纺织工业中得到应用的,而蜘蛛在几百万年中就早已不断应用这项拉伸技术了。蜘蛛吐丝时,也是通过拉伸来提高丝的强度。它有三种拉伸方法:一种是将丝液从下腹后部的一对囊袋中挤出后,蛛丝一端粘附在一个支持物,如天花板或树枝上,然后利用蜘蛛本身的重量从空中降下,蜘蛛本身下降的速度要大于吐丝速度,这样就将蛛丝拉伸达到一定强度后,蜘蛛停止吐丝,就能悬在半空;另一种是将蛛丝一端粘附在支持物上后,蜘蛛即迅速跑开,在走动的过程中将蛛丝拉伸第三种方法是蜘蛛利用它的四条腿,将蛛丝从囊袋中拉出。这种蜘蛛吐丝的生物化学过程,对今天的纺织工业仍有很重要的实际意义。生物体中由于分子形状的变化而获得新功能的现象很多,就是在人体中也不乏这样的例子。如血液在血管中始终循环不息,一且血管破损,如果不能及时止血后果不堪设想。要等到血管愈合或者起化学变化,都已是“远水救不了近火”了。
在这种紧迫情况下,血液有它的应急措施。这情景颇有些象盛大欢迎场合中人群向前拥挤时,前面只要有一队手挽手排列整齐的纠察队,就能阻挡人流一样。血液中蛋白质里的纤维朊在血管中的形状呈无规则的线团状,就象散乱的人群,一且血管破裂,流出的血液立即紧急变形,整齐排列,起了“纠察队”的作用,使血液凝固,阻挡了血液流出。
物质分子形状千姿百态,为了研究形态对功能的影响,近来更新兴了一门形态化学,其中最有趣的是关于包接化合物的化学。所谓包接化合物就是一种分子在外面形成筒状,把另一种分子包容在里面。外面的分子叫做主体分子,里面的分子叫做客体分子。包接现象经常可以看到。例如人们熟知,淀粉遇到碘就会变成蓝色。这是因为淀粉是一种螺旋形分子,碘能钻入这个螺旋形壳体中形成包接化合物。进入螺旋形壳体中的碘是每七个分子或十四个原子为一节,而其中碘原子间的距离与碘分子间的距离却是样的,也就是所有的碘整个形成个分子了,这个大碘分子最外层的电子流动就产生了蓝色。
地中海中还有一种变色蟹,原来是黑色的,当遇到外敌时,就会变得“面红耳赤”,摆出一副剑拔弩张的架势,来威胁外敌,这种体色由黑变红的过程就是体内产生包接现象造成的,一切外敌被吓避,包接化解除,蟹壳又回到原来的黑色。包接现象可用于化学的分离、合成等操作技术中。例如化学工业中有些同分异构物,衍生物很难分离2而利用包接化就很容易分离。如要分离直链的烷烃及带有支链的烷烃,就可用尿素作为主体分子,它能形成一个筒,中间有直径约5~6埃的空洞,可以将一般直链的烷烃装入筒中。操作方法非常简单:将尿素与直链烷烃在甲醇中加热,即生成包接化合物沉淀,通过过滤将沉淀分离,再将沉淀物倒入水中,尿素溶解,直链烷烃浮在水上,而带有支链的烷烃装不进筒中去,就不能形成包接化合物沉淀,因此就能将直链和支链烷烃分离开来。