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翻开元素周期表,我们会看到硼元素处于“非驴非马”的位置上。在它左边,是金属铍。我们知道,在化学反应中,金属一般都会失去电子,形成离子型的化合物。而在它右边,是非金属碳和氮。这两种元素的原子最外层分别有4个和5个电子,在化学反应中,它们倾向于与“它人”共享电子,所谓的“与人方便,与己方便”,最后大家最外层电子数都达到8个的稳定结构。这种共享电子的方式,在化学上叫共价键。
三价硼化合物问世
形成共价键的方式一般是这样:你出一个电子,我出一个电子,这对电子就形成了一个共价键;接下去,要是最外层电子还有剩余,那么你再出一个,我也再出一个,形成第二个共价键……依次类推。既然碳和氮最外层电子数都超过3个,那可见它们是很容易形成三个共价键的。实际上,碳和氮的三价化合物的确有很多。
说到硼,那就是另一回事了。一个硼原子可以失去3个最外层电子,形成类似金属的离子型化合物,——这在现实中已经存在。照理论上说,它还可以与他人共享3个电子,形成拥有3个共价键的化合物,而这种稳定的化合物却很久以来一直没有找到。
2002年,我国复旦大学的科学家称,他们在实验室合成出了三价硼化合物,但这种化合物仅在8K的超低温下才稳定。直到时隔10年之后的今天,德国科学家才在实验室合成出了在室温下稳定的三价硼化合物。在这种化合物中,两个硼原子每个“捐出”和共享3个最外层电子,形成3个共价键。这样,每个硼原子相当于最外层拥有了6个电子。但最外层达到8个才稳定,怎么办呢?科学家让每个硼原子两边各与一个有机分子相连,这个有机分子有富余的2个电子,无条件地“捐出来”与硼原子共享,于是每个硼原子最外层都拥有了8个电子,从而达到了稳定的结构。
硼“有机”化学
我们知道,碳是元素周期表中的超级“天王”,它所形成的有机物种类比所有元素形成的无机物种类还多。它之所以能一枝独秀,跟碳原子之间很容易形成共价键的链是分不开的。既然硼是碳的邻居,两者有很多相似之处,那为何不让硼也学一学碳,形成共价键的链呢?人们早些时候做过很多尝试,但都失败了。
但近年来,这方面也取得了进展。要想让硼原子成链,关键在于选择催化剂。催化剂的作用相当于一个“脚手架”,把两种本来不会发生反应的化学物质连接起来,待到形成稳定的结构之后,悄悄撤去。科学家发现,铁对于硼是一个很好的催化剂。通过铁,硼可以形成短链的分子。未来,化学家的一项重要任务是如何把短链逐步增长,以至于形成硼的“有机”高分子。
这些硼的“有机”高分子实际上是碳有机高分子的等价物,从分子结构来说,唯一的区别是碳原子用硼原子取代。但经这一取代,化学和物理性质会很不相同,所以用途将非常广阔。
我们知道,在地球上所有生命的躯体都是在碳元素基础上搭建起来的,蛋白质、核酸等与生命活动有关的最重要的有机大分子都离不开碳,所以地球生命属于“碳基生命”。但假如硼取代碳也能形成蛋白质、核酸等大分子,那么就多了一种生命形式——“硼基生命”。然后我们还可以指望在某些含硼元素丰富的外星上,找到这种生命。
总而言之,化学的一个新天地——硼“有机”化学正在悄悄兴起,说不定还能制造出另类生命哩。
三价硼化合物问世
形成共价键的方式一般是这样:你出一个电子,我出一个电子,这对电子就形成了一个共价键;接下去,要是最外层电子还有剩余,那么你再出一个,我也再出一个,形成第二个共价键……依次类推。既然碳和氮最外层电子数都超过3个,那可见它们是很容易形成三个共价键的。实际上,碳和氮的三价化合物的确有很多。
说到硼,那就是另一回事了。一个硼原子可以失去3个最外层电子,形成类似金属的离子型化合物,——这在现实中已经存在。照理论上说,它还可以与他人共享3个电子,形成拥有3个共价键的化合物,而这种稳定的化合物却很久以来一直没有找到。
2002年,我国复旦大学的科学家称,他们在实验室合成出了三价硼化合物,但这种化合物仅在8K的超低温下才稳定。直到时隔10年之后的今天,德国科学家才在实验室合成出了在室温下稳定的三价硼化合物。在这种化合物中,两个硼原子每个“捐出”和共享3个最外层电子,形成3个共价键。这样,每个硼原子相当于最外层拥有了6个电子。但最外层达到8个才稳定,怎么办呢?科学家让每个硼原子两边各与一个有机分子相连,这个有机分子有富余的2个电子,无条件地“捐出来”与硼原子共享,于是每个硼原子最外层都拥有了8个电子,从而达到了稳定的结构。
硼“有机”化学
我们知道,碳是元素周期表中的超级“天王”,它所形成的有机物种类比所有元素形成的无机物种类还多。它之所以能一枝独秀,跟碳原子之间很容易形成共价键的链是分不开的。既然硼是碳的邻居,两者有很多相似之处,那为何不让硼也学一学碳,形成共价键的链呢?人们早些时候做过很多尝试,但都失败了。
但近年来,这方面也取得了进展。要想让硼原子成链,关键在于选择催化剂。催化剂的作用相当于一个“脚手架”,把两种本来不会发生反应的化学物质连接起来,待到形成稳定的结构之后,悄悄撤去。科学家发现,铁对于硼是一个很好的催化剂。通过铁,硼可以形成短链的分子。未来,化学家的一项重要任务是如何把短链逐步增长,以至于形成硼的“有机”高分子。
这些硼的“有机”高分子实际上是碳有机高分子的等价物,从分子结构来说,唯一的区别是碳原子用硼原子取代。但经这一取代,化学和物理性质会很不相同,所以用途将非常广阔。
我们知道,在地球上所有生命的躯体都是在碳元素基础上搭建起来的,蛋白质、核酸等与生命活动有关的最重要的有机大分子都离不开碳,所以地球生命属于“碳基生命”。但假如硼取代碳也能形成蛋白质、核酸等大分子,那么就多了一种生命形式——“硼基生命”。然后我们还可以指望在某些含硼元素丰富的外星上,找到这种生命。
总而言之,化学的一个新天地——硼“有机”化学正在悄悄兴起,说不定还能制造出另类生命哩。