分子之战：你有核心技术，我有一带一路

刘萝卜锅

阿什卡微信号ESSCA GROUP的第536篇原创文章

首发于2018年7月14日

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生物是宇宙中最复杂、最神奇的存在。更神奇的是，生物的形成，都遵循最基本的物理定律。

从源头上解读生命，才能深刻理解生命。

当我们理解原子、分子的一些基本行为、基本概念以后，就会对很多神秘的生命现象恍然大悟，就会对生命出现的偶然性与必然性茅塞顿开。

今天聊的是“极性”。

很久很久以前，我们的老祖宗就发现了磁石，还发现磁石有两极。

两极在哪？在磁石相反的两端。各个部位的磁力比较一下，这两端最有力量。两极的性质相反。同性相斥，异性相吸。所以两块磁体在一起，最舒服的姿势是69。颠鸾倒凤，说的就是两极颠倒相依。毕竟，两个人在一起，最重要的是舒服。

相反部位、相反方向，表现出相反的性质，这就叫极性。中国人发现，磁铁的两极总是指向南方和北方，于是发明了指南针。但是，磁铁为啥只对南北指手画脚，却不喜欢指东指西呢？

1600年，英国的吉尔伯特认为，地球本身就是一大磁体。南极和北极，就是这块大磁体的两个磁极。所以，指南针是遵循了69原则，用最舒服的姿势和伟大的地球相处。

1827年，法国的安培发现，给线圈通电，线圈也像会磁铁那样。这就是电磁铁。他还发现电与磁有很多暧昧关系，搞不好是一伙的。

1837年，英国的法拉第提出，电和磁的周围都有场。也就是磁铁有磁场，电也有电场。

1864年，英国大牛麦克斯韦统一了光学、电磁学，麦克斯韦方程告诉人类：电生磁、磁生电，二者互生互撩。果然是一伙的。

既然如此，磁有极性，电是不是也有极性呢？

是的，电也有极性。

电子在质子周围舞成一片云，结成原子。电子带负电，质子带正电。正负相抵，总体看，原子呈电中性。然而，电子云分布是不均匀的。电子云多的那边就显现负电场，另一边就显现正电场。一头负，一头正，这就产生了极性。

磁的极性导致相吸相斥，那么电的极性呢？

一样，也是同性相斥，异性相吸。

正是异性相吸，电子和质子才可以隔着空荡荡的空间，靠电场互撩，结成了原子。

瞧，原子也可以是个“小磁铁”。

原子们就算合体成分子，也经常出现电子分布不均的情况，所以，分子也可以是“小磁铁”。这就是分子的极性。

电子带负电，质子带正电，都是有电场的。电子和质子隔着空荡荡的空间，靠电场互撩，结成了原子。虽然总体上是中性，但电子在质子周围分布不均。于是电子多的那一端就会显现负电场，另一端自然显现正电场。一头正，一头负。这就呈现了“极性”。异性相斥、同性相吸。瞧，原子也可以是个“小磁铁”。

原子们就算合体成分子，也经常出现电子分布不均的情况，所以，分子也可以是“小磁铁”。这就是分子的极性。

分子的极性，是一个极其重要的概念。

不同的分子，极性不同，所以个性也不同。这就是世界如此丰富多彩的重要原因。

两个原子合体，如果一方的电子被另一方暴力占有，这就是离子键形成的分子。离子键分子，属于分子中的极端分子，电场分布极端不平衡，分子极端极性。

但共价键分子就比较文明。共价键的形成，是双方本着互惠互利的原则，在亲切友好的热烈气氛中，达成搁置争议、共同开发的协议，共享电子。这样就和谐多了。

然而，祥和的气氛下，双方握着共享电子的手，却在暗暗较劲，都在用力朝自己怀里拉。这是真正的角力，绝无智取的可能。谁能更胜一筹，只看一个指标：电负性。

所谓电负性，就是吸引异性的能力。质子的异性，当然就是电子。

对原子来讲，电负性的大小，生下来就决定了，没办法锻炼提升。谁的质子越多，吸引电子的能力就越大，也就是它的电负性越大。

那么，是不是越重的原子，电负性就越大呢？也不尽然。

因为，距离越远，质子吸引电子的能力就越弱。而质子多、更重的原子，往往楼层就会更高，这就让外层电子离质子更远。而且楼层越高，就意味着下层的电子越多。而电子是同性相斥的。所以，高楼层的外层电子，会受到更多底层电子的斥力，抵消了质子的一些吸力。

所以，一个原子的电负性，不仅要看质子数，也要看楼层数。

两个原子要用共价键合体，电负性如果我大你小，那你就吃亏了。共享电子一定会偏向我这边。

这会发生什么事呢？本来，咱俩合体前，各自都是电中性的。合体后，电子偏向我这边，那么我这边的负电场就大一点点（d-），你那边的正电场就会大一点点（d+）。于是合体后的我们，就成了一块小小的磁铁，有了极性。

刘萝卜锅

如果原子3P、4P、群P合体，那情况就更有意思了。有没有极性，极性的大小，要看合体结构的对称性。

比方说二氧化碳、水分子，都是3P合体的分子：

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碳、氧、氢的电负性不同，所以，碳氧键、氢氧键都有极性。但是，二氧化碳分子中，两个氧原子伺候在碳两边，碳氧键直线对称，极性抵消，所以整个二氧化碳分子没有极性。而水分子呢，氧原子身后拱卫着俩氢原子，排成了燕尾状，两个氢氧键形成一定角度，极性无法抵消，所以水分子是极性分子。

那么，有极性很了不起吗？是的。

没有极性，就不会有生命，更不会有你我在这里讨论极性。

前面提到，人类的不满导致社会的进步，原子的不满导致分子的形成。

那么分子呢？分子当然也不满。这直接导致了物质的形成。

分子的不满，就是极性造成的。因为，正电需要负电的滋润，而负电也需要正电的抚慰。否则就不满。于是，极性分子就会再找其他极性分子，分分合合，以便达到电中性的生命大和谐境界。这就是分子之间的相互作用。

下面聊正经的。

物理学有两大支柱：相对论、量子论。

化学也有两大支柱：电子电荷、熵增定律。

这位同学说，化学的两大支柱，不都是物理学的概念吗？是的，物理学是人类对宇宙最基本的认识。现代文明就建立在物理学的基础之上，包括化学，生物化学当然不例外。

先聊第一个支柱：电子和电荷。

看上去寡淡如水很无辜的样子。其实，千变万化的一切化学现象，都离不开电子电荷的流动。

前面聊的极性，其实就是电子电荷分赃不均的结果。用课本的语言说，就是电子的不平衡分布，导致分子表面形成正负电荷区域。这就有了极性。

分子有了极性，就可以相互吸引、排斥。并且斥是斥，吸是吸，两极分明，性取向确定。所以，极性分子之间的这种力，叫做“取向力”。

不需要化学键，也可以相互作用。这叫“非共价性作用”。

这种非共价性作用，有各种高大上的姿势：氢键、离子作用、取向力、色散力、范德华力等等。是不是不明觉厉？但扒开它们的底裤，你会看见同一种力——正负电荷之间的静电作用力。

所以，极性是分子之间相互作用的原动力之一。

分子有了极性这个核心技术，就可以恃才放荡，到处撩汉。那么问题来了：非极性分子怎么办。没有核心技术，就只能别人干，我们看？

当然不会。非极性分子有自己的办法：一带一路。

一带：人海战术带。

电子的运动是随机的。时而这里多一点，时而那里少一点，分布不均，就搞出瞬间的“极性”。虽然这样的“伪极性”弱爆了，但是，依然可以相互吸引，这叫“色散力”。

色散力可以拉拢更多原子一起搞，搞得分子足够大、原子足够多时，人口红利就显现出来了，可以形成人海战术带，起到“极性”作用。这就是所谓“范德华力”的物理基础。范德华力，就是分子之间的作用力。

一路：熵增之路。这也是化学的第二支柱。

这条路，是前面说到的热力学第二定律——熵增定律。宇宙万物都无法拒绝的路。非极性分子怎样利用大家不得不走的路，达到自己不可告人的目的呢？

看看油是怎么操作的，就明白了。

刘萝卜锅

油是非极性物质。我们一碗水端平，滴两滴油进去，晃一晃，只要两滴油相遇，它们就会融为一体，再难分开。为啥它们到了水里，就可以紧紧抱团呢？

这就好比两个矮穷矬，不小心穿越到高富帅的派对，大家都不自在。就算矮穷矬互相不感冒，但他们一致对高富帅更不感冒，所以也很容易凑到一起。

水分子是极性的。它们在一起时，是自由奔放的，可以随意变换各种姿势。就像私人游艇上的派对。

但是，非极性的油无法满足水分子的要求。

当屌丝油花挤进水中，事情就微妙了。哪个水分子中了奖，挨上这些屌丝，就只能采用某些特定姿势，与屌丝的一丁丁极性部位结合，得到一丢丢满足。就像坐上了春运列车的硬座。看着舒服，谁屁股疼谁知道。

什么叫特定的姿势呢？就是有序的姿势——水分子的自由度下降，有序度上升。也就是：熵减少。

我们都知道，宇宙的总趋势是熵增。任何系统，不管怎么折腾，总的结果都是熵增。所以，油水系统也不例外。

两个油花周围的水分子都不爽，都要回到自由奔放的状态（熵增趋势）。群众呼声很高，但怎么实现呢？只有一条路：允许一部分水分子先自由起来。

两个油花融合，挨着油花的水分子就减少一些，于是一部分水分子重获自由，熵如愿以偿地增加了。

这就是非极性分子的心机，利用所有男人都会，哦不，所有分子都有的熵增欲，在极性溶剂中，实现了非极性分子的自发聚合。

极性、熵，是分子作用的基础。而分子的相互作用，又是大千万物形成的基础。

所以，认清核心技术，深刻理解和把握“一带一路”背后的深刻内涵，对于认识生命世界，具有极为深远的重要意义。

剧情回顾：

外层电子的“不完美”导致原子的不满。

双赢的策略导致共价键的产生。

原子的不满导致分子的形成。

电荷的分赃不均引发分子的不满。

分子的不满，正负电荷的相斥相吸，以及分子对自由度的追求，导致物质的形成。

这一切，都需要原子之间、分子之间的相互作用，茕茕孑立是搞不成事情的。

不满足、不完美、多样化、不单一、不均匀；相互作用、互通有无、互补双赢，追求自由…这就是大自然最底层的规律。

是时候好好向自然学习了。

阅读前文

• 一个闲得蛋疼的问题：生命是什么？
• 生命的热力学基础：自组织能力
• 生死悖论｜非死不可PK永远不死
• 绳命的反鸡汤操作
• 宇宙万物形成的原动力：不满
• 生命元素的黑老大
  
  
  

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刘萝卜锅

love1217 发表于 2018-7-19 13:47
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