千奇百怪的化学键( 三 )


有机化学中也有环状的分子 , 如苯 。它们也可以机械地串起来 , 在不涉及电子的情况下就能永久地连接 。这样的结合被称为“机械键” 。
用这种方式可以把环状和链状分子组装成纳米机器 。例如 , 用轮烷类分子模仿车轮 , 用链烃类分子模仿车轴等 , 你可以像乐高玩具一样装配出纳米级别的机器 。这些纳米机器可以被用作开关和转子 , 其潜在的应用包括分子信息存储 , 以及人工分子肌肉 。2016年的诺贝尔化学奖颁给了在这个领域工作的三位化学家 , 以表彰他们在分子机器设计中的贡献 。
迄今为止 , 这些分子机器大多是在溶液中各自为阵 , 现在的一个挑战是 , 如何让这些分子机器协同工作 。例如 , 只有当许多这样的分子机器一起工作时 , 由它们组成的群体才会真正发挥作用 。
四、不是由电子形成的化学键
迄今我们说的化学键 , 除了机械键 , 都涉及电子 。那么 , 成键的能不能换成别的粒子呢?答案是肯定的 。
【千奇百怪的化学键】电子有位胖表亲 , 叫μ介子 。μ介子与电子具有相同的负电荷 , 但质量要大207倍 , 也可以将原子结合起来 。μ子可以在粒子加速器中制造出来 , 并能将电子从原子中撞出去 , 取代电子的位置 。这样 , 原先成键的地方就变成了μ键 。但μ子不稳定 , 存在时间只有几分之一秒 , 所以μ键的寿命也很短 。
千奇百怪的化学键
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这听起来似乎没什么用处 。但由于μ子比电子要重得多 , μ键的强度也会大得多 , 这将使分子中的两个原子核拉得更近 。在一个通过μ键形成的H2分子中 , 两个氢原子核的距离是原来的1/196 。研究人员一直试图利用这一效应 , 将两个氢原子核拉得足够近 , 以便它们能够发生聚变反应 , 释放出核能 。
1957年 , 物理学家用氢的重同位素氘和氚 , 首次演示了这一设想 。虽然演示成功 , 但遗憾的是 , 这样的核反应无法持续 。“持续”的意思是一个反应完成之后 , 能立刻就启动另一个 , 类似原子弹的链式裂变反应 。所以 , 要想通过这种方式开发核能 , 目前还无法实现 。