水分子有性格,爱跳舞,武功深不可测,这是我的最新发现!
以艺术的形式,传递科学的内容,这样,将轻松,高效,深刻地掌握相关知识,这也是科普的意义所在。所以,我时刻注意寻找这种科学与艺术和美结合的素材。最近,我在读美国人的生化教材《biochemistry》时,在《water》这一章,意外地发现了水中蕴藏的艺术与美。
一、拗相公。
水分子不像二氧化碳分子那样对称,两个共价键之间形成180℃的夹角,从而形成直线结构,而是我行我素地形成了104.3度的夹角,形成了一个不怎么对称的结构。这就是“拗”(bent structure),两个质子(即氢离子)拗向一边,我称之为王安石那样的“拗相公”。这一拗,太重要了,让水分子成了极性分子,这是水分子一系列不寻常性质的根本。可见,该拗时就得拗啊。不然,没有脾气,寻寻常常,一事无成,哪里有王安石那样青史留名,水分子一样成为生命的摇篮呢!否则,水分子在常温下就成了气体,生命在地球上可能就无法诞生了。
二、凌波微步。
在水里,当一个水分子接受了一个质子(氢离子)时,会把多出来的另外一个质子传递给与它形成氢键的水分子。依次类推,相当于一个质子迅速传递到远方,这就是质子跳跃(proton jumping )。质子如波浪般,快速传向远方。不知为何,我忽然想起了小时候打水漂,虽然不是完全一样,但那种感觉,很相似,一样地爽。也让我想起了金庸群侠传中的凌波微步,移形转位等武功,给力!还有多米诺骨牌效应等。总之,很爽,很意识流!没想到,水里还存在这样的武功,这样的游戏,这样的艺术,这样的美。
三、爱的传递。
一个氢键的提供者(donor),也是一个更好的氢键接受者(better accepter),也就是比没有提供氢键的水分子更容易接受氢键连接;一个氢键接受者也是一个更好的提供者,也就是比没有氢键的水分子更容易提供质子。爱是相互的,最终所有水分子都携起手来,成为液态水或冰。这就是爱传递的结果。比较一下,比水分子分子量更大的硫化氢,缺乏这种爱的传递,常温下,就是气体。爱的传递,好玩!
四、交谊舞。
水分子之间的氢键(H bond ),平均维持9.5fs,就会断开,再寻找新伙伴,再形成新的氢键。然后再断开,再组成新的连接。这不就是交谊舞中的群舞啊。微观世界的交谊舞,有趣。若是按书上的示意图,则这么多的氢键断裂,似乎能听得到爆竹声声。
五、温和君子,厚德载物。
水是地球上最温和(bland)的溶剂,容纳的物质种类最多,还把对溶质化学性质的影响降到了最低程度。为什么说水是温和的?因为只有水是氢离子和氢氧根离子结合的产物,非酸非碱,电离度极低,化学参与性极弱。这就是所谓君子以厚德载物,己所不欲,勿施于人。故水具有温润君子的美好形象。
普普通通的水,细究起来,竟然如此地美!正所谓‘’天地有大美而不言‘’。其中第一、第二和第五是科学与中国古代文化的结合,这种结合,产生了新的美感,新的价值。我正在做的一件重要工作,就是把细胞和生物化学这样的科学思维与中国古代文化有机结合,比如“细胞里的成语故事”这样一个题目,可以说极有意义。第三和第四是与平日生活感受相结合的结果。这种结合非常富有想象力,其美学价值、艺术价值及课堂教学意义均不容低估。如果做成动画,更是绝佳题材。利用这些艺术的美的形式,来科普水分子的物理和化学性质,肯定会事半功倍,过目不忘啊!#头条知士#