从DNA到橡皮泥,高聚物的广阔世界 - 简·马丁莉
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0:07 - 0:08丝绸,
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0:08 - 0:09DNA,
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0:09 - 0:10木材,
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0:10 - 0:11气球,
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0:11 - 0:13和橡皮泥有什么共同点?
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0:13 - 0:15它们都是高分子聚合物(polymer),简称高聚物。
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0:15 - 0:18高聚物是生活中一个十分重要的部分,
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0:18 - 0:19没有高聚物的世界
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0:19 - 0:21是不可想象的。
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0:21 - 0:23但它们到底是什么?
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0:23 - 0:25高分子聚合物是大分子物质,
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0:25 - 0:27由单分子物质(monomer)聚合而成,
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0:27 - 0:30连接起来像是一节节车厢连成火车。
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0:30 - 0:32它的英文中“Poly”的意思是多,
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0:32 - 0:33“mono”意思是单,
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0:33 - 0:36“mers”或“mero”是“一部分”的意思。
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0:36 - 0:38许多高聚物由
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0:38 - 0:41相同单分子物质重复形成,
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0:41 - 0:43有的由两种单分子
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0:43 - 0:45按照一定模式连接。
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0:45 - 0:47所有生物都由高分子聚合物组成。
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0:47 - 0:50有些生物体内的有机物
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0:50 - 0:51小而简,
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0:51 - 0:54只有很少一些功能单元。
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0:55 - 0:58其它功能,尤其作为结构功能
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0:58 - 1:00或保存基因信息的单元,
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1:00 - 1:01都是大分子物质。
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1:01 - 1:05大部分情况下这些大分子都是高聚物。
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1:05 - 1:07举个例子,复杂的碳水化合物
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1:07 - 1:09都是简单糖类的高分子聚合;
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1:09 - 1:12蛋白质是氨基酸的高分子聚合;
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1:12 - 1:14核酸,包括脱氧核糖核酸以及核糖核酸,
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1:14 - 1:16它们包含了我们的遗传信息,
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1:16 - 1:19是核苷酸的高分子聚合形式。
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1:19 - 1:20树木等等植物是由
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1:20 - 1:22高聚物纤维素组成,
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1:22 - 1:25它们是树皮和茎的坚硬组分。
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1:25 - 1:26羽毛,
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1:26 - 1:26毛皮,
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1:26 - 1:27毛发,
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1:27 - 1:28以及指甲,
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1:28 - 1:30都由同一种蛋白质角蛋白组成,
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1:30 - 1:31它也是种高聚物。
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1:31 - 1:33还有更多类似的例子:
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1:33 - 1:34你知道在动物学中
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1:34 - 1:37最大的门的动物的外骨骼
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1:37 - 1:38节肢动物的外骨骼,
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1:38 - 1:40是由高聚物几丁质组成的吗?
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1:40 - 1:42高分子聚合物还包括了
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1:42 - 1:45合成纤维,合成橡胶以及塑料。
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1:45 - 1:49所有合成的高聚物都源于石油,
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1:49 - 1:52通过一系列化学反应合成。
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1:52 - 1:54最常见的两种用来
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1:54 - 1:55制造高聚物的反应
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1:55 - 1:56是加成反应
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1:56 - 1:59和缩聚反应。
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1:59 - 2:00在加成反应中,
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2:00 - 2:03单分子简单的加在一起形成高聚物。
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2:03 - 2:05过程从产生一个自由基开始,
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2:05 - 2:08自由基是带有一个未成对电子的基团。
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2:08 - 2:09自由基攻击其它基团,
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2:09 - 2:12断开化学键以形成新键。
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2:12 - 2:14这个过程不断重复,
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2:14 - 2:16逐渐形成了长链高聚物。
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2:16 - 2:18在缩聚反应中,
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2:18 - 2:20小分子比如水分子,
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2:20 - 2:23将经过每一个链延伸反应。
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2:23 - 2:24第一个合成高聚物
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2:24 - 2:26是偶然间创造出来的,
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2:26 - 2:29它是几个化学反应的副产物。
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2:29 - 2:30那时候许多化学家认为它们没用,
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2:30 - 2:32大部分就丢弃了。
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2:32 - 2:34直到有个化学家利奥・贝克兰德
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2:34 - 2:36认为也许这没用的副产物
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2:36 - 2:39并非一无是处。
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2:39 - 2:40他研究下去并制造了一种塑料,
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2:40 - 2:43可以永久地形成任何一种形状,
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2:43 - 2:45只要有足够的压力和高温。
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2:45 - 2:47然而这种塑料的名字,
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2:47 - 2:51polyoxybenzylmethylenglycolanhydride
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2:51 - 2:52太长了,
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2:52 - 2:54商人们把它称作贝克莱特(酚醛塑料)。
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2:55 - 2:57这种塑料后来制成了电话,
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2:57 - 2:58儿童玩具,
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2:58 - 3:00以及电子产品的绝缘体。
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3:00 - 3:03自从1907年发现了它,
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3:03 - 3:05塑料工业发生了爆炸式发展。
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3:05 - 3:07另外一种熟悉的高聚物,橡皮泥,
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3:07 - 3:09也是偶然发明的。
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3:09 - 3:10在第二次世界大战中,
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3:10 - 3:12美国十分迫切的需要
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3:12 - 3:15合成橡胶来支持军队。
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3:15 - 3:17通用电气公司的一队化学家
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3:17 - 3:18曾尝试制造,
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3:18 - 3:21但最终只得到了一种软黏的油泥。
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3:21 - 3:23它并不能作为橡胶的好替代物,
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3:23 - 3:25但它的确有一个奇怪的特性:
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3:25 - 3:28它的弹性十分优良。
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3:28 - 3:29橡皮泥诞生了!
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3:29 - 3:31合成高聚物已经改变了整个世界。
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3:31 - 3:32想想看,
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3:32 - 3:34你能想象有这么一天
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3:34 - 3:36不使用任何塑料吗?
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3:36 - 3:38但不是所有高聚物都是好的。
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3:38 - 3:41举个例子,泡沫塑料主要由苯乙烯合成,
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3:41 - 3:46而苯乙烯被环保部认定为一种潜在致癌物。
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3:46 - 3:48随着泡沫塑料的生产,
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3:48 - 3:51它们缓慢的使得土壤和海水恶化,
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3:51 - 3:55它们会释放苯乙烯到环境中。
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3:55 - 3:59此外,塑料由加聚反应产生,
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3:59 - 4:00比如泡沫塑料,
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4:00 - 4:01塑料袋,
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4:01 - 4:02聚氯乙烯材料,
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4:02 - 4:04它们能长久保存且不污染食物。
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4:04 - 4:05但这同样意味着它们在自然环境中
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4:05 - 4:07不会自行分解。
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4:07 - 4:09每年成千上万吨的塑料
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4:09 - 4:11被丢弃到土壤中。
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4:11 - 4:13这些塑料不会生物降解,
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4:13 - 4:14它们只会分解成
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4:14 - 4:16较小的碎片,
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4:16 - 4:17影响海洋生物,
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4:17 - 4:20最终伤害到人类。
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4:20 - 4:22高聚物可软可硬,
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4:22 - 4:23可湿软可坚固,
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4:23 - 4:25可脆弱可强硬。
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4:25 - 4:28这些巨大的差异
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4:28 - 4:29意味着它们能形成
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4:29 - 4:31极其广泛的不同种物质,
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4:31 - 4:32从DNA
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4:32 - 4:34到尼龙丝袜,
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4:34 - 4:35高聚物十分重要,
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4:35 - 4:38以至于我们每天都十分依赖。
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4:38 - 4:39但有些正在污染
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4:39 - 4:42我们的海洋,城市,以及水源,
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4:42 - 4:43最终威胁到我们的健康。
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4:43 - 4:45而这一点我们才刚刚理解。
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- 从DNA到橡皮泥,高聚物的广阔世界 - 简·马丁莉
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观看完成课程:http://ed.ted.com/lessons/from-dna-to-silly-putty-the-diverse-world-of-polymers-jan-mattingly
你,以及树木、电话、玩具等等,都是由高分子聚合物组成的。高分子聚合物是一种长链分子,它们有一系列有用的特性,比如硬度、伸展度等等。我们的生活已经离不开它了。高分子聚合物既有天然存在的——我们的DNA,也有合成的——塑料,橡皮泥,以及泡沫塑料。简·马丁利向我们阐述了高分子聚合物如何改变了世界。
课程内容来自简·马丁莉,动画由TED-Ed制作。
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